《化工设计》教学大纲

《化工设计》教学大纲

一、课程信息

二、课程内容

（一）课程教学目标

化工设计是化工类专业本科生的一门必修的专业课，通过本课程学习并结合毕业设计，有利于培养学生独立工作、独立思考和运用所学知识解决化学工业的工程技术问题的能力，是提高学生综合素质，使大学生向工程师转化的一个重要教学环节，同时，促进基础知识的应用与创新能力的提高，培养学生的团队精神（合作、交流、分工、协调）。

（二）基本教学内容

第一章、化工厂设计的内容与程序

教学目的与要求：了解化工设计的程序、内容、方法、工程技术人员通过设计，按工艺技术要求将想象内容转变成现实。

教学重点：理解概念设计、基础设计与工程设计的区别与联系，特别要掌握国内的基础设计、初步设计、施工图设计与国外的工艺设计、基础工程设计及详细工程设计的内容与区别。掌握扩大初步设计的内容和工作程序。掌握车间(装置)工艺设计的工作程序和设计准备工作及方案设计的内容。掌握初步设计文件中工艺设计部分的内容。

教学难点：与各种基础知识的结合点。

教学内容：理解概念设计、中试设计、基础设计与工程设计的概念与内容。了解从项目建议书到投料试车的化工厂设计工作的内容和程序。理解项目建议书、可行性研究、设什任务书、扩大初步设计和施工图设计的主要内容。了解车间(装置)工艺设计的内容和工作程序。了解初步设计文件和施工图设计文件的主要内容和要求。

第二章、工艺流程设计

教学目的与要求：  理解工艺流程（图）的概念。掌握工艺流程设计的方法。熟练掌握工艺流程图的表示、绘制和阅读。

教学重点：掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。掌握工艺流程设计的步骤和内容，以及反应过程、原料预处理过程、产物的分离净化过程设计应考虑的问题。掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注内容和方法。掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。运用计算机绘制一个简单过程的管道仪表流程图，重点掌握设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的绘制方法和管道标注内容和方法。

教学难点：综合运用所学知识，以反应过程为核心，根据反应过程的特点，提出对原料预处理过程、产物的分离净化过程的的要求，组织工艺流程。如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。绘制工艺流程图的顺序，以及各种管线的类型、线宽的确定，阀门类型的确定。

教学内容：理解生产方法和工艺流程选择的原则和生产方法和工艺流程确定的步骤和内容。理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达方法。理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控设计条件的内容。运用多媒体手段演示用PIDCAD绘制工艺流程图的过程，理解PIDCAD的工作界面和绘制工艺流程图的步骤和方法。

第三章、物料衡算和能量衡算

教学目的与要求：掌握化工过程的特点。熟练掌握化工过程的物料衡算。熟练掌握化工过程的能量衡算。

教学重点：掌握利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。掌握一个完整的化工过程的物料衡算的基准和思路。掌握两种衡算方法的衡算基准和计算方法。掌握用ChemCAD进行物料衡算的步骤和方法。

教学难点：衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约束式及设备约束式的内容和形式。对一个完整的化工过程的物料衡算时应选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达式。热量衡算的基准，包括温度、压力和相态，以及有相变时其热量的正负符号的取向。设备、热力学方法的定义，模拟反应器的选择和参数的输入，以及换热过程和分离过程的模型选择和参数的输入。

教学内容：结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。结合具体实例，理解一个完整的化工过程的物料衡算方法和步骤。结合具体实例，理解以反应热效应为基础和以生成热为基础两种反应过程能量衡算方法的计算原理和计算方法。上机通过一个实例，了解流程模拟软件的种类和功能，以及用ChemCAD进行物料衡算和热量衡算的步骤和方法。

第四章、设备的工艺设计及化工设备图

教学目的与要求：掌握化工设备的选用和设计的一般原则。熟练进行化工设备的选用（设计）。熟练掌握化工设备图的绘制和阅读。

教学重点：确定合适的设备基本结构形式和基本尺寸、主要工艺参数，以及正确选择并填写非定型设备设计条件单。如何确定化工设备的主、辅视图，化工设备图的尺寸标注内容、标注基准和方法。如何正确选择各种标准和规范，填写标准零部件的尺寸数据。

教学难点：理解设备选型和工艺设计的合理性和安全性的要求。掌握非定型设备基本设计的内容和方法，正确选择并填写非定型设备设计条件单。掌握化工设备图的有关规范、相关表格填写，化工设备图的视图表达特点，化工设备图尺寸标注内容和标注基准，阅读化工设备图的方法和步骤。用多媒体演示或学生通过实际操作，掌握用PVCAD绘制化工设备图的方法与步骤。

