《物料分离过程与操作》课程总体设计

辽宁石化职业技术学院物料分离过程与操作课程整体设计管理信息课程名称：物料分离过程与操作 课程代码： 制定人： 于月明合作人：修订人：批准人：版次： 时间： 2009-7课程性质物料分离过程与操作课程是炼油技术专业的专业必修课，是在基础化学、流体流动过程与操作、传热过程与操作之后开设的具有应用型特点（操作性很强）专业课程。学分： 7学时：132 授课对象： 炼油技术专业二年级学生性 质： 专业课先修课： 基础化学、化工制图后续课： 石油炼制生产技术、顶岗实习、毕业设计 课程整体设计1、课程目标设计总体能力（技能）目标：总体能力目标 能根据混合物某种物理性质合理选用蒸馏、吸收、萃取不同方法对其进行分离并制定出经济合理的分离方案；能正确调节装置操作参数使生产过程稳定；能对操作过程的影响因素进行分析预防生产事故发生；能对蒸馏、吸收、萃取设备进行工艺设计。具体目标：能力目标：（1）能利用化工手册、工艺图表、网络资源等，获取有用信息；（2）能根据物料性质，按照分离要求选择并制定经济合理的分离方案；（3）能平稳操作精馏塔、吸收塔和萃取塔，保证产品质量；（4）能优化精馏塔、吸收塔和萃取塔的操作条件, 预防异常事故发生；（5）能进行正确分析影响精馏塔、吸收塔和萃取塔操作条件的因素，提高分析、解决问题能力；（6）能够进行简单分离系统的工艺设计（板式塔）。知识目标：（1）了解精馏塔的分类、各种塔板的特点；（2）理解精馏塔流体力学性能对精馏操作的影响；（3）掌握精馏原理；（4）掌握双组分连续精馏塔的典型计算；（5）掌握浮阀塔板设计原则；（6）了解吸收设备的结构和特点；（7）理解吸收的定义、依据及相平衡与吸收的关系；（8）掌握吸收剂用量和吸收液出口浓度计算；（9）掌握填料层高度计算；（10）了解萃取操作的经济性；（11）了解液液萃取设备及其选用；（12）理解溶剂选择原则；（13）掌握萃取过程的原理；（14）掌握单级萃取过程的计算，多级萃取过程的计算及互不相溶物系的萃取过程计算。素质目标：（1）在操作过程中，穿工作服、戴安全帽、正确使用工具，体现安全意识；（2）在检测产品质量时，坚持以事实为依据，体现诚信意识和质量意识；（3）小组成员在工作过程中，分工合作明确，共同解决问题，体现团队精神和合作意识；（4）在个人评价时，能实事求是、客观公正的评价自己，体现公平、公正意识；（5）在小组讨论时，能认真倾听别人发言，体现出尊重他人、文明礼貌的素质。2、课程内容设计：模块名称项目学时精馏过程与操作（68学时）项目一（入门项目） 乙醇水系统的分离36项目二（主导项目） C4、C5、C6、C7混合气体的分离32项目三（自主项目） 重油催化裂化产品的分离吸收过程与操作（36学时）项目一（入门项目） CO2空气混合气体的分离24项目二（主导项目） C4与CO、CO2、N2、H2 、O2的分离12项目三（自主项目） 催化裂化汽油的吸收稳定萃取过程与操作（20学时）项目一（入门项目） 丙烯酸丁酯与甲苯磺酸的分离12项目二 8合计1243、能力训练项目设计模块能力训练项目名称任务名称拟实现的能力目标相关支撑知识训练方式手段及步骤结果（可展示）吸收解吸入门 项目：二氧化碳与空气的分离1.1确定分离方案能根据任务单查找资料，收寻相关信息混合物分类液相混合物分离方法1. 介绍项目背景2. 下达工作任务分离方案1.2确定工艺流程能按照正确方式摆通流程吸收知识简介设备的分类、作用仪表控制方案填料的作用填料形式简介阀门的作用1. 小组讨论2. 教师点评3. 知识归纳4. 方案完善装置原理流程图1.3确定控制方案能正确分析吸收解吸过程中各参数(温度、压力、流量、液位)的控制范围，能找出参数间的关系相平衡关系（亨利定律）四大调节参数的作用影响因素1.常用流量的测量方法介绍2.装置上所用仪表的使用条件、原理3.