化工设计教学大纲

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

一、课程介绍（100T50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,thestudentswilllearnmodernmethodsand

toolsofchemicalengineeringdesign,understandtheworkingprocedure,contentsanddocumentation,

practicallyexperiencethewholeprocessofdesigningachemicalplantbysimulation,gelfamiliarofthe

computersoftwareandbasicskillsforchemicalengineeringsimulationdesign,andreceiveanintegrated

trainingontheabilitytosolveengineeringproblemsbyapplicationoftheprinciplesandtheoriestheyhave

learnt.

二、教学目标

（一）学习目标

1、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；

2、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；

3、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；

4、学会团队工作方法；

5、完成模拟项目的设计。

（二）可测量结果

1、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）；

2、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：

1、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：

2、通过系列专题讲座对同学的实践过程进行宏观指导；

3、通过分组和个别辅导对同学的实践过程进行微观指导；

4、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；

5、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；

6、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。

7、考试采用上机实作的方式进行。

课程要求：

专业技能：

I、能够运用AspenPlus进行流体输送、传热、精储、吸收、萃取、膜分离、化学反应等单

元过程的仿真建模和设计；

2、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；

3、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；

4、能够运用AspenProcessEconomicAnalyzer对化工过程进行经济分析及评价；

5、能够运用IntergraphSmartPlant3D进行化工装置的布置设计；

6、能够运用AutoCAD绘制化工专业的各类图纸。

项目设计：

1、工艺流程设计及模拟计算

①

工艺万案选择及论证

②

工艺流程模拟计算（JTJAspenPlus）

③

④绘制带控制点工艺流程图

编制物料及热量平衡计算书

2、设备选型及典型设备设计

①典型非标设备一一精僧塔的工艺设计，编制计算说明书。

②典型标准设备一一换热器的选型设计，编制计算说明书。

③编制设各一览表。

3、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：

①绘制车间平面布置图（不少于1张）

②绘制车间立面布置图（不少于1张）

4、分厂总平面布置设计

①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.

②绘制分厂平面布置总图（1张）。

5、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。

（二）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：

1、化工设计课程的教学内容及安排

2、设计类别和任务

3、设计内容和程序

4、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

I.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。

2.总工程师讲座：

I）化工设计在化学工业中的作用与地位

2）化工设计的技术现状及发展趋势

3）对化工设计人才的基本素质和专业素质要求

3.设计室主任讲座：

1）现代设计方法在化工过程设计中的作用

2）掌握现代设计理念、方法和工具对职业生涯发展的重要性

4.设计工程师讲座：

1）3D设计方法在现代化工厂设计中的作用

2）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：

I、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。

2、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：

I、《化工工艺设计手册》上海医药设计院编.化学工业出版社

2、^ChemicalEngineeringDesign^TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann

第二讲；1、化工CAD概述

2、AspenPlus使用入门

主要内容：

1、化工CAD的内容、方法及工具

2、使用AspenPlus的基本步骤

3、物性计算模型及方法

4、混合器和流量分配器

上机实验:

1、流体的混合与分配

2、流股的复制与放大

3、状态方程的选用

参考资料：

1、《化工过程数值模拟及软件》屈一新.化学工业出版社

2、《化工过程模拟与优化》杨有麒，项曙光.化学工业出版社

3、FTP:〃/rcference/AspcnPlus手册

4、FTP:〃沁/reference/课堂教案PPT/第二讲A$penPlus使用入门.ppt

5、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/入门/*.*

6、FTP:///Samplcs/AspcnPlus/课堂示例/demo/入门/*.*

7、FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/Exercisel*.bkp

第三讲：流体输送单元的仿真设计

主要内容：

1、泵与水轮机模型

2、压缩机与汽轮机模型

3、阀门模型

4、管道模型

5、管线模型

上机实验：

1、离心泵的工作点与变频调速

2、离心压缩机与汽轮机的联动（功流的应用）

3、取水系统的供水能力

4、吸收塔供水系统的变频节能

参考资料：

1、FTP:〃/refierence/AspenPlus手册/*.*

2、FTP:///reference/课堂教案-PPT/第三讲流体输送单元的仿真设计.ppt

3、FTP:///Samplcs/AspcnPlus/课堂示例/bkp/流体输送/*.*

4、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/流体输送/*.*

5、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：

I、加热器模型

2、换热器模型

上机实验：

1、工厂供热系统的模拟

2、列管式换热器的工艺设计

参考资料：

1、FTP:〃/Rcfcrcnce/AspcnEngineeringSuit/AspcnPlusManuals/*.*

2、FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第四讲热过程单元的仿真设计.ppt

3、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/传热单元/*.*

4、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/传热单元/*.*

5、FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习三/Exercise3*.bkp

6、FIP:〃/Reference/参考15箱/《化工工艺设计手册》下册-2003版

7、FTP:///Reference/设计标准/GB15I-1999_管壳式换热器

第五讲：分离单元的仿真设计（一）

主要内容：

I、两相闪蒸器模型

2、三相闪蒸器模型

3、倾析器模型

4、分离器模型

5、二出口分离器模型

上机实验：

1、三相闪蒸过程的计算

2、单级萃取器的计算

3、精储过程的出口状态的计算

4、渗透汽化膜分离过程的计算

参考资料：

1、FTP:///Rcfcrcnce/AspcnEngineeringSuit/AspcnPlusManuals/*.*

2、FTP:〃/Reference/课堂教案-PPT/第五讲分离单元的仿真设计（'）.ppt

3、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/分离过程（I）/*.*

4、FTP:///Samples/AspenPIus/课堂示例/demo/分离过程（I）/*.*

5、FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习E3/Exercise4*.bkp

6、FTP:///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：

1、精储塔捷算模型

2、精做塔精算模型

3、塔板和填料的选型设计

4、吸收塔的计算

5、萃取塔模型

上机实验:

I、甲醇精储塔的设计

2、甲醇双效差E精储系统的设计

3、CO?脱除单元的设计

参考资料：

1、FTP:///Rcfcrcnce/AspcnEngineeringSuit/AspcnPlusManuals，*.*

2^FTP:〃/Reference/课堂教案-PPT/第六讲分离单元的仿真设计（二）

3、FTP:〃/Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/分离过程（2）/*.*

4、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/分离过程（2）/*.*

5、FTP:///Samplcs/AspenPlus/作业参考解/Exercise5*.bkp

6、FTP:〃/Reference/参考书籍/Forlran77结构化程序设计.pd「

第七讲：反应器单元的仿真设计（一）

主要内容：

I、化学计量反应器模型

2、产率反应器模型

3、化学平衡反应器模型

4、GIBBS反应器模型

上机实验：

1、冷激式合成塔的冷激气分配

参考资料：

1、FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*

2、FTP:〃/Reference/课堂教案-PPT/第七讲反应器单元的仿真设计（一）

3、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/反应器（1）/*.*

4、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/demo/反应器（1）/*.*

5、FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/练习六/Exercise6*.bkp

6、FTP:///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：

2、化学反应对象

3、全混釜反应器模型

4、活塞流反应相模型

5、搅拌釜式间歇反应器模型

6、优化设计

上机实验：

1、冷激式合成塔催化剂体积计算

2、副反应的处理

3、搅拌釜式间歇反应器设计

4、串联釜式反应器的优化

参考资料：

1、FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*

2^FTP:〃/Reference/课堂教案-PPT/第八讲反应器单元的仿真设计（二）

3、FTP:///Samples/AspenPlus/课堂示例/bkp/反应器（2）/*.*

4、FTP:〃/Samples/AspcnPlus/课堂示例/demo/反应器（2）/*.*

5、FTP:///Samples/AspenPlus/作'也参考解/练习七/Exercise7*.bkp

6、FTP:///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：

I、AspenEnergyAnalyzer入门

2、夹点分析技术

3、换热器网络优化

上机实验：

I、夹点分析练习

2、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：

1、FTP:///Refercnce/AspcnEngineeringSuit/AspenEnergyAnalyzer/*.*

2、FTP:///Reference/课堂教案-PPT/第九讲化工过程热集成仿真设计

3、FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/课堂示例/*.*

4^FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/作业参考解/练习八/*.bkp、*.hch

5、FTP:///Reference/参考书籍/甲醇工学.pdf

6、FTP:///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：

1、浮阀塔的流体力学计算

2、塔体的机械强度计算

上机实验：

I、甲醉精储塔的流体力学设计

2、甲醉精微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：

1、FTP:〃/reference/参考书/

z1

(

\《化工设备设计全书塔设备设计》

z2

(

\《化工原理》(下册)

