《化工設計》課程教學大綱

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1、《化工設計》課程教學大綱 制定人：張麗 娟 教學團隊審核人 ：陸杰 開 課學院審核人：饒 品華 課程名稱 ：化工設計 / Chemical Process and Plant Design 課程代碼 ： 043041 適用層次（本 /專科）： 本科 學時 ：32學分 ：2 考核方式 ：考查 先修課程 ：化工原理，化工熱力學，化工儀表與自動化 適用專業(yè) ：：化學工程與工藝專業(yè) 教材 ：陳聲宗 《化工設計》 普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材 化學工業(yè)出版社 2012 主要參考書 ： 1. 上海醫(yī)工院編， 《化工工藝設計手冊》 ， 化學工業(yè)出版社 2009 2. Wells GL,R

2、ose ，《 The Art of Chemical Process Desin 》， Elsevier ， 1996 3. 王靜康主編，《化工設計》 ，化學業(yè)出版社， 2006 4. 吳嘉，《化工設計》 ，化學工業(yè)出版社， 2002 本課程在課程體系中的定位 本課程是專業(yè)技術課，為選修課，學完后進行考核。 教學目標 1、掌握 化工 設計的基本程序、基本規(guī)律、基本方法、主要規(guī)范和基本思維方式； 2、給學生以扎實的化工設計基礎訓練和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)； 3、掌握工藝方案選擇和工藝流程設計、以及車間設備布置和管道布置的原則、 方法和步驟； 4、掌握 物料衡算 、熱量衡算及設備的選型與

3、工藝計算的原理和方法，并能運用計 算機進行工藝計算； 5、掌握 工藝流程圖 、設備布置圖、管道布置圖及化工設備圖的表達內容、繪制方 法和閱讀方法，并能運用計算機繪制工藝流程圖、設備布置圖和化工設備圖； 6、了解非工藝專業(yè)的設計及概算的內容，設計的技術經濟評價方法，為非工藝 專業(yè)提供設計條件。 三、 教學效果 1 培養(yǎng)學生能掌握化工設計的工作程序、工作內容、設計結果的表達和文檔的編制方法； 2. 培養(yǎng)學生 學會 化工專業(yè)計算機輔助設計的內容、 工具和方法， 初步掌握至少一種化工專業(yè) CAD工具軟件，以及基本的化工 CAD方法。 3. 使學生具有 正確 的設計思想和初步的化工工藝設計能

4、力， 為畢業(yè)設計和今后在工作崗位上 進行設計工作打下良好的基礎。 4. 掌握正確的設計思想和設計方法以及原則。 5. 了解 我國現(xiàn)行的有關化工設計的規(guī)范方法和程序。 6. 熟悉從項目建議書到投料試車的化工廠設計工作的內容和程序。 7. 理解項目建議書、可行性研究、設什任務書、擴大初步設計和施工圖設計的主 要內容。了解國外通用設計程序和內容。 四、 教學內容與教學效果對照表 教學效果 教學內容 效果 1 效果 2 效果 3 效果 4 效果 5 效果 6 效果 7 化工廠 設計的 內容與 程序 √ √ √ √ √ √ √ 工藝流 程設計 √ √

5、 √ √ √ √ √ 物料衡 算與熱 量衡算 √ √ √ √ √ √ √ 設備的 工藝設 計及化 工設備 圖 √ √ √ √ √ √ √ 車間布 置設計 √ √ √ √ √ √ √ 管道布 置設計 √ √ √ √ √ √ √ 非工藝 專業(yè) √ √ √ √ √ √ √ 工程設 計概算 與技術 經濟 √ √ √ √ √ √ √ 五、教學內容和基本要求 第一章 化工廠設計的內容與程序 第一節(jié) 化工設計的種類 教學內容： 理解概念設計、中試設計、基礎設計與工程設計的概念與內容。 重點

6、和難點： 重點是理解概念設計、基礎設計與工程設計的區(qū)別與聯(lián)系，特別要掌握國內的 基礎設計、初步設計、施工圖設計與國外的工藝設計、基礎工程設計及詳細工程設 計的內容與區(qū)別。 笫二節(jié) 化工廠設計的工作程序 教學內容： 熟悉從項目建議書到投料試車的化工廠設計工作的內容和程序。理解項目建議 書、可行性研究、設什任務書、擴大初步設計和施工圖設計的主要內容。了解國外 通用設計程序 和 內容。 重點和難點： 重點掌握擴大初步設計的內容和工作程序。 第三節(jié) 化工車間工藝設計的程序及內容 教學內容： 了解車間 （裝置）工藝設計的內容和工作程序。 重點和難點： 重點掌握車間 （裝置 ）工藝設計的工作

