李国庭 刘在彤
（河北科技大学，河北省，石家庄市，050018）
摘要：“化工过程设计”课程教育是培养学生独立解决工程技术问题、理论联系实际、由大学生向化工工程师转变的一个重要环节。本文从课程结构、课程内容、课程技巧这几个方面，对“化工过程设计”课程学习方法进行了总结分析，帮助学生在有限的学时内学好该课程，培养学生具备化工工程师的基本理论素质。更好地培养企业所需的工程人才，实现毕业生与企业“无缝接轨”的目标。
关键词：化工过程设计，课程，学习技巧，化工工程师
中图分类号： G642.0 文献标识码：A
Learning Skills in the Course of Chemical Process Design
Li Guoting, Liu Zaitong
(,Hebei University of Science and Technology,Hebei Province,Shijiazhuang ,050018)
Abstract： The course teaching of chemical process design is an
Key Words： Chemical process design; The course; Learning skills; The chemical engineers
0 前言
《化工过程设计》课程是我校研究生化学工程与技术专业的专业学位课。该课的内容是以现代化工设计院的设计内容和设计方法为依托，从培养卓越化工工程师的角度出发，重点介绍化工设计的基础知识、设计思想、设计方法、设计步骤，各种工程图纸的图样，技经分析，以及计算机辅助设计等的工程技术类课。课程的目的是引导学生使用以前学到的专业基础知识，学习如何根据化工开发实验结果，即从工程实施的角度并考虑流程的安全性、经济合理性等，来进行化工流程的工艺设计乃至扩大到整个化工厂设计。为培养从事化工设计（包括化工工艺设计乃至化工厂设计）、化工生产管理方面的化工人才打下基础，为使学生在校所学知识与化工设计、生产部门的实际需求相衔接。使学生在学习和工程实践过程中，逐步实现由学生向工程师的转变。
化工过程设计课程特点综合性强，实践性强，涉及知识面广、专业多、标准规范多，课程内容多，课时短等。对于在校学生来说，学好并能够胜任设计工作，不是易事。因该课程理论知识并不深奥，但需要具备丰富的工程实际经验，大部分学生都能听懂，但就是不会正确使用，达不到教学要求学习效果。为了便于同学对该课程理解及更好的学习，笔者结合二十年多年来工程设计经验和理论教学经验，对“化工过程设计”课程学习方法进行了总结分析，供同学学习参考，以便让学生更好地学好、用好该课程。
1 思想重视，积极主动求学
化工专业的学生毕业之后基本上有两大去向，一是读研读博，二是参加工作。对读研读博的学生来讲，部分人要从事科研工作，需要把好的科研成果包装成商品，或实现工业化生产，在此过程中都离不开化工过程设计。对参加工作的学生来讲，主要从事化工、制药等工作，无论是新建、改建和扩建一个工厂，还是技术革新、装置能力的核算、工厂的改造挖潜，降低能耗，综合利用，三废处理，提高生产效率，以至于产品的开发、中间实验都需要一定的化工开发和化工过程设计的专业知识。还有部分学生踏入设计院直接从事设计工作。这门课正是传授设计方面知识，提高工程设计能力的课程，对未来的工作非常需要。同时这门课程也是化工专业的主干课程，学好该课程必须的。
化工过程设计是一门非常实用的专业课，所教授的知识为设计院工艺专业应当具备的，通过学习训练提高工程设计能力，对学生求职谋生非常有利。我们必须在思想上重视，不旷课，认真听专业老师讲解，认真完成作业，积极主动学习，利用不多学时，学好该课程，这对在校完成学业及毕业后工作都非常必要。
2 厘清脉络，将繁而散的知识衔接起来学习
