王静康：化工设计概论课程大作业(天津大学)

高等教育国家级教学成果奖申请书成果名称: 构建国际实质等效的化工专业认证体系，提升化工高等教育国际竞争力成果完成人姓名: 王静康、张凤宝、王保国、乐清华、张述伟、郭宝华、李建伟、管国锋、唐旭华、张金利、夏淑倩成果完成单位名称:天津大学、华东理工大学、大连理工大学、清华大学、北京化工大学、南京工业大学、中国化工教育协会成果科类工学类别代码推荐序号成果网址/12005推荐单位名称: 天津市教育委员会推荐时间 2014 年 2 月 20 日填表说明1．成果名称：字数（含符号）不超过35个汉字。

2.成果科类按照教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》（教高[2012]9号）的学科门类分类（规范）填写。

综合类成果填其他。

3．成果类别代码组成形式为：abcd，其中：ab：成果所属科类代码：填写科类代码一般应按成果所属学科代码填写。

哲学—01，经济学—02，法学—03，教育学—04，文学—05，历史学—06，理学—07，工学—08，农学—09，医学—10，军事学—11,管理学—12，艺术学－13，其他—14。

c：成果属普通教育填1，继续教育填2，其他填0。

d：成果属本科教育填1，研究生教育填2，其他填0。

4．推荐序号由5位数字组成，前两位为推荐单位代码，按照附件1《2014年高等教育国家级教学成果奖各推荐单位代码及推荐限额指标》中各推荐单位代码填写，后三位为推荐单位推荐成果的顺序编号。

5．成果曾获奖励情况不包括商业性的奖励。

6．成果起止时间：起始时间指立项研究或开始研制的日期;完成时间指成果开始实施(包括试行)的日期。

7．本申请书统一用A4纸双面打印，正文内容所用字型应不小于4号字。

需签字、盖章处打印或复印无效。

一、成果简介（可另加附页）。

(2)认真贯彻“五化”设计原则（工厂布置一体化、生产装 置露天化、建构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技 术国产化）。
(3)采用先进的科学技术，努力提高商品设计的质量，使设 计做到标准规范，切合实际，技术先进，经济合理，安 全适用，使建设项目的技术经济指标达到先进水平。
(4)设计使用的基础资料要准确、可靠，各种数据和技术条 件要正确、切合实际；文字说明要清楚、确切，图纸要 清晰、正确，避免出现重大设计错误。
设计（建设）前期 设计期
设计后期（建设期）
初步设计 施工图设计
投产
试车验收
施工安装 人员培训
《化工设计》
化工设计阶段的划分
1.国外设计阶段的划分 国际上通常把全部设计过程划分为由专利 商承担的工艺包(基础设计)和由工程公司 承担的工程设计两大设计阶段。 工程设计又划分为：工艺设计、基础工程 设计和详细工程设计三个阶段。
对在技术比较简单和比较成熟的，生产规模较小的 工厂或个别车间，以及技术改造与技术措施比较成熟的， 为了简化设计，缩短设计时间，可分为二个阶段设计， 即技术设计和施工图设计二个阶段。
《化工设计》
通过该课程的学习，使学生具备化学工程师的基本 理论素质，今后无论对学生考研，还是参加工作都将是 大有意义的。
《化工设计》
化工设计概念
“化工设计” 是根据一个化学反应或过程设计
出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进 性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程 及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等， 进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求， 工艺专业与有关非工艺专业进行密切设计合作， 最终使这个工厂建成投产，这种设计全过程称 为“化工设计”。
《化工设原计理》
第一章 化工设计程序和内容

1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅”的方式。
2.启发引导为主，线上教学与线下教学相结合。
教学手段：
1.通过多媒体图片和故事启发了解化工设计的定义、作用与特点。
2.避免老师的一言堂，达到“以学生为本、师生互动”。
本章思考题
什么是化工设计？化工设计解决的问题是什么？
主要
参考资料
教科书：陈声宗主编．《化工设计》．北京：化学工业出版社，2012
主要参考书：
1、王静康主编．《化工过程设计》．北京：化学工业出版社，2006
2、杨秀琴，徐绍红主编．《化工设计概论》．北京：化学工业出版社，2010
备注
本章内容较简单，讲授主要是介绍。
制定者：
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：6
章
第二章生产工艺流程设计
教学目的
和要求
工艺流程设计和车间布置设计（包括设备布置和管道布置）是车间工艺设计的两个重要内容，它们是决定车间（装置）基本面貌的关键性步骤，对设备和管道设计等单项设计也起着决定性的作用。本章要求掌握化工设计的工艺路线选择，设计原则，流程图的绘制。
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例计算演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
重点和难点
重点：物料衡算的方法和步骤，能量衡算的方法和步骤，
难点：化工设备选型方法
“三基”分析
基本知识：物料衡算的方法和步骤，能量衡算的方法和步骤，化工设备选型方法。
基本理论：物料衡算、能量衡算
基本方法：数学归纳法、数学演绎法
教学内容与
学时分配
3.1物料计算（1学时）

