化工工艺设计 讲座

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1、化工工艺设计化工工艺设计 讲座讲座本文由 zyucao 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。化工工艺设计讲座 化工工艺设计主讲： 主讲：徐谋源1.概述 1.概述化工工艺专业是化工设计的主要专业之 无论是开发新的化工生产过程， 一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计 新的化工装置， 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、 工装置能否顺利开车、能否到到预计的生产能 力和合格的产品， 力和合格的产品，最终关系到工厂能否获得最 大的经济效益。因此， 大的经济效益。因此，作为化工工艺设计的人 员必须具备下列基本条件：

2、员必须具备下列基本条件：1.1 掌握化工基本理论 1.2 掌握化工工艺设计方法和技能 （1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺 了解工艺设计的任务、设计范围、 设计人员的职责。 设计人员的职责。 （2）掌握化工基本理论的应用 （3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知 识 （4）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以 及工艺设计的质量保证程序。 及工艺设计的质量保证程序。掌握生产、开停车的基本知识、 1.3 掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事 故的能力以及相应的实践经验。 故的能力以及相应的实践经验。 熟悉有关劳动安全卫生、 1.4 熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面 的法规。与工艺设计相关

3、的上述诸方面的法规 的法规。 有： GBJ6-87(2001 年版 年版) 建筑设计防火规范 GBJ6-87(2001 年版) 石油化工企业设计防火规范 50160-92(1999 年版 年版） GB 50160-92(1999 年版） 爆炸和危险性环境电力装置设计规范 50058GB 50058-92 HG20571 化工企业安全卫生设计规定 HG20571-95石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH3047SH3047-93 HG20667 化工建设项目环境保护设计规定 HG20667-1986 SH3024 石油化工企业环境保护设计规范 SH3024-95 1.5 具有一定的工作经验2、

4、工艺设计基础数据2.1 在工程设计合同书中明确规定的以及业主应 提供的有关数据。 提供的有关数据。 装置的设计能力、操作弹性及年操作日; （1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日; 产品方案及产品、副产品的规格； （2）产品方案及产品、副产品的规格； 建厂地区的气象、水文、地质等条件； （3）建厂地区的气象、水文、地质等条件； 所能提供的公用工程，包括水、 （4）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、 气等规格、数量及进界区条件； 气等规格、数量及进界区条件； 原材料、催化剂、化学品等规格、 （5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指 标及进界区条件； 标及进界区条件；由专利商提供的： 2.2

5、由专利商提供的： 除上述与专利商有关的数据外， 除上述与专利商有关的数据外，还需专利 商提供该专利范围内的工艺操作条件、 商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化 收率、控制方案、相关设备条件等。 率、收率、控制方案、相关设备条件等。 工艺所需的物性参数。 2.3 工艺所需的物性参数。3、工艺设计的内容和深度 概述： 3.1 概述： 工艺专业是自项目前期的可行性研究阶 段即作为主要专业参加编制， 段即作为主要专业参加编制，一直贯穿到工 程设计阶段。 程设计阶段。 在工程设计阶段可分为以下几个阶段： 在工程设计阶段可分为以下几个阶段： 按国内审批要求分为： （1）按国内审批要求分为： 初步设计（批

6、准后建设单位即可开工） 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： （2）按国际常规做法分为： 工艺设计（以化工工艺专业为主导专业） 工艺设计（以化工工艺专业为主导专业） 基础设计（ 基础设计（以化工工艺系统专业为主导专 业） 详细设计（以管道设计专业为主导专业） 详细设计（以管道设计专业为主导专业） 在建设单位完成了项目前期工作之后， 在建设单位完成了项目前期工作之后，设 计单位即可开展项目的工程设计工作。 计单位即可开展项目的工程设计工作。 在工程设计阶段的工艺设计， 在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依 据是经批准的可行性研究报告及其批文、 据是经批准的可行性研究

7、报告及其批文、 总体设计及其批文、 总体设计及其批文、工程设计合同书以及 设计基础资料。 设计基础资料。3.2 工艺设计的内容和深度 工艺设计的文件包括三大内容： 3.2.1 工艺设计的文件包括三大内容： 文字说明（工艺说明） （1）文字说明（工艺说明） （2）图纸 （3）表格文字说明（工艺说明） 3.2.1.1 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、 设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化 化学品、公用工程燃料规格、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、 工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流 程叙述 原料

8、、催化剂、 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、 脱盐水、冷冻、 公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、 工艺空气、仪表空气、氮气）工艺空气、仪表空气、氮气）消耗定额及消耗 量三废排放：包括排放地点、排放量、排放组 三废排放：包括排放地点、排放量、 成及建议处理方法 装置定员 安全备忘录（另行成册） 安全备忘录（另行成册） 技术风险备忘录（通常为对内使用， 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。 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） 工艺系统、配管等专业使用） 3.2.1.2 图纸PFD:是

