化工设计大赛详细指导教程.docx

1、化工设计大赛详细指导教程绪 论化工工艺设计：包括若干个设备设计及工艺流程、土建、公用工程、仪表等的设计，既整个工厂的设计。设备设计：局部设计，设计设备结构、尺寸、处理量、数量等的设计，包括在化工工艺设计中，是化工工艺设计的一部分。涉及到的其他课程：无机、有机、物理化学、化工原理、反应工程、工艺学、容器设计、自动化仪表、制图等。搞好设计要有：正确的设计思路；熟练的业务知识；丰富的实践经验；结合国情。设计出的设计应达到：技术上先进；经济上合理；三废得以处理的设计。化工工艺设计内容包括：设计前期工作（厂址选择、项目建议书、可行性研究报告、设计任务书）、工艺流程设计、化工计算（物料计算、热量计算、设备

2、设计与选择）、车间布置设计、化工管道设计、非工艺设计、经济分析等。 一、 化工厂的分类 1、按产品的名称分类，可分为日用化工厂、石油化工厂、农药化工厂、橡胶厂、塑料厂等种类繁多的化工厂。 2、按生产规模分类，可分为大型化工厂(一般年生产能力在10万吨以上的)，中型化工厂(年生产能力在万吨至10万吨之间)，小型化工厂(年生产能力在万吨以下的)。3、按生产方式分类，可分为连续操作和间歇操作。 4、按生产技术的先进程度分类，可分为现代化及技术水平一般的化工厂。二、 化工厂的概况各式各样的化工厂，不论其产品的种类、规模、生产方式或生产技术的先进程度如何不同，但其结构基本上是一致的。 1、结构（1）人：

3、化工生产是靠各种机器没备和各种人员的有机配合来完成的。就人员来分，有党政领导机关人员(如书记、厂长、副厂长等)、销售人员、工程技术人员(如总工程师、工程师、技术员等)、操作工人及后勤行政人员(如总务、保卫及办公室的人员)等。所有人员的工作质量都关系着化工厂的兴衰成败。这些人员参与全厂各方面的管理工作，相互配台，分工合作，对全厂的生产秩序、产品质量、销售、经济效益等，起着主要的作用。为使各方面的人员发挥积极作用，消除消极因素，厂里自上而下制定了各种规章制度(职责范围)，这些规章制度的贯彻执行，需要及时检查，并及时加以修订，使之精益求精，力争管理上新水平。（2）财：化工厂的资金，分为固定资产及流动

4、资金两大类。在现有设备的基础上，保证产品质量，降低消耗，降低成本，提高经济效益的高质量管理，即可获得较高的利润。除按规定上交国家外，企业还留有一部分，一方面可以扩大再生产，另外还可以解决职工的福利问题。管好厂里的资金，涉及到厂里每个人的切身利益，是厂里主管部门的职责，也是全厂职工的职责。（3）物：化工厂中的物资是很多的，一是机器设备。二是各种容积大、外形、用途不同的容器，有高压、中压和常压容器之分。三是各种不同规格和型号的无缝钢管、中低压无缝钢管、高压无缝钢管，各种型号的钢板等。四是管阀件。五是各种仪表等。此外，还有煤、水、原料、半成品及成品等。如何管好这些物资，是衡量工厂经济效益好坏的重要一

5、环。（4）产：上述的人、财、物都是为生产服务的。而生产是依靠科学技术的。科学技术先进，导致生产过程中技术经济指标先进，原材料消耗降低，水、电、气单耗下降，成本下降。当然，生产的好坏，与设备的完好率、设备效率、各种原材料的合理利用有关。对现有的机器设备，应充分挖据潜力，使其原材料单耗降低，产量增加。从而使企业的经济效益上升。生产不仅与技术水平有关，而且与生产管理也密切相关。随着科学技术的进步，新技术不断出现应当注意科技动态。尽可能地使用新技术，为提高生产效率，保证产品质量，使产品在市场上有较强的竞争能力。管理好生产是一个细致而复杂的工作，应当抓住生产的内在联系，及时解决生产过程中出现的各种问题(

