郑州大学 过程装备与控制工程专业 《过程设备设计》 课程教学大纲 大纲制订人：方书起孟祥睿 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
郑州大学 过程装备与控制工程专业 《过程设备设计》 课程教学大纲 大纲制订人：方书起 孟祥睿 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
《过程设备设计》课程教学大纲 课程编号：013219 课程名称（中/英文）：过程设备设计/Process Equipment Design 课程类型：专业核心课 总学时：64 讲课学时：58 讨论课学时：6 学分：4 适用对象：过程装备与控制工程专业 先修课程：理论力学、材料力学、机械设计基础、流体力学、传热学、工程材料等 后续课程：课程设计、毕业设计等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《过程设备设计》是四年制过程设备与控制工程本科专业的一门主干专业课程。过程设 备设计是根据产品在全寿命周期内的功能和市场竞争（性能、质量、成本等）要求，综合考 虑环境要求和资源利用率，运用工艺、机械、控制、力学、材料以及美学、经济等知识，经 过创造性劳动，制定的技术文件。同时掌捏一定数量的相关专业英语词汇，并具有一定国际 视野。 本课程的教学目标为： (1)通过课程学习，具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法，解 决压力容器复杂结构工程计算和设计问题： (2)能够辨识压力容器在制造、运行过程中，材料及结构行为的核心特征，掌握压力容 器应力基本理论和工程计算方法，理解选材原则： (3)能够综合运用国家法律、法规、设计标准对过程设备进行结构设计和强度计算，及 时了解国内外压力容器主流设计规范和关键标准，能够在法律框架下开展工作： (4)能够掌握主要压力容器，储存设备、换热设备、塔设备和搅拌反应设备的结构特征， 并能针对复杂工程问题，确定设计目标或方案，并体现创新意识： (5)了解分析设计和疲劳设计的应用范围和影响因素，了解当前国内外压力容器发展状 况、未来趋势和关键科学问题：掌握一定数量的相关专业英语词汇。 (6)能够通过CAD、CAE、“资源共享课”、“幕课”等网络教学内容，进行计算机 与信息技术学习，提升终身能力的培养。 本课程的教学目标与单业要求的对应关系为， 课程教学日标 3 56 毕业要求 1一4掌握解决过程工业装备复杂工程问题的专业知识和思想 方法，具备综合应用所学知识解决工程问题
《过程设备设计》课程教学大纲 课程编号: 013219 课程名称（中／英文）：过程设备设计/ Process Equipment Design 课程类型: 专业核心课 总 学 时： 64 讲课学时：58 讨论课学时：6 学 分：4 适用对象: 过程装备与控制工程专业 先修课程：理论力学、材料力学、机械设计基础、流体力学、传热学、工程材料等 后续课程：课程设计、毕业设计等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《过程设备设计》是四年制过程设备与控制工程本科专业的一门主干专业课程。过程设 备设计是根据产品在全寿命周期内的功能和市场竞争（性能、质量、成本等）要求，综合考 虑环境要求和资源利用率，运用工艺、机械、控制、力学、材料以及美学、经济等知识，经 过创造性劳动，制定的技术文件。同时掌握一定数量的相关专业英语词汇，并具有一定国际 视野。 本课程的教学目标为： （1）通过课程学习，具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法，解 决压力容器复杂结构工程计算和设计问题； （2）能够辨识压力容器在制造、运行过程中，材料及结构行为的核心特征，掌握压力容 器应力基本理论和工程计算方法，理解选材原则； （3）能够综合运用国家法律、法规、设计标准对过程设备进行结构设计和强度计算，及 时了解国内外压力容器主流设计规范和关键标准，能够在法律框架下开展工作； （4）能够掌握主要压力容器，储存设备、换热设备、塔设备和搅拌反应设备的结构特征， 并能针对复杂工程问题，确定设计目标或方案，并体现创新意识； （5）了解分析设计和疲劳设计的应用范围和影响因素，了解当前国内外压力容器发展状 况、未来趋势和关键科学问题；掌握一定数量的相关专业英语词汇。 （6）能够通过 CAD 、CAE 、“资源共享课 ”、“慕课 ”等网络教学内容，进行计算机 与信息技术学习，提升终身能力的培养。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 1 2 3 4 5 6 1-4 掌握解决过程工业装备复杂工程问题的专业知识和思想 方法，具备综合应用所学知识解决工程问题。 √
