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化工設(shè)計(jì)概論內(nèi)容學(xué)習(xí)本課程的意義 化工工科專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)之后從事化工、制藥等工作，無論是技術(shù)革新，還是裝置能力的核算、工廠的改造挖潛，降低能耗，綜合利用，三廢處理，提高生產(chǎn)效率，以至于產(chǎn)品的開發(fā)、中間實(shí)驗(yàn)都需要一定的化工開發(fā)和化工設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)。因此，在大學(xué)高年級(jí)開設(shè)這門全面系統(tǒng)講解化工設(shè)計(jì)的課程，進(jìn)行有關(guān)工程設(shè)計(jì)方面知識(shí)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練是十分必要的。 通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備化學(xué)工程師的基本理論素質(zhì)，今后無論對(duì)學(xué)生考研，還是參加工作都將是大有意義的。 化工設(shè)計(jì)概念 “化工設(shè)計(jì)” 是根據(jù)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或過程設(shè)計(jì)出一個(gè)生產(chǎn)流程，并研究流程的合理性、先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)的可行性，再根據(jù)工藝流程及條件選擇合適的生產(chǎn)設(shè)備、管道及儀表等，進(jìn)行合理的工廠布局設(shè)計(jì)以滿足生產(chǎn)的要求，工藝專業(yè)與有關(guān)非工藝專業(yè)進(jìn)行密切設(shè)計(jì)合作，最終使這個(gè)工廠建成投產(chǎn)，這種設(shè)計(jì)全過程稱為“化工設(shè)計(jì)”。 化工設(shè)計(jì)分類化工設(shè)計(jì)分類 新建工廠設(shè)計(jì)； 原有工廠的改建和擴(kuò)建設(shè)計(jì)； 車間、廠房的局部修建設(shè)計(jì)。 化工設(shè)計(jì)分類新建工廠設(shè)計(jì)分類 1）工程設(shè)計(jì)；2）復(fù)用設(shè)計(jì)；3）因地制宜設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)是指沒有現(xiàn)成的裝置可以參照或僅僅根據(jù)中試或其它實(shí)驗(yàn)裝置來設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)裝置。這種設(shè)計(jì)工作難度大，對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求高。復(fù)用設(shè)計(jì)是利用已有裝置的技術(shù)資料進(jìn)行新裝置的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)基本沒有大的改動(dòng)。因地制宜設(shè)計(jì)是在已有裝置技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)即將建設(shè)裝置的具體情況進(jìn)行改進(jìn)或變更，以適應(yīng)新裝置的要求，這樣完成的設(shè)計(jì)稱為因地制宜設(shè)計(jì)。 化工設(shè)計(jì)分類化工設(shè)計(jì)分類 從設(shè)計(jì)范圍分化工設(shè)計(jì)通常又分為以工廠單位和以車間為單位的兩種設(shè)計(jì)。工廠化工設(shè)計(jì)包括廠址選擇、總圖設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)、非工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。車間化工設(shè)計(jì)分為化工工藝設(shè)計(jì)和其他非工藝設(shè)計(jì)兩部分�；�工工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：生產(chǎn)方法的選擇、生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算，設(shè)備選型、車間布置設(shè)計(jì)及管道布置設(shè)計(jì)，向非工藝專業(yè)提供設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)文件以及概(予)算的編制等項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。 化工設(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）政策性強(qiáng) 化工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)政策性很強(qiáng)的綜合工作，整個(gè)過程都必須遵循國家的各項(xiàng)有關(guān)方針政策和法規(guī)。我們要了解中國的國情，從我國國情出發(fā)，充分利用人力和物力資源；要抱著對(duì)國家、對(duì)人民負(fù)責(zé)的嚴(yán)肅認(rèn)真的精神，嚴(yán)格遵守國家政策法令、自覺維護(hù)國家和人民的利益，為國家創(chuàng)造財(cái)富。確保安全生產(chǎn)；保護(hù)環(huán)境；保障良好的操作條件，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 化工設(shè)計(jì)特點(diǎn)（2）技術(shù)性強(qiáng) 化工設(shè)計(jì)又是一項(xiàng)理論密切聯(lián)系實(shí)際的工作，從事化工設(shè)計(jì)不僅要有專業(yè)理論知識(shí)、較廣博的基礎(chǔ)知識(shí)、扎實(shí)熟練的技能，還要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的操作能力。