化工工艺设计Word格式.docx
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最佳的工艺路线，不但技术上先进，而且经济指标上更加合理。
主要反映在生产过程中物料损耗少、循环量少、能量消耗少、回收利用好、设备投资少、生产能力大、产品收率高大规模生产应该采用连续化生产。
对规模小、产品种类较多且生产能力低或不具备连续化生产条件时，可采用间歇操作
生产能力较大的生产装置大型化生产不仅可以提高劳动生产率，同时与相同生产能力的数个小型装置相比，具有基建投资少，占地面积小、布局紧凑、节能、经济效益好等优点。
此外还便于实施计算机控制与管理。
但装置大型化也受到机械设计与制造和运输等方面的限制。
另外装置大型化存在一些不足，如大型附属设备价格高，无备用设备，一旦出故障只好停车，若勉强开车不安全。
如果以单生产线的大型装置与生产能力相同的双生产线的小型装置相比，开工率高时，则大型装置的经济效益好。
开工不足或生产负荷常变动，尤其是几种牌号的产品经常换产时，则小型装置的经济效益好。
对生产过程中排出的三废必须治理。
或回收利用或综合治理。
实行三废处理工程与主体工程同时设计、同时施工、同时投产，严格执行国家环境保护有关规定。
运用计算机等先进的自动控制方法，使生产和管理实现高速化、大型化、综合化、自动化和最佳化。
各种生产方法的技术经济比较
的可能性设备制作的复杂程度及供应可能性主要基建材料用量及供应的建筑占地面积和展开面积基本建设投资生产自动化、机械化程度单或者复杂生产技术是否先进，装备简处理副产品的利用，废水废物的水电汽的用量及供应应的可能性原料和主要材料的用量及供产品成本
1.2工艺设计项目搜集资料提纲
1.2.3.4.5.6.7.8.9.物料计算工艺流程图与流程叙述热量计算和设备设计车间布置图及其优缺点化工管道设计其他非工艺设计项目概（预）算等经济资料原材料供应、成品销售、总图运输等资料劳动保护、安全技术和防火技术等资料
物料计算
生产步骤和化学反应（包括主反应和副反应）各步骤所需原料、中间体的规格和物理化学性质成品的规格和物理化学性质各生产步骤的产率每批加料量或单位时间进料量物料衡算的计算方法及有关公式
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热量计算和设备设计
设备的容量、单位生产能力、结构、主要尺寸、材料以及设备制造图等为热量计算所需的物理化学常数,包括比热、各种潜热、生成热、燃烧热等为计算传热过程所需的导热系数、给热系数、传热系数等数据为计算流体动力过程所需的参数，如黏度、管道阻力、阻力系数、过滤常数、离心分离因数等
热量计算和设备设计2
为计算扩散过程所需的参数，为计算冷冻所需的热力学数据各种温度、压强、流量、液面、时间参数及生产控制设备材料对介质的化学安全性热量计算和设备选择/计算方法和有关公式
车间布置资料
化工厂防热、防毒、防爆等资料当地水文、气候、风向等动力消耗和公用工程车间人员
化工管道设计
管道配置、管道材料、管径等资料管道地下铺设和架设方法、保温等资料阀门、管件资料厂区地址条件、气候条件及其他（水源、蒸汽参数、压缩空气参数等）
非工艺设计项目
自动控制，仪表仪器资料土建、采暖、通风、供排水、供热、废水处理资料动力电、照明电、弱电装置等资料
其他有关资料
概算等技术经济指标原料供应、产品销售、总图运输等劳动保护、安全和防火等
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1.3设计资料的来源
1科学研究单位拥有的资料2设计单位拥有的资料3生产企业拥有的资料4基本建设部门拥有的资料5国外的技术援助和其他有关资料6为设计而进行的试验研究结果7现场调查资料8供销单位的产品目录、样本、销售价格等资料9其他有关部门的资料10书籍文献
科学研究单位一般拥有下列资料
小型试验研究报告中间试验研究报告中间试验生产操作规程中间试验装置的设计资料科学研究的基础资料等
设计单位一般拥有下列资料
（1）设计任务书
（2）初步设计说明书（3）技术设计和扩大初步设计说明书（4）施工图及施工说明书（5）概预算书（6）标准设计（7）定型设计（8）设计所需的基础资料
生产企业单位一般拥有下列资料