化工厂建立的一般需要立项、设计、施工、试车等几个阶段。该课程要传授的知识是化工厂建立过程中有关设计方面的知识，主要化工工艺设计方面知识。化工厂设计特别是大中型化工厂的设计是一庞大的系统工程，设计内容复杂多样，专业众多，关联性强，对化工过程设计课程不了解的老师、学生普遍认为该课程难讲，内容多，知识点散，课程系统性不好，学生学起来，比较凌乱。为了帮助学生更好的系统性学好该课程，一定要厘清化工过程设计及课程的脉络，把分散的知识衔接起来，前后章节关联起来学习。老师教授、学生学习该课程建议沿着化工厂建立及化工工艺设计步骤两条线，展开讲解、学习，这样有助于学生对课程结构的理解，有助于对化工设计程序及的内容的理解，有助于设计工作的开展。
（1）抓化工厂建立主线，便于了解设计工作内容及程序
化工厂建立的一般需要立项、设计、施工、试车等几个阶段，对于化工过程设计课程的学习也沿着这条线进行理解深入学习。在立项阶段即设计前期要做项目建议书或可行性研究报告，建一化工厂要牵涉国家、地方、个人的利益，要经过政府部门审批，监管，走审批手续，那么拿什么资料，最重要的资料为可研报告，拿着可研报告给有关政府部门汇报，提供给环评、安评、职评单位，完成相应报批审批工作。
在化工厂设计阶段，主要是请化工设计院完成化工厂的工程设计，工厂设计涉及到工艺、设备、土建、电气、自动控制、卫生工程等的工程设计。该课程主讲的内容为工艺设计部分，其他非工艺专业配合完成生产装置整体设计或一个化工厂的设计。
化工厂的建设需要资金投入，还要政府的审批、监管，化工过程设计也涉及众多专业，众多领域，相互之间进行商议是不可避免的，对设计方案进行讨论论证，避免出现重大设计失误，设计要分步骤进行，先进行初步设计或基础工程设计，待各方面认可后，再进行施工图设计或详细工程设计。
委托的设计院若没有该项目的生产技术，那么无法进行设计，需要向技术拥有方购买工艺包或设计资料，依次进行工程设计。工艺包简单的可理解为生产某一产品的技术资料文件包。
在化工厂施工阶段，化工厂施工、生产装置的安装依据为化工厂设计阶段的施工图纸，所以要求施工图纸设计深度要满足施工安装需要。
在化工厂试车阶段，由技术人员组织生产试车。
考核验收后，转入正常生产，最后由施工单位组织出竣工图。
（2）抓工艺过程设计主线，开展生产装置的设计
化工厂的核心部分为生产装置，生产装置的设计由工艺专业牵头，其他专业配套的完成。工艺过程设计的设计内容众多，一环扣一环，关联性强，要按照内在的逻辑关系进行。
化工厂生产装置的设计步骤：
第1步，选定生产方法，设计产品生产过程。设计结果以工艺流程草图呈现出来。
第2步，按工艺流程草图及生产规模要求，完成各个步骤的进出物流计算，即物料衡算；对于有热量产生、需求的设备还要进行热量衡算。
第3步，根据物料衡算，热量衡算结果，完成PFD；完成设备选型，非标设备完成设备的工艺计算，给设备专业提供设计条件，由设备专业完成非标设计设计图纸。
第4步，根据选定的设备，修改完善流程图，设计绘制PID。
第5步，完成车间设备布置图。
第6步，完成车间管道布置图及材料统计。
第7步，完成向土建、电气、仪表、设备等非工艺专业提供设计条件，由他们提供配套设计。
3 抓重放轻，一般内容要理解而重点内容要学透
化工过程设计课程涉及篇幅长内容多，信息量大，在短短的30多学时中，学好该课程实属不易，要达到学以致用更难。在有限课时下，面对众多的授课内容，要抓重放轻，将重点内容学透，其他一般内容要理解，当涉及到时要有印象，能够找到，在做中学，做的多了也就记住了。
该课程的要学会的重点内容是：熟悉化工过程设计脉络及套路，学会可研报告的编制、工艺包的设计、物料衡算、热量衡算；会设计绘制P&ID、车间设备布置图、管道布置图。
4 掌握要领，学着案例跟着做
学好课程最终目的是学以致用，能够胜任化工设计工作，工作的成品为各种资料报告、设计说明书，大量的工程图纸等，这些资料一方面要满足审批备案要求，另外重要的要满足工程技术人员交流需要，即撰写的技术资料、绘制的图纸规范，让行业人员看懂。对于初学化工过程设计学生来说，没有接触过实际的工程设计资料，不知道规范的图纸模样，也弄不清图纸要表达的效果，能达到学以致用，需要多动手，多看案例，不断积累经验，在做中学。下面将一些重要的设计文件的设计要领及技巧分享给同学，便于学生快速达到学以致用、事半功倍的学习效果。
