化学工艺学
《化学工艺学》课程学习指南
一、教学大纲
《化学工艺学》教学大纲（Chemical Technology）
一、课程说明
课程编号：303380
学时学分：48学时，3学分
先修课程：基础化学，化工制图，化工设备机械基础，化工原理，化工热力学，化学反应工程，化工分离工程
适用专业：化学工程与工艺
课程性质：专业必修课
开课学院：石油化工学院
二、课程目标
通过本课程的学习：
1、使学生能够运用典型、大宗化工产品的生产原理、工艺流程、操作条件及典型设备等相关知识，分析典型、大宗化工产品化工生产过程；
2、使学生具备分析组织或设计化工工艺流程的基本素质；
3、使学生能够运用化工工艺流程组织的一般规律，认识化工生产过程的共性特征，并运用相关基础科学知识，初步分析和解决化工生产实际工程问题；
4、培养学生心系社会、追求卓越的优良品质，使学生树立起对我国化工生产技术的自信，初步具备精益求精的工匠精神。
三、课程教学目标对毕业要求的支撑关系
| 毕业要求 | 课程目标对毕业要求的支撑关系 | |
| 毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂化学工程问题，以获得有效结论。 | 2.2通过文献研究，运用化学工程基本原理分析复杂化学工程问题，获得有效结论。 | 课程目标 1，2，3 |
| 毕业要求3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂化学工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 | 3.1能够根据用户需求，设计化工产品的生产工艺。 | 课程目标 2，3，4 |
四、课程教学内容
| 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学 方式 |
课程 目标 |
思政元素与 价值目标 |
| 第1章 绪论 （1）化学工艺学的研究范畴 （2） 化学工业的发展、地位与作用 （3）现代化学工业的特点和发展方向 （4） 化学工业的原料资源和主要产品 |
【重点】化学工艺学的研究目的、化学工艺学的研究范畴、化学工艺学与化学工程学的区别与联系 【难点】典型大宗化学品及其产业链 |
2 | 线下 讲授 线上拓展 |
课程 目标 1、2、 3、4 |
思政元素：融入社会主义核心价值观；中国制造2025，加快从制造大国转向制造强国；贯彻“实践创新驱动发展战略”。 价值目标：强化学生对我国化学工业国情的认识，增强四个自信的同时，进一步增强对我国化工生产技术的自信，增强建设社会主义的使命感。 |
| 第2章 化学工艺基础 （1）原料资源及其加工 （2）化工生产过程及流程 （3）化工过程的主要效率指标 （4）反应条件对化学平衡和反应速率的影响 （5）催化剂的性能及使用 （6）反应过程的物料衡算和热量衡算 |
【重点】化工过程的主要效率指标、反应条件对化学平衡和反应速率的影响、化工生产过程及流程的组织与分析方法 【难点】物料衡算与热量衡算 |
4 | 线上预习线下 讲授 线上拓展 |
课程 目标 1、2、3 |
|
| 第3章 烃类热裂解 （1）热裂解过程的化学反应 （2）裂解过程的工艺参数和操作指标 （3）管式裂解炉及裂解工艺过程 （4）裂解气的预分馏及净化 （5）压缩和制冷系统 （6）裂解气的精馏分离系统 （7）乙烯工业的发展趋势 |
【重点】烃类热裂解过程的化学反应与反应机理、裂解过程的工艺参数和操作指标；管式炉裂解生产工艺、裂解气的净化与分离 【难点】高温-短时间-低的烃分压的热力学和动力学分析 |
10 | 线上预习线下 讲授 线上拓展 |
课程 目标 1、2、 3、4 |
思政元素：改革开放四十年，我国烯烃工业发展目前已达到世界先进水平；乙烯重大装备设计、制造国产化；中科院大化所煤制烯烃处于世界领先水平；抗击疫情之聚烯烃工业。 价值目标：进一步增强学生对我国烯烃生产技术的自信以及行业发展对社会主义事业的贡献。 |
