化工過程分析與合成課程教學(xué)大綱

《化工過程分析與合成》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(中文)化工過程分析與合成(英文)AnalysisandSynthesisforChemicalProcess課程代碼1100500課程性質(zhì)限選開課院部生物科技與大健康學(xué)院課程負(fù)責(zé)人授課學(xué)期第七學(xué)期學(xué)分/學(xué)時1．5學(xué)分/24學(xué)時課內(nèi)學(xué)時24理論學(xué)時24實驗學(xué)時實訓(xùn)（含上機(jī)）實習(xí)其他適用專業(yè)2019級化學(xué)工程與工藝191106授課語言中文對先修的要求先修課程有《文獻(xiàn)檢索與實踐》、《計算機(jī)化工應(yīng)用》、《化工設(shè)計》、《化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)》等。它提供了本課程學(xué)習(xí)所需要的文獻(xiàn)查閱、計算機(jī)應(yīng)用，化工設(shè)計及分析化工生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題的知識和能力。對后續(xù)的支撐本課程綜合前修課程的知識和能力，以系統(tǒng)工程方法為手段，分析合成化工過程，提供規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)、科研等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題有機(jī)結(jié)合和統(tǒng)一，實現(xiàn)過程系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到所期望的技術(shù)、環(huán)境和資源的目標(biāo)，對后續(xù)《畢業(yè)設(shè)計》有著重要的指導(dǎo)意義。課程思政設(shè)計《化工過程分析與合成》課程在教學(xué)過程中貫徹“立德樹人”的宗旨，有機(jī)融入“綠色可持續(xù)發(fā)展理念”、“碳達(dá)峰、碳中和”、“綠色化工”等的教育。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育設(shè)計通過介紹我國在化工領(lǐng)域近些年來的技術(shù)革新以及人工智能領(lǐng)域的進(jìn)步，激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)同學(xué)們嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度及工作作風(fēng)等等。課程簡介課程以典型的、現(xiàn)代的化學(xué)工藝過程作為研究對象、載體和實例，使學(xué)生學(xué)習(xí)并初步掌握有效地組織工藝流程，科學(xué)地確定系統(tǒng)的操作條件，以實現(xiàn)過程系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到所期望的技術(shù)、環(huán)境和資源目標(biāo)的方法，即系統(tǒng)工程方法。在載體過程系統(tǒng)選擇方面，注意到典型性，選擇了無機(jī)/有機(jī)工藝過程，反應(yīng)/分離過程，連續(xù)/間歇過程，配置了集散式控制手段的過程系統(tǒng)。在介紹基本數(shù)學(xué)方法的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)注意運(yùn)用系統(tǒng)工程思想和方法，進(jìn)行“案例”分析，突出實踐性和綜合性。課程將以學(xué)生獲得知識能力為目標(biāo)，采用集中講授、案例教學(xué)、習(xí)題討論，并將課堂教授結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)工具如微助教等方式貫穿教學(xué)的全過程。二、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐序號課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1目標(biāo)1：具備化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模擬與分析、化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化方法、化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)、間歇化工過程優(yōu)化控制、換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化、分離塔序列的綜合規(guī)劃的能力。1.1具備必要的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和化學(xué)、化工的基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能運(yùn)用到復(fù)雜化工問題的恰當(dāng)表述中。1掌握必要的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)以及化學(xué)工程與工藝專業(yè)知識，并能夠綜合運(yùn)用上述知識解決化工產(chǎn)品開發(fā)、化工過程中的復(fù)雜工程問題。2目標(biāo)2：能夠運(yùn)用掌握的知識，分析生產(chǎn)全過程，對具體生產(chǎn)過程各單元，進(jìn)行工藝設(shè)計模擬、優(yōu)化改進(jìn)模擬，分析調(diào)優(yōu)，達(dá)到整個系統(tǒng)優(yōu)化控制的目的。1.4能利用自然科學(xué)、工程及專業(yè)知識，解決復(fù)雜化工工程問題中的化工生產(chǎn)工藝、設(shè)計，優(yōu)化、改進(jìn)。3目標(biāo)3：能夠針對化工領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。能夠?qū)?fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性，具有獨立獲取相關(guān)信息的能力。5．