《化工工艺课程设计》课程教学大纲-化学与环境工程学院-武汉轻工大学

《化工工艺课程设计》课程教学大纲

来源：发布时间：2020-01-28 浏览人次：

《化工工艺课程设计》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：CHEM4121

课程名称：化工工艺课程设计

课程英文名称：Chemical Engineering Process Design

开课部门：化学与环境工程学院化工系化学工程与工艺教研室

课程面向专业：化学工程与工艺

课程类型：专业必修课

先修课程：《化工原理》、《化学反应工程》、《分离工程》、《化工制图与CAD》、《化工工厂设计》

学时学分：4.0周（实践），理论学时4学时，学分：2

二、课程性质与目标

《化工工艺课程设计》是化学工程与工艺专业的一门专业必修实践课，是整个化学工程类专业中一个重要的组成部分，具有很强的实践性。《化工工艺课程设计》是在完成《化工工厂设计》及前述工程类专业基础课的基础上一门面向工程的实践课程，它将《化工工厂设计》中可行性研究、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、设备选型及设计、单元布置、管道布置与设备安装、环保要求和经济核算等几大部分的原理，结合具体产品生产工艺过程进行全过程综合设计。

本课程的主要课程目标为：

1、旨在培养学生从整体上掌握化工过程设计的整个作业程序，确定生产方案及流程，并能运用前述课程的知识对上述部分逐项进行设计（支撑毕业要求指标点3.1）。

2、通过对本课程的学习，学生应具备明确的工艺设计观念，牢固掌握化工设计的基本作业程序，体验设计的每一个步骤及其设计思路（支撑毕业要求指标点3.2）。

3、能在设计中熟练运用AUTOCAD进行工艺流程与设备图绘制（支撑毕业要求指标点3.4、5.2），并能运用化工软件进行化工计算（支撑毕业要求指标点5.3）。

4、知晓工艺设计中的安全、环保、消防、职业卫生基本知识(支撑毕业要求指标点7.2）。

5、毕业后初步具备以团队协作形式从事化工工艺设计、新产品的工程开发和企业技术改造的知识和能力（支撑毕业要求指标点9.2）。

表1 课程目标和毕业要求指标点对应关系

毕业要求指标点	指标点描述	课程目标
3设计/开发解决方案 3.1	3.1 掌握化工设计和产品开发的全周期、全流程设计思路和基本方法，能够根据特定工程需求确立设计/开发任务目标及关键因素。		课程目标1能够根据化工问题需求确立设计/开发任务目标。了解化工过程开发周期和流程，理解设计阶段划分及其设计目标和要素；掌握总体思路和基本方法。
3设计/开发解决方案 3.2	3.2能够针对设计/开发任务目标，实施单元或系统的工艺、装备和控制设计并体现出创新意识	课程目2能够集成反应过程及单元操作构建工艺路线、并实施装备、控制设计；理解过程控制、管道和车间布置技术要求和规范；在设计过程中体现创新意识
3设计/开发解决方案 3.4	3.4能够应用设计报告、说明书、工程图或计算机程序等化工专业范式展示设计结果。	课程目标3能够以工艺说明书、工程图纸等形式展示设计结果。
5使用现代工具5.2	5.2能够针对复杂化工工程问题，恰当选择并正确使用仪器、信息资源、软件开展分析、计算或设计工作。	课程目标4能够针对化工工程问题，选择与使用恰当的现代工程工具。
5使用现代工具5.3	5.3能够针对复杂化工工程问题，选用或开发满足需求的现代工具实施预测或模拟，并能够分析其局限性	课程目标5能够针对复杂化工工程问题实施预测与模拟，并能够理解其局限性和不足。
7环境与可持续发展7.2	7.2知晓化工实践中常见污染物及治理技术，能够评价产品周期中化学工程实践对人类和环境造成的影响。	课程目标6能针对复杂化学生产过程中产生的污染物情况及治理技术，不可再生能源使用情况及节能减排措施和安全防范措施进行评价。
9个人和团队9.2	9.2能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。	课程目标7能按照正确规范的格式撰写设计文档，并进行交互式文档审查。能够与团队成员相互讨论并协调设计。

