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1、化工设计概论课程教学大纲一、课程基本信息英文名称ChemicalEngineeringDesign课程代码CHET1011课程性质专业基础课授课对象化学工程与工艺学分4学时72主讲教师夏雪伟等修订日期2023.02指定教材教育部高等学校化工类专业教学指导委员会推荐教材:化工设计陈砺、王红林，化学工业出版社，2017年课程目标：（一）总体目标：化工设计概论是化学工程与工艺专业的一门专业必修课。它综合运用已学过的专业基础课和专业课，讨论化工工艺过程及其设备的设计和化工厂设计问题。通过对化工生产过程的结构分析，了解构成工艺过程的结构，为化工过程的整合提供依据。主要内容有化工设计概述；过程物料衡算及热
2、量衡算；工艺过程分析和化工过程整合；工艺流程设计；主要设备初选；总图布置及储运，设备平面及立面布置；管路布置和设计；公用工程及环境保护等。课程以化工设计为主线，综合运用化工原理、化学反应工程、化工热力学、CAD制图、化工设备机械基础、化工仪表及自动化、化工环保等课程的知识，讲授化学工艺过程和设备的设计及化工厂设计问题，着力培养学生创造性思维和灵活运用各方面知识来解决实际问题的能力，加强工程实践能力的培养。（二）课程目标：课程目标1：根据化工过程中所涉及的化学反应、分离过程、物料衡算和能量衡算以及工艺过程相关设备设计和选型，具备确定工艺路线并对化工工艺过程进行系统评价的能力。课程目标2：具备化工
3、过程相关的设备设计、自动控制方案配置、并通过使用新的化学反应工程、分离技术、强化能量传递和热量传递以及物料传输过程中的创新技术，实现对化工工艺过程的强化和优化。课程目标3：能够利用现代设计方法对工艺过程进行过程模拟，并能够对结果进行系统评价和优化，以工艺流程图（物料流程图PF&D图和带控制点的工艺流程图PI&D图），车间设备布置图、管路布置图、厂区布置图、设备条件图等形式体现工艺设计和优化的结果。课程目标4：了解国家和各地区对相关对节能减排、环境保护和生态保护相关的政策法规，对化工工艺过程所涉及的环境污染物、健康危害和人身危害因素作系统的风险分析和评估，在化工工艺设计中，为环境保护、安全生产、
4、人身健康和防护做出相应的系统设计和优化。课程目标5：通过对工厂设计、厂区设计、公用工程设计以及化工工艺过程设计相关原则的系统了解，理解设计过程中，能量综合利用、废弃物排放和治理、人身安全防护等相关原则，并能够在具体的设计方案优化中得以体现。课程目标6：了解工程项目的估算与概算、可行性研究投资估算和工程设计概算的基本方法和原则，能够在技术经济学角度对工艺设计项目进行经济评价。课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系：表1,课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1第1、2、4、5章1-3熟悉化工生产过程的各种工艺流程，并能够根据具体工程实践选择合适的工艺条件
5、课程目标2第6-8章3-1能够分析化学工程应用的特定需求，为复杂工程问题确定具体的研发目标和技术路线，体现创新意识课程目标3第3、5、6、7、8章3-4够用图纸、报告等形式呈现设计结果课程目标4第10章6-2能够考虑社会、健康、安全、法律及文化的影响选择适当的化工工艺流程课程目标5第911章7-2能根据环境和社会可持续发展原则评价、制订化学工程领域中复杂问题的解决方案课程目标6第11章11-2理解并掌握化学工程与工艺活动中涉及的经济决策方法，并能在并能在多学科环境中应用教学目的:第一章绪论课时：2课时教学内容：第一节a学工业的发展历史、化学工业覆盖的范围及其在现代经济体系中的地位第二节化工设计
