《化工实践能力进阶:原理·设计·竞赛三位一体教程》是一本基于多学科知识汇总以及教师多年指导经验编写的书籍，以夯实基础一强化设计一创新拔高为主线，

构建三位一体内容体系。

化工原理篇:紧扣化工核心理论(传递过程、反应工程、分离工程等)，提炼与工程实践紧密关联的知识点，引入数字化工具(流程模拟、三维建模、仿真实验)的操

作原理与基础训练。

化工设计篇:以化工设计课程为载体，结合全国化工设计竞赛案例详解工艺流程设计、设备选型、经济分析及安全评估的全流程，融入绿色化工、低碳技术等前沿理念

强化工程伦理与社会责任意识。

化工实验篇:通过三传理论奠定基础一单元设备承载应用一仿真与实验强化实践的内容体系，既保证知识的系统性(从原理到计算)，又突出工程性(从操作到优

化)，最终实现对学生理论理解一技能掌握一工程思维的综合培养。

本书可作为高校化工专业核心课程教材、竞赛指导用书及企业培训参考书，具有较

大的市场需求与显著的教学改革示范意义。

前言

随着新工科建设与工程教育认证的深入推进，化工高等教育对学生的创新实践能力、工程设计与应用能力提出了更高的要求。当前，化工专业教学普遍存在以下痛点。

（1）理论与实践脱节：传统教材侧重理论推导，缺乏与工程实践、学科竞赛相结合的案例指导。

（2）竞赛指导资源匮乏：全国大学生化工设计竞赛、化工实验竞赛等顶尖赛事缺乏系统性指导教材，学生备赛多依赖零散资料。

（3）创新能力培养不足：现有课程体系对跨学科融合、数字化工具应用（如 Aspen、CFD 等）的覆盖不足，难以满足行业对复合型人才的需求。

本教材以 金字塔模型 为框架，化工原理、工程设计、竞赛实战三位一体，旨在填补教学与竞赛指导的空白，助力高校培养兼具理论素养与实践能力的创新型人才。

作 者

2025 年 8 月

目录

绪论

第一节 全国大学生化工设计竞赛简介

一、目的和意义

二、参赛对象和竞赛形式

三、历年竞赛概况

四、竞赛设计任务书及重点辅导

五、竞赛进程

六、竞赛作品评分规则

第二节 全国大学生化工实验大赛简介

一、目的和意义

二、参赛对象形式

三、竞赛内容与方案

四、竞赛成绩评定与奖项设置

五、竞赛技术性文件

第一篇 化工原理

第一章 化工原理理论

第一节 流体流动综合实验理论

一、流体静力学概述

二、管内流体流动的基本方程式

三、流体输送机械

第二节 传热综合实验理论

一、传热的基本原理

二、常见换热器

三、传热过程的强化与控制

四、换热器的设计与计算

第三节 精馏综合实验理论

一、蒸馏过程概述

二、蒸馏过程的汽液平衡关系

三、精馏过程原理

四、精馏操作流程

第四节 吸收实验理论

一、气体吸收过程原理与流程

二、吸收过程的气液平衡关系

三、吸收过程的机理

四、物料衡算与操作线方程

五、填料吸收塔有效高度的计算

六、吸收塔的操作和调节

第五节 干燥综合实验理论

一、干燥的原理及性质

二、湿空气的性质

三、固体物料在干燥过程中的平衡关系和速率关系

第二篇 化工设计

第二章 化工设计概述

第一节 化工设计的意义

第二节 化工设计的种类

一、现代化工过程工程

二、化工设计的种类

第三节 绿色化学科学与工程准则

第四节 化工设计项目的工作程序

一、国内化工设计程序

二、国外通用设计程序

第五节 可行性研究报告概述

一、可行性研究报告的规范

二、可行性研究报告的内容

三、各部分内容的逻辑关系

第六节 初步设计说明书概述

一、初步设计说明书规范

二、初步设计说明书的主要内容

三、各部分内容的逻辑关系

第七节 计算机辅助化工设计

一、计算机辅助过程设计

二、计算机辅助过程控制设计

三、计算机辅助过程设备设计

四、计算机辅助工厂设计

第八节 工程伦理学与责任关怀准则

一、工程伦理学

二、责任关怀

第三章 工艺流程设计

第一节 建设规模与产品方案比选

一、政策与规划

二、市场调研

三、建设规模与产品方案

四、具体实例

第二节 生产方法和工艺流程的选择

一、生产方法和工艺流程选择的原则

二、生产方法和工艺流程确定的步骤

三、工艺路线比选实例

