化工設(shè)計 教學(xué)大綱

PAGE2PAGE12PAGE1課程代碼：09188170 課程名稱：化工設(shè)計學(xué)分：4 周學(xué)時：6面向?qū)ο螅罕究粕A(yù)修課程要求：化工原理、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、工程制圖、化工設(shè)備基礎(chǔ)、化工儀表及自動化、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)課程介紹（100-150字）（一）中文簡介：本課程通過面向設(shè)計項目的實(shí)踐教學(xué)過程，學(xué)習(xí)化學(xué)工程的現(xiàn)代設(shè)計方法與工具，了解化工設(shè)計的工作程序、內(nèi)容、設(shè)計文檔編制方法，實(shí)踐經(jīng)歷設(shè)計一個化工廠的全過程，并初步掌握化工專業(yè)計算機(jī)仿真設(shè)計工具軟件，以及基本的化工仿真設(shè)計方法，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論解決具體工程問題的能力。（二）英文簡介Throughapracticalstudyprocessofproject-oriented,thestudentswilllearnmodernmethodsandtoolsofchemicalengineeringdesign,understandtheworkingprocedure,contentsanddocumentation,practicallyexperiencethewholeprocessofdesigningachemicalplantbysimulation,getfamiliarofthecomputersoftwareandbasicskillsforchemicalengineeringsimulationdesign,andreceiveanintegratedtrainingontheabilitytosolveengineeringproblemsbyapplicationoftheprinciplesandtheoriestheyhavelearnt.二、教學(xué)目標(biāo)(一)學(xué)習(xí)目標(biāo)對化工設(shè)計階段的劃分，各設(shè)計階段的工作內(nèi)容和設(shè)計文檔有一個總體的了解；能夠在設(shè)計工作中自主地綜合運(yùn)用化學(xué)、熱力學(xué)、單元操作、化學(xué)工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工機(jī)械與設(shè)備、化工儀表與自動控制等專業(yè)基礎(chǔ)知識；初步掌握一種通用和四種化工專業(yè)CAD工具軟件，以及基本的化工CAD方法；學(xué)會團(tuán)隊工作方法；完成模擬項目的設(shè)計。（二）可測量結(jié)果學(xué)生個體運(yùn)用AspenPlus進(jìn)行典型單元過程和簡單流程仿真設(shè)計的能力（考試）；通過團(tuán)隊合作完成一個化工分廠項目的主要內(nèi)容設(shè)計的能力（文檔評閱及答辯）。三、課程要求（一）授課方式與要求授課方式：本課程是一門實(shí)踐教學(xué)課程，在授課方式上具有以下特點(diǎn)：教學(xué)過程面向模擬設(shè)計項目，以圍繞完成項目進(jìn)行的自主學(xué)習(xí)為核心學(xué)習(xí)手段；通過系列專題講座對同學(xué)的實(shí)踐過程進(jìn)行宏觀指導(dǎo)；通過分組和個別輔導(dǎo)對同學(xué)的實(shí)踐過程進(jìn)行微觀指導(dǎo)；舉行階段性設(shè)計成果報告會，培養(yǎng)交流能力，督導(dǎo)教學(xué)過程有序進(jìn)行；采取項目組合作承擔(dān)項目的工作方式，培養(yǎng)團(tuán)隊工作精神和組織領(lǐng)導(dǎo)能力；采用計算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)，在校網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)行網(wǎng)上無紙教學(xué)過程?？荚嚥捎蒙蠙C(jī)實(shí)作的方式進(jìn)行。課程要求：專業(yè)技能：能夠運(yùn)用AspenPlus進(jìn)行流體輸送、傳熱、精餾、吸收、萃取、膜分離、化學(xué)反應(yīng)等單元過程的仿真建模和設(shè)計；能夠運(yùn)用AspenPlus對帶循環(huán)回路的化工流程進(jìn)行仿真建模和優(yōu)化設(shè)計；能夠運(yùn)用AspenEnergyAnalyzer對化工過程進(jìn)行熱集成分析，并進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計；能夠運(yùn)用AspenProcessEconomicAnalyzer對化工過程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析及評價；能夠運(yùn)用IntergraphSmartPlant3D進(jìn)行化工裝置的布置設(shè)計；能夠運(yùn)用AutoCAD繪制化工專業(yè)的各類圖紙。項目設(shè)計：工藝流程設(shè)計及模擬計算工藝方案選擇及論證工藝流程模擬計算（用AspenPlus）繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖編制物料及熱量平衡計算書設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計典型非標(biāo)設(shè)備——精餾塔的工藝設(shè)計，編制計算說明書。典型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備——換熱器的選型設(shè)計，編制計算說明書。編制設(shè)備一覽表。車間設(shè)備布置設(shè)計選擇一個主要工藝車間，進(jìn)行車間布置設(shè)計：繪制車間平面布置圖（不少于1張）繪制車間立面布置圖（不少于1張）分廠總平面布置設(shè)計對各工藝車間、產(chǎn)品儲罐區(qū)、中心控制室、分析化驗室、行政管理及生活等輔助用房、設(shè)備檢修區(qū)、分廠內(nèi)部道路等進(jìn)行合理的布置設(shè)計，并對方案進(jìn)行必要的說明。繪制分廠平面布置總圖（1張）。設(shè)計說明書編制對設(shè)計內(nèi)容匯總，按正規(guī)格式編寫《初步設(shè)計說明書》。作了具體設(shè)計的內(nèi)容可詳細(xì)一些，為作具體設(shè)計的內(nèi)容可簡略，但要保持格式正確完整。