化工设计课程教学大纲

《化工设计》课程教学大纲

制定人：张丽娟教学团队审核人：陆杰开课学院审核人：饶品华

课程名称：化工设计/ Chemical Process and Plant Design

课程代码：043041

适用层次（本/专科）：本科

学时：32学分：2 考核方式：考查

先修课程：化工原理，化工热力学，化工仪表与自动化

适用专业：：化学工程与工艺专业

教材：陈声宗《化工设计》普通高等教育“十一五”国家级规划教材化学工业出版社2012

主要参考书：

1. 上海医工院编，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社2009

2. Wells GL,Rose，《The Art of Chemical Process Desin》，Elsevier，1996

3. 王静康主编，《化工设计》，化学业出版社，2006

4. 吴嘉，《化工设计》，化学工业出版社，2002

一、本课程在课程体系中的定位

本课程是专业技术课，为选修课，学完后进行考核。

二、教学目标

1、掌握化工设计的基本程序、基本规律、基本方法、主要规范和基本思维方式；

2、给学生以扎实的化工设计基础训练和创新思维的培养；

3、掌握工艺方案选择和工艺流程设计、以及车间设备布置和管道布置的原则、

方法和步骤；

4、掌握物料衡算、热量衡算及设备的选型与工艺计算的原理和方法，并能运用计

算机进行工艺计算；

5、掌握工艺流程图、设备布置图、管道布置图及化工设备图的表达内容、绘制方

法和阅读方法，并能运用计算机绘制工艺流程图、设备布置图和化工设备图；

6、了解非工艺专业的设计及概算的内容，设计的技术经济评价方法，为非工艺

专业提供设计条件。

三、教学效果

1培养学生能掌握化工设计的工作程序、工作内容、设计结果的表达和文档的编制方法；

2.培养学生学会化工专业计算机辅助设计的内容、工具和方法，初步掌握至少一种化工专业

CAD工具软件，以及基本的化工CAD方法。

3.使学生具有正确的设计思想和初步的化工工艺设计能力，为毕业设计和今后在工作岗位上

进行设计工作打下良好的基础。

4. 掌握正确的设计思想和设计方法以及原则。

5. 了解我国现行的有关化工设计的规范方法和程序。

6.熟悉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。

7.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。了解国外通用设计程序和内容。

四、教学内容与教学效果对照表

五、教学内容和基本要求

第一章化工厂设计的内容与程序

第一节化工设计的种类

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。

重点和难点：

重点是理解概念设计、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。

笫二节化工厂设计的工作程序

教学内容：

熟悉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。了解国外通用设计程序和内容。

重点和难点：

重点掌握扩大初步设计的内容和工作程序。

第三节化工车间工艺设计的程序及内容

教学内容：

了解车间(装置)工艺设计的内容和工作程序。

重点和难点：

重点掌握车间(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。

第四节设计文件

教学内容：

了解初步设计文件和施工图设计文件的主要内容和要求。

重点和难点：

重点掌握初步设计文件中工艺设计部分的内容。

第二章工艺流程设计

第一节生产方法和工艺流程的选择

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方法和步骤。

重点和难点：

重点掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。

第二节工艺流程设计

教学内容：

理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。

重点和难点：

重点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。

难点是综合运用所学知识，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。

第三节工艺流程图

教学内容：

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。了解首页图的编制内容。

重点和难点：

重点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。

难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。

第四节典型设备的自控方案

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。

难点是如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。

第五节工艺流程图计算机绘制软件

教学内容：

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。

重点和难点：

有条件的院校，应上机让学生运用计算机绘制一个简单化工过程的管道仪表

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。

难点是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。

第三章物料衡算与热量衡算

笫一节物料衡算的基本方法

教学内容：

结合具体实例，深刻理解转化率、选择性和收率的的定义和计算方法，在此

基础上能熟练地选择衡算基准，并进行化学反应过程的物料衡算。

重点和难点：

重点掌握是掌握转化率、选择性和收率的的定义和计算方法，正确选择物料

衡算的基准。

难点是正确理解转化率、选择性和收率的的定义和计算方法，并将其灵活运用于物料衡算中；如何正确选择衡算基准（包括基准物流的名称和单位选择）也是本节的重点。

笫二节反应过程的物料衡算

教学内容：

结合具体实例，根据己知条件，针对不同的反应过程正确选择衡算基准和衡

算方法，并列出衡算方程。

重点和难点：

重点是掌握直接推算法和具有循环物料的反应过程的物料衡算的基准和方

法。

难点是针对不同反应过程正确选择物料衡算方法；如何正确利用转化率、选

择性和收率列出反应过程进出物料的关系式；如何正确理解单程转化率、单程收率和总转化率、总收率及循环比的定义和计算方法，并正确列出物料衡算关系式。

第三节化学反应过程的能量衡算

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握两种衡算方法的衡算基准和热量衡算表达式中的各项的物理意义

和计算方法。

难点是如何正确选择热量衡算的基准（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以及正确判定热量衡算表达式中的初始和终了温度。