（主教材）
2、《化工技术经济》，苏健民主编，北京，化学 工业出版社，2005年。
3、《化工系统分析与模拟》，彭秉璞主编，北京， 化学工业出版社，2006年。
4、《化学工程手册》，时钧、汪家鼎、余国琮、 陈敏恒主编，北京，化学工业出版社，2002年。
5、《化工设计手册》，上海医药工业设计研究院 主编，北京，化学工业出版社，2006年。
展
明近代化学工业的形成。
阶 段
③、现代化学工业：上世纪40年代开始，
随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维工业
的迅速发展，随着化工单元操作理论的日
益成熟，在科学技术和生产规模二个层面
上，揭示现代化学工业开始形成。
2、化学工业属于过程工业型制造业 （流程型制造业）
离散型制造业
现代制造业
（例如汽车工业等）
过程工业型制造业（又称“流程型制造 业”）
化学工业绝不是所谓的“夕阳工业”、“夕 阳产业”，它现在仍然正在平稳高速的发展， 将来必将持续快速发展。
1990年～1999年，美国、欧盟化学工业的 发展速度是其全部工业平均增长速度的2.69倍。 2000年～2010年预计为2倍以上。
美国化学工业的规模一直雄居世界化学工 业总量的30％左右，是美国为数不多在国际贸 易体系内具有贸易顺差的制造业之一。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
除此之外，国内还有10余个版本的“化工设 计”教材，它们的侧重面不尽相同，有兴趣的同 学，可以看看这些教材作为参考。
限于学时， “化工设计概论”课程课堂教学 内容按教学大纲的要求，主要集中在教材的第1、 2、3、7章。其它章节，同学们可先自学，在大 学三年级下学期再讲授。
化工厂设计
化工工艺设计（核心）

王静康,女，化学工程/工业结晶专家，1938年4月出生于河北省秦皇岛市，1965年天津大学化工系研究生毕业。

1965年11月至1972年7月任贵阳市贵州工学院化工系助教，1972年8月至1980年1月任天津纺织工学院化纤专业助教、讲师，1980年2月至今先后任天津大学化工系讲师、副教授、教授、博士生导师。

1990年应邀赴英曼彻斯特理工学院做访问学者,进行结晶过程系统工程方面合作研究。

1995年应邀赴美国IOWA州立大学做客座教授，进行结晶机理的合作研究。

1999年当选中国工程院院士。

现任天津大学国家工业结晶技术研究推广中心暨医药结晶工程研究中心主任；教育部绿色精制工程中心主任。

Frontiers of Chemical Engineering in China杂志主编,教育部化学化工教学指导委员会副主任，化工教学指导分委员会主任；中国系统工程学会过程系统工程分会副主任，中国工程院化工冶金材料学部常委，中国化工学会常务理事，天津市侨联副主席，天津市科协主席。

具体的理论与技术创新贡献如下。

一、建立了我国第一个工业结晶科学与技术创新的研究基地,致力于国家重点科技攻关项目的研发与产业化她创立了我国第一个国家科委“国家工业结晶技术研究推广中心”与国家医药管理局“医药结晶工程研究中心”。

培养了一支精干的高层次年轻化工业结晶研发团队，她承担并出色完成了国家下达的有关化工、医药与材料领域的工业结晶技术的“七五”、“八五”、“九五”、“十五”国家重点科技攻关项目；她带领她的团队由理论研究创新直到产业化技术开发成功，全部实现了成果的产业转化，均一次工业化成功,取得了较突出的经济效益与社会效益，为我国新型结晶技术的持续发展奠定了基础。

