PAGE2PAGE12PAGE1課程代碼：09188170 課程名稱：化工設計學分：4 周學時：6面向對象：本科生預修課程要求：化工原理、化工熱力學、化學反應工程、工程制圖、化工設備基礎、化工儀表及自動化、無機化學、有機化學課程介紹（100-150字）（一）中文簡介：本課程通過面向設計項目的實踐教學過程，學習化學工程的現代設計方法與工具，了解化工設計的工作程序、內容、設計文檔編制方法，實踐經歷設計一個化工廠的全過程，并初步掌握化工專業計算機仿真設計工具軟件，以及基本的化工仿真設計方法，培養綜合運用專業基礎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、教學目標(一)學習目標對化工設計階段的劃分，各設計階段的工作內容和設計文檔有一個總體的了解；能夠在設計工作中自主地綜合運用化學、熱力學、單元操作、化學工藝學、化學反應工程、化工機械與設備、化工儀表與自動控制等專業基礎知識；初步掌握一種通用和四種化工專業CAD工具軟件，以及基本的化工CAD方法；學會團隊工作方法；完成模擬項目的設計。（二）可測量結果學生個體運用AspenPlus進行典型單元過程和簡單流程仿真設計的能力（考試）；通過團隊合作完成一個化工分廠項目的主要內容設計的能力（文檔評閱及答辯）。三、課程要求（一）授課方式與要求授課方式：本課程是一門實踐教學課程，在授課方式上具有以下特點：教學過程面向模擬設計項目，以圍繞完成項目進行的自主學習為核心學習手段；通過系列專題講座對同學的實踐過程進行宏觀指導；通過分組和個別輔導對同學的實踐過程進行微觀指導；舉行階段性設計成果報告會，培養交流能力，督導教學過程有序進行；采取項目組合作承擔項目的工作方式，培養團隊工作精神和組織領導能力；采用計算機輔助教學技術，在校網范圍內實行網上無紙教學過程。考試采用上機實作的方式進行。課程要求：專業技能：能夠運用AspenPlus進行流體輸送、傳熱、精餾、吸收、萃取、膜分離、化學反應等單元過程的仿真建模和設計；能夠運用AspenPlus對帶循環回路的化工流程進行仿真建模和優化設計；能夠運用AspenEnergyAnalyzer對化工過程進行熱集成分析，并進行換熱網絡的優化設計；能夠運用AspenProcessEconomicAnalyzer對化工過程進行經濟分析及評價；能夠運用IntergraphSmartPlant3D進行化工裝置的布置設計；能夠運用AutoCAD繪制化工專業的各類圖紙。項目設計：工藝流程設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）繪制帶控制點工藝流程圖編制物料及熱量平衡計算書設備選型及典型設備設計典型非標設備——精餾塔的工藝設計，編制計算說明書。典型標準設備——換熱器的選型設計，編制計算說明書。編制設備一覽表。車間設備布置設計選擇一個主要工藝車間，進行車間布置設計：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）分廠總平面布置設計對各工藝車間、產品儲罐區、中心控制室、分析化驗室、行政管理及生活等輔助用房、設備檢修區、分廠內部道路等進行合理的布置設計，并對方案進行必要的說明。繪制分廠平面布置總圖（1張）。設計說明書編制對設計內容匯總，按正規格式編寫《初步設計說明書》。作了具體設計的內容可詳細一些，為作具體設計的內容可簡略，但要保持格式正確完整。課程評分期中開卷考試開始占40％，課程作業占20％，項目設計文檔評閱及答辯占40％。四、教學安排第一講：1.化工設計課程緒論2.化工設計概論主要內容：化工設計課程的教學內容及安排設計類別和任務設計內容和程序設計工具和方法認識實習：地點：浙江工程設計有限公司浙江大學大學生實踐教學基地參觀工程設計公司的工作環境，了解工程設計單位的組成結構?？偣こ處熤v座：化工設計在化學工業中的作用與地位化工設計的技術現狀及發展趨勢對化工設計人才的基本素質和專業素質要求設計室主任講座：現代設計方法在化工過程設計中的作用掌握現代設計理念、方法和工具對職業生涯發展的重要性設計工程師講座：3D設計方法在現代化工廠設計中的作用掌握3D設計理念、方法和工具對職業生涯發展的重要性課程準備：組建設計團隊：每隊五人，自由組合，選舉一名隊長，將名單報給助教。在自己的計算機上安裝AspenPlus軟件，可到浙江大學大學生化工設計創新基地尋求技術支持。參考資料：《化工工藝設計手冊》上海醫藥設計院編.化學工業出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第二講：1、化工CAD概述2、AspenPlus使用入門主要內容：化工CAD的內容、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實驗：流體的混合與分配流股的復制與放大狀態方程的選用參考資料：《化工過程數值模擬及軟件》屈一新.化學工業出版社《化工過程模擬與優化》楊有麒，項曙光.