化工过程系统工程教学大纲

1、中国海洋大学本科生课程大纲课程名称化工过程系统工程Chemical Process Systems Engineering课程代码081103101239课程属性专业知识课时/学分64/3课程性质必修实践学时32责任教师林子昕课外学时64 (32X2)课程属性：公共基础/通识教冇/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1. 课程描述化工过程系统工程是化学工程与工艺专业的核心专业基础课，运用化工热力 学、反应动力学、化工单元操作、系统工程、最优化方法、工程数学和计算机编 程等方面的知识，结合化工过程中流体流动、混合、传热和传质的传递过程，进 行化工工艺过程结构和操作参数的

2、优化，研究化工过程整体特性，实现工艺过程 的最佳化，从而提高化学工程与技术的工艺水平。2. 设计思路课程内容选取了典型的过程综合、分析与优化的方法，总共包含3个模块、 7个章节（含绪论）。具体内容如下：模块一：过程模拟与分析一一线性模型、严格模型、过程模拟基础三章线性模型：过程自山度分析；各主要化工操作单元线性模型的建立。使学生 掌握操作单元及过程的自III度分析方法；以乙醇生产流程为例，掌握主要操作单 元（分离器、混合器、反应器、闪蒸、精憎、吸收）及流程系统的线性质量衡算 模型的建立方法；理解各操作单元线性建模的假设及理论基础：理解全流程线性 质量衡算模型的求解方法；理解能量衡算模型的建立方

3、法。严格模型：以精谓过程为例介绍单元非线性模型的建立。使学生理解化工过 程非线性模型的建立方法及理论基础，并能够运用化工流程模拟软件对主要化工 操作单元进行模型，如混合器、分离器、泵、圧缩机、反应器、闪蒸、精镭、吸 收等。过程模拟基础：非线性方程组的求解方法；化工过程流程的模拟策略：大系 统的分解及最大循环网的断裂方法。使学生了解非线性方程组的不同求解方法及 基本原理;理解化工过程流程的不同模拟策略（序贯模块、联立方程、联立模块）； 掌握大系统的分解方法；掌握最大循环网的断裂方法。模块二：过程优化一一优化方法简介章节优化方法简介：最优化问题的提出及其模型化；基础最优化方法；线性规划 方法简介；

4、非线性规划方法简介；混合整数规划方法简介。使学生理解最优化问 题的提出；掌握最优化问题的一般模型化；理解基础最优化方法；理解线性规划 方法、非线性规划方法；混合整数规划方法。模块三：过程综合一一换热网络综合、过程可靠性简介章节换热网络综合：过程系统的夹点及其意义；过程系统夹点位置的确定；总组 合曲线的绘制及其意义；基于夹点法设计换热网络；换热网络的调优。使学生理 解过程系统的夹点及其意义；掌握使用问题表格法确定过程系统夹点位置；掌握 总组合曲线的绘制及其意义；掌握应用夹点法设计换热网络：理解换热网络的调 优方法。过程可靠性简介：可靠性、可用性、可维护性的基本理论及计算；系统可幕 性计算与改进；

5、基于可靠性分析的流程设计简介。使学生理解可靠性的基本概念; 掌握单元及系统的可靠性、可用性计算；了解基于可靠性分析的流程设计方法。3. 课程与其他课程的关系：先修课程：化工原理I，物理化学II。本课程在学生具备了必要的高 等化工原理、物理化学等基础知识之后开设，要求学生有较扎实的专业课理论基 础，以及工程数学和计算机基础。二、课程目标通过对本门课程的学习，使学生能够掌握化工过程系统匸程的基本概念，以 系统论的观点进行思考与分析，综合考虑整体条件、考虑事物之间的相互关联（如 经济、环境、法律、安全等制约关系）解决实际问题。了解过程模拟、综合、优 化的基本方法等，部分内容釆用中英双语教学的方式提高

6、学生专业英语水平，通 过小组作业的形式培养学生的团队合作能力。具体如下：（1）掌握典型化工单元的线性模型建立及求解方法（含软件应用）；（毕业要求1- 3, 2-4, 12-2）（2）掌握典型化工单元的严格模拟建立及求解方法（含软件应用）；（毕业要求2- 4, 3-1, 3-2, 4-2, 4-3, 5-3, 12-2）（3）掌握化工过程系统模拟及求解方法（含软件应用）；（毕业要求1-3, 2-4,3- 1, 4-2, 4-3, 5-3, 12-2）（4）理解化工优化问题的基本理论及求解方法（含软件应用）；（毕业要求1-3,3-2, 12-2）（5）掌握换热网络的综合方法（含软件应用）；（毕业要

7、求3-3, 5-3, 12-2）（6）了解过程可靠性的基本概念及其应用。（毕业要求3-3, 12-2）三、教学内容序号主题主要内容概述实践环节I概论2工程师伦理道德；过程系统工程的发 展及研究对象；过程系统工程与其它 学科的关系；过程系统工程的基本概 念2线性模型6过程自由度分析；分离器、混合器、 反应器、闪蒸、精馆、吸收等主要化 工操作单元线性模型的建立与系统 的求解掌握线性模型的建模，并借助Matlab进行求解（4学时）3严格模型8混合器、分离器、泵.压缩机、反应 器、闪蒸、精馆、吸收等典型化工单 元的严格模拟掌握应用Aspen软件对化工 典型单元设备进行模拟（16 学时）4过程模拟 基础

8、4非线性方程组的求解方法；化工过程 流程的模拟策略；大系统的分解及最 大循环网的断裂方法掌握过程的模拟及流股打断 方法，并在Aspen软件上进 行实践（4学时）5优化方法 简介4最优化问题的提出及其模型化；基础 最优化方法；线性规划方法简介；非 线性规划方法简介；混合整数规划方 法简介掌握利用Matlab. Lingo等软 件对有约束条件、无约束条件 等优化问题进行求解（4学 时）6换热网络 综合6过程系统的夹点及其意义；过程系统 夹点位置的确定；总组合曲线的绘制 及其意义；基于夹点法设计换热网 络；换热网络的调优利用 Aspen Energy Analyzer 软件对过程进行分析，并对换 热

9、网络进行设计及优化（4学 时）7过程可靠 性简介2RAM的基本概念；可靠性.可用性. 可维护性的基本理论及计算；系统可 靠性计算与改进；基于可靠性分析的 流程设计简介-1 -四、参考教材与主要参考书都健，化工过程分析与综合，大连理工大学出版社，2009年（第一版）。姚平经，过程系统工程，华东理工大学出版社，2009年（第一版）。张卫东，化工过程分析与合成，化学工业出版社，2011年（第二版）。王保国，化工过程设计，化学工业出版社，2002。Biegler, L T,Grossmann, I. E,Westerberg, A. W. Systematic methodsof chemical process design, Prentice Hall, Inc, 1997.五. 成绩评定（-）考核方式 A : A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他（二）成绩综合评分体系：成绩综合评分体系比例1.出勤及讨论102.平时作