6、概述第三节化工厂概论第四节主要设计任务教学要点：化工工程建设项目的基本程序；化工设计的总体概念。思考题：1、你认为工程师应该是什么样的人？应该具备什么样的能力？2、从专业的角度谈谈你心中的化学工业。3、为什么化学工程师又可以细分为多个不同的专业，有不同的称谓？4、一家化工厂从设想到能够把原料转换为产品的现实工厂要经历哪些步骤？5、化工厂设计如何划分阶段？有哪些主要程序？各程序的任务是什么？6、试述项目建议书应包含的内容。7、试述可行性研究在化工设计中的作用。8、目前我国化工建设项目可行性研究主要有哪些指导性文件？第二章化工过程设计课时：6课时教学内容：第一节现代过程工业一、现代加工工业一伊堂T
7、ll第二节后过程结构分析一、化工过程的结构二、化工过程的分层次分析第三节化学反应过程一、反应路线的选择二、反应过程设计的评价指标三、化学反应的原子经济性评价第四节分离过程一、分离过程的特征和分类二、分离过程选择第五节能量交换过程一、流体流动过程的能量分析二、传热过程的能量分析三、分离过程的能量分析四、反应过程的能量分析第六节间歇/半连续过程一、间歇/半连续过程的特征二、间歇过程与连续过程的比较教学要点：通过分析典型化工生产工艺流程来认识化工工艺过程的结构特征，连续过程与间歇过程的比较原则；反应路线的选择，反应系统的类型，化学反应器类型；分离过程的特征、分类，分离因子，分离过程的选择；化工生产过
8、程中的能量输入输出形式，能量过程分析，化工过程的节能分析，换热网络设计。思考题：1、过程工业的特征是什么？它与产品工业的主要区别是什么？2、试述单元操作的定义，以及单元操作的概念对化工工艺过程所起的作用。3、什么是“三传一反”，分别叙述每个过程的特点。4、一个生产过程的结构应从哪几个层次进行分析。5、某化工产品的生产过程由4个化学反应组成，试按工艺过程阶段组成流程原则框图。6、理解和阐述混合物的分离方法和选择原则。7、比较连续过程和间歇过程。第三章计算机辅助设计课时：4课时教学内容：第一节计算机辅助流程模拟一、流程稳态模拟与优化二、过程模拟软件介绍三、流体力学模拟软件第二节模拟计算示例第三节计
9、算机辅助化工制图一、AUtoCAD简介二、计算机辅助三维图教学要点：过程模拟软件，流体力学模拟软件，计算机辅助化工制图软件。思考题：1、分别用ASPenPlUS和ChemCAD模拟软件估算三羟甲基甘油酸酯的沸点、饱和蒸气压和蒸发玲。第四章物料衡算和能量衡算课时：10课时教学内容：第一节物料衡算一、物料衡算的基本概念二、无化学反应的物料衡算三、反应过程的物料衡算四、过程的物料衡算第二节能量衡算一、能量衡算的基本概念二、无化学反应过程的能量衡算三、化学反应过程的能量衡算四、过程的能量衡算第三节物料衡算和能量换算中基本数据的获取一、基本数据的查找二、物性数据估算教学要点：物料衡算的基本概念和方法，能
10、量衡算的基本概念和方法。思考题：1、试用ASPenPlUS或CheInCAD对乙烯加水制工业酒精生产工艺进行物料衡算和能量衡算。第五章工艺流程设计课时：10课时教学内容：第一节工艺流程设计的分类一、工艺流程示意图二、工艺流程简图三、工艺物料流程图四、管道及仪表流程图第二节工艺流程设计内容一、工艺流程设计阶段划分二、工艺流程设计的主要内容三、工艺流程设计的方法第三节管道及仪表流程图的绘制一、 图面布置与比例二、 管道及仪表流程图的绘制要求教学要点：工艺流程设计的方法，工艺流程图的绘制。思考题：1、简述工艺流程设计哪几类，每种类型各提供什么样形式的流程图，每种流程图各有什么作用。2、尝试按物料衡算
11、和能量衡算结果分别绘制工艺物料流程图(PFD)o3、认真学习HG20519化工工艺设计施工图内容和深度统一规定关于工艺流程图的内容。4、PID中应如何表示设备？5、PID中应如何表示管线和管件？6、设备位号的命名规则。7、管道组合号的命名规则。8、认真学习HG/T20505过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号的规定，掌握自动控制系统在PlD中的表示方式。9、尝试严格按照要求绘制一个简单流程的全套PID。第六章设备的选型与设计课时：10课时教学内容：第一节设备的选型与设计原则第二节常用材料简介第三节压力容器第四节标准化通用零部件第五节化工过程常用设备的设计与选型第六节化工设备图教学要点：标准设