7、程序和設計準備工作及方案設計的內容。 第四節(jié) 設計文件 教學內容： 了解初步設計文件和施工圖設計文件的主要內容和要求。 重點和難點： 重點掌握初步設計文件中工藝設計部分的內容。 第二章 工藝流程設計 第一節(jié) 生產方法和工藝流程的選擇 教學內容： 理解生產方法和工藝流程選擇的原則和生產方法和工藝流程確定的方法和步 驟。 重點和難點： 重點掌握生產方法和工藝流程確定的步驟。 第二節(jié) 工藝流程設計 教學內容： 理解工藝流程設計的任務和工藝流程的設計方法。 重點和難點： 重點掌握工藝流程設計的步驟和內容，以及反應過程、原料預處理過程、產 物的分離凈化過程設計應考慮的問題。 難點是綜合運用所

8、學知識，以反應過程為核心，根據反應過程的特點，提出 對原料預處理過程、產物的分離凈化過程的的要求，組織工藝流程。 第三節(jié) 工藝流程圖 教學內容： 理解工藝流程圖的種類和表達內容和管道儀表流程圖的設備、管道、管件、 閥門和儀表控制點的表達方法。了解首頁圖的編制內容。 重點和難點： 重點掌握管道儀表流程圖的設備、管道、管件、閥門和儀表控制點的表達內 容和方法，以及管道標注內容和方法。 難點是如何確定管道等級，以及管道標注內容和表示方法。 第四節(jié) 典型設備的自控方案 教學內容： 理解泵類、壓縮機、換熱器、反應器及蒸餾塔的自控方案的內容和方法，以 及自控設計條件的內容。 重點和難點： 重

9、點掌握泵類、壓縮機、換熱器、反應器及蒸餾塔的自控方案。 難點是如何確定操縱變量、主變量和副變量，以及控制方案的表達方法。 第五節(jié) 工藝流程圖計算機繪制軟件 教學內容： 運用多媒體手段演示用 PIDCAD 繪制工藝流程圖的過程，理解 PIDCAD 的 工作界面和繪制工藝流程圖的步驟和方法。 重點和難點： 有條件的院校，應上機讓學生運用計算機繪制一個簡單化工過程的管道儀表 流程圖，重點掌握設備、管道、管件、閥門和儀表控制點的繪制方法和管道標注內 容和方法。 難點是繪制工藝流程圖的順序，以及各種管線的類型、線寬的確定，閥門類型 的確定。 第三章 物料衡算與熱量衡算 笫一節(jié) 物料衡算的

10、基本方法 教學內容： 結合具體實例，深刻理解轉化率、選擇性和收率的的定義和計算方法，在此 基礎上能熟練地選擇衡算基準，并進行化學反應過程的物料衡算。 重點和難點： 重點掌握是掌握轉化率、選擇性和收率的的定義和計算方法，正確選擇物料 衡算的基準。 難點是正確理解轉化率、選擇性和收率的的定義和計算方法，并將其靈活運用 于物料衡算中；如何正確選擇衡算基準（包括基準物流的名稱和單位選擇）也是本 節(jié)的重點。 笫二節(jié) 反應過程的物料衡算 教學內容： 結合具體實例，根據己知條件，針對不同的反應過程正確選擇衡算基準和衡 算方法，并列出衡算方程。 重點和難點： 重點是掌握直接推算法和具有循環(huán)物

11、料的反應過程的物料衡算的基準和方 法。 難點是針對不同反應過程正確選擇物料衡算方法；如何正確利用轉化率、選 擇性和收率列出反應過程進出物料的關系式；如何正確理解單程轉化率、單程收率 和總轉化率、總收率及循環(huán)比的定義和計算方法，并正確列出物料衡算關系式。 第三節(jié) 化學反應過程的能量衡算 教學內容： 結合具體實例，理解以反應熱效應為基礎和以生成熱為基礎兩種反應過程能 量衡算方法的計算原理和計算方法。 重點和難點： 重點掌握兩種衡算方法的衡算基準和熱量衡算表達式中的各項的物理意義 和計算方法。 難點是如何正確選擇熱量衡算的基準（包括溫度、壓力和相態(tài)） ，以及有相 變時其熱量的正負符號的取向