| 第4章 芳烃转化 （1）芳烃转化 （2）C8芳烃的异构化和分离 |
【重点】为何增产PX、如何增产PX 【难点】C8分离 |
8 | 线上预习线下 讲授 线上拓展 |
课程目标1、2、3、4 | 思政元素：改革开放四十年，我国已经成为世界上具有芳烃成套技术的三个国家之一，达到世界先进水平；芳烃行业校友成长案例；“粮棉争地”、脱贫攻坚“两不愁之不愁穿”问题； 价值目标：进一步提高学生对我国大力发展芳烃工业的正确认识，提高对我国芳烃技术的自信。 |
| 第5章 合成气的生产过程 （1）天然气制合成气 （2）一氧化碳变换过程 （3）脱硫和脱碳 |
【重点】天然气蒸汽转化原理 【难点】分段转化、变换 |
10 | 线上预习线下 讲授 线上拓展 |
课程目标1、2、3、4 | 思政元素：我国煤化工产业化技术和产能领跑世界；煤化工领域化工专业优秀校友成长案例。 价值目标：中国制造、绿色发展；终身学习，工匠精神，立志成才，报效祖国。 |
| 第6章 加氢与脱氢过程 （1）加氢与脱氢反应的一般规律 （2）氮加氢制合成氨 （3）甲醇的合成 |
【重点】氨合成、甲醇合成 【难点】平衡氨含量的计算 |
6 | 线上预习线下 讲授 线上拓展 |
课程目标1、2、3、4 | 思政元素：我国世界首创Fe1-xO基氨合成催化剂的创制；弗里茨·哈伯与合成氨。 价值目标：艰苦奋斗、自强不息；职业规范、工程伦理。 |
| 第7章 烃类选择性氧化 （1）均相催化氧化 （2）非均相催化氧化 （3）乙烯环氧化制环氧乙烷 |
【重点】均相催化氧化、非均相催化氧化 【难点】直接环氧化反应机理 |
4 | 线下 讲授 线上拓展 |
课程目标1、2、3 | |
| 第8章 氯化过程 （1）氯代烃的主要生产方法 （2）平衡氧氯化生产氯乙烯 |
【重点】氯乙烯的生产方法 【难点】平衡氧氯化法 |
4 | 线下 讲授 线上拓展 |
课程目标1、2、3 | |
| 合 计 | 48 |
五、课程考核与成绩评定
| 成绩组成 | 考核/评价环节 | 分值 | 对应的 教学目标 |
| 平时成绩 | 平时表现 | 10 | 课程目标 1、2、3、4 |
| 课后作业 （包含线上预习10%、线上测试10%、课后拓展阅读10%） |
30 | 课程目标 1、2、3、4 |
|
| 考试 (测验) |
期末考试 | 60 | 课程目标 1、2、3、4 |
六、参考教材和主要参考资料
1、使用教材：米镇涛 化学工艺学 第二版
2、推荐阅读书目：[1] 陈五平. 无机化工工艺学(上、中、下)[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002. [2] George A. Olah（1994年诺贝尔化学奖得主）, 胡金波等译.跨越油气时代.甲醇经济[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.[3] 吴指南. 基本有机化工工艺学(修订本)[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011. [4] 谢克昌, 房鼎业. 甲醇工艺学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010.[5] 石油化工工学丛书——《芳烃工学》《乙烯工学》《丙烯及衍生物工学》《碳四碳五烯烃工学》《乙烯衍生物工学》[M]. 北京: 化学工业出版社, 1997.[6] 戴厚良（中国工程院院士）.芳烃技术[M]. 北京: 中国石化出版社, 2014. [7] 吴秀章（原中国神华煤制油公司副董事长）. 煤制低碳烯烃工艺与工程[M]. 北京: 化学工业出版社, 2014. [8] 刘中民（中国工程院院士、现任中科院大连化物所）. 甲醇制烯烃[M]. 北京: 科学出版社, 2015.
