化工过程模拟教学大纲

《化工过程模拟》课程教学大纲

课程编码：

课程类别：必修

适用专业及层次：化学、应用化学等化工相关专业；本科

学分：3分

总学时数：48学时（其中理论学时24，实验学时24）

先修课程：化工原理，物理化学，一种高级计算机语言

一、课程的性质、目的和任务

《化工过程模拟》是化学工程与工艺专业的一门专业选修课程。其目的是给本专业大三的学生，在完成《化工原理》、《物理化学》等专业基础课程之后，为造就过程工程概念，及早了解并逐步适应当代化学工业的数字化和信息化的趋势，打下初步的基础。学生通过本课程的学习之后，能够掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤，掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。

二、课程教学的基本要求

1、使学生理解并初步掌握化工过程和单元操作的数学建模的基本要领，并对典型过程和典型单元操作的模拟问题做上机练习。

2、掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤

3、掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。

4、在后续的毕业设计过程中，学生可以利用本课程所学到的知识技能，最大限度地利用计算机软件技术进行工艺和设备计算，以及工艺和设备的优化。

三、课程教学内容

第一章绪论

【授课学时】（1学时）

【教学内容】

1.1过程模拟的一般方法：物理模拟与数学模拟的联系与区别；化工系统模拟的层次；数学模型的类型。

1.2数学模拟的用途及限制：化工开发放大试验和数学模拟的关系；化工设计中的数学模拟方法；化工厂生产操作的数学模拟方法；数学模拟方法的限制。

1.3过程模拟与优化：两个不同层次的概念（过程系统结构优化，过程参数优化），过程模拟和优化间关系。

【教学要求】

了解过程模拟的用处以及数学模拟和优化的关系、掌握过程模拟的概念和一般方法，熟练掌握化工过程模拟与优化的基础核心地位。【教学重难点】

1、数学模拟的用途及限制

2、数学模型化的步骤

第二章单元过程的稳态模拟

【授课学时】（5个理论学时+6个实验学时）

【教学内容】

2.1基本概念：流程系统的工况特性；稳态过程和稳态过程模拟；

两类过程模拟类型（模拟型与设计型）；过程模拟基本环节；变量选择和自由度分析。

2.2通用单元操作过程模拟：相平衡及；多组分混合与分离；化学平衡及反应器。

2.3计算流体力学CFD模拟：ANSYS通用有限元分析软件应用案例简要介绍。

【教学要求】

了解模拟型与设计型的过程模拟问题、掌握过程模拟基本环节的组成，熟练掌握常用单元操作过程模拟（闪蒸器、混合与分离器、化学平衡反应器）的精髓。

【教学重难点】

1、通过单元操作过程模拟

2、变量选择和自由度分析

第三章.稳态流程模拟

【授课学时】（6个理论学时+6个实验学时）

【教学内容】

3.1流程模拟的基本概念：过程与系统；状态变量与决策变量；流程模拟系统的基本结构。

3.2过程系统模型：稳态流程系统的数学模型（代数方程组）；流程模拟模型的构成（单元模型方程、流程连接方程、设计规定方程、优化方程、物性方程、费用方程）；过程系统模型建立（模型识别、参数估值）

3.3流程模拟应用案例：合成氨工艺分析。

【教学要求】

了解流程模拟的基本概念、掌握流程模拟系统的基本结构、熟练掌握流程模拟的物料衡算

【教学重难点】

1、稳态流程系统的数学模型

2、建立过程系统的模型及其求解

第四章动态过程系统的模拟

【授课学时】（6个理论学时+6个实验学时）

【教学内容】

4.1动态模拟的基本概念：动态模拟的必要性；动态模拟与稳态模拟的差别；控制器的设置。

4.2动态过程系统的建模：基本槽模型；流率受液位影响的槽模型；封闭槽模型；活塞流反应器模型；槽型反应器模型。

4.3动态过程数学模型的数值解法：Excel求解常微分方程；MathCAD求解常微分方程组。

4.4单元过程的动态模拟：若干动态过程的模拟（基本槽模型；流率受液位影响的槽模型；封闭槽模型；活塞流反应器模型；槽型反应器模型）。

【教学要求】

了解动态模拟的必要性、掌握动态过程系统的建模、熟练掌握稳态模拟与动态模拟的比较与差别

【教学重难点】

1、动态过程数学模型的数值解法与结果解释

2、动态过程系统的建模与模拟求解

第五章化工过程的优化

【授课学时】（6个理论学时+6个实验学时）

【教学内容】

5.1过程优化基础：过程优化的基本要素；过程优化问题的分类；过程优化问题的数学模型；过程优化的一般步骤。

5.2最优化方法简介：Excel中的最优化求解模块及其功能

5.3最优化算例：过程最优选择

【教学要求】

了解过程优化的基本要素、掌握过程优化的一般步骤、熟练掌握Excel中的最优化求解模块及其功能

【教学重难点】

1、过程优化的一般步骤

2、过程优化问题的数学模型

四、考核方式

考核类型：考试

考核形式：闭卷

五、主要参考资料

教材：《化工过程模拟与优化》，杨友麒项曙光编著，化学工业出版社，2006年第1版。

参考书：《实用化工计算机模拟》，黄华江编著，化学工业出版社，2004年第1版。

大纲编写人（签字）：

教研室主任（审核）：

二级学院教学负责人（审核）：