三、课程教学内容与要求

第一章化工厂设计程序

1、教学内容：

工艺设计的基本程序及各部分所包含的内容。

2、教学要求：

掌握工艺设计的基本程序及主要内容。

3、教学重点：

工艺设计程序及主要内容。

4、教学难点：

无

第二章工艺流程的设计

（一）工艺流程的选择

1、教学内容：

（1）工艺流程的选择原则及工艺流程图。

（2）工艺过程的物料衡算与热量衡算。

2、教学要求：

掌握工艺流程的选择及工艺流程图。

3、教学重点：

（1）掌握工艺流程的选择。

（2）掌握工艺流程图的绘制。

4、教学难点：

工艺流程的选择。

（二）物料衡算与热量衡算

1、教学内容：

（1）物料衡算的基本方法和程序。

（2）物料衡算。

（3）能量衡算。

2、教学要求：

（1）掌握连续过程的物料衡算。

（2）掌握反应过程与非反应过程的能量衡算。

3、教学重点：

（1）连续过程的物料衡算。

（2）反应过程与非反应过程的能量衡算。

4、教学难点：

反应过程与非反应过程的能量衡算。

第三章化工设备的设计

1、教学内容：

（1）常用设备选用及设计的一般原则。

（2）非定型设备设计的主要程序。

（3）设备图的画法。

2、教学要求：

（1）掌握常用设备选用及设计的一般原则。

（2）理解非定型设备设计的主要程序。

（3）能熟练进行设备图的绘制。

3、教学重点：

（1）常用设备选用及工艺设计的一般原则。

（2）设备图的画法

4、教学难点：

常用设备选用及设计的一般原则。

第四章总平面布置与管道布置设计

（一）总平面布置

1、教学内容：

（1）车间布置设计的内容和程序。

（2）车间的总体布置

（3）车间设备布置

（4）典型设备的布置方案

2、教学要求：

（1）了解建筑的基本知识及典型设备的布置。

（2）掌握车间的总体布置原则及方法。

（3）掌握车间设备布置的原则、方法。

3、教学重点：

（1）车间的总体布置原则及方法。

（2）车间设备布置的原则、方法。

4、教学难点：

设备安装图的设计。

（二）管道布置

1、教学内容：

（1）管道设计布置的任务及要求。

（2）管架和管道的安装布置。

（3）典型设备的管道布置方案

（4）管道布置图的设计。

2、教学要求：

（1）了解管道设计布置的任务及要求

（2）掌握管架和管道的安装布置。

（3）掌握典型设备的管道布置方案。

（4）掌握管道布置图的设计。

3、教学重点：

（1）管架和管道的安装布置。

（2）典型设备的管道布置方案。

（3）管道布置图的设计。

4、教学难点：

（1）管架和管道的安装布置。

（2）管道布置图的设计。

第五章非工艺设计与工程概算

1、教学内容：

（1）安全防火及环境保护的基本要求。

（2）工程经济核算。

2、教学要求：

（1）掌握防火防爆、安全卫生及环境保护的基本要求。

（2）熟悉工程经济核算的方法。

3、教学重点：

防火防爆、安全卫生及环境保护的基本要求。

4、教学难点：

无

四、学时分配

表2 学时分配表

序号	教学内容(按章填写)	学时
		课	实	习	讨	设
		堂	验	题	论	计
		讲	课	课	课	实
		授				践

1	第一章化工设计程序	1
2	第二章工艺流程设计	1
3	第三章化工设备设计	1
4	第四章总平面布置与管道布置	1
5	第五章非工艺设计与工程概算	0
	小计	4				4周
	比例
	合计	4周

五、课程设计的基本环节

本课程主要以专题工艺设计实践为主，课堂讲授为辅，培养学生的独立工作、独立思考能力和团队合作精神，养成科学严谨的设计风格，并不断提高独立解决问题的能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。

