化工過程分析與合成(大連理工大學建設的慕課)

化工過程分析與合成課程是大連理工大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程，於2017年05月26日首次在中國大學MOOC開課，授課教師為都健、王瑤、董宏光、張磊、劉琳琳、王克峰、肖武。據2021年8月中國大學MOOC官網顯示，該課程已運行9學期。

化工過程分析與合成課程共八章，包括頁岩氣脫酸過程吸收劑篩選與過程設計、換熱器網路、過程系統集成與最佳化、夾點技術理論基礎、分離序列綜合、過程系統模擬概論等內容。

基本介紹

• 中文名：化工過程分析與合成
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 授課平台：中國大學MOOC
• 開課時間：2017年05月26日（首次）
• 授課教師：都健、王瑤、董宏光、張磊、劉琳琳、王克峰、肖武
• 建設院校：大連理工大學

課程性質

課程定位

化工過程分析與合成課程是化工類及相關專業的入門課程，通過對頁岩氣脫酸過程吸收劑篩選與過程設計、過程系統集成與最佳化、夾點技術理論基礎、分離序列綜合、過程系統模擬概論等內容的學習，使學習者掌握多種大型通用化工流程模擬軟體的使用方法，掌握化工單元及流程模擬分析與綜合最佳化的基本方法。

適應專業

化工過程分析與合成課程適合化工與製藥類專業學習。

課程簡介

化工過程分析與合成課程共八章，第一章介紹課程授課目標、主要內容等知識點；第二章講述單元過程模擬基本概念和自由度等內容；第三章介紹過程系統穩態模擬基本概念及過程系統結構表達等知識點；第四章講述過程系統夾點及其意義等內容；第五章介紹最少換熱設備個數與熱負荷迴路等知識點；第六章講述問題定義及組合數學等內容；第七章介紹蒸餾過程與過程系統能量集成等知識點；第八章講述頁岩氣脫酸過程設計與模擬等內容。

課程大綱

第一章 緒論 1.1緒論-1 1.2緒論-2 第一章作業 第二章 過程系統模擬概論 2.1單元過程模擬基本概念和自由度分析 2.2單元過程的穩態模擬 2.2.1單元過程的穩態模擬 2.2.2三對角線矩陣法 2.2.3鬆弛法 2.3單元過程模擬實例 2.4總結 第二章作業 第三章 過程系統自由度分析及系統分解 3.1過程系統穩態模擬基本概念及過程系統結構表達 3.2過程系統的分解 3.2.1不相關子系統的識別、分隔 3.2.2不相關子系統的分隔 - 矩陣法 3.2.3LR法 3.2.4UG法 3.2.5雙層圖法 3.3化工流程模擬計算收斂方法 3.4過程系統模擬基本方法 3.5過程系統模擬分析實例 3.6總結 第三章作業 第四章 夾點技術的理論基礎 4.1過程系統的夾點及其意義 4.1.1過程系統的夾點及其意義 4.1.2過程系統的夾點及其意義例題 4.1.3用問題表格法確定夾點 4.1.4夾點的意義 4.2準確地確定過程系統的夾點位置 4.3過程系統的總組合曲線 4.3.1總組合曲線的繪製 4.3.2總組合曲線的意義 4.4夾點技術的套用 4.5軟體介紹Pinch 4.6總結 第四章作業 第五章 換熱器網路綜合 5.1根據溫焓圖綜合換熱器網路 5.1.1換熱器網路的綜合 5.1.2根據溫-焓圖綜合換熱器網路 5.2夾點設計法 5.2.1夾點匹配可行性規則 5.2.1.1夾點匹配可行性規則1 5.2.1.2夾點匹配可行性規則2 5.2.2物流間匹配換熱的經驗規則 5.2.3物流間匹配換熱的經驗規則例題 5.2.3.1例題1

5.2.3.2例題2 5.3 換熱器網路的調優 5.3.1最少換熱設備個數與熱負荷迴路 5.3.2熱負荷迴路的斷開 5.3.3熱負荷路徑及能量鬆弛 5.4換熱器網路綜合的結構最佳化法 5.4.1轉運模型 5.4.2最小公用工程費用問題 5.4.3最少換熱設備個數問題及綜合步驟 5.5超結構法綜合換熱器網路 5.6換熱器設計與換熱網路綜合軟體——HEXTRAN 5.7總結 第五章作業 第六章 分離序列綜合 6.1分離序列綜合基本概論 6.1.1問題定義及組合數學 6.1.2分離過程的能耗 6.2分離序列綜合經典方法 6.2.1有序直觀推斷規則 6.2.2有序直觀推斷規則例題 6.2.3漸進調優 6.2.4漸進調優例題 6.2.5數學規劃 6.2.6數學規劃例題 6.3總結 第六章作業 第七章 過程系統集成與最佳化 7.1蒸餾過程與過程系統的能量集成 7.1.1蒸餾過程與過程系統的能量集成 7.1.2蒸餾過程與過程系統的能量集成 7.1.3蒸餾過程與過程系統的能量集成 7.2公用工程與過程系統的能量集成 7.3夾點分析在過程系統能量集成中的套用 7.3.1夾點分析在過程系統能量集成中的套用 7.3.2過程流股及過程系統用能調優 7.3.3過程系統用能診斷——操作型夾點分析 7.4工業套用實例 7.5總結 第七章作業 第八章 頁岩氣脫酸過程吸收劑篩選與過程設計 8.1背景介紹 8.2頁岩氣脫酸吸收劑篩選-1 8.3頁岩氣脫酸吸收劑篩選-2 8.4頁岩氣脫酸吸收劑篩選-3 8.5頁岩氣脫酸過程設計與模擬-1 8.6頁岩氣脫酸過程設計與模擬-2 8.7頁岩氣脫酸過程設計與模擬-3 8.8頁岩氣脫酸過程能量集成-1 8.9頁岩氣脫酸過程能量集成-2 第八章作業