化工設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性勞動(dòng)，不是照搬照抄，而是消化吸收，“出神入化”�；�工設(shè)計(jì)特點(diǎn)（3）經(jīng)濟(jì)性強(qiáng) 化工生產(chǎn)過程大都復(fù)雜，所需原材料種類多，能耗大，基建費(fèi)用高，要求設(shè)計(jì)人員有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，在確定生產(chǎn)方法、設(shè)備選型、車間布置、管道布置時(shí)都要加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，處理好技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，做到化工設(shè)計(jì)技術(shù)上先進(jìn)、成熟，經(jīng)濟(jì)上合理�；�工設(shè)計(jì)特點(diǎn)（4）綜合性強(qiáng) 化工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是一門多學(xué)科、多人手的集體性勞動(dòng)，要在工作中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互相支持、互相配合，以大局為重，發(fā)揚(yáng)民主、尊重科學(xué)、尊重知識(shí)，協(xié)作工作，必須依靠全體工藝設(shè)計(jì)人員和非工藝設(shè)計(jì)人員的通力合作，密切配合才能完成。 化工設(shè)計(jì)的原則 (1)貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)的方針政策，從符合黨和國家的政治方針和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策出發(fā)，處理好技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的關(guān)系，并在國家法令、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定的允許范圍內(nèi)精心設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。 (2)認(rèn)真貫徹“五化”設(shè)計(jì)原則（工廠布置一體化、生產(chǎn)裝置露天化、建構(gòu)筑物輕型化、公用工程社會(huì)化、引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化）。 (3)采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，努力提高商品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使設(shè)計(jì)做到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，切合實(shí)際，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用，使建設(shè)項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)水平。 (4)設(shè)計(jì)使用的基礎(chǔ)資料要準(zhǔn)確、可靠，各種數(shù)據(jù)和技術(shù)條件要正確、切合實(shí)際；文字說明要清楚、確切，圖紙要清晰、正確，避免出現(xiàn)重大設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。第一章 化工設(shè)計(jì)程序和內(nèi)容化工廠建立過程化工廠建立的全過程 一般需要經(jīng)過可行性研究、化工設(shè)計(jì)、施工、試車和考核等幾個(gè)階段。 一個(gè)工程項(xiàng)目從設(shè)想到建成投產(chǎn)這一階段稱為基本建設(shè)階段�；�工廠建立過程 化工設(shè)計(jì)階段的劃分 1.國外設(shè)計(jì)階段的劃分 國際上通常把全部設(shè)計(jì)過程劃分為由專利商承擔(dān)的工藝包(基礎(chǔ)設(shè)計(jì))和由工程公司承擔(dān)的工程設(shè)計(jì)兩大設(shè)計(jì)階段。 工程設(shè)計(jì)又劃分為：工藝設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)和詳細(xì)工程設(shè)計(jì)三個(gè)階段。 化工程序及階段 2.國內(nèi)設(shè)計(jì)階段的劃分 一般按工程規(guī)模的大小、工程的重要性、技術(shù)的復(fù)雜性、設(shè)計(jì)水平的高低而分為二個(gè)階段或三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。 凡屬重要的大型企業(yè)，技術(shù)比較復(fù)雜或比較新型的工廠，為了保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，一般可分三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，即初步設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)(又稱擴(kuò)大的初步設(shè)計(jì)、擴(kuò)初設(shè)計(jì)）和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。 對(duì)在技術(shù)比較簡(jiǎn)單和比較成熟的，生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠或個(gè)別車間，以及技術(shù)改造與技術(shù)措施比較成熟的，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，可分為二個(gè)階段設(shè)計(jì)，即技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)二個(gè)階段。 第一節(jié) 設(shè)計(jì)前期工作步驟與內(nèi)容 目前設(shè)計(jì)前期的工作步驟與內(nèi)容，國內(nèi)外作法不完全一致。