二、系统发展了现代化学工程/ 工业结晶理论与技术她率先提出了工业结晶系统工程集成理论与设计新方法；发明了熔融液膜结晶新技术，提出了精馏结晶及反应结晶等耦合结晶新技术；发明了粒子过程晶体产品分子组装及形态优化等绿色过程集成技术；其成果持续产业转化成功的实践证明了发明成果的可靠性与先进性。

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2011-12-03 期末开卷考试--------《现代化工设计概论》大作业（下迖时间：2011- 12 - 03 日, 交卷时间2012年春季开学后第一周）
天津市南港工业区是以发展石油化工、冶金及重型装备制造产业为主导，以承接重大产业项目为重点，以现代港口物流业为支撑，建成综合性、一体化的现代工业港区。

南港工业区化工生态工业园的设计生产能力为：
1、炼油生产能力2000万吨/年；
2、乙烯生产能力150万吨/年；
3、聚乙烯生产能力16万吨/年；
4、聚丙烯生产能力6万吨/年；
5、环氧乙烷/乙二醇生产能力3.3/6.3万吨/年；
6、对苯二甲酸生产能力30万吨/年；
7、纯苯生产能力14万吨/年；
8、聚碳酸酯工程塑料（PC）生产能力20万吨/年。

请结合化工过程设计概论课程所讲内容，提出南港化工生态工业园区（优化的产业链、能量链与产品链）的构建方案，以尽可能地达到节能降耗减排（二氧化碳等废气）、原子经济性（变废为宝、循环利用）、零排放（环境友好）目标。

参考文献：1、化工过程设计；2、化工百科全书；3、化学工艺学4、化学工艺设计手册；5、化学工程手册等(皆请参考最新版)
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化工设计概论期末考试题库及答案一、单项选择题1. 化工设计的主要任务是（）。

A. 确定工艺流程B. 确定设备参数C. 确定工厂布局D. 确定产品价格答案：A2. 化工设计中，工艺流程设计的主要依据是（）。

A. 市场需求B. 原料供应C. 产品规格D. 所有以上因素答案：D3. 在化工设计中，以下哪项不是工艺流程设计的基本步骤？（）A. 确定原料和产品B. 确定工艺路线C. 确定设备类型D. 确定工厂规模答案：D4. 化工设计中，以下哪项是反应器设计的关键因素？（）A. 反应器类型B. 反应器尺寸C. 反应器材质D. 所有以上因素答案：D5. 化工设计中，以下哪项不是分离过程设计的关键因素？（）A. 物料性质B. 分离效率C. 设备成本D. 反应器类型答案：D二、多项选择题6. 化工设计中，以下哪些因素会影响工艺流程的选择？（）A. 原料成本B. 产品需求C. 环境法规D. 技术可行性答案：ABCD7. 化工设计中，以下哪些因素会影响设备的选择？（）A. 操作条件B. 物料性质C. 设备成本D. 安全性答案：ABCD8. 在化工设计中，以下哪些因素会影响工厂布局？（）A. 原料供应B. 产品运输C. 环境影响D. 劳动力成本答案：ABCD三、判断题9. 化工设计的目标是实现经济效益最大化。

（）答案：正确10. 化工设计中，工艺流程设计和设备设计是相互独立的。

（）答案：错误四、简答题11. 简述化工设计的基本步骤。

答案：化工设计的基本步骤包括：确定项目目标、原料和产品规格；工艺流程设计，包括确定工艺路线、反应器设计、分离过程设计等；设备设计，包括设备选型、尺寸计算、材料选择等；工厂布局设计，包括工厂平面布局、设备布置、物流规划等；经济分析，包括成本估算、投资回报分析等；环境和安全评估。

12. 描述化工设计中工艺流程设计的重要性。

答案：工艺流程设计是化工设计的核心，它决定了整个工厂的生产效率、产品质量和经济效益。

化工工艺课程设计任务书设计题目：常压甲醇－水筛板精馏塔的设计设计条件：常压P=1atm（绝压）处理量：20kmol/h进料组成0.2 馏出液组成0.995釜液组成0.005 （以上均为摩尔分率）加料热状况q=1.0塔顶全凝器泡点回流回流比R=(1.1—2.0)R min单板压降≤0.7kPa设计要求：1．撰写一份设计说明书，包括：（1）概述（2）物料衡算（3）热量衡算（4）工艺设计要求（5）工艺条件表2.绘制图纸(1)设备尺寸图(2)管道方位图(3)部分零件结构图一概述1．精馏操作对塔设备的要求和类型㈠对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：⑴气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