二、教学资源
1. 多媒体课件：持续更新2. “LUT化工”微信公众平台 持续更新，对接工业主流技术、技术进展、行业动态、学术前沿3. 超星SPOC线上自主学习平台https://mooc1-1.chaoxing.com/course/208711092.html
4. 智慧树精品课
三、主要内容
1、知识模块顺序
第一知识模块：化工基础原料 三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、合成气（CO+H2）
第三知识模块：典型化工产品的生产工艺
2、课程的重点、难点
2）本课程的难点：化学工艺具有过程工业的特点，生产不同的化学产品要采用不同的化学工艺，即使生产相同产品但原料路线不同，也要采用不同的化学工艺。化学工艺是以产品为目标，组织、优化工艺流程，完成各化工单元间的匹配、链接，实现全系统的能量、物料及安全污染等因素的最优化，因此如何将基础理论与生产实际相结合，并运用于具体产品工艺中，是本课程的难点所在。
四、配套教学条件
1、化工工艺流程仿真：
2、乙烯装置仿真工厂：
3、化工中试综合训练：
五、教学方法
根据工程教育的特点，以工艺过程讲授为主，与新工艺、新技术、新进展相结合，加强基础、面向实际，引导思维、启发创新。在具体的教学过程中，大胆创新性地进行教学理念和教学设计，加强教学方法和教学手段的改进和现代教育技术的应用，把研究性、探索性、协作性等现代教学理念应用在课程的教学过程中，结合本课程的特点，主要采取了以下几种做法。
1、研究式教学。将科学研究的思路和探索未知领域的方法引入教学中，由提出问题出发，到分析发展经过和现状，再到解决问题的方式和方法，并将最新研究成果引入教学。实践证明，这种研究式教学是非常有效的，激发学生积极思考，在科学探索中得到能力的提高。 比如，讲授化工基础原料部分的时候，介绍学校中国工程院胡文瑞院士关于非常规油气资源的相关研究成果；讲授学科前沿时，引入《Science》最新研究成果：生物质可高效转化为石化原料的文章：http://www.sciencemag.org/content/330/6008/1222；讲授氨合成催化剂时，引入《Science》最新研究成果：新型催化剂有助氨的合成节能的文章：http://www.sciencemag.org/content/340/6140/1549.abstract等。比如，三烯主要用来生产聚烯烃，聚烯烃生产的关键又在于催化剂，由此引入“卡尔?齐格勒和居里奥?纳塔分享的1963年的诺贝尔化学奖”，并介绍“齐格勒-纳塔”催化剂。再比如，芳香基聚酯（PET、PBT），都用到对苯二甲酸，那么如何生产对二甲苯就自然地引入进来，但由于芳香基聚酯不能自然降解，那么结合最新的研究成果呋喃二甲酸取代对苯二甲酸进行绿色聚酯的合成，即可实现其降解性的同时还不降低其相关机械、热加工性能等。2、启发式教学。针对化学工艺存在的问题和已有工艺的缺点，引发同学们思考，如何根据所学知识原理，对其进行改进，从而诞生新工艺。引入这种讲课方法，引导同学们联系所学的知识，解决一个新问题，促进融会贯通地掌握学习内容，对培养学生分析问题和解决问题的能力。实践证明该方法效果良好，加深知识理解和应用，很受学生欢迎。比如，在讲授管式裂解炉时，结合Lummus公司的五代SRT炉型，启发同学们，大胆设想，下一代炉型的改进关键。同学们经过深入思考、并结合结合课堂讨论、课后布置作业，使大家非常深入地掌握了相关知识。比如，讲到甲醇合成时，CO和CO2均能与H2反应生成甲醇，甲醇的一大应用出口是做燃料，那么能不能将大气中的CO2捕集起来直接用呢？学生经过思考后及提问和大家的一一补充，一个完整的碳循环过程就现了雏形，紧接着结合仿生学（简要介绍壁虎脚）及自然界植物的光合作用介绍，引入1994年诺贝尔化学奖的主乔治.A.奥拉的“甲醇经济”的概念、碳中性循环的概念，并向大家推荐其专著《跨越油气时代：甲醇经济》一书，然后介绍甲醇合成的各种方法。