6、包括安全问题)。只有树立全厂一盘棋的思想，克服主观、片面、本位的不良倾向，认识生产、研究生产、总结生产，才能使生产不断出现新局面。（5）供：化工厂的主要矛盾是生产，为了保证生产能顺利地进行，应当及时向生产部门提供所有的原材料及必要的机器设备，应当有计划地提供检修所需的一切物资，如各种工具、机器设备、管件法兰、油漆、保温材料等，以利检修顺利进行，保质保量地完成维修任务。供应部门是生产部门的后勤，应当全心全意地为生产服务。（6）销：化工厂生产出来的合格产品，在满足用户要求的前提下，应尽快地销售出去，避免压库。使流动资金受阻、妨碍生产。销售渠道畅通与否，直接影响产量，也影响企业的经济效益。尤其在当前

7、市场竞争激烈的情况下，保证产品质量，是企业的命根子，也是保证产品顺利销售的一个重要环节。保证产品质量，降低产品成本，降低销售价格，是销售渠道畅通的重要手段。 综上所述，人、财、物、产、供及销等六方面是化工厂的重要组成部分。只有在有关的职能部门中(如生产科、财务科、人事科、销售科等)，建立各种规章制度，实行全面质量管理(它是一项综合、系统的管理)，才能使产品的质量有保证，才能提高企业的精神面貌及整个企业成员的素质，提高企业管理水平及职工的福利待遇。2、化工厂包括的专业技术化工厂中的专业技术较多，分工具体又明确。总体上包括以下几个方面：（1）化工工艺专业。（2）设备专业。（3）自动控制专业。（4）

8、给排水专业。（5）、电气专业。（6）供热供汽专业。（7）土建专业。（8）总图运输专业。3、厂房化工厂一般都有以下建筑物（1）生产用建筑物车间(进行生产、工艺操作用的建筑物)。（2）辅助生产用建筑物与车间有关，为生产服务，如机修车间、电修车间等。（3）动力用建筑物如发电站、锅炉房等。（4）仓库用建筑物如原料仓库、成品仓库等。（5）运输用建筑物如汽车库、电瓶车库等。（6）水净化设施一如水泵房、净水建筑物等。（7）管理及生活福利用建筑物如办公室、医务室、食堂、宿舍等。4、车间组成 化工厂是由各个车间组成的。根据生产流程、原料、中间体、产品的物化性质及它们之间的关系，考虑应设几个生产工段，需要哪些辅助

9、、生活部门。现将车间组成综合概括如下：三、 建化工厂的方法和步骤 建化工厂的主要程序是：确定方案、设计、施工、试车、生产。 其具体作法是：1、根据市场情况向上级领导机关申请，使用什么原料、生产什么品种、产品规格、工厂规模、工厂建设地点(地区)、竣工日期及设计期限等。2、建设部门根据上级的指示，进行调查研究。调查研究的范围很广泛，有作市场调查的，了解该产品的供需情况；有作生产技术调查的，了解同行业的生产技术情况；有作文献调查的，了解国内外有关情况；还有实验研究的，掌握技术可靠程度，提出几种方案，经过比较确定生产该产品的技术路线。3、向上级汇报有关情况，写出可行性报告。内容包括原料、生产技术路线、

10、产品销路、经济效益分析及该产品对环境是否有污染等。4、得到上级批复后，组织筹建班子，由领导、工程技术及后勤三方面人员组成。5、根据确定好的技术路线，委托设计部门作设计，要求技术可靠且先进，设备效率高，经济效益好，并提出有关方面的图纸、技术文件、材料汇总及投资概(预)算。6、厂址选择，在进行厂址选择时应考虑：a靠近原材料供应及产品的销售地区；b 厂址地区应具有较好的交通运输条件，年运输量为10万吨以上的化工厂应辅设铁路专用线并与铁路正线接轨，专用线尽量不经过桥梁，涵洞且尽可能地短，节约投资；c有充足的水源，保证化工厂用水；d.靠近高压线或热电站，用电方便；e气候、地质(地耐力1. 5kgcm2以