2能夠選用恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)和化工現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、現(xiàn)代工程工具和模擬軟件對復(fù)雜化工工程問題進(jìn)行分析、計算和設(shè)計。5能夠針對復(fù)雜化工工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5．3能夠開發(fā)或選用信息技術(shù)工具、現(xiàn)代工程工具和模擬軟件對復(fù)雜化工工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。三、教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度安排序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式支撐課程目標(biāo)1緒論：化工過程及生產(chǎn)操作控制化工過程的分析與合成，化工過程模擬系統(tǒng)及CIPS技術(shù)，人工智能技術(shù)在化工過程中的應(yīng)用重點：人工智能技術(shù)在化工過程中的應(yīng)用思政內(nèi)容導(dǎo)入：通過介紹我國在化工領(lǐng)域近些年來的技術(shù)革新以及人工智能領(lǐng)域的進(jìn)步，指出擁有高科技領(lǐng)域自主知識產(chǎn)權(quán)的重要性，引入“愛國主義”的教育。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：人工智能技術(shù)，我國要爭取走在世界的前沿，要掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利和技術(shù)，激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新意識。（1）認(rèn)知反應(yīng)工程的研究對象、目的和學(xué)習(xí)方法（2）了解化工過程分析與合成意義（3）了解人工智能在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。2講授：舉例人工智能技術(shù)在化工過程中的應(yīng)用目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)32化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析，過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法：序貫?zāi)K法，面向方程法，聯(lián)立模塊法，氨合成工藝的模擬與分析重點難點：過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法思政內(nèi)容導(dǎo)入：通過發(fā)酵液的分離問題，發(fā)酵液的分離涉及到精餾，而精餾的過程是典型的耗能、耗資源的過程，引入“綠色可持續(xù)發(fā)展理念”的教育。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：傳統(tǒng)的精餾過程耗費資源，能否通過創(chuàng)新改進(jìn)實現(xiàn)整個蒸餾過程的最大程度的節(jié)能呢?該創(chuàng)新可以節(jié)省很多的成本，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新理念。（1）理解掌握化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析（2）掌握過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法（3）熟悉掌握過程系統(tǒng)模擬的面向方程法（4）熟悉掌握過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法4講授：化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析作業(yè)：三種模擬法練習(xí)目標(biāo)1目標(biāo)23化工過程系統(tǒng)動態(tài)模型，連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器的動態(tài)特性，精餾塔的動態(tài)特性，變壓吸附過程的模擬與分析重點難點：精餾塔的動態(tài)特性思政內(nèi)容導(dǎo)入：通過精餾塔問題的講解，涉及廢棄物的排放，引導(dǎo)同學(xué)們注重化工過程綠色化的重要性。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：如何實現(xiàn)精餾過程收益的最大化，這是在精餾產(chǎn)業(yè)過程中要考慮的問題，同理創(chuàng)業(yè)過程中也要考慮到諸如此類的問題。（1）理解掌握化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析（2）掌握連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器的動態(tài)特性（3）熟悉精餾塔的動態(tài)特性（4）熟悉變壓吸附過程的模擬與分析4講授：化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析作業(yè)：三種模擬目標(biāo)1目標(biāo)24化工過程系統(tǒng)最優(yōu)化問題的類型，化工過程中的線性規(guī)劃問題，化工過程中的非線性規(guī)劃問題，化工過程大系統(tǒng)的優(yōu)化重點難點：化工過程中的線性規(guī)劃問題思政內(nèi)容導(dǎo)入：通過化工過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的講解，引導(dǎo)同學(xué)們注重平時學(xué)習(xí)時間合理安排的重要性，激發(fā)同學(xué)們的理想信念及使命感。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：化工過程中的非線性規(guī)劃問題，可以衍生到創(chuàng)業(yè)過程中的整體布局規(guī)劃問題，前期的規(guī)劃非常的重要。