國外分為： 機(jī)會(huì)研究、初步可行性研究、可行性研究、評(píng)價(jià)及決策幾個(gè)階段。國內(nèi)分為： 項(xiàng)目建議書、可行性研究、編制設(shè)計(jì)任務(wù)書等幾個(gè)階段。第一節(jié) 設(shè)計(jì)前期工作步驟與內(nèi)容 1.國內(nèi)設(shè)計(jì)前期的工作步驟（1）編寫項(xiàng)目建議書，向國家推薦項(xiàng)目；（2）進(jìn)行可行性研究(市場(chǎng)銷售，技術(shù)路線，工程條件，人力資源，實(shí)施計(jì)劃，資金成本，經(jīng)濟(jì)效果等研究，成品:可行性研究報(bào)告)；（3）編寫計(jì)劃任務(wù)書。 2.項(xiàng)目建議書的主要內(nèi)容 (1)項(xiàng)目建設(shè)目的和意義，即項(xiàng)目提出的背景和依據(jù)，投資的必要性及經(jīng)濟(jì)意義； (2)產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè)； (3)產(chǎn)品方案和擬建規(guī)模； (4)工藝技術(shù)方案(原料路線、生產(chǎn)方法和技術(shù)來源)； (5)資源、主要原材料、燃料和動(dòng)力的供應(yīng)； (6)建廠條件和廠址初步方案； (7)環(huán)境保護(hù)； (8)工廠組織和勞動(dòng)定員估算； (9)項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃設(shè)想； (10)投資估算和資金籌措設(shè)想； (11)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的初步估算。 3.可行性研究報(bào)告主要內(nèi)容 (1)總論；(2)需求預(yù)測(cè)；(3)產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模；(4)工藝技術(shù)方案；(5)資源可靠性、原材料、燃料的供應(yīng)及公用設(shè)施情況；(6)建廠條件和廠址方案；(7)公用工程和輔助設(shè)施方案；(8)環(huán)境保護(hù)；(9)工廠組織、勞動(dòng)定員和人員培訓(xùn)；(10)項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃和安排；(11)投資估算和資金籌措；(12)產(chǎn)品成本估算；(13)財(cái)務(wù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及社會(huì)效益評(píng)價(jià)；(14)評(píng)價(jià)結(jié)論；（15）必要的附件。 4. 設(shè)計(jì)計(jì)劃任務(wù)書主要內(nèi)容第二節(jié) 初步設(shè)計(jì)階段工作內(nèi)容與程序 初步設(shè)計(jì)的目的是對(duì)于在指定地點(diǎn)和規(guī)定期限內(nèi)計(jì)劃建設(shè)的工程，闡明其在技術(shù)上的可能性和經(jīng)濟(jì)上的合理性；保證正確的選擇建設(shè)場(chǎng)地及確定其主要原料、燃料、水、動(dòng)力供應(yīng)來源；并對(duì)所設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目做出基本技術(shù)決定，確定工程總造價(jià)和基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為上級(jí)部門進(jìn)行審批提供依據(jù)。為進(jìn)行施工準(zhǔn)備及施工圖設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 2.初步設(shè)計(jì)任務(wù) 初步設(shè)計(jì)階段的成品：設(shè)計(jì)說明書 附表：設(shè)備一覽表，主要材料估算表； 附圖：物料流程圖，管道及儀表流程圖， 總平面布置圖，車間設(shè)備布置圖， 關(guān)鍵設(shè)備總圖； 附：概算書和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析資料。 4.初步設(shè)計(jì)的工作程序 初步設(shè)計(jì)準(zhǔn)備；討論編制初步設(shè)計(jì)方案； 提供設(shè)計(jì)條件； 完成各專業(yè)的具體設(shè)計(jì)；中間審查；完成設(shè)計(jì)文件及圖紙，最后審核；進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析概算；審定設(shè)計(jì)文件(復(fù)制、歸檔、報(bào)批)。 第三節(jié) 施工圖設(shè)計(jì)階段工作內(nèi)容與程序 1. 目的與作用 主要目的是為施工服務(wù)。施工圖是全部施工的依據(jù)，用于進(jìn)行建筑安裝工程、設(shè)備安裝、管道敷設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、裝置和金屬結(jié)構(gòu)的制造。 2.施工圖設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)內(nèi)容 施工圖設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)初步設(shè)計(jì)審批的意見，解決初步設(shè)計(jì)中特定的問題，并由此進(jìn)行施工單位的編制施工組織設(shè)計(jì)、編制施工預(yù)算以及如何實(shí)施施工等。根據(jù)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果提供施工安裝用的圖紙、表格和施工文字說明；向非工藝專業(yè)提供設(shè)計(jì)條件和提出設(shè)計(jì)要求；完成施工圖設(shè)計(jì)文件。 3.施工圖設(shè)計(jì)階段工作程序修改完善初步設(shè)計(jì)文件；各專業(yè)的協(xié)調(diào)，向配套專業(yè)提供正式資料；完成必要的圖紙，表格等；編寫施工安裝說明書。 4.施工圖設(shè)計(jì)的深度 施工圖設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容是完善初步設(shè)計(jì)中提出的工藝流程圖設(shè)計(jì)、工藝設(shè)備布置設(shè)計(jì)、工藝管道布置設(shè)計(jì)和設(shè)備、管路的保溫及防腐設(shè)計(jì)等。