第三节 工艺流程的设计

一、工艺流程设计的任务

二、工艺流程设计的方法

三、反应网络的分析

四、分离序列的分析与合成

第四节 流程模拟辅助分析与优化

一、数据库与物性方法

二、简单物理过程

三、含化学反应过程

四、复杂精馏过程

五、带循环的工艺全流程

第四章 物料衡算与能量衡算

第一节 物料衡算的基本方法

一、物料衡算的依据

二、物料衡算基准

三、物料衡算的基本步骤

四、物料衡算过程中涉及的基本概念

第二节 反应过程的物料衡算

一、直接推算法

二、原子平衡法

三、平衡常数法

四、带有循环、放空及旁路的物料平衡

五、联系组分法

第三节 反应过程的能量衡算

一、反应过程能量衡算方程

二、等温反应过程的能量衡算

三、绝热反应过程的能量衡算

第四节 物料衡算与能量衡算的软件应用

第五章 化工设备选型与设计

第一节 常用设备类型与选型基本原则

一、换热器的常见类型与选型基本原则

二、反应器的常见类型与选型基本原则

三、塔设备的常见类型与选型基本原则

第二节 典型设备设计与选型的软件应用

一、精馏塔设计示例

二、冷凝器设计示例

三、再沸器设计示例

第三节 典型设备设计实例

一、典型换热器设计实例

二、典型反应器设计实例

三、典型塔设备设计实例

第六章 能耗分析及节能措施

第一节 公用工程

一、给排水

二、供电

三、供热及冷冻工程

四、采暖通风及空气调节

第二节 换热网络设计

一、原始工艺流股提取及能耗分析

二、工艺流程的改进

三、改进工艺流股的提取及分析

四、换热网络

第三节 节能技术

一、热泵技术

二、乏汽回热有机朗肯循环分析

三、双效精馏技术

第四节 过程能耗计算（结合竞赛作品实例）

一、术语和定义

二、折算为标准煤的要求

三、项目能耗及计算表

四、碳排放计算

五、能耗指标和能源选择合理性分析

第七章 自动控制与安全

第一节 典型单元设备控制方案

一、液体输送单元控制方案

二、气体输送单元控制方案

三、换热器单元控制方案

四、精馏塔单元控制方案

五、反应器单元控制方案

第二节 安全仪表系统（SIS）

一、SIS 系统基本结构

二、设计基本原则

第八章 化工专业图样

第一节 工艺流程图

一、工艺流程图的种类

二、管道仪表流程图

第二节 化工设备图

一、设备图的基本画法介绍

二、化工设备图绘制

三、化工设备图的阅读

第三节 车间设备布置图

一、化工车间的组成

二、车间布置设计的依据

三、车间布置设计的内容

四、车间设备布置的要求

五、车间设备布置图的绘制

第四节 管道布置图

一、基本概念

二、管道布置图的内容

三、管道布置图的绘制要求

四、管道轴测图

第五节 总平面布置图

一、总平面布置基本原则

二、遵循的法律法规、标准规范

三、总平面布置图技术指标

四、总平面布置图

第九章 安全与环保

第一节 本质安全

一、基本概念与基本原理

二、本质安全原理的应用

三、化工安全的内容

第二节 危险化学品重大危险源辨识

一、重大危险源辨识方法及原则

二、重大危险源分析与辨识示例

第三节 安全评价

一、安全评价目的和程序

二、安全评价与分析方法

第四节 安全措施

一、生产工艺上的控制措施

二、防火防爆

三、防雷、防静电

四、防毒物危害

五、防噪声

六、其他防范措施

七、安全色和安全标志

八、发生事故时的应急措施

九、安全生产责任制度

十、劳动保护用品及卫生安全管理

第五节 环境保护

一、环境保护法律法规及有关政策

二、环境质量标准及污染物排放标准

三、工业中的 三废

四、环境保护技术

五、环保案例

第六节 环境影响及评价

一、环境影响概述

二、环境影响评价的步骤

三、化工项目环境影响评价内容

四、环境影响评价的法规和标准

五、环境质量评价结果

六、碳达峰和碳中和

第十章 工程设计概算与技术经济评价

第一节 设计概算

一、概算的内容

二、概算费用的分类

三、概算的编制依据

四、概算的编制办法

第二节 技术经济评价概述

一、技术经济评价的原则