⑵操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。

⑶流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。

对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。

⑷结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。

⑸耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。

⑹塔内的滞留量要小。

实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，且上述要求中有些也是互相矛盾的。

不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。

㈡板式塔类型气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。

精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。

五、建厂规划天津滨海新区，是中国天津市下辖的副省级区、国家级新区和国家综合配套改革试验区，位于天津东部沿海地区，环渤海经济圈的中心地带，是中国北方对外开放的门户、高水平的现代制造业和研发转化基地、北方国际航运中心和国际物流中心、宜居生态型新城区，被誉为“中国经济的第三增长极”。

滨海新区在2005年开始被写入“十一五”规划并纳入国家发展战略，成为国家重点支持开发开放的国家级新区。

2010年，滨海新区生产总值达到5030.11亿元，超过浦东新区，增速为25.1%。

地理位置天津滨海新区地处华北平原北部，位于山东半岛与辽东半岛交汇点上、海河流域下游、天津市中心区的东面，渤海湾顶端，濒临渤海，北与河北省丰南县为邻，南与河北省黄骅市为界，地理坐标位于北纬38°40′至39°00′，东经117°20′至118°00′。

位于天津东部沿海地区，环渤海经济圈的中心地带，总面积2270平方公里，人口248万人。

气候概况由于特殊的地理位置，滨海新区属于大陆性季风气候，并具有海洋性气候特点：冬季寒冷、少雪；春季干旱多风；夏季气温高、湿度大、降水集中；秋季秋高气爽、风和日丽。

全年平均气温13.0℃，高温极值40.9℃，低温极值-18.3℃。

年平均降水量566.0毫米，降水随季节变化显著，冬、春季少，夏季集中。

全年大风日数较多，8级以上大风日数57天。

冬季多雾、夏季8-9月份容易发生风暴潮灾害。

主要气象灾害有：大风、大雾、暴雨、风暴潮、扬沙暴等。

天津位于中纬度欧亚大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属大陆性气候。

主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。

天津年平均气温在12.0-14.5°C，市区平均气温最高为14.2°C。

1月最冷，平均气温在-2°C；7月最热，平均气温在28°C。

设塔顶泡点温度 ，则丙酮合水饱和蒸气压分别为：
为了更好的求得泡点温度，这里我们利用Excel的“单变量求解”功能，实现了方便、快捷的完成试差过程，如图3-4所示。
图3-4应用Excel的“单变量求解”功能计算塔顶泡点温度界面
基本操作过程如下：
①输入各组分的Antoine方程系数（B2~D3单元格），E2单元格为所设泡点温度的单元格。
0.9775
0.9808
0.9841
0.9874
0.9906
0.9938
0.9969
1.0000
计算举例（以第二组数据为例）
（2）最小回流比确定
通过观察相图发现，在相图的右上角气液平衡曲线与对角线有一“尖角”，并且呈下凹的趋势，因此根据此特点可以求出最小回流比，具体方法如下。
图3-1丙酮-水二元物系常压气液平衡相图
全塔压降采用分段计算的方法。如前所述，整塔理论板数位24块（不含再沸器），进料板为第21块板，因此精馏段与提馏段高度可由下式计算：
故
因此全塔压降为：
（3）操作温度
利用Antoine方程计算塔顶塔釜及进料温度。丙酮和水的Antoine方程为：
运用试差法计算塔顶泡点温度。
已知： ， ，泡点回流，而作图得到
本课程设计的主要任务是对废丙酮溶媒回收中的回收塔系统进行初步的工艺计算，并且给出工艺设计图。
1.2精馏塔的选择依据
1.2.1填料塔选择依据
塔设备按其结构形式基本上可以分为两类：板式塔和填料塔。板式塔为逐板接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、压降低，操作弹性大，持液量小等优点。同时也有投资费用较高，填料易堵塞等缺点。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6~0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。