12、以及正確判定熱量衡算表達式中的初始和終了溫度。 第四節(jié) 應用 Aspen Plus 進行化工過程的物料衡算及能量衡算 教學內容： 通過一個實例，上機了解用 Aspen Plus進行物料衡算和熱量衡算的步驟和方 法。 重點和難點： 重點應掌握用 Aspen Plus 進行物料衡算和熱量衡算的步驟和方法。 難點是設備、熱力學方法的定義，模擬反應器的選擇和參數(shù)的輸入，以及換 熱過程和分離過程的模型選擇和參數(shù)的輸入。 第四章 設備的工藝設計及化工設備圖 第一節(jié) 化工設備選用的一般原則 教學內容： 理解化工設備選型和工藝設計的一般原則。 重點和難點： 重點應理解設備選型和工藝設計的合理性和

13、安全性的要求。 第二節(jié) 非定型設備設計的主要程序 教學內容： 結合具體實例，理解非定型設備設計的主要內容和工作程序。 重點和難點 重點應掌握非定型設備基本設計的內容和方法，正確選擇并填寫非定型設備 設計條件單。 難點是確定合適的設備基本結構形式和基本尺寸、主要工藝參數(shù)，以及 正確選擇并填寫非定型設備設計條件單。 第三節(jié) 化工設備圖 教學內容： 結合具體實例，理解化工設備圖的基本知識，化工設備圖的基本內容和表格形 式、化工設備圖的表達特點，化工設備圖的件號和尺寸標注內容和方法，化工設備 圖的繪制方法和步驟，化工設備圖的閱讀方法和步驟。 重點和難點 重點應掌握化工設備圖的有關規(guī)范、相關表格

14、填寫，化工設備圖的視圖表達 特點，化工設備圖尺寸標注內容和標注基準，閱讀化工設備圖的方法和步驟。 難點是如何確定化工設備的主、輔視圖，化工設備圖的尺寸標注內容、標注基 準和方法。 第四節(jié) 設備工藝及設備圖的計算機輔助設計 教學內容： 應通過采用 AutoCAD 繪制一個簡單的設備圖的實例或作業(yè)， 使學生理解計算機 繪圖的設置、繪圖、編輯、標注及對象選擇和捕捉等常用操作的用途和方法，學會 用 AutoCAD 繪制化工設備圖。 有條件的院校應采用案例教學方式，或用多媒體演示方式，用計算機進行設備 選型與計算的方法與步驟，用 AutoCAD 繪制化工設備圖的方法與步驟。 重點和難點 重點

15、掌握設置繪圖界限、文字樣式、圖層與線型線寬及尺寸標注樣式，線和幾 何圖形的繪制，對象選擇和捕捉，復制、移動、修剪、打斷、縮放、鏡像、陣列、 延伸、拉伸、偏移、旋轉等編輯操作，文字標注及編輯，尺寸標注及編輯。 難點是繪圖和編輯操作中對話框或提問句的回答與輸入， 文字標注樣式及編輯， 尺寸標注樣式及編輯。 第五章 車間布置設計 第一節(jié) 車間布置設計概述 教學內容： 理解化工車間的組成，車間布置設計的依據、內容及程序，以及車間 （裝置 ） 平面布置方案和工業(yè)建筑物的模數(shù)、敞開構筑物的結構尺寸。 重點和難點： 結合具體實例，重點應理解初步設計階段和施工圖設計階段的車間布置設計 的內容，掌握直通管

16、廊長條布置、 組合型布置， 室內布置和露天布置的方案的要點。 第二節(jié) 車間設備布置設計 教學內容： 理解車間設備布置設計的內容，設備布置應滿足生產工藝、安裝檢修、土建及 安全、衛(wèi)生的要求，以及工藝設備豎面布置的原則。 重點和難點： 重點應了解設備布置應滿足生產工藝、安裝檢修、土建及安全、衛(wèi)生的要求及 應對方案，以及工藝設備豎面布置的原則。 第三節(jié) 典型設備的布置方案 教學內容： 理解立式容器和反應器、塔、換熱器、臥式容器、泵及壓縮機的布置方案和布 置要點。 重點和難點： 重點應理解立式容器和反應器、塔、換熱器、臥式容器和泵的布置要點。 第四節(jié) 設備布置圖 教學內容： 結合具體

