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1、化工工艺设计基础,主讲教师：,绪 论,化学工业是以天然物质或其他物质为原料或材料，利用这些物质的性质或形态的变化，或利用这些物质的组合，生产对人类生活很有价值的物质或物体的一种工业,它是国民经济中的一个重要的支柱。 随着化学工业的发展，对化工的研究、设计、施工、生产的要求更高。在这种形势下，培养一支优秀的设计队伍是十分必要的。 作为化学工程与工艺专业的学生，学习并掌握化工工艺设计的知识是非常必要的。,课程的特点,系统地介绍由一个化学反应或过程设计出一个生产流程，使设想变成一条生产线或一个工业化工厂的全过程。将学过的化工原理、物理化学、化工热力学、反应工程、分离工程、化工工艺学和化工制图等方面的
2、知识运用到实践中，了解化工工艺过程的六个阶段，原料储存、进料准备、反应器、产品分离、产品精制、产品储存工艺流程的合理性、先进性、可靠性和经济可行性。通过学生之间的相互协作，完成某一产品生产的工艺流程设计。,“化工工艺设计”是一门综合性的学科，是目前高校工科或理科应用化学专业中一门专业课，它涉及面广。在设计过程中，既要用到基础知识(高等数学、化学、制图、物理化学) ，又要用到化工方面的专业知识（化工原理、化工机械基础、化学反应工程、化工热力学、化工仪表及自动化）。因此，“化工设计”是基础知识与专业知识密切结合的产物。,学习的内容,、化工厂概况 、化工设计项目可行性研究 、工艺流程设计 、控制过程
3、 、物料衡算和热量衡算 、化工设备的设计及选型 、设备布置设计 、管道布置设计 、工程经济分析与评价,化工设计的概念,化工设计是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道和仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求，同时化工工艺专业与有关非专业密切合作，最终使工厂建成投产，这种设计的全过程称为“化工设计”。,化工厂简介,化工行业范围很广，化肥厂、石油化工厂、有机原料厂、农药厂、橡胶厂、塑料厂、纤维厂、染料厂、日用化工厂、精细化工厂等种类繁多的化工厂。 一、化工厂的分类 ： 按产品的名称分类 按生产
4、规模分类 按生产方式分类 按生产技术的先进程度分类,二、化工厂的结构,人、财、物、产、供、销等六方面是化工厂的重要组成部分。 由生产部门、行政部门、辅助部门组成。 三、化工厂包括的专业技术 化学工程与工艺 设备 自动控制 给排水 电气、土建、采暖通风等,四、化工生产的特点 工艺流程复杂 操作状态变化大 流体输送多 具有腐蚀性 具有毒性 易燃、易爆 非标设备多,设计中应努力做到,、符合国家的经济政策和技术政策，合理运用国家的财富和资源； 、工艺上可靠，经济上合理； 、尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大； 、不造成环境污染； 、符合国家工业安全与卫生要求。,第章 化工设计概述, 基
5、本建设程序 一个工程项目从设想到建设投产，这 一阶段称为基本建设阶段，可分为三个时期： 投资决策前时期 投资时期 生产时期,建设前期各项准备工作 项目建议书 初步可行性研究 详细可行性研究 投资超过一定 初步决策 额度的项目 工程评估 最终决策 计划任务书 初步设计 施工图设计 中国现行的基本建设程序, 项目设计种类,一、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。 二、重复建设项目设计 由于市场需要或设备老化，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，即使产品的规模、规格及工艺完全相同，也需要由工程设计部门进行设计。 三、已有装置的改造设计 由于旧的生产装置