2-3能够分析过程工业装各设计、制造 使用过程的影响因 素，证实解决方案的合理性，得出右效结论。 3-1根据过程工业装各与系统特定需求，依据技术标准，得 出约束条件和技术指标。 3-3能够根据工艺设计要求，讲行过程单元设备和管道设计 并体现创新意识。 62能识别、量化和平价专业工程实践和讨程工业装客复杂 工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的景 响，并理解应承担的责任 12-1了解过程工业装备与控制工程专业前沿技术和发展趋 势，能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身 学习的意识 二、散学的基本要求 本课程主要介绍流体储存设备、换热设备、分离设备和反应设备的一般设计方法。通过 讲授压力容器薄壳应力分析与强度计算基本理论，旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规 范，学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面，对压力容 器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计，理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的 基本要求，具有综合运用所学知识解决压力容器和设备工程设计的能力。 三、课堂教学内容及要求 第一查绪论 介绍过程设备特点及基本要求及设计过程等。 要求 (1) 了解过程设备的应用、特点、设计的基本要求及设计过程等： (2) 了解课程性质与任务。 第二意压力容器导言 介绍压力容器的总体结构，并在此基础上，结合介质的危苦程度、操作条件和设备在生 产中的作用，详细介绍压力容器的分类， 介绍中国常用压力容器标准的使用范围，并简要介 绍了美国、日本和欧洲压力容器规范标 要求： (1) 了解压力容器基本构成和基本要求： (2) 掌握压力容器分类与用材要求： (3) 了解国内外容器规范 第三章压力容器应力分析 本章以载荷分析、力学模型建立和应力特性为重点，全面介绍薄壁回转壳体、厚壁圆筒 和平板的应力分析方法，圆筒、锥壳和球壳临界压力计算方法，以及局部应力的求解思路和 降低局部应力的技术措施 要求 (1) 理解薄膜应力无力矩理论：
2-3 能够分析过程工业装备设计、制造、使用过程的影响因 素，证实解决方案的合理性，得出有效结论。 √ √ 3-1 根据过程工业装备与系统特定需求，依据技术标准，得 出约束条件和技术指标。 √ √ 3-3 能够根据工艺设计要求，进行过程单元设备和管道设计， 并体现创新意识。 √ √ 6-2 能识别、量化和评价专业工程实践和过程工业装备复杂 工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影 响，并理解应承担的责任 √ √ 12-1 了解过程工业装备与控制工程专业前沿技术和发展趋 势，能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身 学习的意识 √ √ √ 二、教学的基本要求 本课程主要介绍流体储存设备、换热设备、分离设备和反应设备的一般设计方法。通过 讲授压力容器薄壳应力分析与强度计算基本理论，旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规 范，学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面，对压力容 器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计，理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的 基本要求，具有综合运用所学知识解决压力容器和设备工程设计的能力。 三、课堂教学内容及要求 第一章 绪论 介绍过程设备特点及基本要求及设计过程等。 要求： （1） 了解过程设备的应用、特点、设计的基本要求及设计过程等； （2） 了解课程性质与任务。 第二章 压力容器导言 介绍压力容器的总体结构，并在此基础上，结合介质的危害程度、操作条件和设备在生 产中的作用，详细介绍压力容器的分类，介绍中国常用压力容器标准的使用范围，并简要介 绍了美国、日本和欧洲压力容器规范标准。 要求： （1） 了解压力容器基本构成和基本要求； （2） 掌握压力容器分类与用材要求； （3） 了解国内外容器规范。 第三章 压力容器应力分析 本章以载荷分析、力学模型建立和应力特性为重点，全面介绍薄壁回转壳体、厚壁圆筒 和平板的应力分析方法，圆筒、锥壳和球壳临界压力计算方法，以及局部应力的求解思路和 降低局部应力的技术措施。 要求： （1） 理解薄膜应力无力矩理论；
(2) 掌握轴对称越壳结构强度计算方法： 了解边缘应力概念及特性 掌握圆筒形高压容器应力分布特点： (5) 掌握圆形平板应力分布特点： (6) 了解压力容器局部应力及分析方法 (7) 掌握压力容器开孔应力集中特性和计算 第四章 压力容器材料及其性能 介绍压力容器常用材料、制造工艺和时间环境对钢材性能的影响、选材原则。 要求： (1) 了解压力容器常用材料的性能组成： (2) 了解制造工艺对钢材性能的影响： 了解运行过程中容器用钢的性能变化规律 掌握基本选材原则。 第五童压力容器设计 主要介绍压力容器的设计方法。介绍压力容器的设计要求、设计文件、设计准则、设计 技术参数的概念和 确定方法，分别介绍常规设计、 分析设计和装劳设计。常规设计包括圆花 形筒体、封头、密封装置、开孔和开孔补强、支座和检查孔、安全泄放装置的设计和选用。 