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1、化 工 设 计,教材及参考书,教材： 化工过程设计（化工设计，第二版），王静康，北京：化学工业出版社， 2006参考书： 化工设计，娄爱娟等，上海：华东理工大学出版社，2002 化工设计（第二版），陈声宗，北京：化学工业出版社，2008 化工工艺设计手册（上、下册，第四版），中国石化集团上海工程有限公司，2009 4. Process Design Principles (Synthesis, Analysis and Evaluation)， Seider W. D.， Wiley，1999,课程的目的要求,通过本课程的学习，使我们了解化工设计的一般内容、方法和步骤等；能把以前学过的各方面知
2、识有机地结合起来，在化工厂设计中，指导实际生产中更好地加以应用。具体讲： 使同学们具有初步的化工厂设计的概念和化工单元设计的能力。 有指导实际生产的能力。,课程的必要性,从今后就业看： 工厂 设计单位 研究单位 机关 贸易从设计工作在基本建设和科学工作中的重要性看： 设计工作是工程建设的灵魂， 科学技术转化成生产力的必经之路。,中石化所属工程公司：中石化工程公司（北京），中石化洛阳工程公司，中石化上海工程公司中石油所属工程公司：中国寰球工程公司（北京），中石油工程设计公司（北京）,原化学工业部设计院：,课程的主要内容, 化工厂设计及化工工艺设计, 化工技术经济分析与评价, 计算机辅助化工设计,
3、工艺流程设计 化工设备设计与选型 化工厂布置设计 管道布置设计 ,化工过程设计绪论,化工厂设计概述,工艺流程设计,化工厂布置设计,管道仪表流程设计（配管设计）,流程组织与分析,化工设备工艺设计,非工艺专业设计,技术经济分析与评价,化工设计软件,授课内容,化工过程分析,化工仪表及过程自动控制,化工安全与工业生态系统,物料衡算与热量衡算,化工管路的流体力学计算与设计,自学内容,第一章 化工过程设计绪论,一. 化学工业的发展及其涵盖范围,1. 化学工业的发展历史,化学工业发展阶段, 古代化学工业：从数千年前人类阳光晒盐、地下卤水煮盐开始，萌发了古老的化学工业。, 近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造
4、纸、玻璃、肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。, 现代化学工业：上世纪40年代开始，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维工业的迅速发展，随着化工单元操作理论的日益成熟，在科学技术和生产规模二个层面上，揭示现代化学工业开始形成。,2. 化学工业属于过程工业型制造业（流程型制造业）,现代制造业,离散型制造业（例如汽车工业、航空工业等）,过程工业型制造业（又称“流程型制造业”）（例如化学工业、冶金行业等）,流程型制造业一般是能耗大户，也是排放的大户。其节能、降耗、减排的任务十分艰巨。,例如：一个年产值约10亿元人民币的合成原料药制造企业，它每天的耗水量可高达5000立方米。,3. 现代化学工业
5、涵盖的范围,现代化学工业,石油化工（包括其衍生的有机化工）,煤化工（包括其衍生的有机化工）,无机化工,精细化工及中间体,化肥工业,农药工业,医药工业,轻工（造纸、玻璃、塑料、合成橡胶等）,染料、油墨、化妆品、清洁剂,生物化工,人类发展化学工业的目的：,满足人类对化学物质（分子式、数量、质量、多尺度形态）的不断需求。,这个目标由化学家和化学工程师，在技术层面上共同完成。,现代化学工业发展方向,新物质,经济合理的大批量,高质量,柔性化,绿色化,多尺度,4. 现代化学工业的发展方向,其中：化学工业绿色化的含义：,以“减量化、再利用、资源化”为基本原则，也就是所谓的“3R”原则。（Reduce、Rec
6、ycle、Resource）,具体体现在：,（1） 减少化工过程的能耗、物耗； （2） 减少有害物质的使用或生成； （3） 减少废弃物，并使废弃物在系统类在利用； （4） 尽量将排放的废弃物转化为可用的再生资源； （5） 尽量延长产品的生命周期。,Reduce,Recycle,Resource,二. 化工过程设计的基本内容,化工厂设计,化工过程设计,化工厂房建筑、结构设计,总图设计，.等,非工艺部分设计,公用工程设计、外管设计，等,化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。,化工工艺设计（核心）,美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述了化工过程设计的主要目标：,确定最佳