化工工艺课程设计以设计组的形式完成，每组5-8人，分工协作。分为化工工艺课程设计说明书的编写、工艺流程图设计、设备平面布置图设计和设备图设计。分为：设计动员，发题；阅读设计任务和指导书，查阅资料、拟定设计程序和进度计划；现场答疑。设计指导教师负责帮助学生完成课程设计，包括定时定点地答疑，或者随时通过移动通讯手段（QQ/微信/短信/电话）交流与答疑；设计计算、绘图、编写工艺设计说明书。

六、课程考核办法

化工工艺课程设计包括工艺设计说明书和设计图纸两部分组成，工艺设计说明书内容涵盖设计概述、原料及产品、工艺技术路线及特点、工艺流程及操作条件、物料平衡、设备及工艺计算汇总、消耗指标及能耗、环境保护、职业安全卫生、装置定员定编、对外协作、存在问题及建议、执行标准。考核的内容包括：工艺说明书的内容完整性、撰写规范性、结果合理性；完成设计图纸的难度；独立完成设计情况；团队协作。成绩评定按百分制或五级制记分均可。总评成绩包括初审和终审两个环节，总评成绩＝工艺设计说明书（30-40%）＋设计图纸考核（60-70%）。

工艺设计说明书参照有关设计规范（石油化工装置详细工程设计内容规定）（SHSG-053-2003）撰写。

设计图纸包括总图及设备平面布置图、工艺原则流程图、管道及仪表控制图、管道设计图、设备图。

表3课程设计成绩评分标准

等级	要求
优秀（≥90分）	态度认真，完成工艺设计说明书、设计图纸和设计计算，思路清晰，内容完整，撰写规范，难度较大，框架结构合理，设计结果合理，分析问题能力强，工作量饱满，完成质量高，具备了一定的工艺设计能力和水平。
良好（80～89分）	态度认真，完成工艺设计说明书、设计图纸和设计计算，思路清晰，内容完整，撰写规范，难度较大，框架结构合理，设计结果合理，分析问题能力较强，工作量饱满，完成质量较高，具备了一定的工艺设计能力和水平。
中等（70～79分）	态度认真，完成工艺设计说明书、设计图纸和设计计算，思路清晰，内容较完整，撰写较规范，难度较大，框架结构合理，设计结果较合理，有一定的分析问题能力，工作量较饱满，较好地完成课程设计相关任务。
及格（60～69分）	态度一般，基本完成工艺设计说明书、设计图纸和设计计算，内容基本完整，撰写基本规范，框架结构合理，计算基本正确，有一定的分析问题能力，工作量较大，完成课程设计相关任务。
不及格（＜60分）	态度较差，未完成工艺设计说明书、设计图纸和设计计算，思路不清晰，内容不完整，撰写不规范，框架结构不合理，计算不正确，工作量欠缺，未完成课程设计。

七、参考资料

教材与主要参考书：

1、李国庭，陈焕章，邱科宾，化工设计概论，北京：化学工业出版社，2015.01

2、梁志武，陈声宗，任艳群，化工设计（第四版），北京：化学工业出版社，2015.09

3、孙兰义，化工过程模拟实训，北京：化学工业出版社 2017.10

4、杨秀琴，徐绍红，化工设计概论，北京：化学工业出版社，2010.4

八、课程目标及达成度评价

通过对本课程设计的锻炼，学生应具备明确的工艺设计观念，牢固掌握化工工艺设计的基本作业程序，体验工艺设计的每一个步骤及其设计思路，能在设计中熟练运用AUTOCAD进行工艺流程与设备图绘制，并能运用化工软件进行化工计算或模拟，毕业后具备从事化工工艺设计、新产品的工程开发和企业技术改造的知识和能力。

同时，学生应考虑设计成本与环保要求，正确理解工程与社会的关系，环境和可持续发展的关系，拥有良好的职业规范；通过5-8人设计同一化工生产工艺，使学生理解个人和团队的角色定位，培养良好的沟通能力和团队协作能力，并能激励养成终生学习的习惯。