液位的测量方法4.温度、压力的控制手段控制方案1.4分离操作（1）能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作传质方向判断装置开车步骤1.查流程，认识设备及测量元件2.教师演示操作3.师生共同总结操作中的问题操作原始记录1.5分离操作（2）能根据现象分析原因能调整参数处理事故能实现平稳操作1、 吸收操作线方程2、 吸收剂用量及吸收液出口浓度计算1.熟悉操作步骤2.认识装置中设备等3. 学生分组实际操作4.师生共同解答操作中的问题操作中的问题原始数据记录吸收解吸模块主导项目：C4与一氧化碳混合气体的分离2.1确定分离方案能根据任务单查找资料，收寻相关信息3、 吸收原理4、 双膜理论5、 待分离物系的性质1项目背景介绍2下发工作任务书分离方案制定2.2确定工艺流程能按照正确方式摆通流程吸收剂的选择传质推动力与传质速率方程1.仿真操作流程2.下发工作任务书绘制带控制点流程图2.3确定控制方案能正确使用指定控制手段操作6、 DCS相关知识定态操作含义1.常用仪表控制方案介绍2.DCS操作控制方案2.4C4与一氧化碳的分离能熟练操作吸收解吸装置填料层高度计算7、1.教师指导学生操作2.教师解答操作中出现的问题3.师生总结操作操作问题记录操作成绩2.5C4与一氧化碳的分离能平稳操作吸收解吸装置8、 吸收系数计算1.教师解答操作中出现的问题2.教师指导学生处理异常事故3.师生共同总结现象表现原始记录吸收解吸模块自主项目：重油催化裂化气体吸收稳定3.1制定分离方案能根据任务单查找资料，收寻相关信息9、 催化裂化气体的组成10、 吸收稳定的目的及工艺指标1.项目背景介绍2.下发工作任务书分离方案制定3.2确定工艺流程能按照正确方式摆通流程吸收剂选择装置特点1.查阅资料2.吸收稳定工段流程查阅3.仿真流程绘制吸收稳定原理流程图3.3确定控制方案能对给定控制方案进行熟练操作控制手段特征1.操作练习控制方案3.4重油催化裂化气体吸收能操作吸收解吸装置11、 装置操作的基本原则1.教师指导学生操作2.调节操作参数，控制操作过程操作成绩3.5重油催化裂化气体吸收能平稳操作吸收解吸装置12、 常见事故现象与分析13、 常见事故处理办法1.学生独立操作2.学生在教师指导下处理事故现象表现处理结果原始记录精馏模块入门项目：乙醇-水的分离1.1选择分离方案能根据乙醇-水物性选出合理的分离方案乙醇、水的物性液相混合物分离方法精馏原理1. 介绍项目背景2.下达工作任务工作任务单分离方案1.2确定分离流程能确定乙醇-水分离系统的设备，确定合理的工艺流程精馏设备类型、作用1. 熟悉典型装置流程2. 精馏装置现场摆通流程画出原理流程图1.3选择控制方案能正确分析精馏过程各参数(温度、压力、流量、液位)的控制范围，能找出参数间的关系饱和蒸汽压、沸点、流量、流速的关系、相平衡方程、拉乌尔定律、热量平衡、物料平衡，操作线方程1.精馏装置现场认识相关仪表、阀门2.DCS知识简介3.乙醇-水分离概况介绍4.操作因素分析5.控制方案制订生产控制方案1.4分离乙醇-水的 操作1能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作14、 稳定操作的含义15、 进料方式16、 加热方式17、 冷却方式18、 产品质量检测1.教师演示操作2.学生摆通实际装置流程3.学生实际操作操作步骤操作原始记录1.5分离乙醇-水的 操作2能根据现象分析原因能调整参数处理事故能对“三废”进行正确处理能实现平稳操作操作因素分析故障现象防止措施19、 处理办法安全阀的原理，安全阀的作用，联锁、自保原理、安全条例、环保细则1仿真操作2实际操作操作记录主导项目：重油催化裂化产品的分离2.1制定分离方案能根据催化产品性质确定分离方案精馏原理催化裂化产品性质催化分馏塔特点1. 