化學工業出版社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/作業參考解/Exercise1*.bkp第三講：流體輸送單元的仿真設計主要內容：泵與水輪機模型壓縮機與汽輪機模型閥門模型管道模型管線模型上機實驗：離心泵的工作點與變頻調速離心壓縮機與汽輪機的聯動（功流的應用）取水系統的供水能力吸收塔供水系統的變頻節能參考資料：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/作業參考解/練習二/Exercise2*.bkp第四講：熱過程單元的仿真設計主要內容：加熱器模型換熱器模型上機實驗：工廠供熱系統的模擬列管式換熱器的工藝設計參考資料：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/作業參考解/練習三/Exercise3*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/《化工工藝設計手冊》下冊-2003版FTP:///Reference/設計標準/GB151-1999_管殼式換熱器第五講：分離單元的仿真設計（一）主要內容：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實驗：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/作業參考解/練習四/Exercise4*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/Fortran77結構化程序設計.pdf第六講：分離單元的仿真設計（二）主要內容：精餾塔捷算模型精餾塔精算模型塔板和填料的選型設計吸收塔的計算萃取塔模型上機實驗：甲醇精餾塔的設計甲醇雙效差壓精餾系統的設計CO2脫除單元的設計參考資料：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/作業參考解/Exercise5*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/Fortran77結構化程序設計.pdf第七講：反應器單元的仿真設計（一）主要內容：化學計量反應器模型產率反應器模型化學平衡反應器模型GIBBS反應器模型上機實驗：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/第七講反應器單元的仿真設計（一）FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/反應器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/反應器（1）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業參考解/練習六/Exercise6*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學.pdf第八講：反應器單元的仿真設計（二）主要內容：化學反應對象全混釜反應器模型活塞流反應器模型攪拌釜式間歇反應器模型優化設計上機實驗：冷激式合成塔催化劑體積計算副反應的處理攪拌釜式間歇反應器設計串聯釜式反應器的優化參考資料：FTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenPlusManuals/*.*FTP:///Reference/課堂教案-PPT/第八講反應器單元的仿真設計（二）FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/bkp/反應器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/課堂示例/demo/反應器（2）/*.*FTP:///Samples/AspenPlus/作業參考解/練習七/Exercise7*.bkpFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學.pdf第九講：1、化工過程的能量分析與集成2、項目設計啟動主要內容：AspenEnergyAnalyzer入門夾點分析技術換熱器網絡優化上機實驗：夾點分析練習換熱器網絡優化設計課外作業：各設計組選擇設計項目，接受設計任務書，進入項目設計階段。項目組分工項目設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計FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/課堂示例/*.*FTP:///Samples/AspenEnergyAnalyzer/作業參考解/練習八/*.bkp、*.hchFTP:///Reference/參考書籍/甲醇工學.