《化工设计》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称：《化工设计》

英文名称：Chemical Engineering Design

课程类别：专业拓展课

学 时：54学时（理论36+实践18）

学　　分：2.5个

适用对象：化学工程与工艺专业

考核方式：考查课，总评定成绩=期末成绩（占70%）+平时成绩（含考勤、作业、

实践等，占30%）

先修课程：化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工仪表及自动化、化工制

图、化工设备机械基础等

二、课程简介

《化工设计》课程基于工程科学，侧重于实际应用，是面向化学工程与工艺专业学生开设的一门专业拓展课。本课程的总学时为54学时，其中36学时为课堂教学，18学时为实践教学。其中课堂教学章节按化学工程与工艺专业的专业特点及前期所修课程而设定，实践教学环节结合学科特点和专业培养目标设定。

三、课程性质与教学目的

(一)课程性质

《化工设计》是高等学校化学工程与工艺专业的一门重要的专业拓展课，课程性质主要体现在多专业基础课知识的综合性以及强调基础知识工程运用的实践性。是在学习《化工原理》、《化工热力学》、《化工反应工程》、《化工设备机械基础》等课程之后，针对化学工业生产实际，综合运用所学的专业知识，进行设计方案的草拟、筛选、确定等工作，并进行最终的工程设计。

(二)教学目的

《化工设计》课程的目的是使学生系统地获得化工设计（理论、规定、程序和方法）的基本知识和基本方法。引导学生运用前期所学专业基础知识，根据化工开发实验结果，从工程实施的角度并考虑流程的安全性、经济合理性等，来进行化工流程的工艺设计乃至扩大到整个化工厂设计。培养学生树立正确的设计思想和求是精神，严谨负责、协调创新的工作作风和基本设计技能，提高综合运用所学知识去分析问题、解决问题的能力，为学生顺利开展毕业设计工作打下坚实的基础。同时，该课程是提高学生综合素质，使大学生向工程师转化的一个重要的教学环节。

四、课程教学内容

绪论（1学时）

教学内容：

1.明确本课程的性质与任务，树立正确学习态度；

2.了解本课程的特点，并掌握学习本课程学习方法。

第一章 化工过程设计（2学时）

要求掌握的内容：1.化学工业性质及其在现代经济中的地位；2.化工过程设计的基本内容；3.计算机辅助化工过程设计；4.化学工业绿色化。

重点：化工过程设计的基本内容、化学工业绿色化概念。

难点：化工过程设计的内容。

第二章 化工厂设计概述（3学时）

要求掌握的内容：1.我国化工厂基建的一般程序；2.工艺包设计；3.化工工艺设计的内容与步骤；4.化工厂设计全局性问题；5.设计参考资料来源、国家和行业设计政策与规范。

重点：我国基建程序、工艺包设计、化工厂设计全局性问题。

难点：工艺包设计内容、总图布置。

第三章 物料衡算与热量衡算（9学时）

要求掌握的内容：1.物料衡算、能量衡算的基本准则与程序；2. 化工流程自由度分析；3.化工流程中的物料衡算（带化学反应、不带化学反应、带循环流等类型的流程）；

4.简单化工过程的热量衡算；5.化工流程中物料衡算与热量衡算的分析与计算。

重点：流程自由度分析及计算顺序的判断、典型化工过程的物料衡算及热量衡算。

难点：带化学反应的流程自由度分析、热量衡算中非线性方程求解等。

第四章 流程组织与合成（6学时）

要求掌握的内容：1. 流程组织基本知识；2.原料预处理及反应途径合成；3.专用地址分配；4.分离过程合成；5.热交换网络基本概念。

重点：化工过程典型流程框图、流程组织具体任务、分离技术与顺序的选择。

难点：专用地址的概念、分离过程合成、窄点特性。

第五章 化工过程的自动控制（4学时）

要求掌握的内容：1.化工流程中需控制的工艺参数；2.自动控制的基本知识；3.化工典型设备（泵、换热器、精馏塔、反应器等）的自动控制方案；4.过程设计与过程控制的相互作用；5.常见控制系统的结构与原理。

重点：化工流程中需控制的工艺参数及在图纸中的表达、化工典型设备的自控方案等。

难点：化工流程中主要工艺参数的选择及控制系统配置。

第六章 经济分析与评价（6学时）

要求掌握的内容：1.Leontief 投入产出模型基本原理与假定；2.企业投资及成本估计；3.销售收入、税金、利润；4.资金的时间价值；5.化工项目财务评价。

重点：企业投入及产出指标的基本概念及组成、化工项目财务评价的静态及动态指标。

难点：项目方案的评价与选择、风险和不确定性分析。

第七章 安全工程与生态工业系统（2学时）

要求掌握的内容：1.安全工程目标；2.安全设计基本原则及分工；3.单元操作（物料、反应器、分离设备、贮罐等）的绿色环保；4.工业生态系统基本概念。

重点：安全工程目标、安全设计基本原则、常见单元操作安全设计基本原则。

难点：安全设计理念在实际设计工作中的应用。

第八章 化工设计软件介绍（3学时）

教学内容：

1.常用化工流程模拟软件（Aspen Plus、Pro II、 ChemCAD等）介绍；

2. Aspen Plus基本操作演示。

重点：Aspen Plus基本操作

第九章 化工设计实践（以Aspen Plus上机训练为主）（18学时）

教学内容：

1.脱乙烷精馏塔简捷设计计算；（3学时）

2.气分装置流程模拟计算；（3学时）

3.物性分析；（2学时）

4.物性估计及热力学数据回归；（4学时）

5.带反应的化工流程的模拟计算。（6学时）

重点：Aspen Plus典型模块的熟练操作。

难点：综合运用所学知识分析确定不同操作单元的设计条件、化工生产过程整体的合理性和规范性。

五、课程教学的基本要求

通过本课程的学习，要求学生掌握现代化工设计的步骤、内容及方法。要求学生了解我国现行化工厂建立的基建程序，能从化工过程开发结果出发、结合化工厂设计的工程经验进行化工过程的流程组织（过程合成），并能对复杂化工流程进行物料衡算及能量衡算，同时要求学生掌握化工过程带控制点的工艺流程图的绘制，并能用化工技术经济的观点对流程的经济性进行分析。该课程教学同时要求学生了解化工厂设计的一些全局性问题，以及化工厂施工设计的一些基本内容。要求学生掌握至少一种化工流程模拟软件的基本操作，并能够基于以上知识的学习对常见化工工段进行设计及模拟计算。

通过本课程学习，培养学生的自学能力和独立工作能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。使学生能根据所处理问题的需要，寻找、阅读有关手册、参考书、文献资料并做出分析和正确运用。

六、教材与教学参考书

教材:

《化工过程设计》，王静康主编，北京：化学工业出版社，2006年

参考书：

[1]《化工技术经济》，苏健民主编，北京：化学工业出版社，2002年;

[2]《化工系统分析与模拟》，彭秉璞主编，北京：化学工业出版社，

2001年;

[3]《化工厂系统设计》（第三版），陈树辉、蔡尔辅著，北京：化学工

业出版社，2016年;

[4]《化学工程手册》，时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，北京：化

学工业出版社，2002年

[5]《化工设计手册》，上海医药工业设计研究院主编，北京：化学工业

出版社，2003年；

[6]《化工流程模拟实训-Aspen Plus教程》，孙兰义主编，北京：化学

工业出版社，2012年。