介绍项目背景2.下达工作任务分离方案 2.2确定流程、选择控制方案能根据物料性质确定工艺流程能根据调节参数制定控制方案催化产品的质量指标进料热状态方程；五种进料状态对进料位置影响1.基地汽提塔进料口设置（三个）2.熟悉催化裂化分馏工段流程3.精馏装置现场摆通流程带控制点工艺流程图2.3分离操作1能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作回流的概念；芬斯克方程与全回流的关系；20、 最小回流与适宜回流比的关系；21、 操作过程的影响因素1.熟悉操作步骤2.摆通装置流程3.仿真操作操作步骤操作记录2.4分离操作2能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作理论塔板数的计算方法： 图解法逐板计算法22、 捷算法1.常见事故现象分析2.预防措施与处理办法3.仿真操作操作记录处理结果3.1制定方案、选择流程能根据催化产品性质确定分离方案能根据物料性质确定工艺流程精馏、回流的概念精馏的必要条件精馏原理1.了解项目背景2.制定方案流程带控制点流程图自主项目：3.2分离操作1能在指定装置上进行生产操作能正确调整各控制参数精馏操作原则步骤精馏操作调节方法1.仿真操作操作记录（操作成绩）3.3分离操作2能在指定装置上进行异常事故处理精馏过程常见事故原因预防措施与处理办法1.仿真操作事故现象处理结果萃取模块主导项目：分离丙烯酸丁脂与甲苯磺酸1.1分离方案选择能根据丙烯酸丁脂-甲苯磺酸物性选出合理的分离方案萃取的概念；液-液萃取原理萃取设备的类型；1.项目背景介绍分离方案1.2确定流程确定控制方案能确定分离系统的设备确定合理的工艺流程能够选择合理的控制方案萃取剂选择原则；部分互溶物系液液相平衡关系；精馏、吸收与萃取的区别1. 熟悉萃取操作流程2. 摆通流程操作记录1.3分离丙烯酸丁脂-甲苯磺酸的 操作能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作23、 影响萃取操作的因素；24、 稳定操作含义；25、 操作的经济性1.动手操作2.平稳操作操作记录项目报告自主项目：2.1分离方案选择能根据混合物性质选出合理的分离方案26、 单级萃取过程的计算27、 多级萃取过程的计算1.项目背景介绍分离方案2.2确定流程确定控制方案能确定合理的工艺流程能够选择合理的控制方案28、 液-液萃取设备选用1.仿真操作流程2.常用仪表控制方案操作记录2.3分离操作能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作29、 萃取操作影响因素（温度、压强、两液相密度差、界面张力、黏度）1.仿真操作操作记录项目报告4、进程表设计课次周次学时教学目标和主要内容单元标题能力目标项目编号知识目标其他内容（课程主要内容）考核内容方法114课程安排课程的总体能力目标1课程的知识目标制图知识；仪表知识；设备使用知识；考核方式；情景介绍24分离方案讨论能根据任务单查找资料，收寻相关信息1.1了解混合物分类；了解液相混合物分离方法；理解吸收的概念；混合物的分离方法：精馏、沉降、萃取、干燥1.分离方案2.发言记录324确定工艺流程能按照正确方式摆通流程1.2了解塔设备的分类、作用；了解填料的形式及作用；了解仪表控制方案；原理流程带控制点流程1.回答问题记录2.