化工设计 教学大纲

PAGE2PAGE12PAGE1课程代码：09188170 课程名称：化工设计学分：4 周学时：6面向对象：本科生预修课程要求：化工原理、化工热力学、化学反应工程、工程制图、化工设备基础、化工仪表及自动化、无机化学、有机化学课程介绍（100-150字）（一）中文简介：本课程通过面向设计项目的实践教学过程，学习化学工程的现代设计方法与工具，了解化工设计的工作程序、内容、设计文档编制方法，实践经历设计一个化工厂的全过程，并初步掌握化工专业计算机仿真设计工具软件，以及基本的化工仿真设计方法，培养综合运用专业基础理论解决具体工程问题的能力。（二）英文简介Throughapracticalstudyprocessofproject-oriented,thestudentswilllearnmodernmethodsandtoolsofchemicalengineeringdesign,understandtheworkingprocedure,contentsanddocumentation,practicallyexperiencethewholeprocessofdesigningachemicalplantbysimulation,getfamiliarofthecomputersoftwareandbasicskillsforchemicalengineeringsimulationdesign,andreceiveanintegratedtrainingontheabilitytosolveengineeringproblemsbyapplicationoftheprinciplesandtheoriestheyhavelearnt.二、教学目标(一)学习目标对化工设计阶段的划分，各设计阶段的工作内容和设计文档有一个总体的了解；能够在设计工作中自主地综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化工机械与设备、化工仪表与自动控制等专业基础知识；初步掌握一种通用和四种化工专业CAD工具软件，以及基本的化工CAD方法；学会团队工作方法；完成模拟项目的设计。（二）可测量结果学生个体运用AspenPlus进行典型单元过程和简单流程仿真设计的能力（考试）；通过团队合作完成一个化工分厂项目的主要内容设计的能力（文档评阅及答辩）。三、课程要求（一）授课方式与要求授课方式：本课程是一门实践教学课程，在授课方式上具有以下特点：教学过程面向模拟设计项目，以围绕完成项目进行的自主学习为核心学习手段；通过系列专题讲座对同学的实践过程进行宏观指导；通过分组和个别辅导对同学的实践过程进行微观指导；举行阶段性设计成果报告会，培养交流能力，督导教学过程有序进行；采取项目组合作承担项目的工作方式，培养团队工作精神和组织领导能力；采用计算机辅助教学技术，在校网范围内实行网上无纸教学过程。考试采用上机实作的方式进行。课程要求：专业技能：能够运用AspenPlus进行流体输送、传热、精馏、吸收、萃取、膜分离、化学反应等单元过程的仿真建模和设计；能够运用AspenPlus对带循环回路的化工流程进行仿真建模和优化设计；能够运用AspenEnergyAnalyzer对化工过程进行热集成分析，并进行换热网络的优化设计；能够运用AspenProcessEconomicAnalyzer对化工过程进行经济分析及评价；能够运用IntergraphSmartPlant3D进行化工装置的布置设计；能够运用AutoCAD绘制化工专业的各类图纸。项目设计：工艺流程设计及模拟计算工艺方案选择及论证工艺流程模拟计算（用AspenPlus）绘制带控制点工艺流程图编制物料及热量平衡计算书设备选型及典型设备设计典型非标设备——精馏塔的工艺设计，编制计算说明书。典型标准设备——换热器的选型设计，编制计算说明书。编制设备一览表。车间设备布置设计选择一个主要工艺车间，进行车间布置设计：绘制车间平面布置图（不少于1张）绘制车间立面布置图（不少于1张）分厂总平面布置设计对各工艺车间、产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、分厂内部道路等进行合理的布置设计，并对方案进行必要的说明。绘制分厂平面布置总图（1张）。设计说明书编制对设计内容汇总，按正规格式编写《初步设计说明书》。作了具体设计的内容可详细一些，为作具体设计的内容可简略，但要保持格式正确完整。课程评分期中开卷考试开始占40％，课程作业占20％，项目设计文档评阅及答辩占40％。四、教学安排第一讲：1.化工设计课程绪论2.化工设计概论主要内容：化工设计课程的教学内容及安排设计类别和任务设计内容和程序设计工具和方法认识实习：地点：浙江工程设计有限公司浙江大学大学生实践教学基地参观工程设计公司的工作环境，了解工程设计单位的组成结构。总工程师讲座：化工设计在化学工业中的作用与地位化工设计的技术现状及发展趋势对化工设计人才的基本素质和专业素质要求设计室主任讲座：现代设计方法在化工过程设计中的作用掌握现代设计理念、方法和工具对职业生涯发展的重要性设计工程师讲座：3D设计方法在现代化工厂设计中的作用掌握3D设计理念、方法和工具对职业生涯发展的重要性课程准备：组建设计团队：每队五人，自由组合，选举一名队长，将名单报给助教。在自己的计算机上安装AspenPlus软件，可到浙江大学大学生化工设计创新基地寻求技术支持。参考资料：《化工工艺设计手册》上海医药设计院编.化学工业出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第二讲：1、化工CAD概述2、AspenPlus使用入门主要内容：化工CAD的内容、方法及工具使用AspenPlus的基本步骤物性计算模型及方法混合器和流量分配器上机实验：流体的混合与分配流股的复制与放大状态方程的选用参考资料：《化工过程数值模拟及软件》屈一新.化学工业出版社《化工过程模拟与优化》杨有麒，项曙光.化学工业出版社FTP:///reference/AspenPlus手册/*.