车间原始记录各种生产报表工艺操作规程设备岗位操作法设备维护检修规程劳动保护及安全技术规程车间化验室的分析研究资料工厂中央试验室的试验研究报告车间实测数据工厂科室掌握的设计和技术措施资料供销科的产品目录和样本全厂职工的相关资料
基本建设部门一般拥有下列资料
厂址选择的原始资料设计的基础资料施工图在施工阶段中的修改结果基本建设决算书施工技术汇集试车总结和原始记录施工部门和试车部门对设计的意见等
书籍文献
（1）文献和专利。
文摘如ChemicalAbstracts、BritishAbstracts、PlasticsAbstracts，以及国内各相关专业文摘
（2）各类技术字典和大全。
如Thorpe’sDictionaryofAppliedChemical、ChemicalProcessIndustries等
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（3）各类工艺学书籍。
如塑料工艺学、基本有机合成工艺学、无机物工艺学、燃料及中间体工艺学、制药工艺学、硅酸盐工艺学等（4）各类调查报告。
（5）各类手册。
如ChemicalEngineer’sHandbook、化工工艺设计手册、化工设备设计全书等（6）各类技术经济研究报告。
如美国斯坦福研究所的技术经济研究报告。
（7）各类百科全书《化工百科全书》（8）各类生产工艺流程汇集。
如ChemicalEngineeringFlowSheets、ModernChemicalProcess等（9）各种化工设计书籍。
如ChemicalEngineeringDataBook、ChemicalEngineeringPlantDesign以及国内相关的设计书籍
1.4搜集资料的原则
1要去粗取精。
按照设计要求，选出能反映事物本质的资料，舍弃不能说明问题的资料2要去伪存真。
要把资料加以核实，切勿被鱼目混珠。
如果有两种相互矛盾资料存在时，切忌主观臆测加以肯定，要用科学分析的方法来分清真伪3科学技术是在不断前进的，往往新的资料要比旧的资料在技术上要先进，在经济上比较合理。
但是在某些场合也要根据具体情况确定，不可机械搬用
2.工艺设计的初步设计的内容和程序
设计依据
文件：
如可行性研究报告、计划任务书以及其他批文等技术资料：
如中型试验报告、调查报告等
设计指导思想和设计原则
指导思想：
设计所遵循的具体方针政策和指导思想设计原则：
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
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工艺施工图设计的内容和程序
☆工艺流程的确定
工艺路线的确定：
明确采用的生产方法、工艺技术路线及其依据以及工艺的特点。
工艺路线的论证、操作参数和主要控制方案的确定，进而完成从工艺方案到化工工艺流程设计的过渡。
工艺路线的选择的重要性
工艺路线，包括生产方法、工艺流程、工艺设备和技术方案等。
工艺路线的选择就是要在各种可能的工艺路线中，经过比较确定一条效果最好的工艺技术路线为拟建项目采用。
影响到项目的投资、产品的成本、产品的质量、劳动条件、环境保护等各个方面，因而决定了项目投资后的经济效益和社会效益。
工艺路线的选择原则
可靠性注意工艺过程所处的发展阶段适用性经济性其他考虑
可靠性
工业企业的工艺路线必须是经过科学试验与大生产的检验证实是可靠的技术，不能把没有经过严格的科学鉴定的试验性工艺技术应用在生产线企业中。
可靠性是工艺选择的首要原则。
注意工艺过程所处的发展阶段
新生期成长期衰退期
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工艺流程图
工艺划分简图，用方块图表示。
带控制点的工艺流程图：
应表示出全部工艺设备、物料管路、阀件、设备的辅助管路以及工艺和自控仪表的图例和符号。
适用性
资源的适用：
资源条件在当时、当地能否获得满足。
技术的适用：
要求有较高素质的工人和管理人员来掌握，还要求有较高的维修技术和备品备件的配套能力。
经济性
首先应考虑投产后能否取得良好的经济效果需要进行项目的经济评价
其他考虑
如考虑自身的经济承受能力等
碳八分离工段工艺流程图
