现代化工设计学概述.ppt

《现代化工设计学概述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代化工设计学概述.ppt（283页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2010-03,zhumingqiaozju.edu.,化工设计概论,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,化工设计概论大纲,第一讲 绪论（2学时）（周一，2月21日）（朱明乔，陈丰秋） 第二讲 化工开发设计（一）（2学时）（周五，2月25日）（朱明乔） 第三讲 化工开发设计（二）（2学时）（周一，2月28日）（朱明乔） 第四讲 化工开发设计（三）（2学时）（周五，3月4日）（朱明乔） 第五讲 化工开发设计（四）（2学时）（周一，3月7日）（朱明乔） 第六讲 工艺流程案例分析（2学时）（周五，3月11日）（叶向群） 第七讲 化工工程设计（一）（2学时）（周一，3月14日）华永

2、康） 第八讲 化工工程设计（二）（2学时）（周五）3月18日（华永康） 第九讲 化工设备设计（一）（2学时）（周一，3月21日）（郑传祥） 第十讲 化工设备设计（二）（2学时）（周五，3月25日）（郑传祥）,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,化工设计概论大纲,第十一讲 自动控制及仪表设计（一）（2学时）（周一，3月28日）（麻红昭） 第十二讲 自动控制及仪表设计（二）（2学时）（周五，4月1日）（麻红昭） 第十三讲 公用工程及其它设计（一）（2学时）（周六补周一，4月2日）（吴晓军） 第十四讲 公用工程及其它设计（二）（2学时）（周五，4月8日）（吴晓军） 第十五讲 化工

3、设计项目管理（2学时）（周一，4月1日）（王大春） 第十六讲 化工设计练习布置（2学时）（周五，4月15日）（朱明乔、叶向群等） 主讲教师介绍： 浙江大学：陈丰秋（教授、系副主任），朱明乔（副教授），郑传祥（教授），麻红昭（副教授），叶向群（高工） 浙江省天正设计工程有限公司：华永康（教授级高工、总工），王大春（高工、副总经理），吴晓军（高工、副总经理）,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1 绪论,朱明乔 浙江大学化学工程与生物工程学系 Zhu Ming-Qiao Department of Chemical and Biological Engineering Zhej

4、iang University,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1 绪论,1.1化工设计定义 1.2化工设计的机遇 1.3 化工设计的步骤 1.4 化工设计中其它问题考虑 1.5 化工设计常用术语 1.6 课程成绩考核 1.7 小结,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.1化工设计定义,化工设计是将一个系统（如一个工厂、一个车间或一套装置等）的技术方案、工艺过程、生产装备等转化为工程语言的过程，是一门综合性很强的学科，也是一门名副其实的交叉学科。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.2化工设计的机遇,1.2.1化学产品的生产

5、 1.2.2化工设计的机遇 1.2.3设计团队,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.2.1化学产品的生产,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.2.2化工设计的机遇,（1）许多化学品的生产量很小 这些化学品具有特定性能，如强度、黏性、孔隙率、渗透性等，为此设计的挑战性在于要创造一种能获得专利保护的产品，并且这类产品的市场需求能使其拥有极具吸引力的销售价格，当该化学品确认后，通常需要设计一个生产过程。 （2）大宗化学品的需求量大 如乙烯、苯、甲苯、汽油等，其生产通常只涉及那些确定的小分子，设计的重点是由各种不同原料生产这些化学品的过程。,2010-0

6、3,zhumingqiaozju.edu.,1.2.2化工设计的机遇,（3）设计的机遇 实验室内为满足客户需要搜寻有多种用途性质的改进化学品生产过程设计； 可得到某种便宜的原料，这样新的生产过程常需要新的反应路线和分离方法； 新的市场，如块状经济、区域发展、发展中国家； 工程师强烈的感觉，认为以某种新的化学品或新的工艺路线去生产某种现存的化学品可能效益会更好，或是某种新的化学品存在一定市场。 （4）大宗化学品的生产 设计项目一般是不太全面的，其重点通常是生产设备 设计或是化学过程设计。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.2.3设计团队,（1）为了对某个课题作出陈述或要

7、创立一个课题，可能要组建一个小的设计团队，这个设计团队将包括化学工程师、化学家，可能还有生物化学家，适当的情况下，还有市场开发者，特殊的领域还需要专家。 （2）设计团队将遵循一系列公认的化工设计（可延伸为产品和过程设计）步骤处理设计问题。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.3 化工设计的步骤,1.3.1 化工设计步骤的比较 1.3.2 初始问题的创建和审查 1.3.3 发现具有所需性质和性能的化学 1.3.4 过程创建 1.3.5 基本方案的开发 1.3.6 利用算法进行详细过程合成 1.3.7 全装置范围的可控性评价 1.3.8 详细设计、设备尺寸确定和优化 1.3

8、.9 书面设计报告和口头陈述 1.3.10 装置设计、施工、开车和运转,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.3.1 化工设计步骤的比较,图1.2 化学新产品开发设计的基本步骤,（1）化学新产品开发设计的基本步骤,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（2）国际通用设计程序的阶段划分,表1.1 国际通用设计程序的阶段划分,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（3）化学产品和生产过程设计的步骤,第四篇 装置范围的可控性评价,开车评价,可靠性和安全性分析,过程和/或产品 是否仍有希望？,是,潜在的机会,第一篇 创建和审查初始问题,第一篇