教学内容：理解化工设备选型和工艺设计的一般原则。结合具体实例，理解非定型设备设计的主要内容和工作程序。结合具体实例，理解化工设备图的基本知识，化工设备图的基本内容和表格形式、化工设备图的表达特点，化工设备图的件号和尺寸标注内容和方法，化工设备图的绘制方法和步骤，化工设备图的阅读方法和步骤。采用案例教学方式，或用多媒体演示方式，用计算机进行设备选型与计算的方法与步骤，用PVCAD绘制化工设备图的方法与步骤。

第五章、车间布置设计

教学目的与要求：掌握车间布置设计的内容和程序。了解土建基础知识。熟悉典型设备的布置方案。熟练掌握车间布置图的绘制和阅读。

教学重点：结合具体实例，重点应理解初步设计阶段和施工图设计阶段的车间布置设计的内容，掌握直通管廊长条布置、组合型布置，室内布置和露天布置的方案的要点。了解设备布置应满足生产工艺、安装检修、土建及安全、卫生的要求及应对方案，以及工艺设备竖面布置的原则。理解反应器、塔和立式容器、换热器、卧式容器和泵的布置要点。掌握建筑物及其构件和设备的图示方法，设备的标注内容和标注方法，设备布置图的绘制与阅读的方法和步骤。理解设备安装图的画法。掌握设置绘图界限、文字样式、图层与线型线宽及尺寸标注样式，线和几何图形的绘制，对象选择和捕捉，复制、移动、修剪、打断、缩放、镜像、阵列、延伸、拉伸、偏移、旋转等编辑操作，文字标注及编辑，尺寸标注及编辑。

教学难点：设备位号的标注内容和标注方法，标注设备定位尺寸的基准与标注方法，设备布置图的绘制方法和阅读方法。绘图和编辑操作中对话框或提问句的回答与输入，文字标注样式及编辑，尺寸标注样式及编辑。

教学内容：理解化工车间的组成，车间布置设计的依据、内容及程序，以及车间(装置)平面布置方案和工业建筑物的模数、敞开构筑物的结构尺寸。理解车间设备布置设计的内容，设备布置应满足生产工艺、安装检修、土建及安全、卫生的要求，以及工艺设备竖面布置的原则。理解反应器、塔和立式容器、换热器、卧式容器、泵及压缩机的布置方案和布置要点。结合具体实例，理解设备布置图的内容、一般规定，设备布置图的图幅、比例、尺寸单位、图面安排和视图要求，设备布置图标注内容和要求，基础工程设计阶段和详细工程设计阶段的设备布置图的内容，设备布置图的绘制与阅读的方法和步骤。结合具体实例，了解设备安装图的内容、作用，及设备安装图的画法。通过采用AutoCAD绘制一个简单过程的设备布置图的实例或作业，使学生理解计算机绘图的设置、绘图、编辑、标注及对象选择和捕捉等常用操作的用途和方法，学会用AutoCAD绘制化工工艺图纸。

第六章、管道布置设计

教学目的与要求：掌握管道布置设计的任务和要求。熟悉典型设备的管道布置。能进行管道布置图的绘制和阅读。

教学重点：了解化工车间布置设计的原则性要求。理解管道在管架上的平面布置和立面布置的原则。掌握立式和卧式容器、换热器和塔的管道平面和立面布置方案及布置要求，确定管口方位的原则。掌握管道转折、交叉、重叠的表示方法，仪表控制点及阀门和管架的图形符号和表示方法，平面管道布置图中建筑物、设备、管道的表达内容和方法、标注内容和标注方法，绘制管道布置图的画法与步骤，管道布置图的阅读方法与步骤。掌握管道轴测图中管道、管件及阀门的表示方法及尺寸标注内容与标注方法，管道方位图的表达内容及绘制方法。理解设备、管道、管件、阀门、管道支架等建模的方法和参数输入。

教学难点：正确确定立式和卧式容器、换热器和塔的管口方位。管道转折、交叉、重叠的表示方法，管道布置图的标注内容和方法。管道轴测图中管道、管件及阀门的表示方法及尺寸标注内容与标注方法。

教学内容：了解化工车间布置设计的任务和要求。了解管架的类型和应用场合，管道在管架上的平面布置和立面布置的原则。理解立式和卧式容器、换热器和塔的管道布置方案和布置要求。结合具体实例，理解管道、管件、阀门、仪表控制点及管道支架的常用画法，管道布置图的配置与画法，管道布置图的绘制内容和方法及标注内容和方法，管道布置图的阅读方法与步骤。理解管道轴测图的内容、图形的表示方法及尺寸标注内容和方法，管口方位图的内容和画法，管架图和管件图的表达内容和方法。有条件的院校应通过一个实例，用计算机软件演示的方法，使学生理解建（构）筑物、设备、管道、管件、阀门、管道支架等建模的方法，模型碰撞检查和模型设计检查的方法，生成平立面图和ISO图及各种材料表格的方法，模型渲染与消隐的方法。

