《化工单元控制技术》课程教学大纲

《化工单元控制技术》教学大纲一、课程基本信息课程名称化工单元控制技术ChemicalUnitControlTechnology课程编码CNE121821020开课院部新能源学院课程团队控制工程组学分2.0课内学时36讲授24实验0上机12实践0课外学时0适用专业过程装备与控制工程授课语言中文先修课程控制工程基础、过程装备控制技术课程简介（限选）《化工单元控制技术》是过程装备与控制工程专业的选修课。课程内容在分析化工单元静态和动态特性的基础上，讨论了流体输送设备、换热设备、精馏塔和化学反应器等典型化工单元控制系统的结构、原理、特点、控制方案设计与实现。通过学习本课程的内容，使学生掌握典型化工单元特性分析，以及设计相应的控制系统的方法和知识，具备应用这些知识进行典型化工单元控制系统设计与运用的基本能力。ThisunitisanelectivecourseforstudentsmajoringinProcessEquipmentandControlEngineering.Basedontheanalysisofthestaticanddynamiccharacteristicsofthechemicalunit,thecoursediscussesthestructure,principle,characteristics,controlschemedesignandimplementationoftypicalchemicalunitcontrolsystemssuchasfluidtransportationequipment,heatexchangeequipment,rectificationtowers,andchemicalreactors.Bystudyingthecontentofthiscourse,studentscanmasterthecharacteristicanalysisoftypicalchemicalunits,andthemethodsandknowledgeofdesigningcorrespondingcontrolsystems,andhavethebasicabilitytoapplytheseknowledgetothedesignandapplicationoftypicalchemicalunitcontrolsystems.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：理解过程装备控制系统需满足的特定要求，掌握典型化工单元的特性及针对性控制方案的实现。是3.23.22M2目标2：掌握控制技术在化工单元设备中的应用，初步具备应用控制理论知识进行化工单元控制系统设计、运用与维护的基本能力。是3.23.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论本章重点难点：化工过程控制的特点/////21.11.1概述化工单元控制技术的研究对象和任务。M10.5讲授1自学资料31.21.2化工单元控制技术的现状及发展化工单元控制技术的发展历程，当前主要技术的应用情况，发展趋势。M10.5讲授1自学资料4第2章第2章流体输送设备的控制本章重点难点：离心式泵的流量控制方案，离心式压缩机的防喘振控制方案。/////52.12.1概述流体输送设备的分类，流量对象的特点，流量对象控制器参数设置。M10.5讲授1自学资料62.22.2泵及压缩机的流量控制离心泵的管路特性，离心泵的直接节流流量控制、旁路控制、转速控制。风机的控制，往复式压缩机的控制，离心式压缩机气量控制、入口压力控制。变频调速器的应用。M1,M22讲授2自学资料72.32.3离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的喘振，固定极限流量防喘振控制，可变极限流量防喘振控制，离心式压缩机串、并联时的防喘振控制，应用实例分析。M1,M22讲授2作业8第3章第3章传热设备的控制本章重点难点：传热设备的基本控制，锅炉汽包水位的动态特性，燃烧系统的控制，加热炉安全联锁保护系统。/////93.13.1传热设备的特性传热过程的热量衡算式与传热速率方程，换热器静态放大系数，控制方案分析M11讲授1自学资料103.23.2一般传热设备的控制调节载热体流量，调节载热体的汽化温度，将工艺介质分路，控制传热面积M1,M21讲授1自学资料113.33.3传热设备的热焓与热量控制方案热焓控制，热量控制M1,M21讲授1自学资料123.43.4锅炉设备的控制锅炉汽包水位的控制，锅炉燃烧系统的控制，蒸汽过热系统的控制M1,M22讲授2作业133.53.5管式加热炉的控制加热炉的简单控制，加热炉的串级控制，安全连锁保护系统，加热炉的热效率控制M1,M21讲授1作业14第4章第4章精馏塔的控制本章重点难点：精馏塔的静态特性与动态特性，质量指标的选择，精馏段提馏段控制方案的分析，浮动塔压控制，双重控制，推断控制。/////154.14.1概述精馏过程的分类，精馏塔的控制要求，精馏塔的扰动分析。M10.5讲授1自学资料164.24.2精馏塔的特性精馏塔的总物料平衡和内部物料平衡，能量平衡关系，精馏塔的动态特性。