7、流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。,化工过程设计的内容：,基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。,1. 化工过程设计的目标与内容,2. 化工过程设计的深化改革,化工过程设计发展方向,复杂大型化工厂的设计,柔性化工厂的设计,自主创新设计,与国际工程设计的接轨,工程设计是需多个专业协作完成的一个系统工程，化工过程设计是以工艺专业为核心进行的。随着社会经济和科学技术的快速发展，对化工过程设计也提出了更高的要求。,我国化工设计院，原
8、来的专业部门进行了相应的改革调整。,原来的工艺专业部,工艺专业部（大部分为化学工程与工艺专业人员）,工艺系统专业部 （少量化学工程与工艺专业人员，大量其它辅助专业）,工艺专业部：侧重出PID图、PFD图,工艺系统专业部：侧重出UID图、UFD图,PID （Process Instrument Diagram） 带控制点的工艺仪表管道流程图,PFD （Process Flowsheet Diagram） 过程物料流程图,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,工艺
9、专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过程中有许多需要交流的条件、文件（“条件表”），有发出条件的主导专业，有接收“条件表”的接收专业。,我国化工设计院的专业种类,化学工程与工艺,化工机械（过程装备）,自动化及仪表,建筑、结构,概预算（工程经济）,热工、环境工程（环保）、工业炉,暖通、给排水、强弱电,三. 计算机辅助化工过程设计,20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎完全凭经验。,20世纪20年代60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。,20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。,计算机
10、软、硬件技术的发展,化工单元操作等理论的不断成熟,数学计算技术的发展,1. 计算机辅助化工过程设计的优势, 设计工作效率高, 规范性好, 设计水平高（可进行优化设计）,效率对比：一个年产30万吨的乙烯的工程，如果全凭手工计算与绘图，400个设计工程师要花费近1年的时间，才能完成一个流程方案的设计。而借助计算机辅助化工过程设计系统，200个设计工程师花费8个星期，就能完成一个流程方案。后者的设计工作效率比前者高出10多倍。,2. 计算辅助化工过程设计软件系统的发展,第一代商品化软件系统,20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。,Chem. Eng. Simulation
11、 System,20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的FLOWTRAN软件系统代表。,第二代商品化软件系统,Flowsheet Translator,第三代商品化软件系统,20世纪80年代，以 ASPEN 和 PROCESS II 两大软件系统代表。,Advanced System for Process Eng.,我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进ASPEN软件系统。现在国内各设计院基本都已经使用ASPEN或Process II软件系统进行计算机辅助化工过程设计。,3. 计算机辅助化工过程设计软件系统的发展趋势,（1） 单元操作模块的种类数； （2）
12、物性数据库的大小及数据的估算方法； （3） 能处理的流股数量和组份数量； （4） 计算技术方法（求解方法）； （5） 能处理的流股相态；（气、液、固、胶体、电解质等） （6） 软件系统的人性化界面及开放程度； （7） 流程图形输入及识别技术。,四. 化学工程伦理学及责任关怀制度,在化学工程领域实施注册工程师制度，在化学工程师心目中树立伦理学观念，建立责任关怀制度。开始逐步成为国际化学工程领域的一个发展大趋势。,伦理学理念体现在：,（1） 自觉维护化工过程的安全； （2） 自觉保护环境的意识； （3） 自觉节约资源的意识； （4） 对业主、化工厂操作人员、同事负责的精神。,责任关怀制度的含义：,（1） 提高对安全、健康、环保、资源的认知和行动； （2） 充分报道成绩、行动计划，但不回避缺陷； （3） 与公众沟通，并倾听意见的日常化。等等。,