施工圖設(shè)計(jì)的深度除了和初步設(shè)計(jì)互相連貫銜接之外，還必須滿足： (1)全部設(shè)備、材料的訂貨和交貨安排； (2)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的訂貨、制造和交貨安排； (3)能作為施工安裝預(yù)算和施工組織設(shè)計(jì)的依據(jù)； (4)控制施工安裝質(zhì)量，并根據(jù)施工說明要求進(jìn)行驗(yàn)收。 第四節(jié) 車間工藝設(shè)計(jì) 1. 車間工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）生產(chǎn)方法的選擇 （2）生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)（3）工藝計(jì)算 （4）車間布置設(shè)計(jì)（5）管路設(shè)計(jì)（6）提供設(shè)計(jì)條件 （7）編寫設(shè)計(jì)說明書 （8）概（預(yù)）算書的編制 思考題 1、 “化工設(shè)計(jì)”的概念。 2、國內(nèi)化工設(shè)計(jì)階段是如何劃分的？ 3、車間工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容？ 4、簡(jiǎn)述化工廠建立的過程。 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 本章主要內(nèi)容： 1）工藝路線選擇。 2）工藝流程的設(shè)計(jì)。 第二節(jié) 工藝路線選擇一、選擇原則（1）先進(jìn)性(技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理）。 （2）可靠性。（3）結(jié)合國情，因地制宜。 第二節(jié) 工藝路線選擇二、工作步驟 1、全面收集擬定產(chǎn)品在國內(nèi)外的各種生 產(chǎn)方法資料。 2、研究關(guān)鍵設(shè)備。 3、對(duì)各種生產(chǎn)方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安 全等方面的要求。 4、對(duì)選定生產(chǎn)方法做適當(dāng)?shù)男薷�。要收集的主要資料內(nèi)容第二節(jié) 工藝路線選擇 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì) 工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映化工生產(chǎn)由原料輸入到產(chǎn)品輸出的過程，其中包括物料和能量發(fā)生的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設(shè)備儀表等。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)的主要任務(wù) （1）確定生產(chǎn)流程中各個(gè)過程的具體內(nèi)容，順序和組織方式，操作條件，控制方案，確定“三廢”治理方案，確定安全生產(chǎn)措施，達(dá)到加工原料以制得所需產(chǎn)品的目的。 （2）在工藝流程設(shè)計(jì)的不同階段，繪制不同的工藝流程圖。第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì)第三節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì)第三節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意和解決的問題 (1) 確定整個(gè)流程的組成。 (2) 確定每個(gè)過程或工序的組成。 (3) 確定操作條件。 (4) 控制方案的確定。 (5) 合理利用原料及能量，計(jì)算出整個(gè)裝置的 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 (6) 確定三廢治理方法。 (7) 制定安全生產(chǎn)措施。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)際生產(chǎn)中之間存在巨大差距，需要設(shè)計(jì)人員必須具備工業(yè)化生產(chǎn)的概念。如在實(shí)驗(yàn)室配制硫酸和硝酸的混合酸過程。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)方法： （1）參考現(xiàn)有的圖紙或資料，進(jìn)行改進(jìn)完善。 （2）根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。 （3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)。 （4）由概念設(shè)計(jì)做起，由一個(gè)反應(yīng)式開始進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)主要適合實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)步驟 工藝流程設(shè)計(jì)一開始，首先進(jìn)行概念設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出工藝流程草圖，經(jīng)物料計(jì)算后，再設(shè)計(jì)出工藝物料流程圖，當(dāng)設(shè)備計(jì)算結(jié)束時(shí)，開始繪制初步設(shè)計(jì)的管道及儀表流程圖，只有當(dāng)車間設(shè)計(jì)結(jié)束，進(jìn)一步修改流程圖后才能最后畫出正式的施工圖階段的管道及儀表流程圖。 第三節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì)一、概念設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是將工藝路線的流程化，然后完善流程，進(jìn)行方案比較，選擇一最佳方案。 