《化工过程分析与合成》课程教学大纲

《化工过程分析与合成》课程教学大纲

一、教学大纲说明

（一）课程的地位、作用和任务

本课程是化学工程与工艺专业的一门专业选修课。本课程使学生在完成工程数学、物理化学、化工原理、化工热力学、分离工程等课程学习的基础上，能够应用系统工程的观点和方法来研究化工过程的开发、设计、最优操作和最优控制。

（二）课程教学的目的和要求

应用化工过程模拟和优化方法开发新型化工过程和改造现有工厂技术。通过学习本课程使学生能够了解化工系统分析与合成的基本概念和基本内容，掌握化工系统分析和合成的基本方法，学会化工过程模拟软件AspenPlus的使用，能够应用先进的过程模拟软件从事化工过程模拟、分析和优化。

（三）课程教学方法与手段

采用课堂讲授、专题讨论、上机实践等多种教学方法和手段。

（四）课程与其它课程的联系

本课程必须以高等数学、物理化学，化工原理，化工设备基础，化学反应工程，化工热力学、分离工程等相关的课程为基础，课程的学习为具备化工过程模拟和优化方法开发新型化工过程打下良好基础。

（五）教材与教学参考书

教材：

麻德贤，李成岳等，《化工过程分析与合成》，化学工业出版社，2002年

参考书：

张瑞生，沈大才，《化工系统工程基础》，华东化工学院出版社，1991年

杨友麒，《实用化工系统工程》，化学工业出版社，1989年

张建侯，《化工过程分析与计算机模拟》，化学工业出版社，1989年

朱开宏，《化工过程流程模拟》，中国石化出版社，1993年

张吉瑞，《化工数值方法》，中国石化出版社，1995年

二、课程的教学内容、重点和难点

第一单元  绪论

学习目的和要求：本单元介绍了化工过程、化工过程分析与合成、化工流程模拟、化工过程生产操作控制、化工企业CIPS、人工智能在化工过程中的应用。通过本单元的学习，应了解化工过程分析与合成的基本概念、主要研究内容，了解化工过程分析与合成新型手段和方法。

重点和难点：化工过程分析与合成新型手段和方法。

第二单元  化工数值方法

学习目的和要求：本单元阐述了化工过程分析与合成中涉及的化工数值方法。通过本单元的学习，应掌握线性方程组和非线性方程（组）的数值计算方法，掌握插值和拟合，掌握最小二乘分析和常微分方程（组）的数值计算方法，了解无约束和有约束优化计算方法。

重点和难点：化工过程分析与合成的基本概念。

第三单元  化工过程系统稳态模拟分析

学习目的和要求：本单元介绍了合成氨工艺流程物料平衡模拟，阐述了模拟问题的实质（包括过程流股的本质、物料的本质、过程单元的本质、过程构型），介绍了稳态流程模拟的解算方法（序贯模块法、联立方程法、联立模块法）。通过本单元的学习，应了解化学工程与工艺稳态模拟的基本方法。

重点和难点：模拟问题的实质；稳态流程模拟的解算方法。

第四单元  化工系统分析

学习目的和要求：本单元介绍了化工系统的自由度分析（自由度的概念，自由度的选择，化工单元设备的自由度分析，流程的自由度分析），介绍了化工系统的结构模型（结构单元图，结构模型，过程矩阵、关联矩阵、邻接矩阵）介绍了化工系统的分解（系统分割，子系统的分解）。通过本单元的学习，应了解自由度的概念和选择原则，以及化工系统的结构模型。

重点和难点：单元设备的自由度分析；系统分割与子系统分解；系统分割，子系统分解。

第五单元  化工过程模拟系统

学习目的和要求：本单元介绍了化工模拟系统的分类（通用和专用）、通用化工模拟系统（系统组成、功能）、化工模拟系统的应用（工业应用与教学应用）、AspenPlus软件的使用入门。通过本单元的学习，应了解通用化工模拟系统的组成与功能，了解AspenPlus软件的基本功能。

重点和难点：相关模拟系统概念和AspenPlus软件的基本功能。

第六单元  稳态单元过程数学模型

学习目的和要求：本单元介绍了物理器械数学模型（物流混合器、流股分隔器、等温闪蒸、绝热闪蒸、管壳式换热器）、复杂精馏塔的计算（复杂精馏塔通用数学模型、复杂精馏塔的计算方法）、化学反应器的计算（活塞流反应器的数学模型与计算，全混釜反应器的数学模型与计算）。通过本单元的学习，应掌握各类单元操作过程的数学模型计算方法，能够使用AspenPlus软件模拟化工单元操作过程。

重点和难点：使用AspenPlus软件模拟化工单元操作过程。

第七单元  化工系统优化

学习目的和要求：本单元介绍了优化问题的性质与数学描述、优化问题实例、优化问题求解的一般步骤、优化方法概述、AspenPlus优化模块的应用。通过本单元的学习，应了解优化问题的数学描述、优化问题的求解步骤，了解常用优化方法，掌握AspenPlus优化模块的使用。

重点和难点：常用优化方法；AspenPlus优化模块的使用。

三、学时分配

四、考核方式

本课程建议为考察课程，采用小论文或小组设计大作品的形式完成。