（1）理解掌握化工過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的基本概念（2）了解化工過程系統(tǒng)最優(yōu)化問題的類型（3）掌握化工過程中的線性規(guī)劃問題（4）掌握化工過程中的非線性規(guī)劃問題（5）了解化工過程大系統(tǒng)的優(yōu)化2講授：化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化作業(yè)：化工過程中的線性規(guī)劃目標(biāo)1目標(biāo)25化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)的作用和意義，化工生產(chǎn)過程操作工況離線調(diào)優(yōu)的方法1機(jī)理模型法2統(tǒng)計模型法3智能模型法重點難點：機(jī)理模型法思政內(nèi)容導(dǎo)入：通過操作工況調(diào)優(yōu)問題的講解，引導(dǎo)同學(xué)們工匠精神的培養(yǎng)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：通過生產(chǎn)過程中的工況調(diào)優(yōu)問題，可以過渡到講解創(chuàng)業(yè)過程中遇到的困難挫折，可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。（1）了解化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)意義、作用（2）掌握化工生產(chǎn)過程操作工況離線調(diào)優(yōu)三種模型方法2講授：化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)作業(yè)：工況離線調(diào)優(yōu)目標(biāo)1目標(biāo)26間歇過程與連續(xù)過程動態(tài)模型及模擬，間歇過程的最優(yōu)時間表，多產(chǎn)品間歇過程的設(shè)備設(shè)計與優(yōu)化，間歇過程的控制模型重點難點：間歇過程的最優(yōu)時間表多產(chǎn)品間歇過程的設(shè)備設(shè)計與優(yōu)化。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：通過最優(yōu)時間表問題的講解，鼓勵同學(xué)們在創(chuàng)業(yè)過程中的合理時間分配，處理事情的時候主次分明。（1）了解掌握間歇化工過程最優(yōu)時間表概念（2）掌握間歇過程的最優(yōu)時間表設(shè)計（3）掌握多產(chǎn)品間歇過程的設(shè)備設(shè)計與優(yōu)化4講授：舉例間歇過程與連續(xù)過程動態(tài)模型及模擬作業(yè)：間歇過程的最優(yōu)時間表目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)37換熱網(wǎng)絡(luò)合成，意義與作用，換熱網(wǎng)絡(luò)合成問題換熱網(wǎng)絡(luò)合成技術(shù)，夾點法設(shè)計能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)，換熱網(wǎng)絡(luò)的調(diào)優(yōu)，實際工程項目的換熱網(wǎng)絡(luò)合成研討：實際工程項目的換熱網(wǎng)絡(luò)合成重點難點：夾點法設(shè)計能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)（1）了解換熱絡(luò)合成意義、作用（2）掌握夾點技術(shù)設(shè)計、換熱網(wǎng)絡(luò)的調(diào)優(yōu)（3）熟悉實際工程項目的換熱網(wǎng)絡(luò)合成4講授：舉例換熱網(wǎng)絡(luò)合成討論：分組討論或微助教等新多媒體形式目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)38精餾塔分離序列綜合概況分離序列綜合的基本概念動態(tài)規(guī)劃法，分離度系數(shù)有序探試法，相對費用函數(shù)法，分離序列綜合過程的評價，調(diào)優(yōu)法研討：精餾塔分離序列綜合重點難點：動態(tài)規(guī)劃法思政內(nèi)容導(dǎo)入：通相對費用函數(shù)法的講解，引出老一輩革命家艱苦樸素的革命作風(fēng)，激發(fā)同學(xué)們的愛國主義情懷。（1）掌握分離序列綜合的基本概念（2）掌握動態(tài)規(guī)劃法（3）熟悉分離度系數(shù)有序探試法（4）熟悉分離序列綜合過程的評價2講授：舉例分離塔序列的綜合討論：分組討論或微助教等新多媒體形式目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3四、課程考核序號課程目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點）考核內(nèi)容評價依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)作業(yè)考試1目標(biāo)1：掌握化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模擬與分析、化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化方法、化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)、間歇化工過程優(yōu)化控制、換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化、分離塔序列的綜合規(guī)劃。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.1）穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模擬與分析、過程系統(tǒng)的優(yōu)化方法、生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)、間歇化工過程優(yōu)化控制、換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化、分離塔序列的綜合規(guī)劃。1535502目標(biāo)2：運(yùn)用掌握的知識，分析生產(chǎn)全過程，對具體生產(chǎn)過程各單元，進(jìn)行工藝設(shè)計模擬、優(yōu)化改進(jìn)模擬，分析調(diào)優(yōu)，達(dá)到整個系統(tǒng)優(yōu)化控制的目的。