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1、第一章 绪论,化学工业的发展历史及覆盖范围 化工设计的基本内容 计算机辅助设计 化学工业绿色化 化工设计开发工作,一 化学工业的发展历史及覆盖范围,1 发展历史 古代化学工业：从数千年起人类阳光晒盐、 地下卤水煮盐开始，萌发了古代的化学工业。 近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、肥皂的大规模生产开始，表明了近代化学工业的形成。 现代化学工业：上世纪40年代起，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维的发展，随着化工单元操作理论的成熟，揭示了现代化学工业的形成。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围,2 覆盖的范围 无机化工：利用无机化学反应生产化工产品的工业部门。 无机盐、无机碱、无机盐、无机肥
2、料、电化学产品、稀有元素等的制造。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围, 有机化工：生产有机小分子化合物的工业部门。 包括煤化工、石油化工、天然气化工。 高分子化工：利用聚合和缩聚反应，生产高分子化合物的工业部门。 常见产品：合成橡胶、塑料、化学纤维、树脂等。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围, 精细化工及中间体：特定功能、特定用途、 生产数量小、生产的技术复杂、对产品的质量要求高。 生物化工： 农业生物技术 生物医药 洁净新能源 可再生能源生物加工技术,二 化工设计的基本内容,1 化工设计、化工厂设计、化工过程设计和化工工艺设计的联系和区别： 化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化
3、工过程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。,化工过程设计（核心）,化工厂房建筑、结构设计,总图设计，.等,非工艺部分设计,化工工艺设计（核心）,化工厂设计,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。,二 化工设计的基本内容,2 目标与内容； 目标：确定最佳流程及工艺条件，达到最优的投入/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。 内容：其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。,二 化工设计的基本内容,3,3、化工过程设
4、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,二 化工设计的基本内容,4 化工设计的特点： 政策性强 技术性强 经济型强 综合性强,三 计算机辅助设计,在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。,在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。,在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。,为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域开开始出现计算机辅助化工过程设计呢？,计算机软、硬件技术的发展,化工
5、单元操作等理论的不断成熟,数学计算技术的发展,三 计算机辅助设计,计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：,、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。,三 计算机辅助设计,计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：,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
6、. Simulation 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。,四 化学工业绿色化,以“减量化、再利用、资源化”为基本原则，也
7、就是所谓的“3R”原则。（Reduce、Recycle、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。,五 化工设计开发工作,1.实验室研究 1）基础研究：指在实验室进行的筛选技术路线和工艺方案，测定有关物性数据及反应热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。 目的：确定原料路线、探索反应的可行性、观察现象、获得感性认识、样品。 2）小试：在基础研究的基础上，在实验室建立小型实验装置进行工艺模拟试验。 任
8、务：a 验证开发方案的可行性、完整性。 b 测定收集物化数据。 c 产品分析方法。 d 整理最佳方案，完成概念设计,五 化工设计开发工作,2.收集资料 包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以及围绕工艺过程评价或项目评估所需要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。,五 化工设计开发工作,3.概念设计（预设计） （1）定义： 又称预设计、估量设计、设计研究等。根据试验室研究结果，对预定规模的工业生产装置进行假想设计。 2）目的 判断研究的工艺条件是否合理 数据是否充分 提出改进方向,五 化工设计开发工作,3）主要内容： 工艺路线和工艺方法的说明 工艺流程简图 简单的物料衡算
9、和能量衡算 原材料及其消耗指标 主要设备型式 预计的“三废” 排放量及毒害性 投资成本估算 中试研究的建议,五 化工设计开发工作,4.技术经济评价 它是对开发项目进行技术可靠性和经济合理性的考察，以便对技术方案和开发工作进行决策。 技术经济评价贯穿于开发过程的始终。 1）初步评价（立题评价） 是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价。 2）中间评价 是在开发过程中，对开发研究的各个阶段结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及在经济上的合理性。 3）最终评价（工业化评价或项目评估） 是在技术开发工作后期进行的评价。 目的是为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发研究报告、市场
10、研究报告等技术经济资料。,五 化工设计开发工作,5.模型试验 一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备一般比实验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。 1）主要内容： 考察化工过程运行的最佳条件；考察设备内传热、传质、物料流动与混合等工程因素对于化工过程的影响；观察设备放大后出现的放大效应；寻找产放大效应的原因，测定放大所需的有关数据或判据等等。从总体看，模型试验考查的重点是工艺和工程问题。,五 化工设计开发工作,2）模型试验方式： 冷模试验：采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，单纯考察过程的物理规律。 热模试验：用实际生产物料并按实际操作
11、条件进行的试验，在试验设备内化学反应和物理过程同时发生，属综合性试验考察，主要是工艺条件的优化 。,五 化工设计开发工作,6.中试（中间试验工厂） 它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试验。是一次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基础设计的依据。 1）内容： a 检验小试确定的工艺方案和工艺条件； b 考察工艺系统连续运转的可靠性； c 考察设备放大后所产生的放大效应的程度，分析产生的原因，寻找消除的办法； d 确定检测方法； e 考察物料对设备材质的腐蚀； f 考察物料循环产生的微量杂质积累带来的影响； g 提供一定量的产品供应用考察； h 考察“三废”的
12、生成量、危害程度和治理方法； I 为估算投资和成本，以及建立生产工作岗位的操作规程提供资料。,五 化工设计开发工作,2）中试装置设计任务 验证基础研究得到的规律 考察从小试到中试的放大规律 进行在实验室无法进行的研究项目 3）中试装置设计应注意事项 a 在满足下列条件下，应尽量小： 能满足试验任务。 设备、仪表、管件选型容易。 b 应选在同类生产装置的老厂内。 c 力求避免全流程。 d 中试装置形式上不一定与工业装置完全相同，但能反映工业装置的特点和规律。,五 化工设计开发工作,7.基础设计 它是在最终评价获得肯定结论后，根据中试研究结果及有关资料，对工业生产方案及生产装置所进行的原则设计。 内容： 设计基础 工艺流程说明 物料流程图与物流表 带控制点管道流程图 设备名称表和设备规格书 对工程设计的要求 设备布置建议图 装置的操作说明 装置的三废排放点和量 自控设计说明 消耗定额 有关技术资料、物性数据。 安全技术与劳动保护说明,五 化工设计开发工作,8.过程设计（施工图设计） 是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术文件。 9.建立生产装置 依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按工艺要求进行调试、开车和试生产。,
