化工设计教案全面.doc
《化工设计教案全面.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工设计教案全面.doc（102页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第一章 化工厂设计的内容与程序
第一节 化工设计的种类
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的设计。
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作出工程设计。
（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，即算是产品的规模、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
一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。
这类设计往往由生产企业的设计部门进行。
二、根据设计性质分类
（一）新技术开发过程中的设计
（1）概念设计。
基础研究结束后，应进行概念设计。
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。
（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。
（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。
基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。
与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。
（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。
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；
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；
10.投资估算和资金筹措设想；
11.经济效益和社会效益的初步估算。
二、可行性研究
可行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作出论证和评价，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。
根据原化工部对“可行性研究报告”的有关规定，可行性研究报告的内容如下。
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。
3.产品的生产方案及生产规模。
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。
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管部门，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；
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。
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；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。
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。
第三节 化工车间（装置）工艺设计的程序及设计内容
化工车间（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。
一、设计准备工作
（l）一熟悉设计任务书。
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。
二、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。
三、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）。
四、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。
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．现在广泛采用模型设计的方法。
五、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，而且做到整齐美观。
六、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。
七、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。
初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计文件。
它是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据，内容包括设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。
以上仅是车间工艺设计的大体内容，叙述的顺序就是一般的设计工作程序，实际设计过程中，这些工作内容往往是交错进行的。
第四节 国家和行业的基本设计政策和规范
决定一个具体的化工过程，除考虑其技术上的可行性外，还必须符合国家的政治、经济政策方针。
诸如资源、环境、能源、劳动保护、工业布局等因素，并使之获得最佳的经济效益，同时，化工设计还必须遵循国家和行业的设计规范和相关的政策、法规。
其中主要的例举如下：
1、化工企业总图运输设计规范 HG/T20649－1998
2、工矿企业总平面设计规范 GB50187－1993
3、石油化工工艺装置布置设计通则 SH3011-2000
4、石油化工给水排水管道设计图例SH3089-1998
5、石油化工管道器材标准（合订本1996年）SH3401-3410
6、石油化工管道布置设计通则 SH3012-2000
7、石油化工企业给水排水系统设计规范 SH3015-2003
第五节 设计文件
工艺专业人员在扩大初步设计阶段和施工图设计阶段应编制说明书和说明书的附图、附表等设计文件。
其中车间工艺设计文件是最基本的和最常碰到的，因此，本课程着重介绍车间工艺专业设计文件的内容和格式。
一、扩大初步设计文件
扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：
设计说明书和说明书的附图、附表。
