化工过程分析与合成课程教学大纲

《化工过程分析与合成》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称(中文)化工过程分析与合成(英文)AnalysisandSynthesisforChemicalProcess课程代码1100500课程性质限选开课院部生物科技与大健康学院课程负责人授课学期第七学期学分/学时1．5学分/24学时课内学时24理论学时24实验学时实训（含上机）实习其他适用专业2019级化学工程与工艺191106授课语言中文对先修的要求先修课程有《文献检索与实践》、《计算机化工应用》、《化工设计》、《化工技术经济学》等。它提供了本课程学习所需要的文献查阅、计算机应用，化工设计及分析化工生产技术经济问题的知识和能力。对后续的支撑本课程综合前修课程的知识和能力，以系统工程方法为手段，分析合成化工过程，提供规划、设计、建设、生产、科研等技术经济问题有机结合和统一，实现过程系统高效、平稳运行，达到所期望的技术、环境和资源的目标，对后续《毕业设计》有着重要的指导意义。课程思政设计《化工过程分析与合成》课程在教学过程中贯彻“立德树人”的宗旨，有机融入“绿色可持续发展理念”、“碳达峰、碳中和”、“绿色化工”等的教育。创新创业教育设计通过介绍我国在化工领域近些年来的技术革新以及人工智能领域的进步，激发同学们的创新意识，培养同学们严谨认真的学习态度及工作作风等等。课程简介课程以典型的、现代的化学工艺过程作为研究对象、载体和实例，使学生学习并初步掌握有效地组织工艺流程，科学地确定系统的操作条件，以实现过程系统高效、平稳运行，达到所期望的技术、环境和资源目标的方法，即系统工程方法。在载体过程系统选择方面，注意到典型性，选择了无机/有机工艺过程，反应/分离过程，连续/间歇过程，配置了集散式控制手段的过程系统。在介绍基本数学方法的基础上，强调注意运用系统工程思想和方法，进行“案例”分析，突出实践性和综合性。课程将以学生获得知识能力为目标，采用集中讲授、案例教学、习题讨论，并将课堂教授结合现代网络工具如微助教等方式贯穿教学的全过程。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1：具备化工过程系统稳态/动态模拟与分析、化工过程系统的优化方法、化工生产过程操作工况调优、间歇化工过程优化控制、换热网络合成优化、分离塔序列的综合规划的能力。1.1具备必要的数学、自然科学和化学、化工的基础和专业知识，并能运用到复杂化工问题的恰当表述中。1掌握必要的数学、自然科学、工程基础以及化学工程与工艺专业知识，并能够综合运用上述知识解决化工产品开发、化工过程中的复杂工程问题。2目标2：能够运用掌握的知识，分析生产全过程，对具体生产过程各单元，进行工艺设计模拟、优化改进模拟，分析调优，达到整个系统优化控制的目的。1.4能利用自然科学、工程及专业知识，解决复杂化工工程问题中的化工生产工艺、设计，优化、改进。3目标3：能够针对化工领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。能够对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性，具有独立获取相关信息的能力。5．2能够选用恰当的化学和化工现代仪器、信息技术工具、现代工程工具和模拟软件对复杂化工工程问题进行分析、计算和设计。5能够针对复杂化工工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5．3能够开发或选用信息技术工具、现代工程工具和模拟软件对复杂化工工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1绪论：化工过程及生产操作控制化工过程的分析与合成，化工过程模拟系统及CIPS技术，人工智能技术在化工过程中的应用重点：人工智能技术在化工过程中的应用思政内容导入：通过介绍我国在化工领域近些年来的技术革新以及人工智能领域的进步，指出拥有高科技领域自主知识产权的重要性，引入“爱国主义”的教育。创新创业教育：人工智能技术，我国要争取走在世界的前沿，要掌握具有自主知识产权的专利和技术，激发同学们的创新意识。（1）认知反应工程的研究对象、目的和学习方法（2）了解化工过程分析与合成意义（3）了解人工智能在化工生产中的应用。