可研报告编制的技巧是：（1）了解编制可研报告的目的，相关内容要满足备案、环评、安评、职评、节能分析、消防等的需要；（2）查阅编制可研报告的规范（化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定)，按规范编写相应的内容；（3）寻求一本出自甲级设计院的正式可研报告，模仿着做。
物料衡算技巧：（1）要知道物料衡算的目的，目的是主要为设备选型、核算原料消耗、核算三废排放量及组成等提供数据；（2）根据生产规模，倒推原料每小时的进料量；（3）依据质量守恒定律，按流程顺序依次根据进料量计算出每个工序或每个设备的出料量，将计算结果整理到PFD。
热量衡算技巧：热量衡算一般不需要计算整个流程的，一般只对要对有大量吸热或放热的设备进行热量衡算，这点计算对本科生来说没难度。
设备工艺计算及选型技巧：该章内容对于学生来说听起来容易，做起来难，因工艺专业的学生学的有关设备方面的知识少，化工生产设备种类众多，对设备不熟悉，又没有使用经验，无从下手。对于章的学习，主要是学会方法，以后逐渐积累经验，见多识广也就会了。但学生要做到能够按照现有掌握的理论知识及有关设备设计手册进行选型，选型不一定合理，但要保证理论上说得通。非标设备参考《化学工程手册》进行计算选型；定型设备向设备制造厂家咨询。在实际工程设计中要选用成熟的设备，没有实际使用过的设备，可在中试设计中选用。其实在设计院的实际工程设计中，大说也是依据现有的装置中成熟设备使用经验来选型。
PID设计技巧：（1）要知道这张图要达到内容是什么，按流程关系表达出全部设备及工艺物料走向，控制点，自动化控制回路，管线上管件、阀门、支架、绝热符号等；设备、管道、仪表的标注；（2）在研读《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》2009版（HG/T20519-2009）第1部分一般要求和第2部分工艺系统，将按此标准绘制图；（3）找一规范的最好出自甲级院的PID电子模板（用CAD软件完成的），进行解读，重点是图的布置、相对比例的掌握，图层的设计，阀门、箭头、管件的画法及大小，文字的大小，设备、管道及仪表的标注等；（4）复制一个模板图，保留图框删掉中间流程图部分，按教材中“流程图绘制步骤”进行绘制。
PFD设计技巧：（1）要知道绘制这张图目的，目的是将物流的组成及量、重要的工艺参数如温度、压力、流量、比重、黏度等数据在流程图上表达出来，以便工艺、设备、仪表等人员根据该图提供的数据，顺利开展相应的工作；（2）在 PID基础上进行修改，删除不必要的管线、阀门、仪表，流程要进行简化处理，使主工艺流程满足该张图使用需要即可，在此基础将进出设备的物料组成、工艺参数添加上即可。
设备布置图设计技巧：（1）要知道这张图要达到的目的，要达到施工人员根据图纸将设备安装就位；在图上应清晰表明设备的外形，设备安装方位，方位包括上下、左右的定位尺寸，安装的标高；（2）研读课本的“车间布置设计”一章及《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》2009版（HG/T20519-2009）第3部分设备布置；（3）选取甲级院的案例做模板，读懂案例图，模仿案例做，表达出你要布置的设备布置图，在布置过程中要翻阅相关资料，做到有根有据。
管道布置图设计技巧：（1）要知道这张要达到的目的，要达到施工人员根据图纸将管道安装好；在图上除表明设备的外形及管口外，重点要表明管道在空间上的走向，包括管道、阀门、管件的定位；（2）研读课本的“管道设计与布置”一章及《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》2009版（HG/T20519-2009）第4部分管道布置；（3）该图在设备布置基础上完成，要把设备的轮廓线改为细线，绘图比例要进行调整，引起文字大小、标注比例要跟着绘图比例进行调整；（4）选取甲级院的案例做模板，读懂案例图，模仿案例做，表达出你要布置的管道；在布置过程中要翻阅相关资料，做到有根有据。
