《化工过程系统分析与合成》课程说明书

一、主讲教师信息

姓 名

袁青

性别

男

学历

博士

职 称

副教授

研究方向

化学工程

工作单位

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讲授课程

化工过程分析与合成

联系电话

18366467380

电子信箱

yuanqing@lcu.edu.cn

二、课程信息

课程名称

中文

化工过程系统分析与合成

先修课程

高等数学、化工原理、化工热力学、

英文

Analysis and synthesis of Chemical Process System

课程性质

专业提高课

学时 /学分

36/2

授课范围

化学工程与工艺专业20级化工6-9班

授课时间

和地点

周四3-4节：4C103室；

周五3-4节：4B103室；

人数

限制

130

课程简介

本课程的一门交叉的综合学科，它涉及化学工程、计算机技术、运筹学、工程经济学、最优化理论等多门学科。本门课程从整体出发，对整个体系建立模型并进行相应的模型求解，从而实现整个系统的最优化分析、合成过程。学习了本门课程以后，同学们可以进行复杂系统的分析优化与合成处理，并涉及了基本的经济学的知识，可以大大提高学生解决实际问题的能力。

三、教学资源

指定教材

方利国编，《化工过程系统分析与合成》，化学工业出版社，2013年

参考文献

[1] 都健 主编. 化工过程分析与综合

[2] 史彬 主编，化工过程分析与综合

[3] 孙兰义 主编，化工过程模拟实训-Aspen Plus教程

教学网站

薛定宇 教授 讲解的国家精品课程“现代科学运算—MATLAB语言与应用”

https://www.icourse163.org/learn/NEU-1002660001?tid=1002834002#/learn/announce

四、教学信息

教学目标

（1）通过第二、三章的学习，能够针对具体的化工过程建立合适的数学模型，并能够建立5个单元以下的系统结构模型（毕业要求1-2）；

（2）通过第四章的学习，使学生能够基于数学模型找到复杂化学工程问题的关键环节和制约因素；（毕业要求2-1）

（3）通过第四章的优化知识的学习，使学生能够基于数学模型找到复杂化学工程问题的最优化方案（毕业要求2-2）

（4）通过第五章的学习，学习经济的时间效益等基本经济知识，初步认识工程设计的全周期的经济决策问题（毕业要求11-1）；

教学进度

（以周为单位）

课堂讲授

实验、实习、作业、课外阅读及参考文献等

教学内容摘要

（章节名称、讲述的内容提要，课堂讨论的题目等）

内容及时间、地点

第1周

Chapter 1 化工系统分析与合成导论（2学时）

§1.1 系统与化工系统

内容提要：系统的定义、系统的基本构成要素、化工过程、化工过程系统的5个特性

§1.2 系统分析

内容提要：化工系统分析与合成的区别、单变量求解方法的学习

§1.3 系统合成

内容提要：化工系统分析与合成的区别，化工合成的四环同心圆的概念，化工过程

讨论题目：你觉得实际应用中化工过程合成的最核心的内容是什么？你觉得什么模式是当代大学生创业的成功率最高的方式？

§1.4 化工系统模型与模拟

内容提要：模型的定义、物理模型和数学模型的定义、各种常见的计算软件

随堂辅导 课后部分习题

第2周

§1.5 化工系统优化 （0.5学时）

内容提要：化工过程系统优化的重要意义、化工模型的构成要素、化工过程系统优化所需的化工知识

讨论题目：什么样的问题是需要进行优化的问题？

随堂辅导 课后部分习题

Chapter 2 化工过程系统模型化（1.5学时）

§2-1化工单元模型分类及简化

内容提要：本课程中讲解的机理模型、经验模型、混合模型和量纲模型的优缺点；白金汉Π定理的理解和应用，化工过程单元模型的建立方法。

第3周

§2-2常见化工单元数学模型 1-5 （2学时）

内容提要：混合过程、压缩过程、分割过程等单元模块的模型建立方法和自由度分析

随堂辅导 课后部分习题

第4周

§2-2常见化工单元数学模型 6-10 （2学时）

内容提要：管路模型、精馏塔、闪蒸过程、换热过程和反应过程的模型建立方法和自由度分析。

随堂辅导 课后部分习题

第5周

§2-3化工过程系统结构模型 （2学时）

内容提要：化工过程系统结构模型的重要意义；有向图、过程矩阵、关联矩阵、邻接矩阵、联结表的书写方法、意义。

第6~7周

§3 化工系统模拟方法与策略

§3-1 各种方程组的计算机求解方法 （4学时）

内容提要：线性方程组、微分方程（组）、高阶微分方程、偏微分方程、微分方程边值问题

随堂辅导 课后部分习题

第8周

§3-2 序贯模块法

§3-3 联立方程法 （2学时）

§3-4 联立模块法

内容提要：学习序贯模块法、联立方程法和联立模块法的计算特点、优缺点。

第9周

§3-5 化工系统的分解 （2学时）

内容提要：环路和回路的概念，通路搜索法、邻接矩阵乘幂法的系统分割方法，系统的切断方法（回路矩阵法）

第10周

§3-6 独立变量的选择

§3-7 大型方程组的分解策略 （2学时）

内容提要：拓扑双层图、局部度的书写方法，设计变量的选择方法，大型方程组的分解方法

第11~12周

Chapter 4 化工过程系统优化基础

§4-1化工过程系统优化概述 （0.5学时）

§4-2 优化的数学基础 （0.5学时）

内容提要：优化问题的性质、简单的优化数学基础

随堂辅导 课后部分习题

随堂辅导 课后部分习题

§4-3 无约束函数优化 （3学时）

内容提要：单变量函数的优化方法（二分法、三分法、黄金分割法），多变量函数的优化方法（变量轮换法、单纯性法、梯度法、共轭梯度法）

随堂辅导 课后部分习题

第13周

§4-4 线性及混合整数规划 （2学时）

内容提要：线性规划模型的建立，线性规划标准型的转化方法；

随堂辅导 课后部分习题

第14周

§4-5 非线性规划 （1学时）

随堂辅导 课后部分习题

§4-6 动态规划 （1学时）

第15周

Chapter 5 典型化工单元及过程模拟及优化案例 （简单介绍）

随堂辅导 课后部分习题

Chapter 6 化工过程合成技术及优化

§6-1 化工过程合成

随堂辅导 课后部分习题

§6-2 化工分离序列合成

第16周

§6-3 换热网络合成

第17周

Chapter 7 化工过程节能技术分析与评价

§7-1 化工技能概述

随堂辅导 课后部分习题

§7-2 化工节能技术经济评价

第18周

§7-4 强化传热节能技术

§7-5 内部热集成节能技术

随堂辅导 课后部分习题

教学方法

与手段

通过教材进行基本内容讲解，理论联系实际，并辅以多媒体辅助教学手段。

学习方法

课前预习，课上听讲、记笔记，课后复习。

五、实践教学（含课程实验、课程论文、读书报告、文物考察、野外实习、写生等）

六、成绩考核

平时成绩

占总成绩50%，包括作业或测验。

考试成绩

期末考试成绩占总成绩的50%。

考试说明

缺席1/3学时者，取消考试资格，重修；总成绩不及格者，补考；补考不及格者，重修；补考或重修时，期末考试占100%。

备 注

1．开学一周内，班长或课代表将其姓名、联络电话、手机以e-mail传送给任课老师。

2．若以e-mail与老师联络时，请于主题处注明您的班级、姓名及事由等。

3．修读本课程的同学均应准时到课，若无法准时前来，应有请假条。