第三節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì)一、概念設(shè)計(jì) 一個(gè)典型工藝過程分為六個(gè)重要部分，即原料貯存，預(yù)處理、反應(yīng)、產(chǎn)品分離、凈化、貯存包裝。還要考慮”三廢”處理及公用工程、配套設(shè)施。一、概念設(shè)計(jì) 1.工藝路線的流程化 將這六個(gè)過程詳細(xì)地加以研究，具體化到各個(gè)過程需要哪些化工單元操作加以組合，各化工單元操作又需要什么樣的裝備、設(shè)備、機(jī)械，這些單元操作的運(yùn)行參數(shù)以及它們的運(yùn)行次序，物料在化工單元操作中的“流水線”關(guān)系，以保證獲得預(yù)期質(zhì)量和數(shù)量的產(chǎn)品，這個(gè)將工藝過程具體化的設(shè)計(jì)過程，稱為工藝路線的流程化。 一、概念設(shè)計(jì)工藝路線流程化工作方法 (1)首先確定主反應(yīng)過程； (2)根據(jù)反應(yīng)要求，決定原料貯存方式，量，原料準(zhǔn)備過程 和投料方式流程； (3)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和反應(yīng)過程實(shí)際，確定產(chǎn)物的分離、 精制的過程； (4)產(chǎn)品的計(jì)量、包裝或后處理工藝過程； (5)副產(chǎn)物處理的工藝過程； (6)“三廢”排出物的綜合治理流程； (7)確定動(dòng)力使用和公用工程的配套。 舉例說明工藝路線的流程化舉例說明工藝路線的流程化舉例說明工藝路線的流程化舉例說明工藝路線的流程化簡(jiǎn)化完善工藝流程 為了控制水洗塔生成廢酸水的量，可以設(shè)計(jì)一個(gè)帶有再沸器的HCl吸收塔，充分吸收HCl，制成稀鹽酸，再將夾有微量水份和甲醇的CH3Cl經(jīng)冷凍除水、脫醇。原料預(yù)處理流程可以簡(jiǎn)化為不必混合，直接進(jìn)入反應(yīng)釜。簡(jiǎn)化后的流程框圖。簡(jiǎn)化后的工藝流程簡(jiǎn)圖舉例說明工藝路線的流程化工藝流程設(shè)計(jì) 2.初步設(shè)計(jì)階段工藝流程的設(shè)計(jì) 在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將流程深化，即深入細(xì)致地加以完善，對(duì)工藝流程和各操作單元�；�工裝置進(jìn)行深入的量化設(shè)計(jì)，通過計(jì)算，對(duì)化工工藝流程進(jìn)行逐步完善、拾遺補(bǔ)缺，全面系統(tǒng)地研究物料、能量、操作、控制，使各化工單元過程完整地銜接和匹配，能量得到充分利用。 工藝流程設(shè)計(jì) 2.初步設(shè)計(jì)階段工藝流程的設(shè)計(jì) 對(duì)工藝流程的方案設(shè)計(jì)，要從下列幾個(gè)方面加以完善設(shè)計(jì)： (a)流程能力、操作彈性和設(shè)備設(shè)計(jì)。 (b)工藝操作條件的確定和流程細(xì)節(jié)安排。 (c)操作單元裝置的銜接和輔助裝置的完善 。 (d)確定操作控制過程中各參數(shù)控制點(diǎn)。 工藝流程設(shè)計(jì) 3.施工圖設(shè)計(jì)階段工藝流程設(shè)計(jì) 在初步設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，完善管道和儀表的設(shè)計(jì)，各種物料、公用工程、全部設(shè)備、管道、管件、閥門、全部的控制點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置及其管道、閥門設(shè)計(jì)。作為安裝施工指導(dǎo)的工藝流程設(shè)計(jì)，最終表現(xiàn)為繪制“管道及儀表流程圖”(簡(jiǎn)稱PID圖)。 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)練習(xí) 設(shè)計(jì)一氣液吸收流程，要求在兩個(gè)吸收塔中，對(duì)吸收液來說既能串聯(lián)也能并聯(lián)操作。 作業(yè)第四節(jié) 工藝流程圖的繪制 1、方框流程圖和工藝流程草圖 2、工藝物料流程圖 3、管道及儀表流程圖一、方框流程圖和工藝流程草圖 一、方框流程圖(Block Flowsheet) 繪制要求：矩形框用細(xì)實(shí)線，用粗實(shí)線加箭頭表示出主要物 流方向，并加上必要的文字注釋。 生產(chǎn)聚甲醛的方框流程圖 一、方框流程圖和工藝流程草圖 2、工藝流程草圖 在方框圖流程圖的基礎(chǔ)上，將各個(gè)工序過程換成設(shè)備示意圖，進(jìn)一步修改、完善可得到工藝流程草圖。 生產(chǎn)工藝流程草圖一般由物料流程、圖例、必要的文字說明三部分組成。 2、工藝流程草圖 1.要畫出主要設(shè)備示意外形 設(shè)備用細(xì)實(shí)線畫出外形、形狀不要求準(zhǔn)確，用線條和箭頭表示主要物料管線和流向，物料線用粗實(shí)線繪制。至于管件、閥門等一般不標(biāo)出。 2.還要求附有圖例，有的單位流程圖上還有設(shè)備一覽表。 生產(chǎn)硫酸銅的工藝流程草圖 二、工藝物料流程圖的繪制工藝物料流程圖(process flowsheet diagram PFD)簡(jiǎn)稱物流圖主要內(nèi)容： A：設(shè)備簡(jiǎn)單的外型圖、名稱及位號(hào)。 B：主要工藝條件，物料平衡表（對(duì)物料發(fā)生變化的設(shè) 備，要從物料管線上引線列表表示：物料組分名稱、 物料量（kg/h)、質(zhì)量%、kmol(kmol/h)、以及 mol% 等，每項(xiàng)均應(yīng)標(biāo)出其總和數(shù)。 C ：標(biāo)題欄。 二、工藝物料流程圖的繪制（1）設(shè)備圖形和流程線 設(shè)備圖形按設(shè)備外形繪制，此設(shè)備的外形不必精確，常采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備表示方法，簡(jiǎn)化繪制。 設(shè)備之間用流程線連接起來，設(shè)備外形用細(xì)實(shí)線，設(shè)備之間的流程線用粗實(shí)線表示。在圖上要標(biāo)注設(shè)備位號(hào)及名稱 。 常用設(shè)備符號(hào)工藝設(shè)備圖例 工藝設(shè)備圖例工藝設(shè)備圖例工藝設(shè)備圖例二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法 a.