課程評分期中開卷考試開始占40％，課程作業(yè)占20％，項目設(shè)計文檔評閱及答辯占40％。四、教學(xué)安排第一講：1.化工設(shè)計課程緒論2.化工設(shè)計概論主要內(nèi)容：化工設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容及安排設(shè)計類別和任務(wù)設(shè)計內(nèi)容和程序設(shè)計工具和方法認(rèn)識實(shí)習(xí)：地點(diǎn)：浙江工程設(shè)計有限公司浙江大學(xué)大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)基地參觀工程設(shè)計公司的工作環(huán)境，了解工程設(shè)計單位的組成結(jié)構(gòu)?？偣こ處熤v座：化工設(shè)計在化學(xué)工業(yè)中的作用與地位化工設(shè)計的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢對化工設(shè)計人才的基本素質(zhì)和專業(yè)素質(zhì)要求設(shè)計室主任講座：現(xiàn)代設(shè)計方法在化工過程設(shè)計中的作用掌握現(xiàn)代設(shè)計理念、方法和工具對職業(yè)生涯發(fā)展的重要性設(shè)計工程師講座：3D設(shè)計方法在現(xiàn)代化工廠設(shè)計中的作用掌握3D設(shè)計理念、方法和工具對職業(yè)生涯發(fā)展的重要性課程準(zhǔn)備：組建設(shè)計團(tuán)隊：每隊五人，自由組合，選舉一名隊長，將名單報給助教。在自己的計算機(jī)上安裝AspenPlus軟件，可到浙江大學(xué)大學(xué)生化工設(shè)計創(chuàng)新基地尋求技術(shù)支持。參考資料：《化工工藝設(shè)計手冊》上海醫(yī)藥設(shè)計院編.化學(xué)工業(yè)出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第二講：1、化工CAD概述2、AspenPlus使用入門主要內(nèi)容：化工CAD的內(nèi)容、方法及工具使用AspenPlus的基本步驟物性計算模型及方法混合器和流量分配器上機(jī)實(shí)驗：流體的混合與分配流股的復(fù)制與放大狀態(tài)方程的選用參考資料：《化工過程數(shù)值模擬及軟件》屈一新.化學(xué)工業(yè)出版社《化工過程模擬與優(yōu)化》楊有麒，項曙光.化學(xué)工業(yè)出版社FTP:///reference/AspenPlus手冊/*.*FTP:///reference/課堂教案-PPT/第二講AspenPlus使用入門.pptFTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/入門/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/入門/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/Exercise1*.bkp第三講：流體輸送單元的仿真設(shè)計主要內(nèi)容：泵與水輪機(jī)模型壓縮機(jī)與汽輪機(jī)模型閥門模型管道模型管線模型上機(jī)實(shí)驗：離心泵的工作點(diǎn)與變頻調(diào)速離心壓縮機(jī)與汽輪機(jī)的聯(lián)動（功流的應(yīng)用）取水系統(tǒng)的供水能力吸收塔供水系統(tǒng)的變頻節(jié)能參考資料：FTP:///reference/AspenPlus手冊/*.*FTP:///reference/課堂教案-PPT/第三講流體輸送單元的仿真設(shè)計.pptFTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/流體輸送/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/流體輸送/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)二/Exercise2*.bkp第四講：熱過程單元的仿真設(shè)計主要內(nèi)容：加熱器模型換熱器模型上機(jī)實(shí)驗：工廠供熱系統(tǒng)的模擬列管式換熱器的工藝設(shè)計參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第四講熱過程單元的仿真設(shè)計.pptFTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/傳熱單元/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/傳熱單元/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)三/Exercise3*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/《化工工藝設(shè)計手冊》下冊-2003版FTP:///Reference/設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)/GB151-1999_管殼式換熱器第五講：分離單元的仿真設(shè)計（一）主要內(nèi)容：兩相閃蒸器模型三相閃蒸器模型傾析器模型分離器模型二出口分離器模型上機(jī)實(shí)驗：三相閃蒸過程的計算單級萃取器的計算精餾過程的出口狀態(tài)的計算滲透汽化膜分離過程的計算參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第五講分離單元的仿真設(shè)計（一）.pptFTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/分離過程（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/分離過程（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)四/Exercise4*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/Fortran77結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計.pdf第六講：分離單元的仿真設(shè)計（二）主要內(nèi)容：精餾塔捷算模型精餾塔精算模型塔板和填料的選型設(shè)計吸收塔的計算萃取塔模型上機(jī)實(shí)驗：甲醇精餾塔的設(shè)計甲醇雙效差壓精餾系統(tǒng)的設(shè)