12、备的选型，非标准设计的设计方法思考题：1、在化工设备的大类中，标准设备和非标准设备是如何划分的，各有什么特点，在设计过程中应如何选用。2、熟悉各种材料的特性、牌号和用途，学会合理选用材料。3、碳钢、不锈钢各有哪些主要牌号，列举主要的使用例，了解这些材料目前的售价。4、掌握压力容器的划分，学会计算压力容器的壁厚。5、认真学习GB150压力容器6、哪些零部件属于标准化通用零部件，其相应的标准有哪些，如何选用。7、如何区分管道法兰与压力容器法兰。8、泵有哪些类型，如何选用。9、换热器有哪些类型，如何选择。10、认真学习GB/T151热交换器。11、各类搅拌桨有什么作用，如何选用。12、区分整体式塔盘
13、与分块式塔盘的作用。13、在进行塔器强度设计时，要考虑哪些因素。14、塔器设计要遵守哪些标准。15、储罐分哪几大类，各适用于什么场合。16、化工设备图有哪几种技术文件组成。17、设备装备图的绘制目的是什么，主要有哪些内容。18、什么情况下需要绘制零部件图。19、零部件图与装配图之间的关系如何表示。第七章工厂与车间布置设计课时：10课时教学内容：第一节工厂布置一、化工厂选址二、化工厂总平面布置三、总图的绘制第二节车间布置一、车间布置概述二、车间厂房布置设计三、车间设备布置设计四、设备布置图的绘制第三节相关法规、标准。教学要点：厂区和车间布置的基本任务和要求，各种形式建筑物的布置方法，车间内设备布
14、置方法，设备布置图的绘制。思考题：1、化工厂选址要考虑哪些方面的因素？2、如何根据建设项目的具体要求进行化工厂的选址？3、石油化工厂按照设施不同分成哪几个功能区，每个功能区各包括哪些主要设施？4、如何绘制风向玫瑰图？5、工厂布置图需要标明方向标，其中PN、CN、GN、TN、N各代表什么意思？6、为什么要使用建北方向标？7、车间厂房布置有哪几类基本形式？它们各有什么优缺点？8、熟悉典型化工设备的布置方案。9、设备布置设计主要有哪几个阶段？各阶段分别有哪些任务？10、设备布置图有哪几项的基本内容？11、在设备布置图中怎么表示建（构）筑物结构？12、如何在设备布置图中标注设备的水平和竖向尺寸？第八章
15、管道布置设计课时：6课时教学内容：第一节管道布置设计的内容第二节管道器材一、管道二、管道连接三、管件四、阀门五、管道用小型设备六、管道支（吊）架第三节管路计算一、管路计算基础二、流动阻力三、管径估算第四节隔热与管道热补偿一、隔热设计二、管道热补偿第五节管道布置一、管道布置的类型二、布置原则第六节管道布置图一、绘制前的准备二、管道布置图的内容第七节管道轴测图一、管道轴测图的内容二、管道轴测图的表示方法教学要点：化工管路的计算；管路设计的基本知识；管路布置的基本要求；管路布置图的绘制。思考题：1、管道布置设计的内容有什么？2、管道布置设计应符合的标准有哪些？3、真空管线布置设计时应注意什么？4、管
16、道布置时管道焊缝的设置，应符合哪些要求？5、管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时应如何处理？6、玻璃管等脆性材料管道应如何处理？7、管架已有哪些标准设计？8、管道支架按其作用分哪儿种？9、立式容器的管口方位划分为哪两部分？10、卧式容器的人孔如何布置？11、换热器的配管要求是什么？12、塔的管道固定与热补偿要注意什么？13、管道布置图的设计依据？14、管道支架的编号含义是什么？15、管道的标注分几部分？16、管道布置图的比例和图幅如何定的？17、管道布置图的分区原则和方法是什么？18、管道布置图的阅读步骤？19、管道轴测图的内容有哪些？20、管口方位图的视图如何画？21、管口方位图中管口表包含哪