流程線用帶箭頭的粗實(shí)線表示 b.進(jìn)出裝置用接續(xù)標(biāo)志標(biāo)明 二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法 c.用細(xì)實(shí)線菱形框標(biāo)出各物流點(diǎn)的編號(hào) 二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法 d.界區(qū)內(nèi)部，圖紙進(jìn)出管線的始終端用32x45長(zhǎng)方框并注明介質(zhì)名稱，去向等。 二、工藝物料流程圖的繪制（3）工藝數(shù)據(jù)的表示 表示出主要工藝數(shù)據(jù)：溫度，壓力，流量等。（4）物料平衡表 二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流變化和物流表 對(duì)于物料發(fā)生變化的設(shè)備，要從物料管線上畫一個(gè)引出線，并于引出線端用列表的形式表示物料的組成、名稱、質(zhì)量流量(kg／h)、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、摩爾流量(kmol／h)。 物料的某些工藝參數(shù)，例如物料溫度、壓力等可在流程線旁注明。 物流表圖例二、工藝物料流程圖的繪制物流表圖例二、工藝物料流程圖的繪制 (2)設(shè)備標(biāo)注 ①標(biāo)注的內(nèi)容 設(shè)備在圖上應(yīng)標(biāo)注位號(hào)及名稱。設(shè)備位號(hào)在整個(gè)車間(裝置)內(nèi)不得重復(fù)，施工圖設(shè)計(jì)與初步設(shè)計(jì)中的編號(hào)應(yīng)該一致，不要混亂。如果施工圖設(shè)計(jì)中設(shè)備有增減，則位號(hào)應(yīng)按順序補(bǔ)充或取消(即保留空號(hào))。設(shè)備的名稱也應(yīng)前后一致。 二、工藝物料流程圖的繪制 (2)設(shè)備標(biāo)注 ②標(biāo)注的方式 設(shè)備的位號(hào)、名稱一般標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備的圖形上方或下方，各設(shè)備在橫向之間的標(biāo)注方式應(yīng)排成一行；若在同一高度方向出現(xiàn)兩個(gè)以上設(shè)備圖形時(shí)，則可按設(shè)備的相對(duì)位置將某些設(shè)備的標(biāo)注放在另一設(shè)備標(biāo)注的下方。 二、工藝物料流程圖的繪制（3）標(biāo)題欄及其它 標(biāo)題欄按圖紙常規(guī)，注明圖號(hào)，設(shè)計(jì)階段等。物料流程圖 全廠物料平衡圖作業(yè) 1.繪制一張以98%硫酸為原料，生產(chǎn) 2000kg/a 30%硫酸的物料流程圖。 三、管道及儀表流程圖 三、管道及儀表流程圖 主要內(nèi)容： 設(shè)備圖形、管線、控制點(diǎn)和必要數(shù)據(jù)、圖例、標(biāo)題欄等。 (1) 圖形 將生產(chǎn)過程中的全部設(shè)備的簡(jiǎn)單形狀按工藝流程次序，展示在同一平面上，配以連接的主輔管線及管件、閥門、儀表控制點(diǎn)符號(hào)等。（2）標(biāo)注 注寫設(shè)備位號(hào)及名稱、管段編號(hào)、控制點(diǎn)代號(hào)、必要的尺寸、數(shù)據(jù)等。（3）圖例（4）標(biāo)題欄 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (2)圖形 圖樣采用展開圖形式，從左到右畫出全部設(shè)備示意圖，排列順序應(yīng)符合實(shí)際生產(chǎn)過程。外形和主要輪廓接近實(shí)物，顯示設(shè)備的主要特征，有時(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及具有工藝特征的內(nèi)部構(gòu)件也應(yīng)畫出。如列管換熱器，反應(yīng)器的攪拌形式，加熱管，盤管，活塞，分布器，填充料等。這些可以用細(xì)實(shí)線表示，也可以用剖面形式將內(nèi)部構(gòu)件表示。電機(jī)可用一個(gè)矩形或圓形注明“M”表達(dá)，設(shè)備上的管口允許不畫，或用一細(xì)實(shí)線表示。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (2)圖形 對(duì)于需隔熱的設(shè)備和機(jī)器要在其相應(yīng)部位畫出一段隔熱層圖例。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (3)相對(duì)位置 設(shè)備間的高低和樓面高低的相對(duì)位置，一般也按比例繪制（標(biāo)題欄中“比例”一欄不予注明）。低于地面的需相應(yīng)畫在地平線以下，盡回能地符合實(shí)際安裝狀況。至于設(shè)備橫向間距，通常亦無定規(guī)，則視管線繪制及圖面清晰的要求而定，以不疏不密為宜，既美觀又便于標(biāo)注。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (4)設(shè)備標(biāo)注 ①標(biāo)注的內(nèi)容 設(shè)備在圖上應(yīng)標(biāo)注位號(hào)及名稱。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (4)設(shè)備標(biāo)注 ②標(biāo)注的方式 設(shè)備的位號(hào)、名稱一般標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備的圖形上方或下方，各設(shè)備在橫向之間的標(biāo)注方式應(yīng)排成一行；若在同一高度方向出現(xiàn)兩個(gè)以上設(shè)備圖形時(shí)，則可按設(shè)備的相對(duì)位置將某些設(shè)備的標(biāo)注放在另一設(shè)備標(biāo)注的下方。 在設(shè)備內(nèi)部或旁邊也要標(biāo)注設(shè)備位號(hào)。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (4)設(shè)備標(biāo)注 ②標(biāo)注的方式 標(biāo)注方式如圖。水平線一般以粗實(shí)線，線寬0.6mm。