表4课程目标对应的考核评价方法

毕业要求指标点	课程目标	对应内容	观测点	实现方法	总评权重
3设计/开发解决方案 3.1	课程目标 1能够根据化工问题需求确立设计/开发任务目标(对应指标点3.1)。	设计概述、工艺技术路线及特点。	工艺设计说明书-工艺技术路线及特点。	根据生产任务书，通过设计动员讲解、设计过程答疑，文献资料查阅，进行技术对比，确定生产流程、工艺方案。	0.20
3设计/开发解决方案 3.2	课程目标2能够集成反应过程及单元操作构建工艺路线、并实施装备、控制设计(对应指标点3.2)。	工艺设计说明书-工艺流程及操作条件；物料平衡；消耗指标及能耗。	工艺设计说明书-工艺流程及操作条件物料平衡；消耗指标及能耗。	通过设计概要讲解、设计过程答疑，文献资料查阅与技术对比，确定生产工艺路线、设备及过程控制。对化工工艺的关键工艺参数和设备结构进行分析和对比，提升对工艺及设备分析和优化的能力。	0.20
3设计/开发解决方案 3.4	课程目标 3能够以工艺说明书、工程图纸等形式展示设计结果(对应指标点3.4)。	工艺设计说明书-存在问题及建议、执行标准;设计图纸。	工艺设计说明书/设计图纸	通过设计动员讲解、设计过程答疑和设计过程计算。工艺设计图纸（工艺原则流程图、总图及设备平面布置图、管道与仪表控制图、设备图）	0.15
5使用现代工具5.2	课程目标 4能够针对化工工程问题，选择与使用恰当的现代工程工具(对应指标点5.2)。	使用Excel/AutoCAD 设计图纸、设备及工艺计算汇总。	工艺设计说明书/设计图纸	通过设计概要讲解、设计过程答疑和通过Excel/AutoCAD等手段展示设计作品。	0.15
5使用现代工具5.3	课程目标 5能够针对复杂化工工程问题实施预测与模拟，并能够理解其局限性和不足(对应指标点5.3)。	化工计算软件对化工生产工艺工艺条件进行流程模拟、核算和优化。	工艺设计说明书/计算结果	通过设计概要讲解、设计过程答疑和化工模拟软件培训等手段。	0.08
7环境与可持续发展7.2知晓化工实践中关于环境保护的法律法规。	课程目标 6 能针对复杂化学生产过程中产生的污染物情况及治理技术，不可再生能源使用情况及节能减排措施和安全防范措施进行评价(对应指标点7.2)。	工艺设计说明-安全、环保和消防、职业卫生	工艺设计说明书-环境保护、职业卫生安全	通过设计概要讲解、设计过程答疑。	0.02
9个人和团队：9.2能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。	课程目标7能按照正确规范的格式撰写化学工程工艺技术方面的设计文档，并进行交互式文档审查。能够与团队成员相互讨论并协调设计(对应指标点9.2)。	工艺设计说明-分工及自评报告；装置定员定编、对外协作。	工艺设计说明书/团队协作及人员分工自评报告	通过设计概要讲解、设计过程答疑。	0.20