9、寻找具有所要求的性质和功能的化学品和化学品混合物,第一篇 创建过程,是否有令人满意的毛利？,是否需要生产化学品的过程？,化学结构是否已知？,第一篇 基本方案的开发,第二篇 详细过程合成 计算方法,第三篇详细设计 设备尺寸的确定和优化,过程是否仍有希望的？,装置设计、建设、开车和操作,第五篇 书面设计报告和口头陈述,过程和/或产品是否仍合理可行？,是,否,否,是,否,是,放弃,是,否,是,否,放弃,图1.3 化学产品和生产过程设计的步骤,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,例1.1 氯乙烯的生产 考虑生产氯乙烯的需要，这

10、是生产聚氯乙烯（PVC）的单体，PVC是一种重要的聚合物，广泛用于硬质塑料管路、管件和类似的产品，为了满足氯乙烯单体的新的需求，已经出现一个机会，即每年36万吨的订单，在海湾的石化联合企业，公司要求现有的工厂每年生产45万吨这种大宗化学产品。因为氯乙烯单体是剧毒物质，要求所有的新设备都必须谨慎设计以满足政府关于健康和安全的法规。,例1.2 透析装置 考虑设计一种廉价（比方说少于10美元）的、为暂时或永久性的肾功能衰竭（ESRD）病人一次性使用的装置的可能性；这种装置仅为肾功能衰竭（ESRD）病人提供一种处理，这些病人的肾脏已不具有正常的功能。这种治疗每周需要三次，每次透析平均为34小时，这种装

11、置1996年在美国为20多万病人所使用。,1.3.2 初始问题的创建和审查 （1）典型的初始问题和机遇,显然，潜在的机会和初始的问题常常产生于有超前意识的公司、政府和大学的研究环境。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（2）选择方案审查初始问题,思路常常产生于设计团队。 有时思路也可能来自潜在的客户，这些客户也许对现有的产品或产品现状不满意。 最好在宽松的气氛中讨论有独创性的意见，从而产生思路。最好的思路可能是那些开始遭到最激烈批评的方案。所有思路都经过收集、整理、讨论和仔细地评审（基于技术和市场的考虑）。,现考虑下列可供选择的设计方案，这是从上面两个初始问题的各种思路中

12、选择的典型方案。注意，在开始时最好深入地考虑至少两种方案，可能的情况下考虑三种方案。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,例1.3 （例1.1的再次讨论） 为满足每年增加36万吨氯乙烯的需要，选择下面四个看似合理的方案作进一步的研究。,方案1：一个竞争者的氯乙烯生产厂，它每年生产90万吨氯乙烯，而该厂座落于150公里以外，它能扩大生产以满足所要求的增加量，而这些产品可用公路或铁路的槽罐车运输。在这种情况下，设计团队提出采购价格和设计贮存装置。这可能是为扩大当地的PVC工厂所需单体的最简单的方法。 方案2：从附近电解NaCl溶液的工厂中购买氯并用管道输送。然后用氯和公司内部的

13、乙烯反应生产氯乙烯单体和HCl副产物。 方案3：公司现有的石油化工联合企业中，许多生产过程产生HCl副产物，因为这些HCl副产物产生的量大，所以通常可低价得到。HCl与乙炔或乙烯和氧反应，可生成1,2-二氯乙烷，一种可裂解成氯乙烯的中间产物。 方案4：设计一个电解装置生产氯。一种可能性是由石油化工联合企业中可得到的HCl，电解获得H2和Cl2，按方案2，将氯进行反应。在该石油化工联合企业的其他区域，将氢和氯反应生成氨，或氢与CO反应生成甲醇。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,例1.4 （例1.2的再次讨论） 为了满足透析产品的需要，可能会产生下面两种可供选择的方案的初步

14、设计。,方案1：设计一台血液透析装置，能使尿素、尿酸、肌酸酐、磷酸盐和其他低分子量的代谢物通过扩散从血液中传递到透析液中。该装置还应当让葡萄糖和盐类物质通过扩散反向传递。这种装置应当被设计成一次性使用后就要报废的，故其售价应低于10美元，以使新产品的价格和/或性能可与其他公司的人工肾相竞争，如C-DAK4000型人工肾1992年销售了6000万只，每只售价仅5-6美元。 方案2：设计一个腹膜渗析装置（该装置使用血清膜，装在哺乳动物的腹腔），具有与血液透析装置相似的性能。,注意：随着设计工作的进行，某些方案会被否定，又会产生一些新方案。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（

15、3）文献调研,当产生选择方案的特殊问题时，工业界的设计团队可以利用公司雇员、公司文件和公开文献。但是对于文献进行全面的查阅研究是很重要的。发现最新的数据、流程、设备和模型，它们可导致产品的改进和更有效益的设计。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（3）文献调研,广泛采用的文献来源有： SRI设计报告，即史坦福研究所设计报告。 百科全书，Kirk-Othmer化学技术百科全书、化学品加工和设计百科全书、Ullmann工业化学百科全书。 手册和参考书，Perry化学工程师手册、化学和物理手册、化学工程手册等。 索引，应用科学和技术索引、工程索引、化学文摘、科学引文索引等 专利

16、，这是重要的信息，要避免复制专利保护的设计。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（4）补充研究,技术可行性 市场 商务 其他,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（5）产品设计中的激励创新,百分之十五规则：15%的时间用在自己选择的项目的工作上。 技术论坛：不同岗位的工作人员之间技术交流和各种思路的相互补充。 延续目标：30%的年销售额必须来自最近四年引进的产品规则。 过程创新技术中心：一个中心为核心技术开发；一个中心为关键生产过程技术的开发和放大。 六西格玛（Sigma）：质量控制，技术指标的偏差降低到3.4次/100万次。,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,（6）设计中特殊考虑药物产品,发现 预临床开发 临床试验 报批,2010-03,zhumingqiaozju.edu.,1.3.3 发现具有所需性质和性能的化学品,对于那些已经规定所需性质和性能的初始问题，常常需要确定能满足