要求： (1) 了解压力容器设计准则： (2) 掌握压力容器强度常规设计思想和设计方法，并了解分析设计和疲劳设计： (3) 容器法兰密封设计 了解高压容器密封设计方法： (4) 了解常见安全装置： (5) 掌握焊缝结构设计及其分类： (6) 掌握压力容器耐压试验和检漏试验。 第六章储运设备 主要介绍卧式储罐结构、设计方法和球形储罐的结构 要求： (1) 堂据储撑的分类、介质特性、结构特点： (2) 掌握卧式储罐设计方法： (3) 了解移动式压力容器的基本结构和设计要点。 第七章换热设备 主要介绍换热设备的分类和选型原则，管壳式换热器的结构、管板和膨张节设计思想 防止管束振动的措施，余热锅炉结构以及传热强化技术。 要求 (1 了解换热设备分类及其特点 (2) 掌握管壳式换热器及其主要部件的基本设计方法： (3) 了解传热强化技术方法
（2） 掌握轴对称薄壳结构强度计算方法； （3） 了解边缘应力概念及特性； （4） 掌握圆筒形高压容器应力分布特点； （5） 掌握圆形平板应力分布特点； （6） 了解压力容器 局部应力及分析方法； （7） 掌握压力容器开孔应力集中特性和计算。 第四章 压力容器材料及其性能 介绍压力容器常用材料、制造工艺和时间环境对钢材性能的影响、选材原则。 要求： （1） 了解压力容器常用材料的性能组成； （2） 了解制造工艺对钢材性能的影响； （3） 了解运行过程中容器用钢的性能变化规律； （4） 掌握基本选材原则。 第五章 压力容器设计 主要介绍压力容器的设计方法。介绍压力容器的设计要求、设计文件、设计准则、设计 技术参数的概念和确定方法，分别介绍常规设计、分析设计和疲劳设计。常规设计包括圆柱 形筒体、封头、密封装置、开孔和开孔补强、支座和检查孔、安全泄放装置的设计和选用。 要求： （1） 了解压力容器设计准则； （2） 掌握压力容器强度常规设计思想和设计方法，并了解分析设计和疲劳设计； （3） 掌握常规容器法兰密封设计，了解高压容器密封设计方法； （4） 了解常见安全装置； （5） 掌握焊缝结构设计及其分类； （6） 掌握压力容器耐压试验和检漏试验。 第六章 储运设备 主要介绍卧式储罐结构、设计方法和球形储罐的结构。 要求： （1） 掌握储罐的分类、介质特性、结构特点； （2） 掌握卧式储罐设计方法； （3） 了解移动式压力容器的基本结构和设计要点。 第七章 换热设备 主要介绍换热设备的分类和选型原则，管壳式换热器的结构、管板和膨胀节设计思想、 防止管束振动的措施，余热锅炉结构以及传热强化技术。 要求： （1） 了解换热设备分类及其特点； （2） 掌握管壳式换热器及其主要部件的基本设计方法； （3） 了解传热强化技术方法
第八音塔设备 介绍了板式塔和填料塔设备的总体结枸和选型原则，内件的结构，介绍了塔设备在 受到各种载荷下的强度计算方法。 要求： (1) 了解塔设备的总体结构及分类： (2) 了解填料塔中的填料类型、结构：掌握塔内件主要结构及其特点： 掌握板式塔内件主要结构及其特点： 掌握塔设备附件设计要点 (5) 掌握塔强度设计的主要步骤： (6) 了解塔诱振成因及预防方法。 第九章反应设备 介绍了各种反应设备的类型和特点，重点介绍了立式机械搅拌反应器筒体和夹套的 基本结构、搅拌器流型、挡板作用及结构、各种搅拌器结构和搅拌功率的计算，搅拌轴、密 封装置及传动装置的结构形式。 要求： (1) 了解反应设各应用、分类及特征，以及常见反应设备的特点： (2) 根据应用要求，能够选择机械搅拌式反应设备的主要部件结构： 3) 掌握机械搅拌式反应器主要参数的计算方法： (4) 了解生化反应器动态。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 「序号教学内容 学时教学方式 对应教学目标 绪论 课程的任务、性质、目标、学习 讲授 4,6 方法及课程考核方法。 1压力容器导言 讲授 草理 2,6 压力容器应力分析 3 14 1,2,6 讨论 3压力容器材料及其性能 讲授 2 慕课 2,6 4 压力容器设计 讲授 察课 3,6 讨论 5储运设备 讲授 慕课 4,6 6 换热设备 讲控 4,5,6 课 7塔设备 排号 4,5,6
第八章 塔设备 主要介绍了板式塔和填料塔设备的总体结构和选型原则，内件的结构，介绍了塔设备在 受到各种载荷下的强度计算方法。 要求： （1） 了解塔设备的总体结构及分类； （2） 了解填料塔中的填料类型、结构；掌握塔内件主要结构及其特点； （3） 掌握板式塔内件主要结构及其特点； （4） 掌握塔设备附件设计要点； （5） 掌握塔强度设计的主要步骤； （6） 了解塔诱振成因及预防方法。 第九章 反应设备 简要介绍了各种反应设备的类型和特点，重点介绍了立式机械搅拌反应器筒体和夹套的 基本结构、搅拌器流型、挡板作用及结构、各种搅拌器结构和搅拌功率的计算，搅拌轴、密 封装置及传动装置的结构形式。 要求： （1） 了解反应设备应用、分类及特征，以及常见反应设备的特点； （2） 根据应用要求，能够选择机械搅拌式反应设备的主要部件结构； （3） 掌握机械搅拌式反应器主要参数的计算方法； （4） 了解生化反应器动态。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 1 绪论 课程的任务、性质、目标、学习 方法及课程考核方法。 1 讲授 4，6 2 1 压力容器导言 3 讲授 慕课 2，6 3 2 压力容器应力分析 14 讲授 慕课 讨论 1，2，6 4 3 压力容器材料及其性能 2 讲授 慕课 2，6 5 4 压力容器设计 20 讲授 慕课 讨论 3，6 6 5 储运设备 4 讲授 慕课 4，6 7 6 换热设备 6 讲授 慕课 4，5，6 8 7 塔设备 8 讲授 4，5，6
