郑州大学

化工设备设计基础

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课程概述

《化工设备设计基础》是化工学院、环境与安全工程学院相关专业的一门综合性很强的专业基础课程。《化工设备设计基础》以力学基础、化工设备常用材料、化工容器设计、典型化工设备、压力容器的使用与管理等为主要教学内容,以使学生掌握化工设备的设计、使用、管理和维护的基本知识和基本技能为教学目的,逐步培养和深化学生的工程意识,提高其分析问题和解决实际问题的能力。对全面提高学生的职业素养和职业能力具有非常重要的作用。


授课目标
通过理论教学,使学生掌握化工设备及其构件的受力和分析方法、化工设备常用材料及其选择、化工容器规范设计、压力容器使用和管理等方面的基本知识和基本技能,逐步培养和深化学生的工程意识,提高其分析问题和解决实际问题的能力。为学生将来从事化工设备的设计、使用、管理和维护打下基础。
证书要求

完成视频学习、在线测试、在线作业和结业测试,成绩合格,可获得证书。

预备知识

高等数学

授课大纲

《化工设备设计基础》课程教学大纲

课程名称(中/英文):化工设备设计基础 / Design Foundation of Chemical Equipment         总 学 时:  64             讲课学时:  32          讨论学时:32

学  分:  4

适用对象: 化工工艺、制药专业适用

先修课程:高等数学


一、课程性质和教学目标  

化工设备设计基础是化学工程与工艺类及相近专业的专业基础课,它在基础课和专业课之间起着承前启后、由理及工的桥梁作用,是化工类及相近专业的重要课程。

化工设备设计基础主要学习化工设备材料的性质及其选择,力学基础知识,了解中低压化工容器强度计算方法及典型精细化工设备的机械设计方法。通过本课程的学习,可以获得对常见的、典型的常低压化工设备进行设计的初步能力和必要的机械基础知识,为学习后续专业课、进行课程设计以及从事生产实践活动,提供知识准备。

化工设备设计基础属工科科学,强调用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。教学中要加强工程实例和设计能力的训练,强调工程观点,强调理论和实际相结合,提高学生分析问题、解决问题的能力。

二、教学目的

通过化工设备设计基础课程的学习,能够了解化工设备在化工生产中的地位,明确化工设备的设计过程及基本要求,熟悉化工设备常用材料的特性及适用性,能用所学的工程力学知识分析化工设备的受力状况,能够正确独立地完成简单化工设备的整体设计,了解并掌握压力容器监察管理法规中的主要内容。

三、教学内容及要求 

(一)工程力学基础26h

1、理论力学基础:力的概念、受力分析和受力图、平面汇交力系和平面一般力系的平衡和简化。

    2、材料力学基础:构件的拉压、剪切、扭转和弯曲变形及其应力计算;构件应力分析及计算;各种变形的强度校核和刚度校核的方法。

   (二)薄壁容器设计26h

    1、容器的结构与分类、容器机械设计的基本要求、容器零部件的标准化

    2、化工常用材料:材料的性能、金属材料的分类与牌号、碳钢及热处理、普通低合金钢及化工设备用特种钢、有色金属材料、非金属材料、化工设备材料的选择。

   要求学生掌握材料的性能及各类材料的特点;学会化工设备材料的选择方法;理解铁碳合金的组织结构及热处理工艺;了解金属材料有色金属及非金属材料的分类与牌号。

    3、内压薄壁容器的应力分析:薄膜应力的应用——受气体内压的各种壳体和封头、承受液体静压作用的圆筒壳应力计算、内压圆筒边缘应力的概念。

    4、内外压薄壁圆筒和封头的设计:强度设计的基本知识、内压薄壁圆筒的强度设计、内压圆筒封头的设计、外压圆筒与封头的设计、加强圈的设计。

    5、容器零部件:法兰连接结构及分类、法兰标准及选用、容器支座标准及选用、容器开孔补强原则及设计方法、容器附件结构及作用、容器设计举例。

    要求学生掌握内压薄壁容器常见筒体封头的应力计算和强度设计,理解容器机械设计的基本要求和方法,了解内、外压圆筒及容器零部件的设计及标准

(三)典型化工设备简介12h

    1、 管壳式换热器

    2、 板式塔

    3、 反应釜

    要求学生了解典型化工设备的结构。

四、课程建设与改革(含教学思想、教学方法、教学手段)

化工设备设计基础是化工类各专业开设的专业基础课,旨在培养化工专业类学生有关设备方面的工程素质。该课程综合了工程力学、金属学、过程设备设计多门课程的部分内容。在课程建设中秉承国家教委“提高学生的工程实践能力”的办学方针,注重理论联系实际,课堂教学和课程设计密切与工程实际相结合,为后续课程化工设计概论提供帮助。

化工设备设计基础课程通过64学时的教学活动,工程力学基础、设备设计知识传授给化工类各专业学生。鉴于此, 在教学实践过程中对教学内容、教学方法、考查方式作了较大改革,收到较好效果。

(一)改革教学内容,注意能力培养

在教学内容的编排过程中遵循了讲得清和足够用的原则, 工程力学部分以“够用”为原则,简化某些理论内容;对于化工设备部分进行精讲,主要讲解化工容器及设备设计的理论和方法,使广大同学从材料选择、结构设计、理论计算到设备制造、检验和验收有一个全面的训练。

(二)改革教学方式,变被动听讲为主动思考

1、采用引导式教学,提高学生参与意识。2、 注意信息反馈,及时调整讨论课内容。3、使用多媒体,增加学生的工程实际的意识,提高教学效率。4、加强工程实例作业。

五、各教学环节学时分配 

项目,学时数

讲课

习题课

讨论课

实验

其他

合计

(一)

13


13

 

 

26

(二)

13


13

 

 

26

(三)

6

 

6

 

 

12

合计

32


32

 

 

64

六、考核及成绩评定方式 

平时作业、在线测试,结业测试

详见考核大纲

七、课程对毕业要求达成途径

 

毕业要求

达成途径

指标点1-4能将数学、自然科学、工程基础知识和专业基础知识运用到解决复杂化学工程问题;

   通过对工程机械基础知识和设备设计知识的学习, 对化学工程中出现的单元设备进行强度分析。

指标点3-3 能够根据设计要求进行工艺计算和设备设计计算;

    通过对工程机械基础知识和设备设计知识的学习,可以根据设计任务、国家标准、安全规范或规定,进行相关设备设计计算。

 


参考资料

教  材:《化工设备设计基础》,方书起等编著,化学工业出版社,2015版。

参考书:《化工设备机械基础》,董大勤编著,化学工业出版社,2003年。