11、上)、风向、地下水位；f厂址不占或少占农田；g有处理污水的场所，排入江河的水一定要符合国家排放标准(农业、水产及卫生)；h厂址不宜建在地震区；i应考虑发展余地等。考虑了各种因素，厂址一经选定后，再想变更是很困难的。因为在勘察设计工作和厂区的开拓中，不断有一笔笔资金的支出和时间的损失，因此新建企业在厂址选择批准之前要对一切影响建设的经济条件的基本问题进行极为慎重的分析。7、安排施工队伍：施工、放线、打基础、盖厂房，同时设备加工订货，联系定型设备及材料的定货单位，联系非定型设备的加工单位。8、安装：设备就位、工艺配管、公用工程(水、电、汽)、安装及管道支架、油漆、保温等。9、试压、试漏。用水试压、

12、检查设备、管道、管件、阀门、仪表等的安装质量是否符合安装规范，是否有跑冒滴漏现象，发现问题及时解决。10、单体试车，操作工人和技术人员就位，用空气或水有计划，有步骤地逐一检验设备或管道的运行情况，测定有关数据如温度、压力、流量及真空度等是否符合设计要求。11、联动试车：操作人员和技术人员就位、倒班、听指挥、检查各个工段、各个车间有关机器和设备的运行情况，车间之间、工段之间、设备之间的协调作用及各个参数是否符合设计要求。12、试生产：如果经过联动试车后，各方面的情况正常，可以投料，试生产一段时间，进一步考查各个设计参数是否符合设计要求。试生产的时间可长可短，长的一个月，短的几天或更短(如乡镇企业

13、)，由具体情况而定。13、生产：如果试生产正常，技术稳定，行之有效，产量达到设计要求，产品质量合格，在此基础上就可以制定各个岗位、各工段、各车间的工艺操作规程，建立各种责任制。操作工、工程技术人员、管理人员各负其责，备足原材料，做好生产前的准备工作，在上级领导机关的指示下，可以投入生产。综上所述，建立化工厂的步骤共13步，有的方面可酌情增减，但建厂内容基本上是这些。由此可见，建立一座化工厂的工作是很细致而又复杂的。只要思路清晰，各方面互相配合，分工合作，有步骤、有计划地去作应该作的事，化工厂是可以顺利而迅速地建立起来的。化工厂设计程序：实验并收集资料项目建议书可行性研究报告设计任务书初步设计扩

14、大初步设计施工图设计试车生产效益分析。第一章 化工设计的内容与程序 第一节 化工设计的种类化工厂中包括的专业技术较多，而工艺设计是化工设计环节中最先进行的一项工作，起着主导的作用，其他专业项目的设计都是围绕工艺设计进行的。只有与非工艺专业设计项目相配合，才可能完成整个化工厂或车间的设计工作。工艺设计的内容多，牵涉面广，既要体现党和国家的方针政策，又要合理有效地利用资源和财富。根据我国具体情况因地制宜、实事求是地采用先进的科学技术，作到经济上合理。化工设计综合地反映出一个国家的科学技术水平。没有正确的设计就不可能合理地组织施工，即不能保质保量按期完成建设任务。化工设计直接关系到企业的布局、技术发

15、展水平和生产管理。因此对于一个设计者来说，责任之大是不言而喻的。 化工设计可根据项目性质分类，也可按设计性质分类。 一、根据项目性质分类 (一)新建项目设计 新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况做出工程设计。（二）重复建设项目设计 由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即使是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。（三）已有装置的改造设计这类设计主要解决瓶颈问题，往往由生产企业的设计部门进行。二、根据设计性质分类（）新技术开发过程中的设

16、计 化工新技术开发的工作框图见图1-1。从图中可以看出，化工新技术开发过程中要进行概念设计、中试设计和基础设计等三种设计。 工程设计 化学试验图1-1 化工过程开发工作框图（1）概念设计 概念设计的规模应是工业化时的最佳规模。概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计，其作法可参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全性分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。概念设计的作用是暴露和提出基础研究中存在的工艺流程、主要单元操作、设备结构及材质、过程控制方案及环