慕课 8 反应设备 4,5,6 9 讲 暴课 10机动学时 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是过控专业核心课程，经过了多年的课程建设与改革。本课程采用多媒体教学， 教学环节主要是课常教学，学生可借助慕课进行课外学习。为了综合训练学生总结分析表达 能力，该课程结束后安排了一个综合课程设计，该课程设计要求学生组合成一个小组，针对 一套过程装备进行设计，通过该课程设计训练学生综合运用所学知识和工具分析解决成套过 程装备的设计的复杂工程问题。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩70%+作业20%+平时表现10%=100%。 评分标准： 1)期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成70分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用判断正误题、选择题、填空题、计算题、分析题 标注题等。 2)作业： 每次作业必须在规定时间上交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计，每次作 业按百分制评分，总评后折算为20分。 3)课堂表现： 案例分析讨论、知识点讨论、作业讨论等，总评后折算为10分。 七、教材和参考书目 教材：《过程设备设计》（第4版），郑津洋、桑芝富主编，化学工业出版社，2015 年。 参考书：《化工容器设计》（第2版），王志文主编，化学工业出版社，1999年。 《化工设备设计》，聂清德主编，化学工业出版社，1999年。 《压力容器及过程设备设计》，李福宝、李勤主编，化学工业出版社，。 中华人民共和国特种设备法、特种设备安全监察条例、TSG21《固定式压力容器安全技 术监察规程》、GB150《压力容器》、GB/T151《热交换器》等
慕课 9 8 反应设备 4 讲授 慕课 4，5，6 10 机动学时 2 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是过控专业核心课程，经过了多年的课程建设与改革。本课程采用多媒体教学， 教学环节主要是课堂教学，学生可借助慕课进行课外学习。为了综合训练学生总结分析表达 能力，该课程结束后安排了一个综合课程设计，该课程设计要求学生组合成一个小组，针对 一套过程装备进行设计，通过该课程设计训练学生综合运用所学知识和工具分析解决成套过 程装备的设计的复杂工程问题。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩 70%+作业 20%+平时表现 10% =100%。 评分标准： 1）期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成 70 分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用判断正误题、选择题、填空题、计算题、分析题、 标注题等。 2）作业： 每次作业必须在规定时间上交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计，每次作 业按百分制评分，总评后折算为 20 分。 3）课堂表现： 案例分析讨论、知识点讨论、作业讨论等，总评后折算为 10 分。 七、教材和参考书目 教 材：《过程设备设计》（第 4 版），郑津洋、桑芝富主编，化学工业出版社，2015 年。 参考书：《化工容器设计》（第 2 版），王志文主编，化学工业出版社，1999 年。 《化工设备设计》，聂清德主编，化学工业出版社，1999 年。 《压力容器及过程设备设计》，李福宝、李勤主编，化学工业出版社，。 中华人民共和国特种设备法、特种设备安全监察条例、TSG21《固定式压力容器安全技 术监察规程》、GB150《压力容器》、GB/T151《热交换器》等
八、课程资源链接： 1、过程设备设计 http://mooc1.chaoxing.com/course/217587257.html 2、化工设备设计基础 https://www.icourse163.org/course/ZZU-1001795013 大纲制订人：方书起、孟样奢 大纲审定人：新遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：202071
八、课程资源链接: 1、过程设备设计 http://mooc1.chaoxing.com/course/217587257.html 2、化工设备设计基础 https://www.icourse163.org/course/ZZU-1001795013 大纲制订人：方书起、孟祥睿 大纲审定人：靳遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1