第四篇 装置范围的可控性评定 控制结构的定性分析 流程的可控性分析
否
过程是否仍有希望？
是
第三篇 详细设计、确定设备尺寸、优化
最终产品是：大众化学品、专用化学品定型消费产 品或工业产品(其使用化学品或化学品混合物？)
确定设备尺寸 换热器设计、塔设计、泵和压缩机设计
产品设计
投资费用估算 利润率分析 优化
〔2〕设计团队将遵循一系列公认的化工设计 〔可延伸为产品和过程设计〕步骤处理设计问 题。
2021-03
1.3 化工设计的步骤
1.3.1 化工设计步骤的比较 1.3.2 初始问题的创立和审查 1.3.3 发现具有所需性质和性能的化学 1.3.4 过程创立 1.3.5 根本方案的开发 1.3.6 利用算法进展详细过程合成 1.3.7 全装置范围的可控性评价 1.3.8 详细设计、设备尺寸确定和优化 1.3.9 书面设计报告和口头陈述 1.3.10 装置设计、施工、开车和运转
思路。最好的思路可能是那些开场遭到最剧烈批评的 方案。所有思路都经过收集、整理、讨论和仔细地评 审〔基于技术和市场的考虑〕。
现考虑以下可供选择的设计方案，这是从上面两个 初始问题的各种思路中选择的典型方案。注意，在 开场时最好深入地考虑至少两种方案，可能的情况 下考虑三种方案。
2021-03
例1.3 〔例1.1的再次讨论〕 为满足每年增加36万吨氯乙烯的需要，选择下面 四个看似合理的方案作进一步的研究。
否 过程和/或产品是否仍合理可行？ 是
第四篇 装置范围的可控性评价
开车评价
可靠性和平安性分析
第五篇 书面设计报告和口头陈述
2021-03
装置设计、建立、开车和操作
图1.3 化学产品和生产过程设计的步骤

1
第五章 车间布置设计
第一节 车间布置设计 第二节 车间厂房的整体布置设计 第三节 车间设备布置设计 第四节 常用设备布置的原则 第五节 设备布置图的绘制 基本要求： （1）掌握车间布置设计的内容和程序 （2）了解土建基础知识 （3）熟悉典型设备的布置方案 （4）熟练掌握车间布置图的绘制和阅读
2
第五章 车间布置设计
16
四、车间布置设计的原则
5、要符合有关的布置规范和国家有关的法规，妥善 处理防火、防爆、防毒、防腐等问题，保证生产 安全，还要符合建筑规范和要求。人流货流尽量 不要交错。
6、要考虑车间的发展和厂房的扩建。
7、考虑地区的气象、地质、水文等条件。
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五、车间布置设计的方法和步骤
1．准备资料。
2．确定各工段的布置方式。
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三、车间布置设计的内容
1、初步设计阶段的车间布置设计内容及程序 ③确定工艺设备的平面布置图和立面布置图；
④确定人流及物流通道；
⑤安排管道及电气仪表管线等； ⑥编制初步设计布置设计说明；
成果：初步设计阶段的车间平面布 置图和立面布置图。
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三、车间布置设计的内容
2、施工图设计阶段的车间布置设计内容及程序 ①确定设备管口、操作台、支架及仪表等的空间位置 ②确定设备安装方案； ③确定与设备安装有关的建筑与结构尺寸； ④安排管道及电气仪表管线的走向，确定管廊位置； ⑤进行物料与设备移动运输设计。
1、化工厂房平面型式的选择原则：
在满足生产工艺要求下尽量力求简单，力
争美化，同时要按照建筑规范要求。
2、化工厂房平面型式： 一般有长方形、L型、T型和П型。
32
四、厂房的柱网布置
1、柱网概念 柱子的纵向和横向定位轴线垂直相交，在 平面上排列所构成的网络线。

《化工设计》课程教学大纲一、 课程的教学目的和基本要求设计是工程技术的起点,设计是工程师的基本技能。

只有运用先进设计工具的工程师才能实施先进的工程设计，从而孕育出先进的工程技术成果。

本课程是学科工程技能训练课程，学生通过面向设计项目的实践学习过程，学习现代（化工专业）设计方法与工具，了解化工设计工作程序、工作内容、设计文档编制方法，从整体上实践学习化工设计的全过程，并初步掌握一种通用和一种化工专业CAD工具软件，以及基本的化工CAD方法，培养综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化机与设备、仪表与自控等化工专业基础理论解决具体工程问题的能力。