第七章、非工艺专业设计

教学目的与要求：了解工艺专业和非工艺专业的职责范围。知道公用工程和工程概算的基本内容。

教学重点：理解工艺人员向公用工程设计应提供的设计条件。理解化工设计中应遵循的安全防火设计规范，环境污染及其治理应遵循的标准、规范。

教学难点： 掌握工艺人员向公用工程设计应提供的设计条件。

教学内容：了解给排水、供电、供热及冷冻、采暖通风及空气调节工程的基本知识，理解工艺人员向上述公用工程设计应提供的设计条件。理解燃烧与爆炸的起因及其危险程度，化工设计中应遵循的安全防火设计规范，环境污染及其治理应遵循的标准、规范，工艺设计人员应提供的安全防火与环境保护的设计条件。

第八章 工程设计概算与技术经济

教学目的与要求：掌握工程概算费用的分类及内容，工程概算项目的划分及内容，工程项目总概算表的内容及编制办法，单项工程综合概算表的内容及编制办法，单位工程概算表的内容及编制办法，以及工程建设其他费用的计算方法，理解采用电子表格法计算净现值、内部收益率、盈亏平衡点及进行敏感性分析的具体方法。

教学重点：掌握单位工程概算表的内容及编制办法，并理解工程项目总概算、单项工程综合概算、单位工程概算三者的区别与联系。理解各个指标的计算方法,区分产品单位成本和产品工厂成本、投资利税率和投资利润率的区别。掌握投资估算构成、产品成本的构成以及产品成本的估算方法。掌握投资收益率、静态还本期及累计现金价值和净现值、净现值比、折现现金流通收益率及动态还本期的计算方法和评价标准。掌握采用电子表格法计算净现值、内部收益率、盈亏平衡点、敏感性分析的具体方法。

教学难点：掌握净现值、净现值比、折现现金流通收益率及动态还本期的计算方法。掌握净现值、内部收益率、盈亏平衡点及进行敏感性分析中计算公式的语法表达式及参数的取值。

教学内容：理解工程概算费用的分类及内容，工程概算项目的划分及内容，工程项目总概算表的内容及编制办法，单项工程综合概算表的内容及编制办法，单位工程概算表的内容及编制办法，以及工程建设其他费用的计算方法。理解化工设计工程综合技术经济指标表的具体内容和计算方法。理解投资估算的作用、投资估算原则和投资估算构成和有关产品成本概念、产品成本的构成以及产品成本的估算方法等。理解静态评价中的投资收益率、静态还本期和累计现金价值等的定义和表达方式，动态评价中的净现值、净现值比、折现现金流通收益率和动态还本期的定义和评价标准。通过实际例子的演示，使学生理解采用电子表格法计算净现值、内部收益率、盈亏平衡点及进行敏感性分析的具体方法。

第九章、毕业设计

教学目的与要求：掌握毕业设计的目的，意义和要求。掌握毕业设计的指导及毕业设计说明书内容。

教学重点：掌握毕业设计的指导内容。

教学难点：掌握毕业设计说明书。

教学内容：掌握毕业设计的目的，意义和要求、毕业设计的指导及毕业设计说明书内容。

三、学时分配

四、考核方式

作业及考勤：40％

考试：60％

五、教材及参考书

教  材：

陈声宗.化工设计.北京：化学工业出版社，2012.

参考书：

1.王静康.化工设计.北京：化学工业出版，2006.

2.熊洁羽.化工制图.北京：化学工业出版社，2007.

3.陈声宗.化工设计.化学工业出版社(第二版),2008.

4.黄璐. 化工设计.北京：化学工业出版，2001.

5.娄爱娟.化工设计.上海：华东理工大学出版社,2002.

6.倪进方.化学过程设计.北京：化学工业出版社,2001.

7. Martyn S. Ray著, 余立新等译.化工项目设计训练.北京：清华大学出版社，2003.

8.方利国,董新法. 计算机辅助化工制图与设计.化学工业出版社,2010.

9. 中国石化集团上海工程有限公司. 化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社,2009.

六、授课手段

《化工设计》课程属工程科学，是一门综合性质的课程，包含有大量的图、表及工程实例。教学方式采用课堂讲授、讨论、自学；授课手段主要采用电子教案与板书相结合。