計CO2脫除單元的設(shè)計參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第六講分離單元的仿真設(shè)計（二）FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/分離過程（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/分離過程（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/Exercise5*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/Fortran77結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計.pdf第七講：反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（一）主要內(nèi)容：化學(xué)計量反應(yīng)器模型產(chǎn)率反應(yīng)器模型化學(xué)平衡反應(yīng)器模型GIBBS反應(yīng)器模型上機(jī)實(shí)驗：冷激式合成塔的冷激氣分配參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第七講反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（一）FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/反應(yīng)器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/反應(yīng)器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)六/Exercise6*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學(xué).pdf第八講：反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（二）主要內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)對象全混釜反應(yīng)器模型活塞流反應(yīng)器模型攪拌釜式間歇反應(yīng)器模型優(yōu)化設(shè)計上機(jī)實(shí)驗：冷激式合成塔催化劑體積計算副反應(yīng)的處理攪拌釜式間歇反應(yīng)器設(shè)計串聯(lián)釜式反應(yīng)器的優(yōu)化參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第八講反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（二）FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/反應(yīng)器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/反應(yīng)器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)七/Exercise7*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學(xué).pdf第九講：1、化工過程的能量分析與集成2、項目設(shè)計啟動主要內(nèi)容：AspenEnergyAnalyzer入門夾點(diǎn)分析技術(shù)換熱器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化上機(jī)實(shí)驗：夾點(diǎn)分析練習(xí)換熱器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計課外作業(yè)：各設(shè)計組選擇設(shè)計項目，接受設(shè)計任務(wù)書，進(jìn)入項目設(shè)計階段。項目組分工項目設(shè)計資料的收集與整理參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenEnergyAnalyzer/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第九講化工過程熱集成仿真設(shè)計FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/課堂示例/*.*FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/作業(yè)參考解/練習(xí)八/*.bkp、*.hchFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學(xué).pdfFTP:///Reference/其他資料/具有完全熱集成和水集成的合成甲醇精制工藝.pdf第十講：塔設(shè)備設(shè)計主要內(nèi)容：浮閥塔的流體力學(xué)計算塔體的機(jī)械強(qiáng)度計算上機(jī)實(shí)驗：甲醇精餾塔的流體力學(xué)設(shè)計甲醇精餾塔體的機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：FTP:///reference/參考書/《化工設(shè)備設(shè)計全書塔設(shè)備設(shè)計》《化工原理》（下冊）《化學(xué)工程手冊》（第二版上、下卷）第十四篇?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備《化工設(shè)備圖冊塔設(shè)備》《化工原理課程設(shè)計》FTP:///reference/其他資料/TowerDesign/《浮閥塔設(shè)計-使用手冊》《塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計-參考樣本》FTP:///Samples/AspenPlus/作業(yè)參考解/練習(xí)五/Exercise5-1-*.bkp練習(xí)九/*.