化工過程模擬教學(xué)大綱

1、化工過程模擬教學(xué)大綱-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI) JINGBIAN化工過程模擬課程教學(xué)大綱課程編碼：課程類別：必修適用專業(yè)及層次：化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等化工相關(guān)專業(yè)；本科 學(xué)分：3分總學(xué)時數(shù)：48學(xué)時（其中理論學(xué)時24,實驗學(xué)時24） 先修課程：化工原理，物理化學(xué)，一種高級計算機語言一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)化工過程模擬是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。 其目的是給本專業(yè)大三的學(xué)生，在完成化工原理、物理化 學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程之后，為造就過程工程概念，及早了解并逐步 適應(yīng)當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的數(shù)字化和信息化的趨勢，打下初步的基礎(chǔ)。學(xué) 生通過木課程的學(xué)習(xí)之后，能夠掌握化工流程和

2、單元設(shè)備模擬與優(yōu) 化的基木原理、方法步驟，掌握用常用計算機軟件解決化工過程開 發(fā)、設(shè)備設(shè)計和實際工程模擬優(yōu)化等問題的初步技能。二、課程教學(xué)的基本要求2、使學(xué)生理解并初步掌握化工過程和單元操作的數(shù)學(xué)建模的基 木要領(lǐng)，并對典型過程和典型單元操作的模擬問題做上機練習(xí)。2、掌握化工流程和單元設(shè)備模擬與優(yōu)化的基木原理、方法步驟3、掌握用常用計算機軟件解決化工過程開發(fā)、設(shè)備設(shè)計和實際 工程模擬優(yōu)化等問題的初步技能。4、在后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計過程中，學(xué)生可以利用木課程所學(xué)到的知 識技能，最大限度地利用計算機軟件技術(shù)進行工藝和設(shè)備計算，以 及工藝和設(shè)備的優(yōu)化。三、課程教學(xué)內(nèi)容第一章緒論【授課學(xué)時】（學(xué)時）【教學(xué)內(nèi)容

3、】1.1過程模擬的一般方法：物理模擬與數(shù)學(xué)模擬的聯(lián)系與區(qū)別； 化工系統(tǒng)模擬的層次；數(shù)學(xué)模型的類型。1.2數(shù)學(xué)模擬的用途及限制：化工開發(fā)放大試驗和數(shù)學(xué)模擬的關(guān) 系；化工設(shè)計中的數(shù)學(xué)模擬方法；化工廠生產(chǎn)操作的數(shù)學(xué)模擬方 法；數(shù)學(xué)模擬方法的限制。1.3 a程模擬與優(yōu)化：兩個不同層次的概念（過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu) 化，過程參數(shù)優(yōu)化），過程模擬和優(yōu)化間關(guān)系?！窘虒W(xué)要求】了解過程模擬的用處以及數(shù)學(xué)模擬和優(yōu)化的關(guān)系、掌握過程模 擬的概念和一般方法，熟練掌握化工過程模擬與優(yōu)化的基礎(chǔ)核心地 位。【教學(xué)重難點】2、數(shù)學(xué)模擬的用途及限制2、數(shù)學(xué)模型化的步驟第二章單元過程的穩(wěn)態(tài)模擬【授課學(xué)時】（5個理論學(xué)時+6個實驗學(xué)時）【

4、教學(xué)內(nèi)容】2.1基本概念：流程系統(tǒng)的工況特性；穩(wěn)態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程模 擬；兩類過程模擬類型（模擬型與設(shè)計型）；過程模擬基本環(huán)節(jié)； 變量選擇和自由度分析。2.2通用單元操作過程模擬：相平衡及；多組分混合與分離；化 學(xué)平衡及反應(yīng)器。2.3計算流體力學(xué)CFD模擬：ANSYS通用有限元分析軟件應(yīng)用案 例簡要介紹。【教學(xué)要求】了解模擬型與設(shè)計型的過程模擬問題、掌握過程模擬基木環(huán)節(jié) 的組成，熟練掌握常用單元操作過程模擬（閃蒸器、混合與分離 器、化學(xué)平衡反應(yīng)器）的精髓?！窘虒W(xué)重難點】2、通過單元操作過程模擬2、變量選擇和自由度分析第三章.穩(wěn)態(tài)流程模擬【授課學(xué)時】（6個理論學(xué)時+6個實驗學(xué)時）【教學(xué)內(nèi)容】3.2

5、流程模擬的基本概念：過程與系統(tǒng)；狀態(tài)變量與決策變 量；流程模擬系統(tǒng)的基木結(jié)構(gòu)。3.2過程系統(tǒng)模型：穩(wěn)態(tài)流程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（代數(shù)方程組）；流程模擬模型的構(gòu)成（單元模型方程、流程連接方程、設(shè)計 規(guī)定方程、優(yōu)化方程、物性方程、費用方程）；過程系統(tǒng)模型建立 （模型識別、參數(shù)估值）3.3流程模擬應(yīng)用案例：合成氨工藝分析?！窘虒W(xué)要求】了解流程模擬的基本概念、掌握流程模擬系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、熟 練掌握流程模擬的物料衡算【教學(xué)重難點】1、穩(wěn)態(tài)流程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2、建立過程系統(tǒng)的模型及其求解第四章動態(tài)過程系統(tǒng)的模擬【授課學(xué)時】（6個理論學(xué)時+6個實驗學(xué)時）【教學(xué)內(nèi)容】4.1動態(tài)模擬的基木概念：動態(tài)模擬的必要性；動態(tài)

6、模擬與穩(wěn)態(tài) 模擬的差別；控制器的設(shè)置。4.2動態(tài)過程系統(tǒng)的建模：基木槽模型；流率受液位影響的槽模 型；封閉槽模型；活塞流反應(yīng)器模型；槽型反應(yīng)器模型。4.3動態(tài)過程數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法：Excel求解常微分方程； MathCAD求解常微分方程組。4.4單元過程的動態(tài)模擬：若干動態(tài)過程的模擬（基本槽模型； 流率受液位影響的槽模型；封閉槽模型；活塞流反應(yīng)器模型；槽型 反應(yīng)器模型）?！窘虒W(xué)要求】了解動態(tài)模擬的必要性、掌握動態(tài)過程系統(tǒng)的建模、熟練掌握 穩(wěn)態(tài)模擬與動態(tài)模擬的比較與差別【教學(xué)重難點】1、動態(tài)過程數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法與結(jié)果解釋2、動態(tài)過程系統(tǒng)的建模與模擬求解第五章化工過程的優(yōu)化【授課學(xué)時】（6個理論學(xué)時+6個實驗學(xué)時）【教學(xué)內(nèi)容】5.1過程優(yōu)化基礎(chǔ)：過程優(yōu)化的基木要素；過程優(yōu)化問題的分 類；過程優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型；過程優(yōu)化的一般步驟。5.2最優(yōu)化方法簡介：Excel中的最優(yōu)化求解模塊及其功能5.3最優(yōu)化算例：過程最優(yōu)選擇【教學(xué)要求】了解過程優(yōu)化的基本要素、掌握過程優(yōu)化的一般步驟、熟練掌 握Excel中的最優(yōu)化求解模塊及其功能【教學(xué)重難點】1、過程優(yōu)化的一般步驟2、過程優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型四、考核方式考核類型：考試考核形式：閉卷五、主要參考資料教材：化工過