2讲授：举例人工智能技术在化工过程中的应用目标1目标2目标32化工过程系统稳态模拟与分析，过程系统模拟的三种基本方法：序贯模块法，面向方程法，联立模块法，氨合成工艺的模拟与分析重点难点：过程系统模拟的三种基本方法思政内容导入：通过发酵液的分离问题，发酵液的分离涉及到精馏，而精馏的过程是典型的耗能、耗资源的过程，引入“绿色可持续发展理念”的教育。创新创业教育：传统的精馏过程耗费资源，能否通过创新改进实现整个蒸馏过程的最大程度的节能呢?该创新可以节省很多的成本，培养同学们的创新理念。（1）理解掌握化工过程系统稳态模拟与分析（2）掌握过程系统模拟的序贯模块法（3）熟悉掌握过程系统模拟的面向方程法（4）熟悉掌握过程系统模拟的联立模块法4讲授：化工过程系统稳态模拟与分析作业：三种模拟法练习目标1目标23化工过程系统动态模型，连续搅拌罐反应器的动态特性，精馏塔的动态特性，变压吸附过程的模拟与分析重点难点：精馏塔的动态特性思政内容导入：通过精馏塔问题的讲解，涉及废弃物的排放，引导同学们注重化工过程绿色化的重要性。创新创业教育：如何实现精馏过程收益的最大化，这是在精馏产业过程中要考虑的问题，同理创业过程中也要考虑到诸如此类的问题。（1）理解掌握化工过程系统动态模拟与分析（2）掌握连续搅拌罐反应器的动态特性（3）熟悉精馏塔的动态特性（4）熟悉变压吸附过程的模拟与分析4讲授：化工过程系统动态模拟与分析作业：三种模拟目标1目标24化工过程系统最优化问题的类型，化工过程中的线性规划问题，化工过程中的非线性规划问题，化工过程大系统的优化重点难点：化工过程中的线性规划问题思政内容导入：通过化工过程系统优化问题的讲解，引导同学们注重平时学习时间合理安排的重要性，激发同学们的理想信念及使命感。创新创业教育：化工过程中的非线性规划问题，可以衍生到创业过程中的整体布局规划问题，前期的规划非常的重要。（1）理解掌握化工过程系统优化问题的基本概念（2）了解化工过程系统最优化问题的类型（3）掌握化工过程中的线性规划问题（4）掌握化工过程中的非线性规划问题（5）了解化工过程大系统的优化2讲授：化工过程系统的优化作业：化工过程中的线性规划目标1目标25化工生产过程操作工况调优的作用和意义，化工生产过程操作工况离线调优的方法1机理模型法2统计模型法3智能模型法重点难点：机理模型法思政内容导入：通过操作工况调优问题的讲解，引导同学们工匠精神的培养。创新创业教育：通过生产过程中的工况调优问题，可以过渡到讲解创业过程中遇到的困难挫折，可以做适当的调整。（1）了解化工生产过程操作工况调优意义、作用（2）掌握化工生产过程操作工况离线调优三种模型方法2讲授：化工生产过程操作工况调优作业：工况离线调优目标1目标26间歇过程与连续过程动态模型及模拟，间歇过程的最优时间表，多产品间歇过程的设备设计与优化，间歇过程的控制模型重点难点：间歇过程的最优时间表多产品间歇过程的设备设计与优化。创新创业教育：通过最优时间表问题的讲解，鼓励同学们在创业过程中的合理时间分配，处理事情的时候主次分明。（1）了解掌握间歇化工过程最优时间表概念（2）掌握间歇过程的最优时间表设计（3）掌握多产品间歇过程的设备设计与优化4讲授：举例间歇过程与连续过程动态模型及模拟作业：间歇过程的最优时间表目标1目标2目标37换热网络合成，意义与作用，换热网络合成问题换热网络合成技术，夹点法设计能量最优的换热网络，换热网络的调优，实际工程项目的换热网络合成研讨：实际工程项目的换热网络合成重点难点：夹点法设计能量最优的换热网络（1）了解换热络合成意义、作用（2）掌握夹点技术设计、换热网络的调优（3）熟悉实际工程项目的换热网络合成4讲授：举例换热网络合成讨论：分组讨论或微助教等新多媒体形式目标1目标2目标38精馏塔分离序列综合概况分离序列综合的基本概念动态规划法，分离度系数有序探试法，相对费用函数法，分离序列综合过程的评价，调优法研讨：精馏塔分离序列综合重点难点：动态规划法思政内容导入：通相对费用函数法的讲解，引出老一辈革命家艰苦朴素的革命作风，激发同学们的爱国主义情怀。（1）掌握分离序列综合的基本概念（2）掌握动态规划法（3）熟悉分离度系数有序探试法（4）熟悉分离序列综合过程的评价2讲授：举例分离塔序列的综合讨论：分组讨论或微助教等新多媒体形式目标1目标2目标3四、课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)作业考试1目标1：掌握化工过程系统稳态/动态模拟与分析、化工过程系统的优化方法、化工生产过程操作工况调优、间歇化工过程优化控制、换热网络合成优化、分离塔序列的综合规划。