M11讲授1自学资料174.34.3精馏塔产品质量指标的选择采用温度作为间接质量指标，采用压力补偿的温度作为间接质量指标M11讲授1自学资料184.44.4精馏塔的基本控制按精馏段指标的控制，按提馏段指标的控制，精馏塔的压力控制M1,M21讲授1作业194.54.5精馏塔的复杂控制精馏塔的串级控制，精馏塔的前馈控制M1,M21讲授1自学资料204.64.6精馏塔的节能控制浮动塔压控制，能量的综合利用控制，双重控制用于精馏塔节能控制M1,M22讲授2作业214.74.7精馏塔的先进控制推断控制，加氢裂化分馏塔航煤干点软测量，预测控制M1,M22讲授2自学资料22第5章第5章化学反应器的控制本章重点难点：化学反应器的控制要求，反应器的温度控制、进料流量控制及压力控制基本控制方案。/////235.15.1概述化学反应器的控制要求，化学反应器的基本控制策略。M11讲授1自学资料245.25.2化学反应的基本规律化学反应速度，化学平衡，转化率和停留时间的关系，化学反应器的热稳定性。M11讲授1自学资料255.35.3化学反应器的动态特性化学反应器的基本方程，连续搅拌槽式反应器的动态特性。M1,M21讲授1自学资料265.45.4化学反应器的基本控制出料成分的控制，反应过程的工艺参数作为间接被控变量，PH控制，化学反应器的推断控制，稳定外围的控制。M1,M21讲授1作业27第6章第6章化工单元设备控制系统仿真本章重点难点：控制系统的仿真实现与结果分析/////286.16.1Simulink仿真基础Simulink仿真模型及仿真过程、Simulink模块基本操作、Simulink子系统及其封装、S函数设计与应用、SimulinkPID控制系统仿真实例。M22讲授、上机2上机296.26.2复杂控制系统仿真串级与单回路控制对比仿真、比值控制系统综合仿真、前馈-反馈控制系统仿真。M22讲授、上机2上机306.36.3离心压缩机防喘振控制系统仿真离心压缩机动态建模、防喘振控制系统Simulink实现与仿真结果分析。M22讲授、上机2上机316.46.4传热设备控制系统仿真锅炉汽包水位控制与燃烧控制系统的Simulink实现与仿真结果分析。M22讲授、上机2上机326.56.5精馏塔复杂控制系统仿真精馏塔动态系统建模与复杂控制系统Simulink实现、仿真结果分析。M22讲授、上机2上机336.66.6连续搅拌反应器控制系统仿真连续搅拌反应器动态系统建与控制系统Simulink实现、仿真结果分析。M22讲授、上机2上机四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1随堂测验根据课堂讲授过程中重点难点内容，随堂设置在线测试题，考察学生对重点难点内容的掌握情况，根据答题准确性评分，根据测验结果对学生掌握不扎实的知识点进行补充讲解。10%2平时作业1.每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对典型化工单元自动控制系统基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有分析和计算题。10%3控制仿真实验1.本课程12个学时上机，共6次实验。2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3.考核学生对过程控制系统知识的应用能力，正确使用MATLAB计算机软件，对化工单元控制系统进行建模、仿真和分析，从技术角度优选解决方案获得有效结论。30%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对化工单元控制系统基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有作图题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1随堂测验20%A-在给定时间内完成，独立思考，解题思路清晰、步骤完整、方案设计合理、答案准确。B-在给定时间内完成，独立思考，解题思路比较清晰、步骤比较完整、方案设计基本合理、答案基本准确。C-在给定时间内完成，独立思考，解题思路比较清晰、步骤比较完整、方案设计基本合理、答案不准确。D-缺勤；抄袭，未能按时完成，解题思路混乱。2M1平时作业20%A-独立思考、按时全部完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、方案设计合理、答案准确。B-独立思考、按时全部完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、方案设计基本合理，答案基本准确。C-独立思考并按时完成了绝大部分作业，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、方案设计比较合理、答案不准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。3M1期末考试60%（见试卷评分标准）4M1控制仿真实验100%A-按时提交实验报告，数据分析符合规范，结论无误。B-按时提交实验报告，数据分析基本规范，结论基本正确。C-数据分析过程存在问题。D-未提交实验报告，抄袭评分等级说明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74