过程装备工程设计
课程信息
| 课程名称／课程号 | 适用范围与修读要求 |
|---|---|
| 过程装备工程设计 ENER3206M |
过控 · 25级及以前、26级 专业选修 · 模块选修 |
课程简介
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本课程首先介绍过程装备的基本定义、安全知识、发展趋势及在国民经济中的作用与地位，扼要讲解过程装备的焊接技术、无损检测技术、先进制造技术，重点介绍储运设备、换热设备、塔设备和反应设备等四大典型过程设备的分类、基本结构与特点、应用领域、工程设计方法。课程注重各过程设备的功能要求、结构特点与设计选用三者之间的联系，传授工程设计过程中的经济性分析知识。
来源：教务网。
课程内容
分数构成
考试方式：期末闭卷
评价方式：加强过程性考核，强化考核学生的主动参与度，增加考核学生对学科知识和课程思政有机结合的理解深度。
成绩构成比例：
主动参与30%，课堂讨论、习题、现场答疑、讨论与交流；
期末闭卷考试70％。
课程大纲
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第一次 课程导论与过程装备技术进展（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：从过程工程原理的六大基本过程入手，启发同学实现这些过程需要怎样的装备，再一一列出相对应的过程设备种类，从而保证知识的连续性，激发同学们的求知欲。
课外学习与作业要求
（1）本课程与您所学专业的关系？
（2）本课程或专业在国民经济建设中的地位与作用如何？
（3）极端承压设备的基本特征是什么？结合5个行业或领域，且每个行业/领域至少例举出一种规格的极端承压设备名称。
第二次 课程导论与过程装备技术进展（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：介绍过程装备的发展方向及趋势，结合高参数压力容器的结构与参数，详细阐述过程装备在我国国民经济建设中的地位和作用（例举不少于8个行业或领域的实例），使本科生了解本课程或专业与国家重大工程/项目需求之间的关系，可侧面了解本专业部分就业单位的基本概况。
课外学习与作业要求
（1）压力容器服役条件的改变或设计边界的拓展，会引发容器失效模式的改变。试举2例说明因服役环境极端化而引起容器失效设计准则改变的案例。
（2）20万方和27万方LNG储罐的结构参数如何？LNG储罐罐顶是如何安装的？
（3）潜艇失效模式有哪些？
第三次 过程装备安全与制造技术（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：结合近年来全国特种设备安全状况的年度统计报告（每一届都会更新上一年度的年度统计数据），介绍压力容器等特种设备的生产、使用、安全事故等基本情况，说明在设计阶段确保压力容器安全的重要性。
课外学习与作业要求
（1）压力容器事故与行政监察、法规标准制订有何关系？
（2）为什么压力容器的安全事故危害极大？
（3）压力容器制造的主要工序有哪些？
第四次 过程装备安全与制造技术（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：介绍压力容器先进制造技术，着重阐述生产过程停止点及其意义，以及我国压力容器制造能力及制造技术现状。
课外学习与作业要求
（1）压力容器纵、环焊缝与A、B类焊接接头的关系？
（2）封头如何成型？不锈钢材料制封头为何一般选择冷成型加工？
（3）压力容器制造过程有哪些停止点？
（4）压力容器焊接后为什么要进行消氢处理？
第五次 过程装备焊接技术（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：焊接是现代制造重要的金属连接技术，也是过程装备经常采用的制造技术。本课程简单介绍焊接的基本原理、方法与分类、特点等，重点介绍最常用的电弧焊技术，学习如何设计焊接接头，并了解焊接缺陷及其特征，以及金属材料的焊接性能等。
课外学习与作业要求