由上表可见，采用工艺设计说明书、设计图纸及自评报告三种评价方式及多个观测点对于各课程目标的达成程度进行考核。

为了实现对各课程目标的量化评价，设置评价标准如表5 所示。

表5课程目标指标点评价标准

毕业要求指标点	课程目标	观测点	评价标准
3设计/开发解决方案 3.1	课程目标1 能够根据化工问题需求确立设计/开发任务目标(对应指标点3.1)。	工艺设计说明书-设计概述、工艺技术路线及特点。	优秀：认识工程问题本质，正确客观、全面评价现有技术路线和水平。
			良好：理解工程问题，正确客观、全面评价现有技术路线和水平。
			中等：基本理解工程问题，对比分析现有技术路线和水平。
			及格：能够介绍工程问题并对比现有技术路线和水平。
			不及格：无法正确表述工程问题或当前技术水平。
3设计/开发解决方案 3.2	课程目标2 能够集成反应过程及单元操作构建工艺路线、并实施装备、控制设计，并体现出创新性(对应指标点3.2)。	工艺设计说明书-工艺流程及操作条件物料平衡；消耗指标及能耗。	优秀：考虑生产需求背景，文献查阅和技术比较，能正确优化的确定生产工艺路线、设备及过程控制。
			优良：考虑生产需求背景，文献查阅和技术比较，能确定合理的生产工艺路线、设备及过程控制。
			中等：考虑生产需求背景，通过文献查阅和技术比。较，能确定合理的生产工艺路线、设备及过程控制。
			及格：考虑生产需求背景，通过文献查阅和技术比。较，能确定可行的生产工艺路线、设备及过程控制。
			不及格：无法根据社会需求背景提出具有可行性的技术方案。
3设计/开发解决方案 3.4	课程目标3 能够利用科学规范的报告、工程图、计算机程序等形式展示设计结果(对应指标点3.4)。	工艺设计说明书；设计图纸（工艺图纸、设备图纸、平面布置图、工艺管道图）。	优秀：能正确、完整、规范撰写工艺设计说明和图纸设计。
			良好：能相对正确、完整、规范撰写工艺设计说明和图纸设计，工艺流程可行。
			中等：能相对基本完整规范撰写工艺设计说明和图纸设计，工艺流程中无明显缺陷，图纸布局合理。
			及格：在教师指导下基本完整规范撰写工艺设计说明和图纸设计，工艺流程中无明显缺陷，图纸布局合理。
			不及格：无法完整规范撰写工艺设计说明和图纸设计，工艺流程和图纸中有明显缺陷。
5使用现代工具5.2	课程目标4 能够针对复杂化工工程问题，恰当选择并正确使用的现代工程设计或研究工具(对应指标点5.2)。	使用Excel/AutoCAD应用。设计图纸（工艺图纸、设备图纸、平面布置图、工艺管道图）；计算过程文件。	优秀：文字编辑规范，能熟练Excel/AutoCAD处理，表达效果很好。
			良好：文字编辑规范，能较熟练Excel/AutoCAD处理。
			中等：文字编辑规范，能采用Excel/AutoCAD处理。
			及格：文字编辑规范，能熟练Excel/AutoCAD处理，无严重缺陷。
			不及格：文字编辑规范，不能正确Excel/AutoCAD处理，有严重缺陷。
5使用现代工具5.3	课程目标5 能够针对复杂化工工程问题，使用恰当的现代工程工具实施预测或模拟，并能够理解其局限性(对应指标点5.3)。	工艺设计说明书/计算结果。	优秀：模拟流程正确、计算结果合理可靠，技术指标先进，工程应用价值显著。
			良好：模拟流程正确、计算结果合理可靠，技术指标良好，具有工程应用价值。
			中等：模拟流程正确、计算结果合理可靠，技术指标尚可，经改进后可实现工程应用。
			及格：模拟流程正确、计算结果合理可靠，满足所有技术指标考察，有一定参考价值。
			不及格：模拟流程正确、计算结果合理可靠，无法达成核心技术指标，或者基本上不具有工程应用可行性。
7环境与可持续发展7.2	课程目标6 知晓化工实践中关于环境保护的法律法规(对应指标点7.2)。	工艺设计说明书- 安全、环保、消防、职业卫生	优秀：技术指标先进，工程应用价值显著。
			良好：技术指标良好，具有工程应用价值。
			中等：技术指标尚可，经改进后可实现工程应用。
			及格：满足所有技术指标考察，有一定参考价值。
			不及格：无法达成核心技术指标，或者基本上不具有工程应用可行性。
9个人和团队9.2	课程目标7 能够正确认识多学科团队对解决复杂化学工程问题的意义和作用，具有组织或协调能力，能够主动与团队成员合作，完成团队分配的任务(对应指标点9.2)。	工艺设计说明书- 团队协作及人员分工自评报告。	优秀：工作分工及实施方案具体明确，分工合理，团队协作。
			良好：工作分工及实施方案比较具体明确，分工较合理，团队协作良好。
			中等：工作分工及实施方案相对具体明确，分工相对合理，团队协作较好。
			及格：工作分工及实施方案基本具体明确，分工基本合理，注意团队协作。
			不及格：工作分工及实施方案具体明确有严重缺陷，分工欠合理，团队协作缺乏。