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科学研究的一般程序
研究试验中间工厂
市场调研及论证
工艺材质
开题报告
小试设备
中试
工程设计
工程研究
数模工程设计
本章小结
工艺设计的准备工作设计资料的来源搜集资料的原则各种生产方法的技术经济比较工艺路线的确定工艺流程图
作业
查阅相关参考书和文献资料，说明化工工艺设计的内容及其相互关系，化工工艺设计的设计程序要求不少于800字，手写
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化工工艺设计
1.概述1.1要建设一个化工厂,必须具有一批化工工艺专业技术人员,这批化工工艺专业技术人员必须具备下列基本条件.掌握化工基本理论如化工热力学,流体力学,传热,传质,化学反应动力学（化学反应工程）.掌握化工工艺设计方法和技能工艺设计的任务,设计范围,工艺设计人员职责.化工基本理论的应用（化工设计方法）.工艺设计基本程序（工艺设计技能）.工艺设计的成品文件（内容及深度）.工艺设计的质量保证程序.熟悉环保,安全,消防等方面的法规,如:
HG20667-1986化工建设项目环境保护设计规定SH3024-95石油化工企业环境保护设计规范HG20571-95化工企业安全卫生设计规定SH3047-93石油化工企业职业安全卫生设计规范GBJ16-87（2001版）建筑设计防火规范GB50160-92（1999版）石油化工企业设计防火规范GB50058-92爆炸和危险性环境电力装置设计规范一定的工作经验1.2化工建设项目阶段1.2.1建设项目阶段的划分以工程公司为主体,通常分为三个阶段项目前期项目建议书→批准后即为立项可行性研究报告→批准后即可展开工程设计工程设计按国内审批要求分为:
初步设计→批准后建设单位即可开工.施工图设计按国际常规做法分为:
工艺设计基础设计详细设计施工,安装,试车,性能考核及国家验收（验收后工厂投入正常运行）1.2.2建设项目阶段的划分以建设单位为主体,通常分为四个阶段项目前期工程设计工程建设工厂投入生产2.工艺设计的内容和深度2.1工艺设计的文件包括三大内容:
文字说明（工艺说明）
图纸表格2.1.1文字说明（工艺说明）工艺设计的范围.设计基础:
生产规模,产品方案,原料,催化剂,化学品,公用工程燃料规格,产品及副产品规格.工艺流程说明:
生产方法,化学原理,工艺流程叙述.原料,催化剂,化学品及燃料消耗定额及消耗量.公用工程（包括水,电,汽,脱盐水,冷冻,工艺空气,仪表空气,氮气）消耗定额及消耗量.三废排放:
包括排放点,排放量,排放组成及建议处理方法装置定员安全备忘录（另行成册）技术风险备忘录（通常为对内使用,另行成册）操作指南（通常为对内使用,另行成册.供工艺系统,配管等专业使用）2.1.2图纸PFD:
是PID的设计依据,供基础设计使用（通常分版次逐版深化）.包括全部工艺设备,主要物料管道（表示出流向,物料号）,主要控制回路,联锁方案,加热和冷却介质以及工艺空气进出位置.建议设备布置图:
是总图布置,装置布置的依据,供基础设计使用（通常为平面布置图）.根据工艺流程的特点和要求进行布置.PCD:
通常是设计院内部设计过程文件,最终体现在终版PFD中（通常由自控专业完成）.2.1.3表格物料平衡表:
包括物流组成,温度,压力,状态,流量,密度,焓值,粘度等理化常数（热负荷表示在此表中或PFD图上）.工艺设备数据表:
根据设备形式不同,作用不同以及介质不同可分为容器,塔器,换热器,工业炉,机泵,搅拌器的等.工艺设备数据表需表示出设备位号,介质名称,操作压力,设计压力,操作温度,设计温度,材质,传动机构,外形尺寸,特征尺寸及特殊要求.（各设计院均有各种规定的表格）.工艺设备表取样点汇总表装置界区条件表:
通常由工艺系统专业来完善并最终发表（包括原材料,公用工程,产品,副产品,进出界区条件等）.2.2补充说明:
化工工艺专业尚需参加前期工作,主要前期工作有:
项目建议书;
可行性报告编制工作.项目报价书;
投标书,技术文件编制工作.引进项目:
包括询价书,投标书的评标,合同技术附件谈判.大中型联合装置总体规划设计.
3.工艺设计方法（化工基本理论的应用）3.1工艺路线的选择原料来源经济效益和社会效益（生产成本）环境保护其它,如操作条件,安全,消防,投资,工艺先进性,可行性,合理性.