17、實例， 理解設備布置圖的內容、 一般規(guī)定， 設備布置圖的圖幅、 比例、 尺寸單位、圖面安排和視圖要求，設備布置圖標注內容和要求，基礎工程設計階段 和詳細工程設計階段的設備布置圖的內容， 設備布置圖的繪制與閱讀的方法和步驟。 重點和難點： 重點應掌握建筑物及其構件和設備的圖示方法， 設備的標注內容和標注方法， 設 備定位尺寸的標注內容和標注方法，設備布置圖的繪制與閱讀的方法和步驟。 難點是設備位號的標注內容和標注方法， 標注設備定位尺寸的基準與標注方法， 設備布置圖的繪制方法和閱讀方法。 第五節(jié) 設備安裝圖 教學內容： 結合具體實例，了解設備安裝圖的內容、作用，及設備安裝圖的畫法。 重點和

18、難點： 重點理解設備安裝圖的畫法。 第六節(jié) 應用 pdmax 繪制設備布置圖 教學內容： 應通過采用 pdmax 繪制一個簡單過程的設備布置圖的實例或作業(yè)， 使學生掌握 設備建模、建筑物建模的操作的步驟和方法，并學會用抽取設備布置圖的方法。 重點和難點： 重點掌握設備建模、建筑物建模及抽取設備布置圖的操作步驟和方法。 難點是理解并學會設備建模、 建筑物建模及抽取設備布置圖的操作步驟和方法。 第六章 管道布置設計 第一節(jié) 概述 教學內容： 了解化工車間布置設計的任務和要求。 重點和難點： 重點了解化工車間布置設計的原則性要求。 第二節(jié) 管架和管道的安裝布置 教學內容： 了解管架的類型和

19、應用場合，管道在管架上的平面布置和立面布置的原則。 重點和難點： 重點理解管道在管架上的平面布置和立面布置的原則。 第三節(jié) 典型設備的管道布置 教學內容： 理解立式和臥式容器、換熱器和塔的管道布置方案和布置要求。 重點和難點： 重點掌握立式和臥式容器、 換熱器和塔的管道平面和立面布置方案及布置要求， 確定管口方位的原則。 難點是正確確定立式和臥式容器、換熱器和塔的管口方位。 第四節(jié) 管道布置圖 教學內容： 結合具體實例，理解管道、管件、閥門、儀表控制點及管道支架的常用畫法， 管道布置圖的配置與畫法，管道布置圖的繪制內容和方法及標注內容和方法，管道 布置圖的閱讀方法與步驟。 重點和難點：

20、重點掌握管道轉折、交叉、重疊的表示方法，儀表控制點及閥門和管架的圖形 符號和表示方法，平面管道布置圖中建筑物、設備、管道的表達內容和方法、標注 內容和標注方法，繪制管道布置圖的畫法與步驟，管道布置圖的閱讀方法與步驟。 難點是管道轉折、交叉、重疊的表示方法，管道布置圖的標注內容和方法。 第五節(jié) 管道軸測圖（管段圖、空視圖） 、管口方位圖及管件圖 教學內容： 理解管道軸測圖的內容、圖形的表示方法及尺寸標注內容和方法，管口方位圖 的內容和畫法，管架圖和管件圖的表達內容和方法。 重點和難點： 重點掌握管道軸測圖中管道、管件及閥門的表示方法及尺寸標注內容與標注方 法，管道方位圖的表達內容及繪制方法。

21、 難點是管道軸測圖中管道、 管件及閥門的表示方法及尺寸標注內容與標注方法。 第六節(jié) 計算機在管道布置設計中的應用 教學內容： 有條件的院校應通過一個實例， 用計算機軟件 （Pdmax）演示的方法， 使學生理解 建（構）筑物、設備、管道、管件、閥門、管道支架等建模的方法，模型碰撞檢查 和模型設計檢查的方法，生成平立面圖和 ISO 圖的方法與步驟，以及形成各種材料 表格的方法，模型渲染與消隱的方法。 重點和難點： 重點掌握管道等級的內容和和管道等級規(guī)定表，并理解管道、管件、閥門、管 道支架等的建模方法和參數(shù)輸入，以及生成各種剖面圖、 ISO 圖和各類材料表的方 法。 第七章 非工藝專業(yè)