分离的原理流程图44控制方案制定能正确分析吸收解吸过程中各参数(温度、压力、流量、液位)的控制范围，能找出参数间的关系1.3掌握相平衡关系（亨利定律）；了解四大调节参数的内容及调节方式；手动控制自动控制：串级控制、分程控制等控制方案534分离操作能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作1.4掌握传质方向判断依据；熟悉装置操作步骤；操作规程操作记录64分离操作能根据现象分析原因能调整参数处理事故能实现平稳操作1.530、 掌握吸收操作线方程；31、 掌握吸收剂用量及吸收液出口浓度计算报告的格式与框架项目报告7442.1确定分离方案2.2确定工艺流程能根据任务单查找资料，收寻相关信息能按照正确方式摆通流程2.12.2掌握摩尔比的概念和换算；理解分子扩散和对流扩散的概念分离方案的框架和内容带控制点的工艺流程图分离方案制定绘制带控制点流程图842.3确定控制方案2.4C4与一氧化碳混合气体的分离能正确使用指定控制手段操作能熟练操作吸收解吸装置2.32.4掌握传质速率方程的基本形式；掌握界面浓度的计算方法；理解气膜控制与液膜控制；吸收单元操作的原则（主要步骤）控制方案操作成绩9542.5C4与一氧化碳混合气体的分离能平稳操作吸收解吸装置2.5掌握传质单元高度的计算；掌握传质单元数的计算；掌握填料层高度计算；项目报告的格式与框架操作问题记录操作成绩1041.1选择分离方案能根据乙醇-水物性选出合理的分离方案1.1掌握精馏的概念；了解精馏塔的类型；了解精馏的分类；掌握泡点、露点的概念及方程，理解相平衡方程；理解t-x-y图；乙醇、水的物性分离方案11641.2确定分离流程能确定乙醇-水分离系统的设备，确定合理的工艺流程1.2掌握精馏的必要条件；理解精馏原理；乙醇-水溶液相图原理流程1241.3选择控制方案能正确分析精馏过程各参数(温度、压力、流量、液位)的控制范围，能找出参数间的关系1.3掌握流量、液位的控制手段；掌握温度与组成的关系；掌握压力与相对挥发度的关系；控制方案13741.4分离乙醇-水的 操作1能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作1.432、 掌握物料衡算方法；33、 掌握两段操作线方程；34、 理解稳定操作含义；35、 掌握进料的五种方式；36、 物料加热方式37、 物料冷却方式产品质量检测方法操作记录1441.5分离乙醇-水的 操作2能根据现象分析原因能调整参数处理事故能对“三废”进行正确处理能实现平稳操作1.5掌握精馏操作的影响因素；故障现象防止措施安全阀的作用联锁、自保原理操作记录项目报告15842.1制定分离方案能根据催化产品性质确定分离方案2.1掌握精馏原理了解催化裂化产品性质了解催化分馏塔特点1642.2确定工艺流程、选择控制方案能根据物料性质确定工艺流程能根据调节参数制定控制方案2.2掌握进料热状态方程；掌握五种进料状态对进料位置影响基地汽提塔进料口设置（三个）催化裂化分馏工段流程17942.3分离操作1能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作38、 2.3掌握芬斯克方程与全回流的关系；39、 掌握最小回流与适宜回流比的关系；理解操作过程的影响因素；42.4分离操作2能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作40、掌握理论塔板数的计算方法：41、 （三种）常见事故现象预防措施与处理办法操作记录处理结果1841.1分离方案选择能根据丙烯酸丁脂-甲苯磺酸物性选出合理的分离方案1.1掌握萃取的概念；理解液-液萃取原理了解萃取设备的类型；丙烯酸丁脂、甲苯磺酸的物性分离方案191041.2确定分离流程确定控制方案能确定分离系统的设备确定合理的工艺流程能够选择合理的控制方案1.2了解萃取剂选择原则；掌握部分互溶物系液-液相平衡关系；精馏、吸收与萃取的区别原理流程控制方案 201141.3分离丙烯酸丁脂-甲苯磺酸的 操作能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作1.342、 