（支撑毕业要求指标点1.1）稳态/动态模拟与分析、过程系统的优化方法、生产过程操作工况调优、间歇化工过程优化控制、换热网络合成优化、分离塔序列的综合规划。1535502目标2：运用掌握的知识，分析生产全过程，对具体生产过程各单元，进行工艺设计模拟、优化改进模拟，分析调优，达到整个系统优化控制的目的。（支撑毕业要求指标点1.4）对具体生产过程各单元，进行工艺设计模拟、优化改进，分析调优。515203目标3：能够针对化工领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。能够对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性，具有独立获取相关信息的能力。（支撑毕业要求指标点5.2，5.3）使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对复杂工程问题进行预测与模拟。102030合计2575100五、教材及参考资料1.教材《化工过程分析与合成》张卫东，化学工业出版社，2021，第二版，978-7-122-11530-0。2.主要参考书[1]《化工过程分析与综合》，鄢烈祥，化工工业出版社，2010，第一版，978-7-122-07473-7。[2]《化工过程分析与合成》，张卫东，化学工业出版社，2011，第二版，978-7-122-11530-0。六、教学条件：多媒体教室附录：各类考核评分标准表作业评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1：掌握化工过程系统稳态/动态模拟与分析、化工过程系统的优化方法、化工生产过程操作工况调优、间歇化工过程优化控制、换热网络合成优化、分离塔序列的综合规划。（支撑毕业要求指标点1.1）按时提交作业；能很好理解基本概念及原理，表达方法完全合理正确。按时提交作业；对基本概念及原理存在少量非原则性错误，表达方法基本合理正确。按时提交作业；对基本概念及基本原理有不少错误，表达方法均有些明显错误。不按时提交作业；基本概念及基本原理错误严重，表达方法不合理、错误较多。15目标2：运用掌握的知识，分析生产全过程，对具体生产过程各单元，进行工艺设计模拟、优化改进模拟，分析调优，达到整个系统优化控制的目的。（支撑毕业要求指标点1.4）按时提交作业；计算结果完全正确，分析具体、认真细致。按时提交作业，计算结果大部分正确，有较好分析能力。按时提交作业；计算结果不完全正确。不按时提交作业，作业完成较差。5目标3：能够针对化工领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。能够对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性，具有独立获取相关信息的能力。（支撑毕业要求指标点5.2，5.3）布置课外作业，写一篇分析解决复杂化工过程的综述报告。能提供较优的方案并且分析详实。布置课外作业，写一篇分析解决复杂化工过程的综述报告。能提供较好的方案并且分析具体。布置课外作业，写一篇分析解决复杂化工过程的综述报告。能提供一般的方案并且有一定分析。布置课外作业，写一篇分析解决复杂化工过程的综述报告。能提供方案并且上交报告。10课程考试评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1：掌握化工过程系统稳态/动态模拟与分析、化工过程系统的优化方法、化工生产过程操作工况调优、间歇化工过程优化控制、换热网络合成优化、分离塔序列的综合规划。（支撑毕业要求指标点1.1）较好掌握化工系统工程、化学工艺、化学反应工程、传递与分离工程知识，熟悉典型化工生产全过程，表达方法合理、正确完整和清晰。掌握化工系统工程、化学工艺、化学反应工程、传递与分离工程知识，熟悉典型化工生产全过程，表达方法较合理、存在少量非原则性错误。熟悉化工系统工程、化学工艺、化学反应工程、传递与分离工程知识，熟悉典型化工生产全过程，表达方法，存在有不少明显错误。不熟悉化工系统工程、化学工艺、化学反应工程、传递与分离工程知识，不了解典型化