標(biāo)注式樣如下： P0301A 中間泵 編號(hào)由4個(gè)單元組成。（a）設(shè)備分類代號(hào)；（b）主項(xiàng)代號(hào)（設(shè)備所在工段或裝置編號(hào)）；（c）同工序內(nèi)同類設(shè)備順序號(hào)；（d）相同設(shè)備的數(shù)量尾號(hào)。 設(shè)備的標(biāo)注   設(shè)備的表示方法管道及儀表流程圖的繪制的規(guī)定及要求管道的表示方法管道的表示方法氣動(dòng)信號(hào)儀表管線： 熱保溫管道： 冷保溫管道： 蒸汽伴熱管道： 管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道標(biāo)注的物料代號(hào)管道等級(jí)的標(biāo)注管道的材質(zhì)代號(hào)隔熱及隔聲代號(hào)閥門與管件的表示方法閥門與管件的表示方法儀表、控制點(diǎn)的表示方法儀表、控制點(diǎn)的表示方法儀表、控制點(diǎn)的表示方法儀表、控制點(diǎn)的圖示與標(biāo)注調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)圖示信號(hào)線的圖示閥門與管件的表示方法圖例和索引 1、圖形標(biāo)志和物料代號(hào) 將本圖上出現(xiàn)的閥門，管道附件等一一加以說明，將本圖上出現(xiàn)的所有物料代號(hào)，一一加以說明。 2、管道標(biāo)注說明 取任一管段為例，畫出圖例并對(duì)管段上標(biāo)注的文字、數(shù)字一一加以說明。 3、控制點(diǎn)符號(hào)標(biāo)注 將本圖上出現(xiàn)的控制點(diǎn)標(biāo)注方式舉例說明。 4、控制參數(shù)和功能代號(hào) 將圖中出現(xiàn)的所有代號(hào)表達(dá)的參數(shù)涵義或功能涵義，一一加以說明。 標(biāo)題欄 標(biāo)題欄也稱圖簽，標(biāo)題欄位于圖紙的右下角，在標(biāo)題欄中要填寫設(shè)計(jì)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)階段、圖號(hào)等，便于圖紙統(tǒng)一管理。 管道及儀表流程圖繪制步驟 (1) 根據(jù)流程復(fù)雜程度，選定圖紙大小，繪制圖框及標(biāo)題欄。 (2) 用細(xì)實(shí)線畫出廠房的地平線。 (3) 根據(jù)流程，從左至右用細(xì)實(shí)線按大致的位置和近似的外形尺 寸，繪出流程中各個(gè)設(shè)備的簡(jiǎn)化圖形(示意圖)。各簡(jiǎn)化圖形 之間應(yīng)保留適當(dāng)距離，以便布置各種管線。 (4) 用粗實(shí)線畫出主要物料的流程線，在流程上畫流向箭頭，并 在流程線的起始和終了處注明來源和去向等； (5) 用稍粗于細(xì)實(shí)線的實(shí)線畫出其它物料的流程線及流向箭頭； (6) 繪制閥門及管件。 (7) 在流程圖的下方或圖紙其它顯著位置，列出設(shè)備編號(hào)和名稱 (8) 在每條管道上，進(jìn)行管道標(biāo)注。 (9) 標(biāo)注儀表控制點(diǎn)。 (10)繪制圖例，填寫標(biāo)題欄。 作業(yè) 1. 設(shè)計(jì)繪制以98%硫酸為原料，稀釋生產(chǎn)2000kg/a，30%硫酸的管道及儀表流程圖。第三章 物料衡算與能量衡算 物料衡算與能量衡算是進(jìn)行化工工藝過程設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的基本依據(jù)。通過對(duì)全生產(chǎn)過程或單元過程的物料和能量的衡算，計(jì)算得到： 1）主、副產(chǎn)品產(chǎn)量； 2）原材料的消耗定額，過程的物料損耗； 3）“三廢”的生成量及組成； 4）水、電、汽或其他燃料等消耗定額； 5）設(shè)計(jì)物料流程圖。 第三章 物料衡算與能量衡算 根據(jù)物料衡算和能量的衡算結(jié)果，可以： 1）對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型； 2）確定產(chǎn)品成本等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而可以定量地評(píng)述所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟(jì)上是否合理，技術(shù)上是否先進(jìn)。 第一節(jié) 物料衡算物料衡算的概念： 在化工過程中，物料平衡是指“在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的與積累起來的物料質(zhì)量。”對(duì)物料平衡進(jìn)行計(jì)算稱為物料衡算。 物料平衡的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個(gè)孤立體系中不論物質(zhì)發(fā)生任何變化(不包括核反應(yīng))它的質(zhì)量始終保持不變。 物料衡算的分類 1、按操作方式 分為間歇操作、連續(xù)操作及半連續(xù)操作等三 類物料衡算； 2、按狀態(tài) 將其分為穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作兩類 衡算。 3、按衡算范圍 分為單元操作過程(或單個(gè)設(shè)備)和全流程的兩 類物料衡算； 物料平衡方程式 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)某一個(gè)體系內(nèi)質(zhì)量流動(dòng)及變化的情況用數(shù)學(xué)式描述物料平衡關(guān)系則為物料平衡方程式。其基本表達(dá)式為： ∑F0=∑D+A+∑B　　 式中，F(xiàn)0—輸人體系的物料質(zhì)量； D— 離開體系的物料質(zhì)量； A— 體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量； 　　 B— 損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏) 物料衡算的步驟 1、畫出流程示意圖 物料衡算步驟列物料平衡式時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) (1)物料平衡是指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量(摩爾數(shù))平衡。