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1、化工设计：为了从特定的原料得到所需的产品，化工设计采用相关的单元过程及单元操作，设计出优化的工艺流程，并根据工艺条件选择合适的设备，设计合理的工厂布局以满足生产的要求，同时进行有关非工艺类和工程经济的设计事项。,一、化工设计的含义,从原料产品的全部工程语言，即具体实施方案的设计。,政策性强； 多学科、多人手的集体性劳动； 理论密切联系实际。,二、化工设计的特点,章绪论知识点,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。,三、化工设计的要求,第一章 绪论 知
2、识点,四、化工设计的内容 工艺设计；总图设计；设备设计；管路设计 土建设计；电气设计；自控设计；给排水设计 采暖通风设计；技术经济 五、工艺专业的主要设计内容 原料路线和技术路线的选择；艺流程设计；物料衡算 能量衡算；工艺设备的设计和选型；车间布置设计； 化工管道设计；非工艺设计基础数据；编制设计文件,第一章 绪论 知识点,六、化工生产的特点,工艺流程复杂流程很长，如FeS2H2SO4 操作状态变化大如我国设计的合成氨工艺 流体输送多管道、输送设备多 具有腐蚀性管道、设备材质 有毒安全卫生 易燃、易爆防爆、电气、自动化 非标设备多反应器、塔等,第一章 绪论 知识点,七、化工设计的工作程序,一个
3、化工项目从设想到建成投产，分三个阶段：即可行性研究决策阶段、设计阶段、建设阶段。化工设计过程中有项目可行性研究报告、初步设计、施工图设计重要的文本文件。,(1)接受委托，参加编制项目建议书； (2)参加厂址选择，编制厂址选择报告； (3)进行技术考察； (4)编制预可行性研究报告； (5)编制可行性研究报告 ； (6)进行厂址复查； (7)提出建厂区域地质初勘要求； (8)开展初步设计； (9)进行设备及主要材料的采购； (10)提出详勘要求； (11)开展施工图设计；(12)配合现场施工； (13)参加试车、考核； (14)参加竣工验收； (15)工程总结，设计回访； (16)参加项目后评价
4、 。,第一章 绪论 知识点,第一节 工艺流程设计概述,第二节 流程图绘制,第三节 化工典型设备的自控流程,本章主要内容,第四节 流程的组织和分析,第一章 工艺流程设计 知识点,1. 确定设计过程中的各项内容 a确定采用哪些工序； b确定每个工序的具体任务； c确定设备及操作条件； d. 确定控制仪表； e确定三废治理和综合利用方案； f. 确定安全生产措施,一、工艺流程设计的任务,2. 工艺流程图种类 方框流程图 工艺流程草(简)图 工艺物料流程图 带控制点工艺流程图 管道仪表流程图,第一章 工艺流程设计 第一节 概述,PFD (Process Flowsheet Diagram)： 过程物料
5、流程图 PID (Process Instrument Diagram)： 带控制点的工艺仪表管道流程图 UID (Utility Instrument Diagram): 公用工程仪表管道流程图 UFD (Utility Flowsheet Diagram): 公用工程物料流程图,第一章 工艺流程设计 第一节 概述,工艺设备代号,仪表参量代号,指示I 记录R 控制C,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,仪表功能代号,仪表图形符号,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,（5）设备位号编制为:,位号应标注在设备内或附近空白处（如能表示清楚，则可不加引出线），位号和名称用粗实线分开，位号
6、写在上面如：,（6）设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备有所增加，则位号应按顺序增补，如有取消，原有设备位号不再使用 。,二、图画的绘制要求,R 1 0 1 A,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,一、泵的流量自控 (1)离心泵,（a）直接节流法 优点：简单易行，普遍采用。 缺点：能耗大。 限制：不适宜于正常流量低于额定流量30%以下的场合。,（b）旁路调节 优点：调节阀直径小，可用于小流量调节。 缺点：使泵的总效率降低。 （c）调节电机转速采用变频电机,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,一、泵的流量自控 (1)离心泵 设有分支路的泵,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典
7、型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(1)调节换热介质流量 (2)调节传热面积 (3)分流调节,用流体1的流量作调节参数来控制流体2的出口温度 最常用的调节方案 流体1的流量必须允许改变,a)调节换热介质流量,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(2)调节传热面积,适用于冷凝器，调节阀装在凝液管路上 液体1的温度高于给定值时，调节阀关小使凝液积聚，有效冷凝面减小，传热量随之减小，直至平衡为止，反之亦然。 该方案滞后大 需要较大的传热面积余量 可防局部过热，有利于热敏性介质,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(
8、3)分流调节冷热流体流量均不变,当换热器的两股流体的流量都不允许改变时，可用其中一股流体分走旁路的办法来调节温度，三通阀可装载换热器的进口处，而且还要有较大的传热面积余量。 调节迅速 传热面要有余量,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,(1)蒸馏塔的基本控制方案 a按精馏段指标控制 取精馏段某点成分或温度为被调参数，而回流量LR、馏出液量D或塔内蒸汽量VS作为调节参数。适合于馏出液的纯度要求较高的情况,三、蒸馏塔的控制方案,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,方案A：根据塔板温度控制LR，VS流量恒定。 方案B：回流比很大时，一般用精馏段塔板温度控制D，保持
9、VS流量恒定。,在LR、D、VS及B四个变量中，选择一个作为控制成分的手段，选择另一个保持流量恒定，其余两个按回流罐和再沸器的液位调节器进行调节。,(1)蒸馏塔的基本控制方案 a按精馏段指标控制,三、蒸馏塔的控制方案,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,三、蒸馏塔的基本控制方案 b.按提馏段指标控制适合于釜液的纯度要求较高的情况,方案A：用提馏段塔板温度控制加热蒸汽量，控制VS，保持LR恒定，D和B都按物料平衡关系，由液位调节器控制。目前应用最多的方案。 方案B：用提馏段塔板温度控制釜液流量B，保持LR恒定，D由回流罐的液位调节，蒸汽量由再沸器的液位调节。该方案当B较小时比较