9、 PID 的设计依据 的设计依据， （1） PFD:是 PID 的设计依据，供基础设计使 通常分版次逐版深化） 用（通常分版次逐版深化） 包括全部工艺设备、主要物料管道( 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、 流向、物料号） 、主要控制回路、联锁方案、 ） 、主要控制回路 加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。 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、 （2）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（ 置的依据，供基础设计使用（通常为平面布 置图） 置图） 根据工艺流程的特点和要求进行布置。 根据工艺流程

10、的特点和要求进行布置。 PCD:通常是设计院内部设计构成文件 （3） PCD:通常是设计院内部设计构成文件 最终体在终版 PFD PFD 中 通常由自控专业完成） 最终体在终版 PFD 中（通常由自控专业完成） 3.2.1.3 表格 物料平衡表：包括物流组成、温度、 （1）物料平衡表：包括物流组成、温度、压 状态、流量、密度、焓值、 力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常 热负荷表示在此表中或 PFD 图上） PFD 图上 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， （2）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、 作用不同以及

11、介质不同可分为容器、塔器、换 热器、工业炉、机泵、搅拌器等。 热器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数 据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、 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、 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 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) 设计院均有各种规定的表格) （3）工艺设备表 （4）取样点汇总表（5）装置界区条件表：通常由工艺系统专业 装置界区条件表： 来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、 来完善并最终发表（包括原材料、公用工程

12、、 产品、副产品、进出界区条件等） 产品、副产品、进出界区条件等） 补充说明： 3.2.2 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： 工作，主要前期工作有： 项目建议书：可行性报告编制工作。 项目建议书：可行性报告编制工作。 项目报价书：投标书、 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、 引进项目：包括询价书、投标书的评标、合 同技术附件谈判。 同技术附件谈判。 大中型联合装置总体规划设计。 大中型联合装置总体规划设计。3.3 工艺设计方案的优化 优化的工艺设计方案应是： 优化的工艺设计方案应是： （1）有较好的经济效益和社会效益 （2）工艺

13、技术先进适用 生产安全、可靠、 （3）生产安全、可靠、并有良好的环保 措施3.3.1 工艺流程方案优化 “洋葱头”模型（由史密斯、林霍夫提供 洋葱头” 的模型）反应系统分离系统换热网络公用工程洋葱头” “洋葱头”模型是工艺流程开发和设计的方法。 洋葱头 模型是工艺流程开发和设计的方法。从图中可以十分直观的表示了反应系统的开发和设计是核心， 和设计是核心，它为分离系统规定了处理物料 的条件， 的条件，而反应和分离系统一起又规定了过程 的冷、热物流的流量和换热的热负荷， 的冷、热物流的流量和换热的热负荷，最后才 是公用工程系统的选择和设计。因此， 是公用工程系统的选择和设计。因此，工艺流 程方案的

14、优化应主要集中在反映和分离系统的 优化。 优化。 对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头” 对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头”技术开 发概念，其步骤为： 发概念，其步骤为： （1）根据经验规则初步建立反应和分离系统 的流程（2）变化主要的设计优化变量，如反应 变化主要的设计优化变量， 的转化率、惰性物质循环的浓度等， 的转化率、惰性物质循环的浓度等，确 定每组变量。 定每组变量。 3)建立全过程总费用与主要优化变量 （3)建立全过程总费用与主要优化变量 之间的关系 确定最佳条件， （4）确定最佳条件，并对全流程调优 对其他备选流程重复上述步骤， （5）对其他备选流程重复上述步骤，最 后比较各流程的总

15、费用，获得最佳流程。 后比较各流程的总费用，获得最佳流程。3.3.1.1 反应流程优化反应流程优化需要考虑的问题较 问题复杂。如反应动力学、 多，问题复杂。如反应动力学、反应 收率、催化剂特性、反应历程、收率、催化剂特性、反应历程、反应 途径。 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、 证反应温度、反应压力、混合要求、 换热要求、各物料配比、 换热要求、各物料配比、给定条件下 的生产成本等等。 的生产成本等等。在实际工业生产中， 在实际工业生产中，为了实现高效 率、高选择和达到要求的产量，常 高选择和达到要求的产量， 常将相同或不同类型反应器进行组 合，常见的反应

16、器组合及其适用范 围如表 7.4.2 所示（P544） 7.4.2 所示 围如表 7.4.2 所示（P544）3.3.1.2 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 精馏流程如需要分离 R 个组份，就需要有 R 个精馏塔。 1 个精馏塔。 精馏优化需要考虑：哪种组份为主产品； 精馏优化需要考虑：哪种组份为主产品； 哪种组份为付产品；产品的规格要求。 哪种组份为付产品；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： 试探法， 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。 优先使用普通精馏。 尽量避免减压操作和使用冷量。 尽量避免减压操作和使用冷量。 产品数应最少。 产品数应最少。 腐蚀性、危险性的组份应优先分出。 腐蚀性、危险性的组份应优先分出。 难分离的组分最后分出。 难分离的组分最后分出。 最大量组份应优先分出。 最大量组份应优先分出。 塔顶、塔釜产物最好等摩尔分离。 塔顶、塔釜产物最好等摩尔分