17、些内容？22、管架图的图幅、比例和主要内容有什么？23、非标准的特殊管件按什么标准绘图并且主要内容有什么？24、管道建模的主要过程包括哪些？第九章工艺专业与非工艺专业的数据交换课时：2课时教学内容：第一节工艺专业与非工艺专业的关系第二节土建设计条件第三节公用工程设计条件第四节仪表控制设计条件第五节电气设计条件第六节设备设计条件第七节配管设计条件教学要点：工艺专业与非工艺专业的关系，土建、公用工程、仪表控制、电气、设备、配管设计。思考题：1、阐述工艺设计专业在化工厂设计过程中的作用。2、深刻领会“工艺专业与其他专业设计人员协同合作是完成化工厂设计的保障”的意义。3、土建专业需要工艺专业提供哪些资
18、料？4、公用工程专业与工艺专业有哪些分工5、仪表控制专业与工艺专业如何协调设计工作？6、电气专业需要工艺专业提供哪些资料？7、设备专业需要工艺专业提供哪些资料？8、配管专业的设计需要工艺专业的哪些支持？第十章安全与环保课时：2课时教学内容：第一节安全与环保概述第二节化工建设项目安全评价一、安全评价的目的和内容二、安全评价的分类三、安全评价的依据四、对安全评价机构和人员的要求五、安全预评价六、安全验收评价第三节化工建设项目环境影响评价一、环境影响评价的目的二、环境影响评价的工作程序三、建设项目环境影响评价的分类四、化工建设项目环境影响评价依据五、设计与建设单位应提供的资料六、环境影响报告书教学要
19、点：公用工程，工业毒物的危害和防护，防火与防爆，环境保护思考题：1、什么是项目建设的“三同时”制度，有哪些主要内容？2、安全评价是一种什么样的评价方法？通过安全评价可以达到什么样的目的？3、安全评价如何进行分类？4、应委托什么机构和人员从事化工建设项目的安全评价？5、在安全预评价过程中，设计和建设单位需向评价机构提供哪些技术资料？6、环境影响评价是什么样的方法与制度，可以起何种作用？7、在什么范围内的合同建设项目需要进行环境影响评价？8、建设项目环境影响评价分为多少类？划分的依据是什么？9、应该委托什么机构和人员从事化工建设项目的环境影响评价？10、在环境影响评价过程中，设计与建设单位需向评价
20、机构提供哪些技术资料？第十一章项目概算课时：4课时教学内容：第一节工程项目的估算与概算一、可行性研究投资估算二、工程设计概算第二节经济评价的技术经济基础一、资金的时间价值二、资金的等效值计算三、项目评价指标第三节项目概算编制一、项目概算编制的原则和依据二、项目概算的编制方法三、工程概算书的内容教学要点：工程项目概算，可行性研究投资估算，初步设计概算；资金的时间价值，等效值计算；投资利润率，投资回收期，内部收益率；敏感性分析；项目概算编制的原则、依据和编制方法。思考题：1、项目概算的主要内容是什么？为什么要做项目概算？2、项目概算的依据是什么？3、简述项目可行性估算和项目概算的区别？4、为什么可
21、行性研究中要进行项目估算？5、什么是现金流量图？绘制现金流量图有哪些规定？6、什么是资金的时间价值？任何资金都具有时间价值吗？为什么？7、为什么要进行资金的等效值计算？影响资金等效值的因素有哪些？考核方式：设计大作业+期中期末开卷考试参考书目：梁志武、陈声宗，化工设计，化学工业出版社，2015年李国庭、陈焕章，教育部高等学校化工类专业教学指导委员会推荐教材:化工设计概论，化学工业出版社，2015年王要令，普通高等教育“十三五”规划教材:化工原理课程设计，化学工业出版社，2016年柴诚敬、贾绍义、王理，化工原理课程设计，高等教育出版社，2015年王卫东、庄志军，化工原理课程设计，化学工业出版社，2015年中国石化集团上海工程有限公司，化工工艺设计手册，化学工业出版社，2009年徐宝东，化工管路设计手册，化学工业出版社，2011年宋航，普通高等教育“十一五”国家级规划教材面向21世纪课程教材:化工技术经济，化学工业出版社，2012年执笔人：王文丰2020年9月16日