22、 第一節(jié) 公用工程 教學內容： 了解給排水、供電、供熱及冷凍、采暖通風及空氣調節(jié)工程、土建設計和自動 控制的基本知識，理解工藝人員向上述公用工程設計應提供的設計條件。 重點和難點： 重點理解工藝人員向公用工程設計應提供的設計條件。 第二節(jié) 安全與環(huán)境保護 教學內容： 理解燃燒與爆炸的起因及其危險程度，化工設計中應遵循的安全防火、防爆和 防雷設計規(guī)范，環(huán)境污染及其治理應遵循的標準、規(guī)范，工藝設計人員應提供的安 全與環(huán)境保護的設計條件。 重點和難點： 重點應理解化工設計中應遵循的安全防火、防爆和防雷設計規(guī)范，環(huán)境污染及 其治理應遵循的標準、規(guī)范。 第八章 工程設計概算與技術經濟

23、 第一節(jié) 工程概算費用與概算項目 教學內容： 理解工程概算費用的分類及內容，工程概算項目的劃分及內容，工程項目總概 算表的內容及編制辦法，單項工程綜合概算表的內容及編制辦法，單位工程概算表 的內容及編制辦法，以及工程建設其他費用的計算方法。 重點和難點： 重點掌握單位工程概算表的內容及編制辦法，并理解工程項目總概算、單項工 程綜合概算、單位工程概算三者的區(qū)別與聯(lián)系。 第二節(jié) 化工設計工程的綜合技術經濟指標 教學內容： 理解化工設計工程綜合技術經濟指標表的具體內容。 重點和難點： 重點區(qū)分產品單位成本和產品工廠成本，投資利稅率與投資利潤率的區(qū)別。 第三節(jié) 投資與產品成本估算 教學內

24、容： 理解投資估算的作用、投資估算原則和投資估算構成和有關產品成本概念、產 品成本的構成以及產品成本的估算方法等。 重點和難點： 重點掌握投資估算構成、產品成本的構成以及產品成本的估算方法。 第四節(jié) 工程投資經濟評價 教學內容： 理解靜態(tài)評價中的投資收益率、靜態(tài)還本期和累計現(xiàn)金價值等的定義和表達方 式，動態(tài)評價中的凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值比、折現(xiàn)現(xiàn)金流通收益率和動態(tài)還本期的定義和 評價標準。 重點和難點： 重點掌握投資收益率、靜態(tài)還本期及累計現(xiàn)金價值和凈現(xiàn)值、凈規(guī)值比、折現(xiàn) 現(xiàn)金流通收益率及動態(tài)還本期的計算方法和評價標準。 難點是凈現(xiàn)值、凈規(guī)值比、折現(xiàn)現(xiàn)金流通收益率及動態(tài)還本期的計算方法。 第

25、五節(jié) 計算機在化工設計經濟評價中的應用 教學內容： 通過實際例子的演示，使學生理解采用電子表格法計算凈現(xiàn)值、內部收益率、 盈虧平衡點及進行敏感性分析的具體方法。 重點和難點： 重點掌握采用電子表格法計算凈現(xiàn)值、內部收益率、盈虧平衡點的具體方法。 難點是凈現(xiàn)值、內部收益率、盈虧平衡點及進行敏感性分析中計算公式的語法 表達式及參數(shù)的取值。 六、課時分配 課程內容 學時數(shù) 上機 說明 第一章 化工廠設計的內容與程序 4 第二章 工藝流程設計 3 2 第三章 物料衡算與熱量衡算 3 2 第四章 設備的工藝設計及化工設備圖 2.5 2 第五章 車間布置設計 3 1.5 第六章 管道布置設計 2.5 1.5 第七章 非工藝專業(yè) 3 第八章 工程設計概算與技術經濟 2 合計 23 9 五、課程考核 該課程為考查課。在計算機教室授課。 總評成績 = 平時成績（含作業(yè)和實踐） +期末成績 其中： 平時成績（含作業(yè)和實踐） 占 40% 期末成績 占 60%