二、 相关教学环节安排本课程是一门实践教学课程，在教学安排上具有以下特点：1、教学过程面向模拟设计项目，以围绕完成项目进行的自主学习为核心学习手段；2、通过系列专题讲座对同学的实践过程进行宏观指导；3、通过分组和个别辅导对同学的实践过程进行微观指导；4、举行阶段性设计成果报告会，培养交流能力，督导教学过程有序进行；5、采取项目组合作承担项目的工作方式，培养团队工作精神和组织领导能力；6、采用计算机辅助教学技术，在校网范围内实行网上无纸教学过程；7、考试采用上机实作的方式进行。

三、 课程主要内容及学时分配平均每周课堂讲授2学时，实践教学4学时。

主要内容：绪论（课堂讲授学时：1）–课程的意义、内容、性质、任务、目标–教学模式与方法、考核、实施计划第1章化工设计概论 （课堂讲授学时：4，实践教学学时：8）1.1化工设计的类别和任务1.1.1化工过程设计与化工厂设计1.1.2化工设计阶段的划分1.2化工设计的内容和工作程序1.2.1项目可行性研究1.2.2化工过程概念设计1.2.3化工厂初步设计1.2.4化工厂施工图设计1.3现代化工设计的工具和方法1.3.1设计信息的获取1.3.2设计过程的自动化1.4设计结果的表达及设计文档的编制1.4.1设计说明书1.4.2工程图纸1.4.3设计条件表1.4.4设备、材料一览表1.4.5工程概算表1.5化工设计项目的技术经济评价1.5.1技术经济评价的类别1.5.2技术经济评价的指标体系第2章化工CAD基础（课堂讲授学时：15，实践教学学时：32）2.1化工CAD概述2.1.1化工CAD的内容与方法2.1.2化工CAD的工具软件2.2化工单元过程的仿真模型2.2.1流体输送单元2.2.2流股分割和混合单元2.2.3热过程单元2.2.4分离单元2.2.5反应器单元2.3化工流程的计算机辅助设计2.3.1化工流程计算机模型的构建2.3.2设计指标的实现2.3.3过程操作弹性及灵敏度分析2.3.4流程及操作条件优化2.3.5案例研究2.4化工设备的计算机辅助设计2.4.1化工设备设计的软件工具2.4.2典型化工设备设计示例2.5化工过程的计算机辅助经济评价期中考试（实践教学学时：3）第3章化工过程概念设计（课堂讲授学时：4，实践教学学时：8）3.1概述3.1.1概念设计的目的和内容3.1.2概念设计与应用基础研究的关系3.2化工工艺流程设计3.2.1工艺流程设计的内容与依据3.2.2物料衡算3.2.3能量衡算3.2.4化学反应途径的合成3.2.5分离过程的合成3.2.6工艺流程示意图3.3能量的管理与换热系统设计3.3.1换热系统的表示方法3.3.2换热系统的最小能耗3.3.3能量合理利用设计示例3.4化工过程的优化设计3.4.1连续生产过程的优化设计3.4.2间歇生产过程的优化设计3.5主要设备初选3.5.1设备初选的一般原则3.5.2设备类型的选择3.5.3设备规格的确定3.5.4各类设备的主要工艺参数3.6公用工程规格估算3.6.1公用工程规格的确定3.6.2公用工程成套设备的投资估算3.7化工过程概念设计的结果表达3.7.1物料工艺流程图3.7.2概念设计说明书3.7.3主要设备一览表第4章化工厂初步设计（课堂讲授学时：6，实践教学学时：8）4.1概述4.2工艺流程设计及PFD的绘制4.2.1工艺流程的细化4.2.2PFD的绘制4.3设备选型及典型非标设备的工艺设计4.3.1定型设备4.3.2非标准化系列设备4.3.3非标准设备4.4非工艺设计项目的处理4.4.1自动控制4.4.2公用工程4.4.3土建4.4.4储运及维修4.4.5环境、安全及工业卫生4.5工厂布置及总平面图设计4.6初步设计说明书的编制4.6.1总说明4.6.2总图与运输4.6.3化工工艺4.6.4空压站、氮氧站与冷冻站4.6.5自动控制4.6.6供电与电信4.6.7土建4.6.8给水、排水4.6.9环境保护4.6.10供热4.6.11采暖通风及空气调节4.6.12外部工艺及供热管道4.6.13储运4.6.14维修4.6.15消防4.6.16职业安全及工业卫生4.7设计概算书的编制4.7.1总则4.7.2概算文件的组成4.7.3概算文件的编制第5章化工厂施工图设计（课堂讲授学时：2，实践教学学时：8）5.1概述5.1.1施工图设计的主要任务5.1.2施工图设计的必要条件5.1.3施工图设计的基本程序5.1.4施工图设计开工报告的编制5.1.5施工图设计完工报告的编制5.1.6施工图设计基础资料5.1.7提供给非工艺专业的设计条件和要求5.2工艺管道及仪表流程图设计5.2.1工艺管道及仪表流程图的绘制5.2.2辅助管道系统图和蒸汽伴管系统图5.3装置布置设计5.3.1装置布置设计的内容5.3.2装置布置设计的一般要求5.3.3防火5.3.4防爆5.3.5典型设备的布置5.4管道设计5.4.1管道设计的原则及注意事项5.4.2管道设计的必需条件和资料5.4.3管道敷设的种类和一般要求5.4.4配管设计图的组成5.4.5管道布置图的绘制课程总结（设计结果汇报及答辩）（实践教学学时：6）四、 教材及主要参考书主要参考书：《过程设计软件》网络课件吴嘉 ftp://10.13.31.133/ppt/*.*《ASPEN Plus系列参考资料》，ASPEN Technology Co. Ltd.，ftp://10.13.31.133/reference/ Aspenplus 手册/*.*《化工过程数值模拟及软件》屈一新. 化学工业出版社《化工过程模拟与优化》杨有麒，项曙光. 化学工业出版社《Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes》Turton R, Bailie RC, Whiting WB, Shaeiwitz JA.《The Art of Chemical Process Design》 Wells GL, Rose LM. Elsevier《Plant Design and Economics for Chemical Engineers》Peters MS, Timmerhaus KD. McGraw-Hill《Comceptual Design of Chemical Process》 Douglas JM. McGraw-Hill《Practical Process Engineering》Sandler HJ et al. McGraw-Hill《化工工艺设计手册》上海医药设计院编. 化学工业出版社《化工设计》王静康主编. 化学工业出版社《化工过程设计》倪进方主编. 化学工业出版社《化工设计》黄璐王宝国编. 化学工业出版社《化工设计》王红林陈砺编. 华南理工大学出版社《化工技术经济》. 宋航编. 化学工业出版社，2006。