表6学生个体达成度评价表

毕业要求指标点	设计/开发解决方案 3.1	设计/开发解决方案 3.2	设计/开发解决方案 3.4	使用现代工具5.2	使用现代工具5.3	环境与可持续发展 7.3	个人和团队 9.2
课程目标	课程目标1	课程目标2	课程目标3	课程目标4	课程目标5	课程目标6	课程目标7
评价环节	工艺设计说明书	工艺设计说明书；计算结果	工艺设计说明书；设计图纸；模拟计算	工艺设计说明书；设计图纸；	工艺设计说明书；计算结果	工艺设计说明书	工艺设计说明书
知识点（教学评价点）	能够根据化工问题需求确立工艺设计任务及目标。	文献资料查阅与技术对比，确定生产工艺路线、设备及过程控制。	工艺设计说明书和设计图纸。	使用Excel/ AutoCAD。	化工计算软件对化工生产工进行流程模拟和核算和优化。	安全、环保和消防;职业卫生。	工艺设计说明书/团队协作及人员分工自评报告。
学生甲
学生乙
学生丙
学生...评价

表7课程目标达成度定量评价

毕业要求指标点	设计/开发解决方案3.1	设计/开发解决方案3.2	设计/开发解决方案3.4	使用现代工具5.2	使用现代工具5.3	环境与可持续发展7.3	个人和团队9.2
课程目标	课程目标1	课程目标2	课程目标3	课程目标4	课程目标5	课程目标6	课程目标7
平均值
期望值
评优人数
评良人数
评中人数
评及格人数
不及格人数
达成度
评价结论

九、反思与持续改进

1、教师反思与持续改进

教师根据达成度分析，从设计动员/设计答疑/工艺设计说明书/设计图纸等方面，进行总结与改进。例如：在化工工艺课程设计中，工艺仪表与管道流程图设计平均成绩为中等，低于期望值良好，在设计动员与设计答疑时，应加强流程图、设备图及设备平面布置图的详细讲解。

2、教学环境的反思与改进

从整体教学环境方面进行分析，包括学生住宿环境/作息时间/设计教室等，进行总结反思与改进。

表7课程目标达成度结论和改进表

课程名称		化工工艺课程设计
课程负责人		胡廷平
课程组成员		胡廷平
毕业要求指标点	课程目标	子目标达成度	原因分析	持续改进措施	备注
设计/开发解决方案 3.1	课程目标1能够根据化工问题需求确立工艺设计任务及目标。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
设计/开发解决方案 3.2	课程目标2能够集成反应过程及单元操作构建工艺路线、并实施装备、控制设计。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
设计/开发解决方案 3.4	课程目标3能够以工艺说明书、工程图纸等形式展示设计结果。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
使用现代工具5.2	课程目标4 能够针对化工工程问题，选择与使用恰当的现代工程工具。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
使用现代工具5.3	课程目标5 能够针对复杂化工工程问题实施预测与模拟，并能够理解其局限性和不足。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
环境与可持续发展7.3	课程目标6能针对复杂化学生产过程中产生的污染物情况及治理技术，不可再生能源使用情况及节能减排措施和安全防范措施进行评价。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
个人和团队9.2	课程目标7能够正确认识多学科团队对解决复杂化学工程问题的意义和作用，具有组织或协调能力，能够主动与团队成员合作，完成团队分配的任务。		□选题分组/设计动员欠缺
			□文献调研/方案讨论欠缺
			□设计工具/软件培训欠缺
			□图纸设计/指标评价欠缺
			□设计和报告撰写欠缺
课程负责人（签字）				年月日
化学与环境工程学院教学指导小组审核（签字）				年月日

执笔人：胡廷平

2020年1月

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