理解影响萃取操作的因素；43、 理解稳定操作含义；操作的经济性操作记录211242.1分离方案选择能根据混合物性质选出合理的分离方案2.144、 单级萃取过程的计算45、 多级萃取过程的计算分离方案2242.2确定分离流程确定控制方案能确定合理的工艺流程能够选择合理的控制方案2.246、 液-液萃取设备选用操作记录231342.3分离操作能在指定装置上进行生产操作能实现平稳操作2.347、 萃取操作影响因素（温度、压强、两液相密度差、界面张力、黏度）操作记录项目报告5、第一节课梗概（1）介绍本门课程的性质、课程目标及课程内容安排；（2）进行教学场景设计，以锦州石化公司催化裂化装置分馏工段为背景，老师是车间生产主任，学生是车间工人，该车间分馏工段开车投产，工作岗位包括进料、加热升温、建立回流、塔顶出料、塔底出料、DCS控制等，各岗位都有具体的工作制度和岗位职责。（3）场景模拟，介绍项目背景，将学生分成6组，各自负责从进料到DCS控制的相关工作，老师下发各组的具体任务单并与各组组长签订合同。6、考核方案设计物料的分离与操作课程总评分表课程名称： 学生姓名： 班级：项目评价内容得分权重总比例总评终结性评价知识考核30%30%综合考核70%过程性评价入门项目教师评价（40%）15%70%学习档案（30%）小组评价（15%）自我评价（15%）主导项目教师评价（30%）25%学习档案（20%）小组评价（30%）自我评价（20%）自主项目教师评价（20%）30%学习档案（20%）小组评价（35%）自我评价（25%）综合项目教师评价（30%）30%学习档案（20%）小组评价（30%）自我评价（20%） 说明：本课程考核分为终结性评价和过程性评价。终结性评价包括知识考核和综合考核，知识考核在具体操作上要求学生分别完成标准化试题的闭卷考试和开放性试题的开卷考试。标准化试题来自试题库，采用机考的方式随机抽取相关知识体系的题目。开放性试题采用无标准答案或答案不唯一的试题，学生可以利用参考书籍辅助解答，着重考核学生获取知识、信息的能力。综合考核的形式是实操考核，主要用于进行学生综合素质的测评。考核注重综合性、实践性和开放性，教师预先准备好数十个题目，然后在考试时采取抽签的方式进行。要求学生在规定的时间、规定的场所内完成包括文献检索、方案制定、试验准备、试验和改进、数据处理、报告出具在内的一个完整的工作任务。最后综合学生的考试资料、实际表现和测定结果给予成绩评定。重点强调过程性评价，所有评价的结果，都记录在统一编制的过程性评价表（表1表7）上，这些评价表中记录着学生的综合学习表现，将评价的视野投向学生的整个学习过程，凡是有价值的学习结果都得到肯定的评价，而不管这些学习结果是否在预定的目标范围内。各自所占比例见上表。（1）学习档案主要考察学生在完成每一项目中资料的收集、整理与归档，以小组为一评价整体； （2）活动表现成绩为学习中能力训练可展示成果、作业成绩的平均； （3）综合评价则是教师针对各工作室在完成项目过程中所表现出的关键能力、素质情况作出综合评价，然后再根据学习活动记录表计算出每个成员在项目中的贡献度系数，用综合评价的分数乘以贡献度系数即教师对学生个体的综合评价； （4）学生自评主要由学生根据自己各单元学习过程中的表现作出自我评价；（5）学生互评则是各工作室根据学习活动记录表对每个成员在工作岗位上的具体表现作出评价，文字叙述意见，给出分数。组别： 表1：学习活动记录表（小组评价表）项目名称日期任务名称工作内容难度执行人执行情况备注表2 学生自我评价表（学生用表）项目名称：学生姓名： 组别：评价项目评价标准优810良68中46差241、学习态度是否主动，是否能及时完成教师布置的各项任务2、是否完整地记录探究活动的过程，收集的有关的学习信息和资料是否完