（1）为何焊接压力容器主要受压元件时应优先选用碱性焊条？
（2）被焊件为什么要进行坡口设计？其设计原则是什么？
（3）薄壁球封头与厚壁圆筒体对接接头设计的要点？
第六次 过程装备焊接技术（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：焊接是现代制造重要的金属连接技术，也是过程装备经常采用的制造技术。本课程简单介绍焊接的基本原理、方法与分类、特点等，重点介绍最常用的电弧焊技术，学习如何设计焊接接头，并了解焊接缺陷及其特征，以及金属材料的焊接性能等。
课外学习与作业要求
（1）压力容器A、B类焊缝分类依据是什么？
（2）焊接残余应力有哪些危害？如何消除？
（3）影响钢材可焊性的因素有哪些？压力容器钢板的含碳量应限制在什么范围？
第七次 过程装备无损检测技术
理论讲授（2课时）
主要内容：无损检测是指在不损坏工件的前提下，对工件质量进行检查和测试的方法，也是确保过程设备质量与安全的重要手段。本课程简要介绍无损检测的发展史、常用方法与检测目的等，重点介绍最常用的射线检测、超声检测、磁粉检测和渗透检测的原理、特点及应用范围，学习如何在过程设备制造中选择合适的无损检测方法。
课外学习与作业要求
（1）无损检测的含义是什么？
（2）无损检测的目的与特点分别是什么？
（3）实施无损检测的依据是什么？
（4）常用的四大无损检测方法是哪些？简称什么？各有何特点？
第八次 储运设备（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：储运设备主要是指用于储存与运输气体、液体、液化气体等介质的设备。首先简单介绍储罐的分类、介质特性、装量系数等知识，尔后分别介绍卧式圆柱形储罐、立式平底筒形储罐、球形储罐、低温储罐的结构特点以及选型原则。并布置塔设备主题交流课的任务、要求及分工原则。
课外学习与作业要求
（1）储存介质特性和环境对储存容器设计参数有何影响？
（2）什么是“低温低应力工况”？有什么作用？
第九次 储运设备（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：本节主要介绍卧式储罐的设计方法，包括支座结构及布置、卧式储罐设计原则、标准双鞍座的选用、双鞍座卧罐的应力分析等内容。
课外学习与作业要求
（1）卧式双鞍座储罐支座截面上部有时出现“扁塌”现象是什么原因？如何防止这一现象出现？
（2）固定和滑动鞍座一般如何布置？为什么？
（3）卧式双鞍座储罐受力分析时，如何简化为一双外伸的简支梁？
第十次 储运设备（3）
理论讲授（2课时）
主要内容：本节扼要介绍移动式压力容器的类别、受力特点及其储运介质等，重点介绍常温型汽车槽车的基本结构、罐体设计要点等。
课外学习与作业要求
（1）卧式双鞍座储罐如何计算支座截面和跨中截面处筒体上的轴向应力？
（2）球形储罐的三种球壳结构组合形式分别有何特点？
（3）与固定式压力容器相比，移动式压力容器在载荷、设计等方面有何不同？
第十一次 换热设备（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：换热设备是一种实现物料之间热量传递的通用设备。首先按作用原理或传热方式简单介绍换热设备的分类方式，尔后详细介绍各类换热设备的结构、应用范围及选型原则等。
课外学习与作业要求
（1）间壁式换热设备有哪几种主要结构形式？各有何特点？
（2）试比较管壳式换热器和板壳式换热器的优缺点。
（3）固定管板式、浮头式和U形管式换热器的结构各有什么优缺点？
第十二次 换热设备（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：主要介绍管壳式换热器基本结构与类型，随后分别介绍管程结构、壳程结构组成及其重要零部件，重点讲述管板结构与设计方法、膨胀节作用与设置等。并简单介绍我国管壳式换热器设计标准GB/T 151的应用范围，着重阐述管束振动与预防、传热强化技术及其应用。
课外学习与作业要求
（1）管板与换热管有哪几种连接方式？应用场合如何？
（2）如何提高管壳式换热器的传热效率？