z3X

(I

\/《化学工程手册》(第二版上、下卷)第十四篇气液传质设备

z4\

<

\7《化工设备图册塔设备》

/5\

<|

x7《化工原理课程设计》

2、FTP:///reference/其他资料/TowerDesign/

(1)《浮阀塔设计-使用手册》

(2)《塔设备机械设计-参考样本》

3、FTP:///Samples/AspenPlus/作业参考解/

(1)练习五/Exercise5-l-*.bkp

(2)练习九/*.*

第十一讲：化工过程的经济分析

主要内容：

I、化工设计项目的技术经济评价

2、AspenEconomicAnalyzer入门

上机实验：

I、AspenEconomicAnalyzer应用练习

课外作业：

按分工实施项目设计工作

参考资料：

I、《PlanlDesignandEconomicsforChemicalEngineers》PetersMS,TimmerhausKD.

McGraw-Hill

2、^ChemicalProcessEngineering-DesignandEconomics^SillaH.MarcelDekker

3、FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenProcessEconomic

Analyzer/*.*

第十二讲：化工装置布置设计(一)

主要内容：

1、SmartPlanl3D入门

2、SmartPlant3D------设备建模

上机实验：

I、SmartPlant3D工作环境设置

2、SmartPlanl3D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：

1、《HandbookofChemicalProcessingEquipment》CheremisinoffNP.

Butterworth-Heinemann

2、

第十三讲：化工装置布置设计（二）

主要内容：

1、SmartPlant3D——设备布置

2、SmartPlant3D------钢结构支架设计

上机实验：

I、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：

1、《ChemicalProcessSafety-FundamentalswithApplications》2ndEd.CrowlDA,

LouvarJF.PrenticeHallPRT

第十四讲：化工装置布置设计（三）

主要内容：

1、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：

1、初步设计说明书编制

2、化工设计图纸的绘制

上机实验：

1、化工物料流程图的绘制

2、化工管道及仪表流程图的绘制

3,装置布置图的绘制

4、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：

1、《化工工艺设计手册》上海医药设计院编.化学工业出版社

2、^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

1.化工设计课程结论课堂讲授2学时

1

2.化工设计概论认识实习4学时

1、化工CAD概述课堂讲授2学时

2

2、AspenPlus使用入门上机实验4学时

课堂讲授2学时

3流体输送单元的仿真设计

上机实验4学时

课堂讲授2学时

4热过程单元的仿真设计

上机实验4学时

分离单元的仿真设计（一）课堂讲授2学时

5

简单分离单元模型上机实验4学时

分离单元的仿真设计（二）课堂讲授2学时

6

塔设备单元模型上机实验4学时

化学反应器单元的仿真设计（一）课堂讲授2学时

7

产率反应器与热力学平衡反应器上机实验4学时

化学反应器单元的仿真设计（二）课堂讲授2学时

8

化学动力学平衡反应器上机实验4学时

9期中考试上机考试2课时

1、化工过程的能量分析与集成课堂讲授2学时

10

2、项目设计启动上机实验4学时

课堂讲授2学时

11塔设备设计

上机实验4学时

课堂讲授2学时

12化工过程的经济分析

上机实验4学时

化工装置布置设计（一）

课堂讲授2学时

13SmartPlant3D入门

上机实验4学时

化工设备三维模型

化工装置布置设计（二）课堂讲授2学时

14

化工厂车间布置设计上机实验4学时

化工装置布置设计（三）课堂讲授2学时

15

化工厂管道布置设计上机实验4学时

课堂讲授2学时

16化工设计文档编制

上机实验4学时

课堂讲授2学时

17