17、保安全等方面存在的问题，并为解决这些问题提供途径或方案。另一方面，概念设计结合技术经济评价，应得出开发的新产品或新技术是否有工业化价值的结论。（2）中试设计 按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。因此，中试可以不是全流程试验，规模也不是越大越好。中试要进行哪些试验项目，规模多大为宜，均要由概念设计来确定。中试设计的内容基本上与工程设计相同。由于中试装置较小，一般可不画出管道、仪表、管架等安装图纸。（3）基础设计 基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。（二）工程设计根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务

18、书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。1.初步设计根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解

19、设计方案、投资和基本出处为准。2.扩大初步设计根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。3. 施工图设计根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。第二节 化工厂设计的工作程序一般的化工设计的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计（见图1-2）。一、项目建议书项目建议书是进行可行性研究和编制设计任

20、务书的依据，应包括下列内容。1.项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义，引进项目说明理由；2.产品需求初步预测；3.产品方案和拟建规模；4.工艺技术方案（原料路线，生产方法和技术来源）；5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应；6.建厂条件和厂址初步方案；7.环境保护；8.工厂组织和劳动定员估算；9.项目实施规划设想（分几步，时间）；10.投资估算和资金筹措设想（上级行政拨款、银行贷款、发行债券、引进外资、自筹）；11.经济效益和社会效益的初步估算。 否 主管部门进行筛选 主管部门进行评价 是 否 主管部门进行评价 是 图1-2 化工厂设计的工作程序二、可行性研究可行

21、性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设做出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。1.总论 包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。2.需求预测 包括国内外需求情况预测和产品的价格分析（趋势，前后各三年）。3.产品的生产方案及生产规模（主副产品）。4.工艺技术方案 包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应。6.建厂条件和厂址选择布

22、局方案。7.公用工程和辅助设施方案。8.环境保护及安全卫生。9.工厂组织、劳动定员和人员培训。10.项目实施规划。11.投资估算和资金筹措（上级行政拨款、银行贷款、发行债券、引进外资、自筹）。12.经济效益评价及社会效益评价。13.结论 包括综合评价和研究报告的结论等内容。 三、编制设计任务书可行性研究呈报给上级主客部门，当被上级主管部门认可后，便可编写设计任务书以作为设计项目的依据。设计任务书的内容主要包括：1项目设计的目的和依据（名称、重要意义）；2生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；3矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；4资源综合利用、环境保护、三废治理的要

23、求；5厂址与占地面积和城市规划的关系；6防空、防震等的要求；7建设工期与进度计划；8投资控制数；9劳动定员及组织管理制度；10经济效益、资金来源、投资回收年限。设计任务书报批时，还应附上如下附件：可行性研究报告；征地和外部协作条件意向书；厂区总平面布置图；资金来源及筹措情况。 四、扩大初步设计扩大初步设计的工作程序和内容如图1-3所示。左边表示工作程序，右边方框的内容为设计成品。五、施工图设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工图设计的内容与扩大初步设计有较大的变动时，应另行编制修

24、正概算，上报原审批单位核准。施工图设计不能随便改变扩大初步设计。在施工图设计的编制过程中，应根据扩大初步设计审批意见加强与基建施工单位的结合，正确贯彻和掌握上级部门的审批精神与原则。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等等；非工艺专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等等。除施工图外，还应附有各部分施工说明

25、以及各部分安装材料表。为了设备订货与制造材料贮备和零部件加工有依据，应附全厂设备一览表与综合材料汇总表，并做出施工图总预算表。六、设计代表工作在扩大初步设计与施工图设计两个阶段，有大量的各专业人才参加，到设计文件编制完毕，工作转入了基本建设和试车阶段的时候，就只需少量的各专业设计代表参加了。各专业设计代表的任务就是参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），建成化工装置后要参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。当设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。 图1-3 扩大初步设计程序第三节 化工车间（装置）工艺设计的程序及设计内容化工车

26、间（装置）设计是化工厂设计的最基本的内容，也是初学者必须首先掌握的。因此，本节着重介绍化工车间（装置）工艺设计内容和程序。下面按工作程序介绍车间工艺设计的内容。1、设计准备工作（1）熟悉设计任务书 全面深入地正确领会设计任务书提出什么要求，又提供了什么情况，这都是设计的依据，必须熟记、贯彻实施。（2）了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，其方法步骤如何。参照设计进度订出个人工作计划。（3）查阅文献资料 按照设计要求，主要查阅与工艺路线、工艺流程和重点设备有关的文献资料，并摘录笔记。此外，还应对资料数据加工处理，对文献资料数据的适用范围和精确程度应有足够的估计。（4）收集第一手资料 深入生产与试