第四节应用Aspen Plus进行化工过程的物料衡算及能量衡算教学内容：

通过一个实例，上机了解用Aspen Plus进行物料衡算和热量衡算的步骤和方法。

重点和难点：

重点应掌握用Aspen Plus进行物料衡算和热量衡算的步骤和方法。

难点是设备、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。

第四章设备的工艺设计及化工设备图

第一节化工设备选用的一般原则

教学内容：

理解化工设备选型和工艺设计的一般原则。

重点和难点：

重点应理解设备选型和工艺设计的合理性和安全性的要求。

第二节非定型设备设计的主要程序

教学内容：

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。

重点和难点

重点应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。

难点是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。

第三节化工设备图

教学内容：

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。

重点和难点

重点应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。

难点是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。

第四节设备工艺及设备图的计算机辅助设计

教学内容：

应通过采用AutoCAD绘制一个简单的设备图的实例或作业，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绘制化工设备图。

有条件的院校应采用案例教学方式，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AutoCAD绘制化工设备图的方法与步骤。

重点和难点

重点掌握设置绘图界限、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。

难点是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。

第五章车间布置设计

第一节车间布置设计概述

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。

重点和难点：

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。

第二节车间设备布置设计

教学内容：

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。

重点和难点：

重点应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。

第三节典型设备的布置方案

教学内容：

理解立式容器和反应器、塔、换热器、卧式容器、泵及压缩机的布置方案和布置要点。

重点和难点：

重点应理解立式容器和反应器、塔、换热器、卧式容器和泵的布置要点。

第四节设备布置图

教学内容：

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。

重点和难点：

重点应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

备定位尺寸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。

难点是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。

第五节设备安装图

教学内容：

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。

重点和难点：

重点理解设备安装图的画法。

第六节应用pdmax绘制设备布置图

教学内容：

应通过采用pdmax绘制一个简单过程的设备布置图的实例或作业，使学生掌握设备建模、建筑物建模的操作的步骤和方法，并学会用抽取设备布置图的方法。

重点和难点：

重点掌握设备建模、建筑物建模及抽取设备布置图的操作步骤和方法。

难点是理解并学会设备建模、建筑物建模及抽取设备布置图的操作步骤和方法。

第六章管道布置设计

第一节概述

教学内容：

了解化工车间布置设计的任务和要求。

重点和难点：

重点了解化工车间布置设计的原则性要求。

第二节管架和管道的安装布置

教学内容：

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。

重点和难点：

重点理解管道在管架上的平面布置和立面布置的原则。

第三节典型设备的管道布置

教学内容：

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。

重点和难点：

重点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。

难点是正确确定立式和卧式容器、换热器和塔的管口方位。

第四节管道布置图

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握管道转折、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。

难点是管道转折、交叉、重叠的表示方法，管道布置图的标注内容和方法。

第五节管道轴测图（管段图、空视图）、管口方位图及管件图教学内容：

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。

重点和难点：

重点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。

难点是管道轴测图中管道、管件及阀门的表示方法及尺寸标注内容与标注方法。

第六节计算机在管道布置设计中的应用

教学内容：

有条件的院校应通过一个实例，用计算机软件(Pdmax)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图的方法与步骤，以及形成各种材料表格的方法，模型渲染与消隐的方法。

重点和难点：

重点掌握管道等级的内容和和管道等级规定表，并理解管道、管件、阀门、管道支架等的建模方法和参数输入，以及生成各种剖面图、ISO图和各类材料表的方法。

第七章非工艺专业

第一节公用工程

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、土建设计和自动控制的基本知识，理解工艺人员向上述公用工程设计应提供的设计条件。

重点和难点：

重点理解工艺人员向公用工程设计应提供的设计条件。

第二节安全与环境保护

教学内容：

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、防爆和防雷设计规范，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与环境保护的设计条件。

重点和难点：

重点应理解化工设计中应遵循的安全防火、防爆和防雷设计规范，环境污染及其治理应遵循的标准、规范。

第八章工程设计概算与技术经济

第一节工程概算费用与概算项目

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。

重点和难点：

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。

第二节化工设计工程的综合技术经济指标

教学内容：

理解化工设计工程综合技术经济指标表的具体内容。

重点和难点：

重点区分产品单位成本和产品工厂成本，投资利税率与投资利润率的区别。第三节投资与产品成本估算

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握投资估算构成、产品成本的构成以及产品成本的估算方法。

第四节工程投资经济评价

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握投资收益率、静态还本期及累计现金价值和净现值、净规值比、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。

难点是净现值、净规值比、折现现金流通收益率及动态还本期的计算方法。

第五节计算机在化工设计经济评价中的应用

教学内容：

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。

重点和难点：

重点掌握采用电子表格法计算净现值、内部收益率、盈亏平衡点的具体方法。

难点是净现值、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。

六、课时分配

五、课程考核

该课程为考查课。在计算机教室授课。

总评成绩=平时成绩（含作业和实践）+期末成绩

其中：

平时成绩（含作业和实践）占40%

期末成绩占60%