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：塔設備設計主要內容：浮閥塔的流體力學計算塔體的機械強度計算上機實驗：甲醇精餾塔的流體力學設計甲醇精餾塔體的機械強度設計課外作業：按分工實施項目設計工作參考資料：FTP:///reference/參考書/《化工設備設計全書塔設備設計》《化工原理》（下冊）《化學工程手冊》（第二版上、下卷）第十四篇氣液傳質設備《化工設備圖冊塔設備》《化工原理課程設計》FTP:///reference/其他資料/TowerDesign/《浮閥塔設計-使用手冊》《塔設備機械設計-參考樣本》FTP:///Samples/AspenPlus/作業參考解/練習五/Exercise5-1-*.bkp練習九/*.*第十一講：化工過程的經濟分析主要內容：化工設計項目的技術經濟評價AspenEconomicAnalyzer入門上機實驗：AspenEconomicAnalyzer應用練習課外作業：按分工實施項目設計工作參考資料：《PlantDesignandEconomicsforChemicalEngineers》PetersMS,TimmerhausKD.McGraw-Hill《ChemicalProcessEngineering-DesignandEconomics》SillaH.MarcelDekkerFTP:///Reference/AspenEngineeringSuit/AspenProcessEconomicAnalyzer/*.*第十二講：化工裝置布置設計（一）主要內容：SmartPlant3D入門SmartPlant3D——設備建模上機實驗：SmartPlant3D工作環境設置SmartPlant3D設備建模練習課外作業：按分工實施項目設計工作參考資料：《HandbookofChemicalProcessingEquipment》CheremisinoffNP.Butterworth-Heinemann第十三講：化工裝置布置設計（二）主要內容：SmartPlant3D——設備布置SmartPlant3D——鋼結構支架設計上機實驗：車間設備布置設計課外作業：按分工實施項目設計工作參考資料：《ChemicalProcessSafety-FundamentalswithApplications》2ndEd.CrowlDA,LouvarJF.PrenticeHallPRT第十四講：化工裝置布置設計（三）主要內容：SmartPlant3D——管路布置上機實驗：1、車間管路布置設計課外作業：按分工實施項目設計工作參考資料：《石油化工工藝管道設計與安裝》張德姜，趙勇.第十五講：化工設計文檔編制主要內容：初步設計說明書編制化工設計圖紙的繪制上機實驗：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：按分工實施項目設計工作參考資料：《化工工藝設計手冊》上海醫藥設計院編.化學工業出版社《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann第十六講：課程及項目設計總結主要內容：對課程的教學情況和各隊的項目進展情況進行總結，布置設計項目結題準備工作。上機實驗：補充完善以前的上機實驗作業課外作業：項目匯報文檔準備教學進度表周次授課主題備注11.化工設計課程緒論2.化工設計概論課堂講授2學時認識實習4學時21、化工CAD概述2、AspenPlus使用入門課堂講授2學時上機實驗4學時3流體輸送單元的仿真設計課堂講授2學時上機實驗4學時4熱過程單元的仿真設計課堂講授2學時上機實驗4學時5分離單元的仿真設計（一）簡單分離單元模型課堂講授2學時上機實驗4學時6分離單元的仿真設計（二）塔設備單元模型課堂講授2學時上機實驗4學時7化學反應器單元的仿真設計（一）產率反應器與熱力學平衡反應器課堂講授2學時上機實驗4學時8化學反應器單元的仿真設計（二）化學動力學平衡反應器課堂講授2學時上機實驗4學時9期中考試上機考試2課時101、化工過程的能量分析與集成2、項目設計啟動課堂講授2學時上機實驗4學時11塔設備設計課堂講授2學時上機實驗4學時12化工過程的經濟分析課堂講授2學時上機實驗4學時13化工裝置布置設計（一）SmartPlant3D入門化工設備三維模型課堂講授2學時上機實驗4學時14化工裝置布置設計（二）化工廠車間布置設計課堂講授2學時上機實驗4學時15化工裝置布置設計（三）化工廠管道布置設計課堂講授2學時上機實驗4學時16化工設計文檔編制課堂講授2學時上機實驗4學時17課程總結課堂講授2學時上機實驗4學時18提交設計文檔，設計項目答辯10學時五、參考教材及相關資料《化工設計》網絡課件吳嘉《AspenEngineeringSuit參考資料》，ASPENTechnologyCo.Ltd.《ChemicalEngineeringDesign》TowlerG,SinnottR.Butterworth-Heinemann《ChemicalProcessDesign-Computer-AidedCaseStudies》DimianAC,BildeaCS.Wiley-VCH《ChemicalProcessDesignandIntegra