*FTP:///reference/课堂教案-PPT/第二讲AspenPlus使用入门.pptFTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/入门/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/入门/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/Exercise1*.bkp第三讲：流体输送单元的仿真设计主要内容：泵与水轮机模型压缩机与汽轮机模型阀门模型管道模型管线模型上机实验：离心泵的工作点与变频调速离心压缩机与汽轮机的联动（功流的应用）取水系统的供水能力吸收塔供水系统的变频节能参考资料：FTP:///reference/AspenPlus手册/*.*FTP:///reference/课堂教案-PPT/第三讲流体输送单元的仿真设计.pptFTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/流体输送/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/流体输送/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习二/Exercise2*.bkp第四讲：热过程单元的仿真设计主要内容：加热器模型换热器模型上机实验：工厂供热系统的模拟列管式换热器的工艺设计参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第四讲热过程单元的仿真设计.pptFTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/传热单元/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/传热单元/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习三/Exercise3*.bkpFTP:///Reference/参考书籍/《化工工艺设计手册》下册-2003版FTP:///Reference/设计标准/GB151-1999_管壳式换热器第五讲：分离单元的仿真设计（一）主要内容：两相闪蒸器模型三相闪蒸器模型倾析器模型分离器模型二出口分离器模型上机实验：三相闪蒸过程的计算单级萃取器的计算精馏过程的出口状态的计算渗透汽化膜分离过程的计算参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第五讲分离单元的仿真设计（一）.pptFTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/分离过程（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/分离过程（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习四/Exercise4*.bkpFTP:///Reference/参考书籍/Fortran77结构化程序设计.pdf第六讲：分离单元的仿真设计（二）主要内容：精馏塔捷算模型精馏塔精算模型塔板和填料的选型设计吸收塔的计算萃取塔模型上机实验：甲醇精馏塔的设计甲醇双效差压精馏系统的设计CO2脱除单元的设计参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第六讲分离单元的仿真设计（二）FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/分离过程（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/分离过程（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/Exercise5*.bkpFTP:///Reference/参考书籍/Fortran77结构化程序设计.pdf第七讲：反应器单元的仿真设计（一）主要内容：化学计量反应器模型产率反应器模型化学平衡反应器模型GIBBS反应器模型上机实验：冷激式合成塔的冷激气分配参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第七讲反应器单元的仿真设计（一）FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/反应器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/反应器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习六/Exercise6*.bkpFTP:///Reference/参考书籍/甲醇工学.pdf第八讲：反应器单元的仿真设计（二）主要内容：化学反应对象全混釜反应器模型活塞流反应器模型搅拌釜式间歇反应器模型优化设计上机实验：冷激式合成塔催化剂体积计算副反应的处理搅拌釜式间歇反应器设计串联釜式反应器的优化参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第八讲反应器单元的仿真设计（二）FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/反应器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/反应器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习七/Exercise7*.bkpFTP:///Reference/参考书籍/甲醇工学.pdf第九讲：1、化工过程的能量分析与集成2、项目设计启动主要内容：AspenEnergyAnalyzer入门夹点分析技术换热器网络优化上机实验：夹点分析练习换热器网络优化设计课外作业：各设计组选择设计项目，接受设计任务书，进入项目设计阶段。项目组分工项目设计资料的收集与整理参考资料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenEnergyAnalyzer/*.*FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第九讲化工过程热集成仿真设计FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/课堂示例/*.*FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/作业参考解/练习八/*.bkp、*.hchFTP:///Reference/参考书籍/甲醇工学.pdfFTP:///Reference/其他资料/具有完全热集成和水集成的合成甲醇精制工艺.pdf第十讲：塔设备设计主要内容：浮阀塔的流体力学计算塔体的机械强度计算上机实验：甲醇精馏塔的流体力学设计甲醇精馏塔体的机械强度设计课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：FTP:///reference/参考书/《化工设备设计全书塔设备设计》《化工原理》（下册）《化学工程手册》（第二版上、下卷）第十四篇气液传质设备《化工设备图册塔设备》《化工原理课程设计》FTP:///reference/其他资料/TowerDesign/《浮阀塔设计-使用手册》《塔设备机械设计-参考样本》FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习五/Exercise5-1-*.bkp练习九/*.*第十一讲：化工过程的经济分析主要内容：化工设计项目的技术经济评价AspenEconomicAnalyzer入门上机实验：AspenEconomicAnalyzer应用练习课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：《PlantDesignandEconomicsforChemicalEngineers》PetersMS,TimmerhausKD.McGraw-Hill《ChemicalProcessEngineering-DesignandEconomics》SillaH.MarcelDekkerFTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenProcessEconomicAnalyzer/*.*第十二讲：化工装置布置设计（一）主要内容：SmartPlant3D入门SmartPlant3D——设备建模上机实验：SmartPlant3D工作环境设置SmartPlant3D设备建模练习课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：《HandbookofChemicalProcessingEquipment》CheremisinoffNP.Butterworth-Heinemann第十三讲：化工装置布置设计（二）主要内容：SmartPlant3D——设备布置SmartPlant3D——钢结构支架设计上机实验：车间设备布置设计课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：《ChemicalProcessSafety-FundamentalswithApplications》2ndEd.CrowlDA,LouvarJF.PrenticeHallPRT第十四讲：化工装置布置设计（三）主要内容：SmartPlant3D——管路布置上机实验：1、车间管路布置设计课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：《石油化工工艺管道设计与安装》张德姜，赵勇.第十五讲：化工设计文档编制主要内容：初步设计说明书编制化工设计图纸的绘制上机实验：化工物料流程图的绘制化工管道及仪表流程图的绘制装置布置图的绘制总平面图绘制课外作业：按分工实施项目设计工作参考资料：《化工工艺设计手册》上海医药设计院编.化学工业出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第十六讲：课程及项目设计总结主要内容：对课程的教学情况和各队的项目进展情况进行总结，布置设计项目结题准备工作。上机实验：补充完善以前的上机实验作业课外作业：项目汇报文档准备教学进度表周次授课主题备注11.化工设计课程绪论2.化工设计概论课堂讲授2学时认识实习4学时21、化工CAD概述2、AspenPlus使用入门课堂讲授2学时上机实验4学时3流体输送单元的仿真设计课堂讲授2学时上机实验4学时4热过程单元的仿真设计课堂讲授2学时上机实验4学时5分离单元的仿真设计（一）简单分离单元模型课堂讲授2学时上机实验4学时6分离单元的仿真设计（二）塔设备单元模型课堂讲授2学时上机实验4学时7化学反应器单元的仿真设计（一）产率反应器与热力学平衡反应器课堂讲授2学时上机实验4学时8化学反应器单元的仿真设计（二）化学动力学平衡反应器课堂讲授2学时上机实验4学时9期中考试上机考试2课时101、化工过程的能量分析与集成2、项目设计启动课堂讲授2学时上机实验4学时11塔设备设计课堂讲授2学时上机实验4学时12化工过程的经济分析课堂讲授2学时上机实验4学时13化工装置布置设计（一）SmartPlant3D入门化工设备三维模型课堂讲授2学时上机实验4学时14化工装置布置设计（二）化工厂车间布置设计课堂讲授2学时上机实验4学时15化工装置布置设计（三）化工厂管道布置设计课堂讲授2学时上机实验4学时16化工设计文档编制课堂讲授2学时上机实验4学时17课程总结课堂讲授2学时上机实验4学时18提交设计文档，设计项目答辩10学时五、参考教材及相关资料《化工设计》网络课件吴嘉《AspenEngineeringSuit参考资料》，ASPENTechnologyCo.Ltd.《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann《ChemicalProcessDesign-Computer-AidedCaseStudies》DimianAC,BildeaCS.Wiley-VCH《ChemicalProcessDesignandIntegra