化工设计概论(第一章)化工过程设计2.2 工艺包设计 1、工艺包的定义工艺包是一个专用的技术名词，特指某个化工产品生产技术方面的全部技术文件的总和。

工艺包是一个化工厂工艺的核心技术文件。

工艺包的来源国内高等院校、研究院所国外专利商 2、工艺包（工艺包设计）的主要内容（1）、工艺包的范围；（2）、工艺的详细说明（原料、公用工程、产品规格，操作条件及流程说明，控制方案，物料性质等。

）；（3）、物料及能量核算；（4）、PID图；（5）、设备一览表（设备规格、材质、数量等）；（6）、布置建议；（7）、化验、检修要领等。

从工艺包的内容来看，它基本达到了工艺初步设计的深度。

我国设计院基本都是从接手工艺包开始，直接做项目过程的扩初设计和施工图设计。

2.3 化工工艺设计的内容与步骤化工厂设计除了化工工艺设计外，还包括工厂总图设计、厂房土建设计、公用工程设计、外管设计等等。

但化工工艺设计是整个化工厂设计的核心。

化工工艺设计贯穿初步设计、扩初设计、施工图设计每个阶段。

一个化工流程的特性（特点、特征、性能）决定于它内部的一些特性参数：化工流程的特性参数流程的单元结构参数单元的种类、数量单元之间位置关系流股走向关键单元设备的特性参数关键工艺工段的操作参数化工工艺设计的内容与步骤第一步：流程组织（过程合成）第二步：物料衡算及热量衡算第三步：设备设计及选型第四步：PFD图及PID 图的设计与绘制第五步：车间流程的平立面布置设计第六步：主要材料表及概（预）算（工艺部分）第七步：对流程的技术经济分析第八步：编写工艺设计说明书内循环优化外循环优化工艺设计不是一蹴而就的，要做许多回合的优化调整。

内循环优化：在流程结构不变的前提下，通过修改、调整流程内部的部分设备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。