27、验现场调查研究，尽可能广泛地收集齐全可靠的原始数据并进行整理，这对搞好整个设计来说是一项很重要的基础工作。2、方案设计这个阶段的任务是确定生产方法和生产流程，它们是整个工艺设计的基础。要求运用所掌握的各种资料，根据有关的基本理论进行不同生产方法和生产流程的对比分析。这个阶段的工作可以培养分析、归纳和理论联系实际的能力。由于工业生产和科学技术多年来的不断发展，一个产品的生产可以用不同的原料和不同的生产方法，所以在设计一个产品的生产时，首要的工作就是通过定量的技术经济比较，着重评价总投资和成本，从而选择一条技术上先进，经济上合理，安全可靠，三废得到处理，而且又是因地制宜可以实施工艺路线。紧接就要设

28、计生产流程，这一步骤的工作历程更长，从规划轮廓到完善定型，要经过物料衡算、热量衡算、设备设计和车间布置设计等过程。周期长，涉及面广，需要做细致的分析、计算和比较工作。运用化工系统工程学理论和方法进行生产流程的最优化设计，是一种效果显著的好方法，但目前尚处于研究开发之中，运用时需要先凭设计者的经验，拟定几种流程方案，而后再用最优化设计的方法进行计算和评选。由于这种方法的计算工作量非常大，手工劳动是无法胜任的，必须使用电子计算机。通常，手工计算进行流程设计，也要先做出几种流程方案，然后进行计算和比较。3、化工计算化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。要完成的任务是在

29、这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。经验表明，在化工计算阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。它是理论联系实际，学会发现问题、分析问题和解决问题，进一步锻炼独立思考和独立工作能力的主要阶段。搞好计算的必要条件是概念清楚、方法正确、数据齐全可靠（收集大量实际生产数据是保证计算质量的关键），并且必须按一定步骤进行。强调按一定步骤进行的主要原因是避免出错，也是为了校核者易于进行核算。当计算过程比较复杂时，进行核算更显得重要。设计工作中，除了计算者自校之外，还需校核者核算计算成果（包括所有的假设数据和结果）是否正确。如果计算书是按

30、一定的步骤清楚地表示时，校核者就能既快又好地完成任务。4、车间布置设计这是工艺人员的主要设计任务之一，它也是决定车间面貌的又一个重要设计项目。布置设计的主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。车间布置对生产的正常进行和经济指标都有重要影响，同时为土建、暖通、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供重要依据。因此，车间布置设计要反复全面考虑，多征求意见，并和非工艺设计人员大力协作，才能做好这项工作。当化工计算结束，绘出工艺流程图之后就可以进行车间布置设计，完成之后要绘制平面与立面的车间布置图。设计方法除了常用的摆纸块法之外，现在广

31、泛采用模型设计的方法。5、化工管路设计管路配置设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到美观。这项设计任务是在工艺流程设计与车间布置设计都完成的基础上进行的，是施工图中最重要的设计内容。工作量非常大，需要绘制大量图纸，汇编大量表格，而且这一阶段工艺专业与非工艺专业的工作交叉多，设计条件往返频繁，工作中需要细致周到、密切协同。6、提供设计条件设计条件内容包括总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件。设计条件是各专业据以进行具体设计工作的依据，因此提好设计条件是确保设计质量的重要一环。为了正确贯彻执行各项方针政策和已定的设计方案，保证设计质量，工艺专业设计人员应认真负责地编制各专业的设计条件，并确保其完整性和正确性。7、编制概算书及编制设计文件概算书是在初步设计阶段编制的车间投资的大概计算，作为银行对基本建设单位贷款的依据。概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。经济是否合理是衡量一项工程设计质量的重要标志。编制概算可以帮助判断和促进设计的经济合理性。通常，在编制概算之前，经济考核工作已经开始，例如编制设计