化工厂（车间）初步设计说明书内容和编写要求，根据设计的范围（整个工厂，一个车间或一套装置）、规模的大小和主管部门的要求而不同，对炼油、化工厂的初步设计的内容和编写要求，化学工业部曾有文件规定。
对于一个装置或一个车间，其初步设计说明书的内容如下。
（一）设计依据
（1）文件，如计划任务书以及其他批文等。
（2）技术资料，如中试试验报告、调查报告等。
（二）设计指导思想和设计原则
（1）设计所遵循的具体方针政策和指导思想。
（2）总括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。
（三）产品方案
①产品名称和性质；②产品质量规格；③产品规模（吨／年）；④副产品数量（吨／年）；⑤产品包装方式。
（四）生产方法和工艺流程
（1）生产方法。
扼要说明设计所采用的原料路线和工艺路线。
（2）化学反应方程式。
写出方程式，注明化学反应名称、主要操作条件。
（3）工艺流程
①工艺划分简图，用方块图表示。
②带控制点工艺流程图和流程简述。
带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备、物料管线、阀件、设备的辅助管路以及工艺和自控仪表图例、符号。
（五）车间（装置）组成和生产制度
（1）车间（装置）组成。
（2）生产制度，年工作日、操作班制，间歇或连续生产。
（六）原料、中间产品的主要技术规格
（1）原料、辅助原料的主要技术规格。
（2）中间产品及成品的主要技术规格。
（七）工艺计算
1.物料计算
（1）物料计算的基础数据。
（2）物料计算结果以物料平衡图表示，计量单位用小时（h）（连续操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用的计量单位在一个项目内要统一。
2.主要工艺设备的选型、化工计算和材料选择
（1）基础数据来源包括物料及热量计算数据、主要化工数据等。
（2）主要工艺设备的工艺计算按流程编号为序进行编写。
3.般工艺设备以表格形式分类表示计算和选择结果。
工艺设备一览表按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。
4.工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。
5.分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。
（八）主要原料、动力消耗定额及消耗量
（九）生产控制分析
（十）仪表和自动控制
（十一）技术保安、防火及工业卫生
（十二）车间布置
（十三）公用工程
（十四）“三废”治理及综合利用
（十五）车间维修
（十六）土建
（十七）车间装置定员
（十八）概算
（十九）技术经济
1.投资 2.产品成本
（二十）存在问题及建议
（二十一）扩大初步设计中必要的附表及附图
附表：
工艺设备一览表、自控仪表一览表、公用工程设备材料表
附图：
带控制点工艺流程图、车间布置图（平面图及剖面图）、关键设备总图、建筑平面、立面、剖面图
二、施工图文件的编制
（一）施工图设计文件目录
编制各主项施工图设计时，应编写主项图纸总目录、非定型设备图纸目录和工艺图纸目录。
（二）工艺施工图设计文件
（1）工艺设计说明。
工艺设计说明可根据需要按下列各项内容编写。
（2）带控制点工艺流程图（施工流程图）。
带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备和物料管路、阀件等，进出设备的辅助管线和工艺及自动仪表的图例、符号。
（3）辅助管路系统图。
辅助管路系统图应表示出系统的全部管路。
一般在带控制点工艺流程图左上方绘制，如辅助管路系统复杂时，可单独绘制。
（4）首页图。
当某一个设计项目（装置）范围较大（如除主要生产厂房或构筑物外，附有生活室、控制室、分析室或有较多的室外其他生产和辅助生产部分），设备布置和管路安装图需分别绘制首页图。
（5）设备布置图。
设备布置图包括平面图与剖面图，其内容应表示出全部工艺设备的安装位置和安装标高，以及建筑物、构筑物、操作台等。
（6）设备一览表。
根据设备订货分类的要求，分别作出非定型设备表、定型设备表等。
（7）管路布置图。
管路布置图包括管路布置平面图和剖面图，其内容表示出全部管路、管件和阀件及其在空间的位置，简单的设备轮廓线及建、构筑物外形。
（8）配管设计模型。
作模型设计时，可用配管设计模型代替管路布置图。
（9）管段图。
管段图表示一段管道在空间的位置的图形，也叫做空视图或单线图。
（10）管架和非标准管件图。
（11）管段表。
当绘制管段图时，可不单独绘制管段表，其相应内容可填入管段图的附表中去。
（12）管架表。
（13）综合材料表综合材料表应按以下三类材料进行编制。
（14）管口方位图。
管口方位图应表示出全部管口、吊耳、支脚及地脚螺栓的方位，并标注管口编号、管口和管径名称。
对塔还要表示出地脚螺栓、吊柱、直爬梯和降液管位置。
（15）换热器条件图。
第二章 工艺流程设计
工艺流程设计是化工设计中非常重要的环节，它通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料进入到产品输出的过程，其中包括物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。
工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。
工艺流程设计是工艺设计的核心。
在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。
只有流程确定后，其他各项工作才能开展，工艺流程设计涉及各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程设计，甚至使流程发生较大的变化。
因此，工艺流程设计动手最早，而往往又结束最晚。
本章主要介绍生产方法和工艺流程的选择，工艺流程设计，工艺流程图绘制，典型设备的自控流程四个内容。
第一节 生产方法和工艺流程的选择
生产同一化工产品可以采用不同原料，经过不同生产路线而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生产路线，同一生产路线中也可以采用不同的工艺流程。
选择生产路线也就是选择生产方法，这一步是决定设计质量的关键，必须认真对待。
如果某产品只有一种生产方法，就无须选择；若有几种不同的生产方法，就应逐个进行分析研究，通过各方面比较，从中筛选一个最好的方法，作为下一步工艺流程设计的依据。
由于我们接触到的大多数是已有生产路线的工艺流程设计，因此，本节只对上述内容作简要介绍。
一、生产方法和工艺流程选择的原则
在选择生产方法和工艺流程时，应考虑以下一些原则。
1．先进性