外循环优化：在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程结构进行改头换面的大变动，而达到对流程进行优化设计的目的。

内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。

王静康：工业结晶之母化工科研女神作者：暂无来源：《发明与创新·大科技》 2017年第10期“女神”是近来盛行的新生词，常被世人用来称呼那些年轻貌美的女孩。

可在天津大学，有一位年近八旬的教授也被很多师生称为“女神”。

不过，这一称呼没有丝毫调侃之意，只有发自肺腑的敬仰之情。

这位女神就是中国工程院院士、天津大学教授王静康。

9月10日，在第33个教师节来临之时，王静康当选“2017年全国教书育人楷模”。

作为一名国际知名的化学工程专家和从教57年的高校教师，累累奖项缀满了王静康的科教生涯，她却对这次获奖格外珍视。

“这是党和人民给我的荣誉，对我自己来说更是一份沉甸甸的责任。

”王静康说，“做好学生的引路人，是我的初心和理想。

”“学好科技、报效国家”是一直以来支撑王静康开展科学研究工作的坚定信念，而这种信念来自她的父亲王恩明。

王恩明是我国著名化工冶金专家，而“学好科技、报效国家”是王恩明在家对子女说得最多的话。

王静康感念父辈的言传身教，并承接起父亲的事业，度过半个世纪的化工生涯。

1985年，国家“七五”重点攻关项目“用结晶法分离高纯度对二氯苯”研发及产业化的重担落在了王静康肩上。

当时，该技术在国内一片空白，国外专利技术则是高价加封锁。

王静康带领团队通过艰苦探索，发明了具有专利产权、相当于国际新一代结晶技术的“塔式液膜熔融结晶共性技术”，提前两年完成了“七五”攻关任务。

1990年，王静康接受了国家“八五”重点科技攻关项目“青霉素结晶新工艺与设备在生产中的应用开发”的研究任务。

王静康带领团队提前两年完成“八五”攻关任务。

之后新技术迅速在全国推广，应用于全国90%的青霉素产业，使我国青霉素产品占领80%以上的国际市场。

自1980年参与国家“六五”01号科技攻关项目开始，到“七五”“八五”“九五”“十五”“十一五”一系列重大科研攻关项目，再到“十二五”科技支撑计划，近30年来，王静康与国家重大科技攻关及技术推广紧紧联系在一起，被誉为“中国工业结晶之母”。

工艺专业部：侧重出PID图、PFD图 工艺系统专业部：侧重出UID图、UFD图 PID PFD UID UFD （Process Instrument Diagram） 带控制点的工艺仪表管道流程图 （Process Flowsheet Diagram） 过程物料流程图 （Utility Instrument Diagram） （Utility Flowsheet Diagram） 公用工程仪表管道流程图 公用工程物料流程图
第一章 化工过程设计
一、化学工业的发展历史、化学工业覆盖的范围及其在现代经济体系中的地 位 1、化学工业的发展历史 化学工业历经了古代、近代、现代三个主要发展阶段。 ①、古代化学工业：从数千年前人类阳光晒盐、地下卤水 煮盐开始，萌发了古老的化学工业。 化 学 工 业 发 展 阶 段
②、近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、 肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。
四、现代化学工业的发展方向、化学工程伦理学及责任关怀制度 1、现代化学工业的发展方向 人类发展化学工业的目的： 满足人类对化学物质（分子式、数量、质量、多尺度形态）的 不断需求。 这个目标由化学家和化学工程师，在技术层面上共同完成。 新物质 经济合理的大批量 高质量 现代化学工业发展方向 柔性化 绿色化 多尺度
化工设计（化工过程设计） 教 案
（PPT版）
天津大学化工学院结晶中心：张美景 Tel：022－27405754 27406483
二零零九年六月 （第三版）
课程基本情况：
一、天津大学化工学院关于“化工设计”课程的开设情况 1、天津大学原化工系从1989年开始，在全国范围内率先开设“化工设计” 本科课程。 教材从自编教材 出版社，1995年 业出版社，2006年。 2、本课程的主要内容 ①、化工厂设计及化工工艺设计； 主要内容 ②、化工技术经济分析与评价； ③、计算机辅助化工设计。 《化工设计》，王静康主编，北京，化学工业 《化工过程设计》，王静康主编，北京，化学工