向非工艺提供设计技巧：整个生产装置的建立需要土建、设备、仪表及自动化、电气等专业的配合，才能实现装置的投产。工艺专业牵头进行的装置设计，其他专业对工艺细节不清楚在所难免，若需要他们配合，必须给他们提供设计条件。提供资料主要以图、表形式，深度要满足非工艺专业设计的需要，按案例学着做。
总图设计：该部分内容主要为了解内容，因实际总图设计必须具有丰富设计经验的专业人员才能胜任。需要大量有关化工厂布置的第一手资料才能进行，最后要经过大家讨论才能定稿。
5 巧用工具，提升设计质量及效率
使用好设计工具，可以大大提高设计质量及效率，得到做到事半功倍效果。
（1）物料及热量衡算利用Excel软件。注意表格设计要具有通用性，特别要适合不同当生产规模的使用。表格中引用的公式，原始数据，单位一定要准确，有凭有据，出处可靠。
（2）画图使用AutoCAD软件。首先要学会软件的基本使用，在此基础上，要掌握在专业各种图纸上的使用技巧。要想快速掌握AutoCAD在化工制图中的应用，在听内行的讲解外，要根好的电子模板进行模仿学习，使用他的设置参数及模式，或在此基础上加入自己的元素及创意。
（3）《化工工艺设计手册》工具书的使用，《化工工艺设计手册》是化工设计人员必备的设计手册，里面有大量的设计参数备查。该手册，该手册上下两册，2千多页，内容多，每个人在短时间内不可学透，但我们必须要翻阅该书，了解所涉及的内容，在设计过程中遇到问题知道去哪里查。
（4）《化学工程手册》主要在非标设备工艺计算要参考的工具书。
6 结论
“化工过程设计”是一门理论性、实践性和综合性都很强的课程。通过本课程的学习，使学生牢固地树立起正确的设计思想，并学会应用所学知识进行化工厂设计的基本方法，提升学生的工程素质，为工科学生通向工程师铺平道路。化工过程设计是化工工程技术人员不可缺少的技术知识之一，学好该课程对在校学习和工作都是非常必要的，我们必须在思想认识到课程的重要性，积极主动的学习，上课认真听，下课认真练。
该课程内容多，涉及面广，课时短，在有限的学时内学好该课程达到学以致用的高度并非易事，学生必须厘清其脉络，将前后、交叉、多专业的内容衔接起来，找到其内在的联系，系统衔接起来地学习。在纷繁的内容中找到学习的重点，将重点内容学深学透，对一般内容能理解、能找到、会用即可。对于在校生来说，一无设计经验又缺乏对生产装置的感观认识下，多翻工具书，有关规范、标准，多看案例，在掌握设计要领下跟着案例学，多学多练，逐渐加深对化工设计的理解，使学生具备化工工程师的基本理论素质，为今后参加实际工程设计做好切实的准备，更好地培养企业所需的工程人才，实现学校提出的毕业生与企业“无缝接轨”的目标。
参考文献
[1]李国庭.《化工设计概论》（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2014.
[2]中国石化集团上海工程有限公司.《化工工艺设计手册》（第四版）[M].北京：化学工业出版社，2009.
[3]李国庭,胡永琪.《化工设计及案例分析》[M].北京：化学工业出版社，2016.
[4]《化学工程手册》编辑委员会.《化学工程手册》[M].北京：化学工业出版社，1989.
[5]《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》2009版（HG/T20519-2009）
作者简介：李国庭，男，1965.1出生，汉族，职称：教授，学位：硕士，研究方向：化学工程；籍贯：河北省迁安市，1988年7月毕业于河北科技大学无机化工专业，于1999年取得了石油大学硕士学位，毕业留校至今一直在河北科技大学从事教学科研工作，已取得研究成果10余项，专利两项；发表学术论文30余篇。
联系电话：13930165502，办公电话：031181668411，邮箱：ligt@hebust.edu.cn
通讯地址：石家庄市裕华东路70号河北科技大学化工学院
注：本文受“国家实验教学示范中心建设的教改项目”资助。