6、，使得产品的质量或产量不能满足客户要求，或者技术原因、原材料和能耗过高缺乏市场竞争力或环保的原因，必须对已有的装置进行改造，这类设计可由本企业设计部门或工程设计部门进行设计,*新建项目设计： 一个新产品或新工艺从开发到生产要进行两大类设计。 第一类：概念设计，中试设计、基础设计。 发生在新技术开发阶段，由研究单位的工程开发部门负责进行。 第二类：工程设计，包括可行性研究、初步设计、施工图设计。 是由设计单位负责进行。, 概念设计 是工程研究的一个环节，它是在应用研究进行到一定阶段后，按未来的工业生产规模进行的假想的设计。 内容：根据提供的概念和数据，确定流程和工艺条件，主要设备的形式和材质，及
7、三废处理措施等。, 中试设计 解决小试不能解决的问题。 验证基础研究得到的规律。 考察从小试到中试的放大效应。 补充不能再小试中作的课题。 进行新设备、新材料、新仪器、新控制方案的试验。, 基础设计 是一个完整的技术文件，是整个开发过程的研究成果。一般应在研究内容全部完成并通过鉴定后进行。 内容：包括新建装置的一切要点。工程设计人员能够根据基础设计完成一个能顺利投产，达到一定产品和质量的指标的生产装置。 （） 设计依据； （） 工艺流程说明； （）带控制点工艺流程图；,（）物料平衡、热量平衡图 （）设备一览表； （）工程设计的要求； （）设备布置建议图； （）操作规程； （）装置三废的排放点，
8、排放量,主要成分及处理方法； （）自控设计说明； （）消耗定额； （）有关技术资料，物性参数等； （）安全技术与劳动保护说明。 第二类 工程设计是我们要学习的主要内容。,根据原化学工业部化工设计管理标准（）关于“设计工作基本程序”的规定，化工设计单位在化工基本建设过程中根据建设单位的委托，进行以下工作：, 设计程序,接受任务 编制项目建议书 预可行性研究 厂址选择 技术考察 可行性研究报告 复查厂址 初步设计 提出初勘要求 设备采购 施工图设计 提出详勘要求 施工配合 试车、考核 工程总结、设计回访 项目后评价, 项目建议书,项目建议书的内容： （）项目建设的目的和意义，即项目提出的背景和依据
9、，投资的必要性和意义； （）市场初步预测； （）产品方案和拟建规模； （）工艺技术初步方案（原料路线、生产方法和技术来源）； （）原材料、燃料和动力的供应； （）建厂条件和厂址初步方案； （）公用工程和辅助设施初步方案；,（）环境保护； （）工厂组织和劳动定员估算； （）项目实施初步规划； （）投资估算和资金筹措方案； （）经济效益和社会效益的初步评价； （）结论与建议。 详细内容参见 化工建设项目建议书内容和深度的规定 投资额批准权限 国务院：亿元以上； 省（相当于省一级）政府：万元以下。, 厂址选择,厂址选择的一般要求： （）厂址应当靠近主要原材料供应地区或产品销售地区； （）厂址应有较好
10、的交通运输条件。水路、铁路和公路是大多数企业常用的运输途径，应当注意当地的运费高低及现有的铁路线路。应该尽量考虑靠近铁路枢纽以及利用河流、运河、湖泊或海洋进行运输的可能性，公路运输可用作铁路运输和水运的补充； （）化工厂使用大量的水，用于产生蒸汽、冷却、洗涤、有时还用作原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水质良好的水源。靠近大的河流或湖泊最好，如无条件，也可考虑使用深井，这需要以厂址的水文地质资料作为依据； （）最好靠近热电站以获得大量蒸汽和电力；,（）厂址最好选在已有居民的附近地区，离城市不远或靠近已建成投产的其他企业，这样可以利用城市或原有企业的各种设施； （）应在居民区的下风向和江河下游，
11、但又不受其他企业的烟气的影响的地方建厂，窝风的盆地不宜建厂； （）厂址面积与外形应适应工厂总平面布置，并有发展余地，一般要求平坦，稍能向外倾斜，有一定坡度，利于排水； （）尽量不占或少占农田； （）化工厂排出的污水应尽量予以处理，达到国家规定的排放标准。 （）化工厂的废渣，要有适当的洼地堆放或填埋； （）厂址应不受洪水淹没，地下水位置最好在以下或低于地下建筑物的深度；,（）厂址尽量不选在级以上的地震区，级以上不能建厂； （）化工厂的高层建筑物及地下管道较多，在下沉性级以上大孔性黄土上不宜建厂（西北、华北地区应注意）； （）地质情况要好，地耐力一般要求在（）以上，若小于()则不宜建厂； （）在具