若體系內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，則衡算式中各項(xiàng)用摩爾／時(shí)為單位時(shí)，必須考慮反應(yīng)式中的化學(xué)計(jì)量系數(shù) 。 列物料平衡式時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) (2)對(duì)于無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出獨(dú)立物料平衡式的最多數(shù)目等于輸入和輸出的物流里的組分?jǐn)?shù)。 (3)在寫平衡方程式時(shí)，要盡量使方程式中所包含的未知數(shù)最少。物料衡算計(jì)算舉例 1．無反應(yīng)例1 采用蒸發(fā)方法將濃度為10％NaOH及10％NaCl的水溶液進(jìn)行濃縮。蒸發(fā)時(shí)只有部分水分汽化成為水蒸氣而逸出，部分NaCl結(jié)晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分為：50％NaOH，2％NaCl及48％H2O。若每批處理1000 kg原料液，試求每批操作中：1)獲得的母液量，2)蒸發(fā)出的水分量，3)結(jié)晶出的NaCl量。 計(jì)算過程物料衡算計(jì)算舉例 2.有反應(yīng) 甲醇制造甲醛的反應(yīng)過程為： CH30H + 1/2 O2 HCHO + H20 反應(yīng)物及生成物均為氣態(tài)，若使用50％的過量空氣，且甲醇的轉(zhuǎn)化率為75％，試計(jì)算反應(yīng)后氣體混合物的摩爾組成。物料衡算計(jì)算舉例解： 畫出流程圖 計(jì)算過程基準(zhǔn)：1 mol CH3OH 根據(jù)反應(yīng)方程式 O2(需要)= 0.5 mol； O2(輸入)= 1.5 × 0.5 = 0.75 mol； N2(輸入)= N2(輸出)= 0.75(79/21)= 2.82 mol CH3OH為限制反應(yīng)物反應(yīng)的CH3OH = 0.75 × 1 = 0.75 mol 因此 HCHO(輸出)= 0.75mol CH3OH(輸出)= 1-0.75=0.25mol O2(輸出)= 0.75-0.75x0.5=0.375mol H2O(輸出)= 0.75mol 計(jì)算結(jié)果第二節(jié) 能量衡算能量衡算定義 根據(jù)能量守恒定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)則，用以確定能量比例和能量轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系的過程稱為能量衡算。 能量衡算可以解決的問題 (1)確定物料輸送機(jī)械和其它操作機(jī)械所需要的功率； (2)確定各單元操作過程所需熱量或冷量，及其傳遞速率；計(jì)算換熱設(shè)備的工藝尺寸；確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，為其他專業(yè)如供汽、供冷、供水專業(yè)提供設(shè)條件； (3)化學(xué)反應(yīng)常伴有熱效應(yīng)，導(dǎo)致體系的溫度上升或下降，為此需確定為保持一定反應(yīng)溫度所需的移出或加入的熱傳遞速率； (4)為充分利用余熱，必須采取有效措施，使過程的總能耗降低到最低程度。為提高能量利用率，降低能耗提供重要依據(jù)。 (5)最終確定總需求能量和能量的費(fèi)用。能量平衡方程式 能量衡算平衡方程式 △E:表示體系能量總變化； Q: 表示體系從環(huán)境吸收的熱量； W: 表示環(huán)境對(duì)體系所做的功。熱量衡算熱量衡算有兩種情況： 1）對(duì)單元設(shè)備做熱量衡算； 2）整個(gè)過程的熱量衡算。 （當(dāng)各個(gè)工序或單元操作之間有熱量交換時(shí)，必須做全過程的熱量衡算。） 熱量衡算方程式 ∑Q入= ∑Q出 - ∑Q損 式中:∑Q入 一輸入設(shè)備熱量總和； ∑Q出 —輸出設(shè)備熱量總和； ∑Q損 —損失熱量總和。 熱量衡算步驟 (1)繪制以單位時(shí)間為基準(zhǔn)的物料流程圖，確定熱量 平衡范圍； (2)在物料流程圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)等已 知條件； (3)選定計(jì)算基準(zhǔn)溫度。由于手冊(cè)，文獻(xiàn)上查到的熱 力學(xué)數(shù)據(jù)大多數(shù)是273K或298K的數(shù)據(jù)，故選此溫 度為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。計(jì)算時(shí)相態(tài)的確 定也是很重要的； (4)列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值； (5)整理并校核計(jì)算結(jié)果，列出熱量平衡表。 進(jìn)行熱量衡算注意事項(xiàng) (1)熱量衡算時(shí)要先根據(jù)物料的變化和走向，認(rèn)真分析熱量間的關(guān)系，然后根據(jù)熱量守衡定律列出熱量關(guān)系式。 (2)要弄清楚過程中出現(xiàn)的熱量形式，以便搜集有關(guān)的物性數(shù)據(jù)。進(jìn)行熱量衡算注意事項(xiàng) (3)計(jì)算結(jié)果是否正確適用，關(guān)鍵在于數(shù) 據(jù)的正確性和可靠性。 (4)間歇操作設(shè)備，傳熱量Q隨時(shí)間而變 化，因此要用不均衡系數(shù)將設(shè)備的 熱負(fù)荷由千焦／臺(tái)換算為千焦／小 時(shí)。 (5)選定設(shè)備的換熱面積要大于理論計(jì)算。 熱量衡算舉例例1 某化工廠計(jì)劃利用廢氣的廢熱，進(jìn)入廢熱鍋爐的廢氣溫度為450℃，出口廢氣的溫度為260℃，進(jìn)入鍋爐的水溫為25℃，產(chǎn)生的飽和水蒸氣溫度為233.7℃，3.0MPa，(絕壓)，廢氣的平均熱容為32.5 kJ／(kmol·℃)，試計(jì)算每100 kmol的廢氣可產(chǎn)生的水蒸汽量? 解：過程如圖，基準(zhǔn)：100 kmol的廢氣。 鍋爐的能量平衡為： 計(jì)算結(jié)果作業(yè)NuU紅軟基地

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