*第十一講：化工過程的經(jīng)濟(jì)分析主要內(nèi)容：化工設(shè)計項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價AspenEconomicAnalyzer入門上機(jī)實(shí)驗：AspenEconomicAnalyzer應(yīng)用練習(xí)課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：《PlantDesignandEconomicsforChemicalEngineers》PetersMS,TimmerhausKD.McGraw-Hill《ChemicalProcessEngineering-DesignandEconomics》SillaH.MarcelDekkerFTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenProcessEconomicAnalyzer/*.*第十二講：化工裝置布置設(shè)計（一）主要內(nèi)容：SmartPlant3D入門SmartPlant3D——設(shè)備建模上機(jī)實(shí)驗：SmartPlant3D工作環(huán)境設(shè)置SmartPlant3D設(shè)備建模練習(xí)課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：《HandbookofChemicalProcessingEquipment》CheremisinoffNP.Butterworth-Heinemann第十三講：化工裝置布置設(shè)計（二）主要內(nèi)容：SmartPlant3D——設(shè)備布置SmartPlant3D——鋼結(jié)構(gòu)支架設(shè)計上機(jī)實(shí)驗：車間設(shè)備布置設(shè)計課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：《ChemicalProcessSafety-FundamentalswithApplications》2ndEd.CrowlDA,LouvarJF.PrenticeHallPRT第十四講：化工裝置布置設(shè)計（三）主要內(nèi)容：SmartPlant3D——管路布置上機(jī)實(shí)驗：1、車間管路布置設(shè)計課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：《石油化工工藝管道設(shè)計與安裝》張德姜，趙勇.第十五講：化工設(shè)計文檔編制主要內(nèi)容：初步設(shè)計說明書編制化工設(shè)計圖紙的繪制上機(jī)實(shí)驗：化工物料流程圖的繪制化工管道及儀表流程圖的繪制裝置布置圖的繪制總平面圖繪制課外作業(yè)：按分工實(shí)施項目設(shè)計工作參考資料：《化工工藝設(shè)計手冊》上海醫(yī)藥設(shè)計院編.化學(xué)工業(yè)出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第十六講：課程及項目設(shè)計總結(jié)主要內(nèi)容：對課程的教學(xué)情況和各隊的項目進(jìn)展情況進(jìn)行總結(jié)，布置設(shè)計項目結(jié)題準(zhǔn)備工作。上機(jī)實(shí)驗：補(bǔ)充完善以前的上機(jī)實(shí)驗作業(yè)課外作業(yè)：項目匯報文檔準(zhǔn)備教學(xué)進(jìn)度表周次授課主題備注11.化工設(shè)計課程緒論2.化工設(shè)計概論課堂講授2學(xué)時認(rèn)識實(shí)習(xí)4學(xué)時21、化工CAD概述2、AspenPlus使用入門課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時3流體輸送單元的仿真設(shè)計課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時4熱過程單元的仿真設(shè)計課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時5分離單元的仿真設(shè)計（一）簡單分離單元模型課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時6分離單元的仿真設(shè)計（二）塔設(shè)備單元模型課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時7化學(xué)反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（一）產(chǎn)率反應(yīng)器與熱力學(xué)平衡反應(yīng)器課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時8化學(xué)反應(yīng)器單元的仿真設(shè)計（二）化學(xué)動力學(xué)平衡反應(yīng)器課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時9期中考試上機(jī)考試2課時101、化工過程的能量分析與集成2、項目設(shè)計啟動課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時11塔設(shè)備設(shè)計課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時12化工過程的經(jīng)濟(jì)分析課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時13化工裝置布置設(shè)計（一）SmartPlant3D入門化工設(shè)備三維模型課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時14化工裝置布置設(shè)計（二）化工廠車間布置設(shè)計課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時15化工裝置布置設(shè)計（三）化工廠管道布置設(shè)計課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時16化工設(shè)計文檔編制課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時17課程總結(jié)課堂講授2學(xué)時上機(jī)實(shí)驗4學(xué)時18提交設(shè)計文檔，設(shè)計項目答辯10學(xué)時五、參考教材及相關(guān)資料《化工設(shè)計》網(wǎng)絡(luò)課件吳嘉《AspenEngineeringSuit參考資料》，ASPENTechnologyCo.Ltd.《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann《ChemicalProcessDesign-Computer-AidedCaseStudies》DimianAC,BildeaCS.Wiley-VCH《ChemicalProcessDesignandIntegra