12、有喀斯特地貌的地区（广西壮族自治区应注意），土崩地段和地下有淤泥或流沙处不宜建厂； （） 有用矿藏的上部地面不宜建厂。, 可行性研究报告,可行性研究报告的内容： （）总论：包括项目名称、主办单位名称、企业性质及法人、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； （）需求预测：包括国内外需求情况预测和产品的价格分析； （）产品的生产方案及生产规模； （）工艺技术方案，工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定量、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容； （）原材料、燃料及水电汽的来源与供应； （）建厂条件和厂址选择布局方案；,
13、（）公用工程和辅助设施方案，包括总图运输、给排水、供电及电讯、供热、贮运设施、维修设施、土建、人防设施、生活福利设施等项； （）节能； （）环境保护及劳动保护、工业卫生； （）工厂组织，劳动定员和人员培训； （）项目实施规划； （）投资估算和资金筹措； （）财务、经济效益评价； （）结论：综合评价和研究报告的结论、存在问题及建议等内容。, 初步设计,初步设计是根据已批准的可行性研究报告，确定全厂性的设计原则、设计标准、设计方案和重大的技术问题。 初步设计文件有：设计说明书和说明书的附图、附表 、工艺流程图、物料平衡图。 初步设计说明书内容： （）总论； （）技术经济：基础经济数据，经济分析，附
14、表； （）总图运输：厂址选择，总平面布置，工厂运输，工厂 防护设施，排渣场，防护，绿化； （）化工工艺：原材料及产品的主要技术规格，装置危险性物料表，生产流程叙述，原材料、动力（水、电、汽）消耗定额及消耗量，成本估算，车间定员，管道材料等（表格：设备一览表，综合材料表；图纸：带控制点的工艺流程图，物料流程图，设备布置图）；,（）空压站，氮氧站，冷冻站； （）外部工艺，供热管线； （）设备（含工业炉）：设备技术特征，主要设备总图； （）自动控制全厂自动化水平，信号及联锁，环境特征及仪表选型，复杂控制系统，动力供应等； （）供电：电源状况、负荷等级及供电要求，主要用电设备材料选择，总变电所及高压配
15、电所、照明、接地、接零及防静电、车间配电、防雷等； （）电信； （）土建：气象、地震等自然条件资料、地方材料、施工安装条件等，建筑设计、结构设计、对地区性特殊问题的设计考虑，对施工的特殊要求、对建筑物内高、大、重的设备安装要求的说明等； （）给水排水：自然条件资料（气象资料、水文地质资料等）；给水水源及输水管道，给水处理，厂区给水，厂区排水，污水处理场，定员等；,（）供热； （）采暖通风及空气调节； （）维修（机修、仪修、建修）； （）中央化验室； （）消防； （）环境保护及综合利用：设计采用的环保标准，主要污染源及主要污染物，设计中采取的环保措施及简要处理工艺流程，绿化概况，其他环保措施，环境监测体制，环保投资概算，环保管理机械及定员等； （）劳动安全及工业卫生； （）节能：主要耗能装置能耗状况，主要节能措施，节能效益等； （）概算。, 施工图设计,施工图设计是把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据建筑施工，设备制造及安装工程的需要进一步具体化。 施工图设计内容： 工艺设计说明 （）工艺修改说明：说明对前段设计的修改变动； （）设备安装说明：主要大型设备中吊装，建筑预留孔，安装前设备可放位置； （）设备的防腐，脱脂，除污的要求和设备外壁的防锈，涂色要求以及试压试漏和清洗的要求；,（）设备安装需进一步落实的问题； （）管路安装说明； （）管路的防腐、涂色、脱脂和除