（3）固定管板式换热器的膨胀节作用是什么？
（4）GB/T 151适用范围？
第十三次 塔设备（1）
主题交流（2课时）
主题词：新型填料塔、新型板式塔、极端条件下的塔设备、塔设备绿色化、塔设备轻量化、塔设备数字化、塔设备全球化、塔设备安全、国家重点工程中的塔设备等主题词中选择，也可自主命题。
交流形式：分成若干组，选择某一主题检索文献，组织PPT，并自愿派代表上讲台交流展示，每组展示时间8-10分钟。
其他要求
展示内容中应融入爱国情怀、创新强国、浙大精神、大国工匠、遵纪守法、专业素养等思政元素。
第十四次 塔设备（2）
理论讲授（2课时）
主要内容：主要介绍塔设备总体结构及分类，填料塔与板式塔工作原理、结构组成，比较填料塔与板式塔的主要区别及选型原则。简单介绍塔设备的结构设计，包括设计时应考虑的载荷、各类载荷受力分析与计算、塔体强度和稳定性校核、压力试验等。
课外学习与作业要求
（1）填料塔与板式塔的性能差异表现在哪些方面？选型基本原则是什么？
（2）塔设备承受哪些载荷？
（3）塔设备压力试验有何特点？
（4）近年来，填料塔有哪些技术创新？效果如何？
第十五次 反应设备（1）
理论讲授（2课时）
主要内容：反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是流程性材料产品生产中的核心设备。首先扼要介绍反应设备的分类与特征，以及常见反应设备的特点，重点介绍机械搅拌式反应设备的基本结构、搅拌容器、搅拌器等。
课外学习与作业要求
（1）机械搅拌反应设备主要由哪些零部件组成？
（2）搅拌反应设备的公称容积怎么计算？
（3）搅拌容器的传热元件有哪些？各有什么特点？带夹套内容器的壁厚如何计算？
（4）搅拌器的流型有几种？弄清几种典型搅拌器的主要流型？
第十六次 反应设备（2）/过程装备工程设计技术与经济性
理论讲授（2课时）
主要内容：介绍机械搅拌式反应设备的搅拌器选型、搅拌功率计算、搅拌轴、轴封等内容，并对微反应器的基本情况、作用及发展前景作简要介绍。学习工程设计过程中的经济性分析知识，学会用经济寿命的观念来替代传统的自然寿命的观念，树立成本控制意识。
课外学习与作业要求
（1）挡板与导流筒有什么功能？全挡板条件？
（2）搅拌功率怎么确定？
（3）搅拌反应设备的常用轴封有哪些？各有何特点？
（4）搅拌反应设备如何放大？
附：时间表
周次 |
学时 |
教学内容（要点） |
课程思政融入点和实施方法 |
教学形式（理论、讨论、实践、实验、测试等） |
1 |
2 |
课程导论与过程装备技术进展（1） |
课程思政融入点：家国情怀 案例：切入大国工匠、行业楷模的“鲜活案例” |
理论讲授 |
1 |
2 |
课程导论与过程装备技术进展（2） |
课程思政融入点：创新精神 案例：国家重大工程项目建设情况 |
理论讲授 |
2 |
2 |
过程装备安全与制造技术（1） |
思政融入点：法制意识 案例：过程装备重大灾难事故 |
理论讲授 |
2 |
2 |
过程装备安全与制造工艺（2） |
思政融入点：科学素养 案例：过程装备工程设计中存在的工程伦理问题 |
理论讲授 |
3 |
2 |
过程装备焊接技术（1） |
—— |
理论讲授 |
3 |
2 |
过程装备焊接技术（2） |
理论讲授 |
|
4 |
2 |
过程装备无损检测技术 |
理论讲授 |
|
4 |
2 |
储运设备（1） |
思政融入点：浙大精神 案例：高压储氢容器服务于奥运会场馆 |
理论讲授 |
5 |
2 |
储运设备（2） |
理论讲授 |
|
5 |
2 |
储运设备（3） |
理论讲授 |
|
6 |
2 |
换热设备（1） |
理论讲授 |
|
6 |
2 |
换热设备（2） |
理论讲授 |
|
7 |
2 |
塔设备（1） |
思政融入点：爱国情怀、创新强国、浙大精神、大国工匠、遵纪守法、专业素养 案例：学生查阅文献，发现课程思政案例 |
主题佳露 |
7 |
2 |
塔设备（2） |
理论讲授 |
|
8 |
2 |
反应设备（1） |
理论讲授 |
|
8 |
2 |
反应设备（2）/过程装备工程设计技术与经济性 |
理论讲授 |