先进性主要指技术上的先进和经济上的合理可行，具体包括基建投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面的内容，应选择物料损耗小、循环量少，能量消耗少和回收利用好的生产方法。
2．可靠性
可靠性是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。
如果采用的技术不成熟，就会影响工厂正常生产，甚至不能投产，造成极大的浪费。
因此，对于尚在试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待。
要防止只考虑新的一面，而忽视不成熟、不稳妥的一面。
应坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产厂当作试验工厂来进行设计。
另外，对生产工艺流程的改革也应采取积极而又慎重的态度，不能有侥幸心理。
3．结合国情
中国是一个发展中的社会主义国家。
在进行工厂设计时，不能单纯从技术观点考虑问题，应从中国的具体情况出发考虑各种具体问题。
上述三项原则必须在技术路线和工艺流程选择中全面衡量，综合考虑。
一种技术的应用有长处，也有短处。
设计人员必须采取全面分析对比的方法，并根据建设项目的具体要求，选择其中不仅对现在有利，而且对将来也有利的工艺技术，竭力发挥有利的一面，设法减少不利的因素。
比较时要仔细领会设计任务书提出的各项原则要求，要对收集到的资料进行加工整理，提炼出能够反映本质的、突出主要优缺点的数据材料，作为比较的依据。
要经过全面分析、反复对比后选出优点较多、符合国情、切实可行的技术路线和工艺流程。
总的目标是使未来的化工厂的产品质量、生产成本以及建厂难易等主要指标达到比较理想的水平。
二、生产方法和工艺流程确定的步骤
确定生产方法，选择工艺流程一般要经过三个阶段。
1．搜集资料，调查研究
这是确定生产方法和选择工艺流程的准备阶段。
在此阶段，要根据建设项目的产品方案及生产规模，有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料。
掌握国内外化工技术经济的资料，仅靠设计人员自己搜集是不够的，还应取得技术信息部门的配合，有时还要向咨询部门提出咨询。
2．落实设备
设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和工艺流程时必然要涉及到的因素。
在搜集资料过程中，必须对设备予以足够重视。
对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型，并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解。
3.全面对比
全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项：
①几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；
②产品的质量情况；
③生产能力及产品规格；
④原材料、能量消耗情况；
⑤建设费用及产品成本；
⑥三废的产生及治理情况；
⑦其他特殊情况。
第二节 工艺流程设计
一、流程设计的任务
当生产工艺路线选定之后，即可进行流程设计。
它和车间布置设计是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性的步骤，对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用。
流程设计的主要任务包括两个方面：
一是确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式，达到由原料制得所需产品的目的；二是绘制工艺流程图，要求以图解的形式表示生产过程中，当原料经过各个单元操作过程制得产品时，物料和能量发生的变化及其流向，以及采用了哪些化工过程和设备，再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。
为了使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产，应按步骤逐步解决以下问题。
（1）确定整个流程的组成。
工艺流程反映了由原料制得产品的全过程。
应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程，确定每个单元过程的具体任务（即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化以及能量变化），以及每个生产过程或工序之间如何连接。
（2）确定每个过程或工序的组成。
应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以及各种设备之间应如何连接，弄明确每台设备的作用和它的主要工艺参数。
（3）确定操作条件。
为了使每个过程、每台设备正确地起到预定作用，应当确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。
（4）控制方案的确定。
为了正确实现并保持各生产工序和每台设备本身的操作条件，及实现各生产过程之间、各设备之间的正确联系，需要确定正确控制方案，选用合适的控制仪表。
（5）合理利用原料及能量。
计算出整个装置的技术经济指标应当合理地确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率，同时要合理地做好能量回收与综合利用，降低能耗。
据此确定水、电、蒸汽和燃料的消耗。
（6）制定三废的治理方法。
除了产品和副产品外，对全流程中所排出的三废要尽量综合利用，对于那些暂时无法回收利用的，则须进行妥善处理。
（7）制定安全生产措施。
应当对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施，例如设置安全阀、阻火器和事故贮槽等。
二、工艺流程设计方法
首先要看所选定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺还是待开发的新工艺。
前者是可以参考借鉴而需要局部改进或局部采用新技术新工艺的问题。
后者须针对新开发技术，在设计上称为概念设计。
不论哪种情况一般都是将一个工艺流程分为四个重要部分，即原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分离净化）和三废的处理过程。
一般的工作方法如下。
（1）以反应过程为中心。
根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。
有些产品不适合连续化操作，如同一生产装置生产多品种或多牌号产品时，用间歇操作，更为方便。
另外，物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置上增加相应的适当措施。
如果反应需要
升级会员 