3、互动式教学。针对某些多学科交叉知识点，采用互动式教学。由学生回答各个学科的知识，然后再与本课程的知识进行比较，从而达到理解学科之间的联系和区分。比如，C8芳烃分离后得到对二甲苯，作为生产对苯二甲酸的基础原料，即现在各地似乎都在抵制的PX项目，教学过程中，先引出PX项目，然后倒推回对二甲苯的生产等等。比如，结合兰州自来水的苯污染，假设大家都是涉事各方，要求大家结合所学专业知识，分析和阐明问题。这种互动式教学，加强了师生之间的双向交流，提高了学生的学习积极性、思辨能力和口头表达能力，从而提高课堂教学效果。4、产业链教学。化学工艺学的一个特点之一是大宗典型化工产品工艺，主要涉及到工艺参数的选择、工艺流程、关键设备等。 比如，氨合成、甲醇合成的共性是合成气的生产，而合成氨需要的合成气制备主要是制氢，过程中脱除的CO2怎么办？那么延伸产业链：可以作为生产尿素的原料。比如，苯乙烯的生产原料是苯和乙烯，在黑板上写出其反应方程式，要求大家往上、下游延伸，老师逐一将其写在黑板上。向上游，就将热裂解、芳烃、乙苯三个单元串联起来；往下游，就将聚苯乙烯、ABS树脂、丁腈橡胶、SBS塑料等产业串联起来。并结合兰州石化公司的产业链进行实际验证。这种方法对学生系统掌握化学工艺学的零散知识效果明显，对学生逐步建立宏观的大化工视角具有显著地引导作用。学生普遍反映，产业链式教学方式，使学过的知识都相互串联起来，大家觉得不但能够学以致用，而且还能温故知新，学习积极性也得以提高。5、案例式教学。 比如烃类热裂解过程的结焦，从课堂提问中发现，学生对此危害的严重性认识还不够，那么通过进行事故案例教学，极大地加强了大家对结焦危害的认识，并顺利的引出除炭方法。比如裂解炉炉管内的炭层。6、现代教育技术。我校教室全部具备电子化教学的硬件设备，将著名学者专家的专题讲座和报告、生产企业的工艺改进视频、网络资源的仿真教学视频（详见在线学习板块）等通过媒体形式播放，信息量大，生动有趣。此外多媒体课件，将工艺流程、工艺动画、关键控制参数、相关设备（实景图片及结构图）等清晰地再现在课堂上，使学生在课堂上感受到企业的生产实际和学科前沿及专家的学者风采，极大提高了教学效果。比如讲解绪论时，引入王静康院士关于“提升我国大化工产业已成当务之急”的报告及“对我国高等化工教育教学改革的政策建议”的文章，加强大家对本课程重要性的认识。7. 对接工业实际、拓展学术及行业前沿。处理好化学工艺的现在与未来、国内与国际最新发展趋势和产品需求变化的关系，及时调整教学内容和教学方法，引入新技术和新工艺，拓展学生的视野，及时了解国际最新动向，培养学生解决新问题的综合素质和创新能力。这项工作自始至终贯穿于本课程的整个教学活动中，并在实践中不断发展和提高。8. 积极拥抱新技术。持续更新教学资源，已将人工智能、绿色制造、智能制造相关知识通过课堂教学、移动学习端进行随时更新，使学生了解到“化工+新技术”。通过以上方式，以期最终实现对学生的价值引领、知识传授和能力培养。通过课程学习，使学生能够能够掌握工业界主流化工生产技术，了解行业动态、学术前沿和技术进展，专业素养得以提升，国际视野有效拓展。
六、精品课程推荐
天津大学 化学工艺学
网址：http://www.icourses.cn/home/
说明：该视频为之前国家精品课程随堂全程录像视频，年代稍久，仅供参考。
七、拓展资源
国家虚拟仿真实验项目网址：http://shenbao.ilab-x.com/list如图所示，进行注册，下载客户端，进行学习隆重推介，兰州理工大学石油化工学院的两个项目
石油化工学院
SPE：School of Petrochemical Engineering
兰州理工大学
LUT：Lanzhou University of Technology
?这是“ LUT化工 ” 发布的第 540 篇文章?
了解更多，关注微信号
持续更新中
点击阅读原文，进入化学工艺学课程专栏。