10、平稳。,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,一、总流程是各个单元操作过程的合理组合,(1) 化学物质的分配,(2) 混合物的分离,考虑：操作压力、冷却剂、稳定性,(3)温度、压力和相的变化,(4) 选择适当的设备,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,1. 多组分蒸馏的流程方案 四组分-5种方案,直接顺序流程,二、蒸馏过程流程的组织和分析,间接顺序流程,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,多组分溶液蒸馏可能的方案数,1.多组分蒸馏的流程方案,二、蒸馏过程流程的组织和分析,好的方案要求：设备投资少、操作费用低、安全性好、产品质量稳定,第一章 工艺流程设计
11、第四节 流程的组织与分析,直接顺序流程和间接顺序流程相比，选直接顺序流程 采用等摩尔分割或采用CES高的方案 最难分离的物质放在最后分离 首先除去含量最大的组分 除去强腐蚀性的组分 尽早把易分解或易聚合的组分分离出去 尽早除去易燃易爆等影响安全生产的组分 尽早除去在操作条件下不易被液化的组分 当要求产品纯度很高时，一般应在蒸馏流程中安排在塔顶得到产品,二、蒸馏过程流程的组织原则,CES=f ,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,例：烃类热裂解产物的组成如表所示：,要求采用蒸馏方法将此混合物分离为6个产品：氢-甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和重组分。试确定蒸馏的流程方案,第一章 工艺流
12、程设计 第四节 流程的组织与分析,（1）尽早除去在操作条件下不易被液化的组分。即先除去AB（即甲烷和氢）。 （2）C和D（乙烯和乙烷）、E和F（丙烯和丙烷）两对组分的沸点差最小，分别为16和6都很难分离，最难分离的放到最后分离。,分析过程：,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,（3）CD-EFG：,CDEF-G：,CD-EFG方案的CES值大，选择CD-EFG方案。,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,A B C D E F G,A B,C D E F G,C D,E F G,C,D,E F,G,E,F,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,第一节 设计的主要
13、内容,第二节 泵的选用,第三节 换热设备的设计和选用,本章主要内容,第四节 贮罐的选型和设计,第二章 化工设备设计,第五节 塔器的设计,第六节 反应器的设计,工作内容： (1)确定化工单元操作所用设备的类型； (2)确定设备的材质； (3)确定设备的设计参数； (4)确定标准设备(即定型设备)的型号或牌号，并确定台数； (5)对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号； (6)对非标准设备，提设计要求和设备草图； (7)编制工艺设备一览表； (8)当工艺设备的施工图纸完成后，与化工设备的专业设计人员进行会签。,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度 换热
14、器：热负荷、换热面积、热载体的种类、冷热流体的流量、温度和压力 风机：风量和风压 吸收塔：气体的流量、组成、压力和温度，吸收剂的种类、流量、温度和压力，塔径、筒体的材质、塔板的材质、塔板的类型和板数（板式塔），填料种类、规格、填料总高度、每段填料的高度和段数（填料塔） 蒸馏塔、反应器,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,化工设备选用和设计的一般原则,1. 合理性：设备满足一般工艺要求，与工艺流程、生产规模、操作条件、工艺控制水平相适应； 2. 先进性：运转可靠、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率尽可能达到先进水平； 3. 安全性： 安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患； 4. 经济性
15、：投资省、运行费用低，加工、维修方便； 5. 系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统 “瓶颈”,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,化工设备所用材质的种类,金属,非金属,黑色金属,有色金属：铜、铝、铅、钛及合金等,铸铁：球墨铸铁 、高硅铸铁,碳素钢：普通、优质、高级碳素钢,合金钢：普通合金钢 、不锈钢、特种钢,橡胶管、 塑料管 、玻璃管 石墨管 、陶瓷管,复合材料：搪玻璃 、玻璃钢,材料种类,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,一、对化工用泵的要求
16、一般要求：操作方便、运行可靠、性能良好和维修方便 特殊要求 ： (1)输送易燃、易爆、易挥发、有毒和有腐蚀性及贵重的介质时，要求密封性能可靠，只能微漏甚至完全无泄漏。因此应采用磁力驱动泵或屏蔽泵。 (2)输送腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀泵。 (3)输送易气化液体：输送易气化液体应选用低温泵。 易气化液体的特点：泵入口压力高、气化压力随温度变化非常显著、对泵的轴封要求高。 (4)输送粘性液体 要根据粘度的大小选泵 。,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,一、对化工用泵的要求 特殊要求 ： (5)输送含气液体； (6)输送含固体颗粒的液体； (7)输送高温介质时可考虑选用热油泵。 (8)要求高吸入性能时，选用允许汽蚀余量小的泵，如液态烃泵、双吸式离心泵。 (9)要求低流量、高扬程时，可选用多级泵、筒形泵；旋涡泵与普通离心泵相比，旋涡泵适合于流量小、扬程高的场合。 (10)当打液量精度要求高时，可用计量泵。,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,二、泵型