（註：課程大綱排版從左到右排列）

開課信息

開課次數	開課時間	授課老師	學時安排	參與人數
第1次開課	2017年05月26日-2017年07月29日	都健、王瑤、董宏光	4小時每周	2641
第2次開課	2017年09月25日-2017年11月30日			1311
第3次開課	2018年04月06日-2018年06月18日			1601
第4次開課	2018年09月20日-2018年11月30日			1569
第5次開課	2019年03月13日-2019年05月27日	都健、王瑤、董宏光、張磊、劉琳琳		1287
第6次開課	2019年09月16日-2019年11月30日	都健、王瑤、董宏光、張磊、劉琳琳、王克峰、肖武		1354
第7次開課	2020年02月25日-2020年05月05日			2305
第8次開課	2020年09月21日-2020年12月07日			472
第9次開課	2021年03月08日-2021年05月31日	都健、王瑤、董宏光、張磊、劉琳琳、王克峰		1273

（註：表格內容參考資料）

教學目標

通過對化工過程分析與合成課程的學習，使學習者掌握化工單元及流程模擬分析與綜合最佳化的基本方法，掌握多種大型通用化工流程模擬軟體的使用方法，具備工藝流程系統工程觀念，提升自身解決化工過程實際問題的能力。

學習預備

預備知識

學習化工過程分析與合成課程需要具備高等數學、物理學、物理化學、化工原理、化工工藝學、傳遞原理、反應工程等課程基礎知識。

學習資料

• 配套教材

書名	作者	出版時間	出版社
《過程系統工程》	姚平經	2009年	華東理工大學出版社
《化工過程系統工程》		1992年	大連理工大學出版社
《過程系統分析與綜合》		2004年
《化工過程分析與綜合》	都健	2009年
		2017年	化學工業出版社

（註：表格內容參考資料）

• 參考教材

書名	作者	出版時間	出版社
《全過程系統能量最佳化綜合》	姚平經	1995年	大連理工大學出版社
《化學工程師手冊》	袁一、姚平經、都健任	1999年	機械工業出版社
《換熱器系統的模擬、最佳化與綜合》	姚平經、鄭軒榮	1992年	化學工業出版社
《Product and process design principles：Synthesis, analysis and evaluation（4ed）》	W D Seider、D R Lewin、 J D Seader、S Widagdo	2017年	R Gani K M Ng
《工業用水節約與廢水減量》	姚平經	2001年	中國石化出版社
《過程系統工程辭典》	成思危
《過程系統工程辭典（第二版）》	王基銘	2011年

（註：表格內容參考資料）

考核標準

1、化工過程分析與合成課程總成績為100分，其中單元測驗與作業占總成績的50%，期末考試占總成績的50%。

2、總成績不低於60分者頒發合格證書；總成績在85分及以上者頒發優秀證書。

所獲榮譽

2019年，化工過程分析與合成課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

2020年11月24日，化工過程分析與合成課程被中華人民共和國教育部認定為“首批國家級一流本科課程”。

教師簡介

都健，大連理工大學化工學院教授，從事水網路的最佳化設計、換熱器網路柔性綜合與先進控制集成等領域研究工作。

王瑤，大連理工大學化工學院副教授，從事離子體與催化偶合等領域研究工作。

董宏光，大連理工大學化工學院教授，從事化工過程經濟、安全、環境、能效評價指標與多目標最佳化等領域研究工作。

張磊，大連理工大學化工學院副教授，從事多尺度模型建模與求解、化工過程與產品設計等領域研究工作。

劉琳琳，大連理工大學化工學院副教授，從事化工過程系統集成研究，基於化工、數學及計算機理論等領域研究工作。

王克峰，大連理工大學化工學院副教授。

肖武，大連理工大學化工學院副教授，從事過程系統多目標最佳化、化工過程模擬與設計等領域研究工作。