3.2工艺流程方案优化"
洋葱头"
模型（由史密斯,林霍夫提供的模型）从图中可以看出设计的核心是反应系统的设计和开发."
模型强调过程开发和设计的有序和分层性质.反应流程优化见表-7.4.2（P-544）反应流程优化需要考虑的问题较多,问题复杂.如反应动力学,反应收率,催化剂特性,反应历程,反应途径.反应器的最优操作条件有如何保证反应温度,反应压力,混合要求,换热要求,各物料配比,给定条件下的生产成本等等.精馏流程的优化精馏流程如需要分离R个组份,就需要有R-1个精馏塔.精馏优化需要考虑:
那种组份为主产品,那种组份为付产品.产品的规格要求.精馏流程的优化法1）:
试探法,主要规则如下:
优先使用普通精馏.尽量避免减压操作和使用冷量.产品数应最少.腐蚀性,危险性的组份应优先分出.难分离的组分最后分出.最大量组份应优先分出.塔顶,塔釜产物最好等摩尔分离.精馏流程的优化法2）:
调优法精馏流程的优化法3）:
数学规划法蒸发流程的优化1）单效,双效,三效蒸发.2）热泵蒸发,膜式蒸发.3）多级闪蒸.4）强制循环蒸发,自然循环蒸发,.结合蒸发器的类型（标准,悬框,列文,强制循环蒸发器）进行选择.3.3工艺设备的选择反应器:
1）连续1）均相1）活塞流（管式）2）半连续2）非均相2）全混釜（搅拌釜）3）间歇以上反应器的选择要根据物料性质,稳定性,反应复杂性,产品规模,反应时间,温度,压力等因素综合考虑.不同类型的反应器在工业生产中的应用情况见P-547.气液相反应器及固相反应器的使用情况见P-548.固体催化反应器的使用情况见表7.4.3-3（P-548）.气液传质设备:
1）板式塔:
泡罩,浮阀,筛板等.板式塔塔板流体流向分布类型可分为U形流,单溢流,双溢流等2）填料塔:
a拉西环,鲍尔环,矩鞍环等填料.b散堆,规整填料.c实体填料,丝网填料.
以上传质设备的选择要根据分离难易程度,压降大小,真空（热敏性物料）,物料性质,投资情况,腐蚀情况,物料清洁情况,安全要求,弹性大小,发泡等情况选择.（见P-549）传热设备:
按功能分:
冷却器,冷凝器,加热器,换热器,再沸器,蒸汽发生器,过热器,废热锅炉等.按结构型式分:
采用二物流换热的换热器从结构上分有以下5种型式:
A.管壳式（固定管板式,浮头式,填料函式,U型管式）B.板式（板翅式,螺旋板式,伞板式,波纹板式）C.管式（空冷器,套管式,喷淋管式,箱管式）D.液膜式（升降膜式,刮板薄膜式,离心薄膜式）E.其它型式（板壳式,热管式）以上型式换热器的选择依据是:
A.固定管板式换热器固定管板式换热器即两端管板和壳体连接成一体,由于壳程不易检修和清洗,因此选用固定管板式换热器时,壳方流体应是较清洁且不易结垢的物料;
两流体温差较大（大于60℃）时应考虑热补偿,两流体温差不易大于120℃.B.浮头式换热器该换热器壳程易清洗,但内垫片易渗漏,适用于需要补偿热膨胀的换热器,两流体温差大于120℃.C.U型管式换热器该换热器制造,安装方便,造价较低,管程耐高压,但结构不紧凑.适用于高温和高压的场合,且管内流体必须洁净.D.板式换热器板翅式:
紧凑,效率高,可多股物料同时换热.使用温度不大于150℃.螺旋板式:
可用于带颗粒物料,物位利用好.不易检修.伞板式:
制造简单,紧凑,易清洗,使用温度不大于150℃,使用压力不大于0.12MPa.波纹板式:
紧凑,效率高,易清洗,使用温度不大于150℃,使用压力不大于0.15MPa.E.空冷器的选择依据a.空气入口温度（即设计温度）低于38℃.b.热流体的出口温度高于50～65℃,并允许有一定的波动范围（3～5℃）.c.对数平均温差大于40℃.d.流体接近温度（即热流体的出口温度与冷流体入口温度之差）至少大于15℃.e.管内给热系数小于2325.6W/（m2.K）.f.冷却水的污垢系数大于0.0002（m2.K）/W.g.水源较远,取水费用大.h.热流体的凝固点较低（小于0℃）.化工用泵:
根据物料性质,物料的腐蚀性,易燃易爆,有毒,高温,高压,低温,粘度大小,挥发性,固体颗粒等因素综合考虑,此外还要考虑泵的安全性,可靠性和密封等要求.见表7.4.5-3（P-553）容器（储罐）:
根据物料性质,物料的腐蚀性,易燃易爆,有毒,高温,高压,低温,粘度大小,挥发性,固体颗粒等因素综合考虑.压力容器分类见表7.4.5-5（P-557）.