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.4）對具體生產(chǎn)過程各單元，進(jìn)行工藝設(shè)計模擬、優(yōu)化改進(jìn)，分析調(diào)優(yōu)。515203目標(biāo)3：能夠針對化工領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。能夠?qū)?fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性，具有獨立獲取相關(guān)信息的能力。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點5.2，5.3）使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。102030合計2575100五、教材及參考資料1.教材《化工過程分析與合成》張衛(wèi)東，化學(xué)工業(yè)出版社，2021，第二版，978-7-122-11530-0。2.主要參考書[1]《化工過程分析與綜合》，鄢烈祥，化工工業(yè)出版社，2010，第一版，978-7-122-07473-7。[2]《化工過程分析與合成》，張衛(wèi)東，化學(xué)工業(yè)出版社，2011，第二版，978-7-122-11530-0。六、教學(xué)條件：多媒體教室附錄：各類考核評分標(biāo)準(zhǔn)表作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)要求評分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重（%）90-10080-8960-790-59目標(biāo)1：掌握化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模擬與分析、化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化方法、化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)、間歇化工過程優(yōu)化控制、換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化、分離塔序列的綜合規(guī)劃。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.1）按時提交作業(yè)；能很好理解基本概念及原理，表達(dá)方法完全合理正確。按時提交作業(yè)；對基本概念及原理存在少量非原則性錯誤，表達(dá)方法基本合理正確。按時提交作業(yè)；對基本概念及基本原理有不少錯誤，表達(dá)方法均有些明顯錯誤。不按時提交作業(yè)；基本概念及基本原理錯誤嚴(yán)重，表達(dá)方法不合理、錯誤較多。15目標(biāo)2：運(yùn)用掌握的知識，分析生產(chǎn)全過程，對具體生產(chǎn)過程各單元，進(jìn)行工藝設(shè)計模擬、優(yōu)化改進(jìn)模擬，分析調(diào)優(yōu)，達(dá)到整個系統(tǒng)優(yōu)化控制的目的。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.4）按時提交作業(yè)；計算結(jié)果完全正確，分析具體、認(rèn)真細(xì)致。按時提交作業(yè)，計算結(jié)果大部分正確，有較好分析能力。按時提交作業(yè)；計算結(jié)果不完全正確。不按時提交作業(yè)，作業(yè)完成較差。5目標(biāo)3：能夠針對化工領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。能夠?qū)?fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性，具有獨立獲取相關(guān)信息的能力。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點5.2，5.3）布置課外作業(yè)，寫一篇分析解決復(fù)雜化工過程的綜述報告。能提供較優(yōu)的方案并且分析詳實。布置課外作業(yè)，寫一篇分析解決復(fù)雜化工過程的綜述報告。能提供較好的方案并且分析具體。布置課外作業(yè)，寫一篇分析解決復(fù)雜化工過程的綜述報告。能提供一般的方案并且有一定分析。布置課外作業(yè)，寫一篇分析解決復(fù)雜化工過程的綜述報告。能提供方案并且上交報告。10課程考試評分標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)要求評分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重（%）90-10080-8960-790-59目標(biāo)1：掌握化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/動態(tài)模擬與分析、化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化方法、化工生產(chǎn)過程操作工況調(diào)優(yōu)、間歇化工過程優(yōu)化控制、換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化、分離塔序列的綜合規(guī)劃。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.1）較好掌握化工系統(tǒng)工程、化學(xué)工藝、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞與分離工程知識，熟悉典型化工生產(chǎn)全過程，表達(dá)方法合理、正確完整和清晰。掌握化工系統(tǒng)工程、化學(xué)工藝、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞與分離工程知識，熟悉典型化工生產(chǎn)全過程，表達(dá)方法較合理、存在少量非原則性錯誤。熟悉化工系統(tǒng)工程、化學(xué)工藝、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞與分離工程知識，熟悉典型化工生產(chǎn)全過程，表達(dá)方法，存在有不少明顯錯誤。不熟悉化工系統(tǒng)工程、化學(xué)工藝、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞與分離工程知識，不了解典型化