4.工艺设计工作程序
5.设备设计压力和设计温度的确定5.1压力:
正常操作（工作）压力最高工作压力设计压力的选取见表7.6.1"
设备设计压力一览表"
（P-561）.5.2温度:
正常操作温度最高操作温度设计温度的选取见表7.6.2"
设备设计温度选取表"
（P-562）.6.过程控制方案的确定6.1过程控制方案确定的原则保证装置运行的平稳,生产安全,控制简单适用.用单回路简单控制系统可以解决的,决不要用复杂的控制系统.6.2过程控制的分类压力温度流量物位化学成分和物性数据6.3选用控制仪表的要求准确可靠灵敏度高反应迅速滞后小使用维护方便价格便宜6.4典型化工单元的控制方案6.4.1反应反应控制的要求达到规定的转化率,产品浓度.处理量平稳.
当出现不正常工况时,能报警,联锁或自动选择性调节系统.反应控制方案以反应转化率为控制变量见图7.7.3-1（P-564）.以反应工艺状态变量为控制对象见图7.7.3-2（P-565）.6.4.2精馏精馏是常见的液液分离方法,精馏控制主要目的是达到规定的分离要求.主要变量有进料量,组成,温度,操作压力,冷却和加热介质,压力及温度的变换.精馏控制可分为:
按精馏段指标的控制方案见图7.7.3-3（P-566）.按提馏段指标的控制方案见图7.7.3-4（P-567）.塔顶压力控制方案见图7.7.3-5（P-568）.真空度控制方案见图7.7.3-6（P-569）.其它控制方案见图7.7.3-7（P-569）.6.4.3传热设备控制载体的流量见图7.7.3-8（P-570）.控制传热面积见图7.7.3-9（P-570）.控制载体的气化温度见图7.7.3-10（P-571）.工艺介质旁路控制见图7.7.3-11（P-571）.6.4.4流体输送设备离心泵控制方案见图7.7.3-12（P-572）.改变转速的控制方案见图7.7.3-13（P-572）.往复泵（位移式旋转泵）的控制方案见图7.7.3-14（P-572）.7.能耗计算目前人类面临的共同任务是保护资源,减少环境污染,维护生态平衡,实现可持续发展.化工生产中传热过程是经常的发生的事,因此合理使用能源,节约能源消耗是每个化工工艺设计人员应尽的职责.过程能量分析的常用方法有:
夹点分析法和三环节能量分析法7.1夹点分析法将需要优化的换热网络用冷,热流复合线表示在温焓图（T-H图）上,热流复合线位于冷流上方,冷,热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点,其温差△Tmin称为夹点温差.夹点分析法应遵循三个原则:
尽量避免有热流体通过夹点夹点上方避免引入公用设施冷却物流夹点下方避免引入公用设施加热物流7.2三环节能量分析法重点研究热能在化工装置的利用,从下述三个环节出发:
能量转换能量利用能量回收夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料.8.与工艺设计相关的基本知识与工艺设计相关的基本知识包括消防,劳动安全卫生,环境保护三个方面,必须遵守国家相关的标准,法规.8.1消防见P-577～591
8.2安全见P-591～5948.3环保见P-594～601废气废水（废液）废固噪音放射性排放总量控制
1本文由lijq011贡献
1.概述化工工艺专业是化工设计的主要专业之一.无论是开发新的化工生产过程,还是设计新的化工装置,化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车,能否达到预计的生产能力和合格的产品,最终关系到工厂能否获
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