工艺开发与工艺设计概述课件

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1、12.1工艺过程开发及工艺路线选择工艺过程开发及工艺路线选择2.2 工艺设计的内容及设计文件工艺设计的内容及设计文件 2.3 工艺设计中的全局性问题工艺设计中的全局性问题第二章第二章 工艺开发与工艺设计概述工艺开发与工艺设计概述2 过程工业是以装置为中心进行生产的工业过程工业是以装置为中心进行生产的工业,整个整个生产工艺过程都在装置内完成。生产工艺是过程装生产工艺过程都在装置内完成。生产工艺是过程装置的软件，过程装置是实施生产工艺的硬件，因此置的软件，过程装置是实施生产工艺的硬件，因此一座工厂或一套装置设计的核心是工艺设计，它决一座工厂或一套装置设计的核心是工艺设计，它决定了整个设计的概貌，看

2、一个工厂是否先进，首先定了整个设计的概貌，看一个工厂是否先进，首先看它的工艺是否先进。看它的工艺是否先进。2.1工艺过程开发及工艺路线选择工艺过程开发及工艺路线选择工程实例32.1.1 工艺过程开发程序工艺过程开发程序信息信息研究研究实验性实验性研究研究可行性研可行性研究究(1)(1)小小试试模型模型试验试验中中试试概概念念设设计计可行性可行性研究研究(3)(3)可行性研可行性研究究(2)(2)初初步步设设计计施施工工设设计计施施工工过程研究过程研究工程设计研究工程设计研究图图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案提出方案设计与论证方案设计与论证方案审定方

3、案审定方案实施方案实施4第一阶段：方案的提出第一阶段：方案的提出(一一)信息研究信息研究必要性必要性:市场对开发产品的需求量，开发产品与国市场对开发产品的需求量，开发产品与国民经济其他部门的关系，市场前景，收益估算，社会民经济其他部门的关系，市场前景，收益估算，社会效益以及环境污染情况等。效益以及环境污染情况等。可行性可行性:评估科研水平、社会条件及完成该项目的评估科研水平、社会条件及完成该项目的可能性。可能性。信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究认为所开发的技术能带来显著的经济效益或重大的认为所开发的技术能带来显著的经济效益或重大的社会效益

4、，才值得投资进行研究与开发。否则即可社会效益，才值得投资进行研究与开发。否则即可就此终止。就此终止。5(二二)实验性研究实验性研究 工艺方法：如原料路线、生产路线等研究；工艺方法：如原料路线、生产路线等研究；工艺条件：温度、压力、转化率、主副反应特点、工艺条件：温度、压力、转化率、主副反应特点、催化剂等研究；催化剂等研究；物料平衡、能量平衡和生产成本估算；物料平衡、能量平衡和生产成本估算；原材料、半成品和产品的质量的研究；原材料、半成品和产品的质量的研究；产品用途。产品用途。6(三三)第一次可行性研究第一次可行性研究1、技术上是否可行、技术上是否可行原料是否可行、可靠（原料费约等于三分之二生产

5、费原料是否可行、可靠（原料费约等于三分之二生产费用）用）技术路线的可靠性（生产安全、操作简便、操作条件技术路线的可靠性（生产安全、操作简便、操作条件弹性大，生产环节少，不易出现故障）弹性大，生产环节少，不易出现故障）技术路线的先进性（各种技术指标，如转化率、选择技术路线的先进性（各种技术指标，如转化率、选择率、能耗、设备生产强度、劳动和产率等的高低）率、能耗、设备生产强度、劳动和产率等的高低）2、经济上是否可行、经济上是否可行 指投资、人力、生产费用等支出指投资、人力、生产费用等支出同产品销售的收入作比较，估算可能同产品销售的收入作比较，估算可能获得的经济效益和投资回收情况。获得的经济效益和投

6、资回收情况。73、环境上是否可行、环境上是否可行应评估应评估“三废三废”治理程度及其对环境的影响治理程度及其对环境的影响 *三废三废废水、废气、废渣废水、废气、废渣 结论：通过对技术、经济和环境的评估，结论：通过对技术、经济和环境的评估，做出该产品是否值得继续开发的决定。如果做出该产品是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。行，则转入第二阶段。8第二阶段：方案设计与论证第二阶段：方案设计与论证(一一)小试小试1、制造样品、制造样品 在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法进研究，对原料、产品进行研究，最终编制初步的物进研究，对原料、产品进行研

7、究，最终编制初步的物料衡算和能量衡算，提出料衡算和能量衡算，提出“三废三废”治理初步方案。治理初步方案。2、与实验性研究比较、与实验性研究比较 结论：小试时，要通过不断改变操作结论：小试时，要通过不断改变操作条件提高反应的转化率、选择率等；条件提高反应的转化率、选择率等；并试验出分离提纯的初步方法。并试验出分离提纯的初步方法。9(二二)概念设计概念设计 1、目的、目的2、内容、内容把小试成果和工作经验相结合，进行原则流程设计。把小试成果和工作经验相结合，进行原则流程设计。技术上，确定流程、工艺条件、主要设备型式、技术上，确定流程、工艺条件、主要设备型式、三废治理措施；三废治理措施；经济上，计算

8、基本建设投资和产品成本等主要技经济上，计算基本建设投资和产品成本等主要技术经济指标。术经济指标。10(三三)第二次可行性研究第二次可行性研究称作方案论证。其内容与第一次可行性研究差不多。称作方案论证。其内容与第一次可行性研究差不多。在此之前由于有概念设计、物料衡算和能量衡算，对在此之前由于有概念设计、物料衡算和能量衡算，对技术、经济的分析就比较准确。可进一步估算工厂规技术、经济的分析就比较准确。可进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济效益等。模、投资费用、成本及经济效益等。第二次可行性研究也要作出开发应该中止或继续的决第二次可行性研究也要作出开发应该中止或继续的决定。若继续进行，还应对下阶段

9、的工艺和过程的研究定。若继续进行，还应对下阶段的工艺和过程的研究提出指导性意见。提出指导性意见。第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依据。据。11第三阶段：方案的审定第三阶段：方案的审定(一一)模型试验模型试验1、任务、任务2、内容、内容对数学模型法建立数学模型；对数学模型法建立数学模型；对部分解析法找出放大规律。对部分解析法找出放大规律。化学反应动力学模型（探讨反应机理，主、副反应）；化学反应动力学模型（探讨反应机理，主、副反应）；流动模型（通过冷模试验进行）流动模型（通过冷模试验进行）*冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所

10、冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。12(二二)中试中试1、定义、定义2、主要任务、主要任务3、最终目的、最终目的 中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，如果中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，如果生产规模较大，还需要进行若干逐级放大的中试。生产规模较大，还需要进行若干逐级放大的中试。考察从小试到中试的放大效应。考察从小试到中试的放大效应。带控制点的工艺流程图、工艺参带控制点的

11、工艺流程图、工艺参数、物料衡算和能量衡算的数据等。数、物料衡算和能量衡算的数据等。13(三三)初步设计初步设计 总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，全厂贮远方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保全厂贮远方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保护及综合利用等。护及综合利用等。1、定义、定义2、主要内容、主要内容 根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，是工根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，是工程研究的终结，也是开发研究成果的表现形式。程研究的终结，也

12、是开发研究成果的表现形式。14(四四)第三次可行性研究第三次可行性研究方案审定方案审定 第三次可行性研究除了科研人员和行政领导参加外，第三次可行性研究除了科研人员和行政领导参加外，凡是与工程审批有关的部门凡是与工程审批有关的部门(如投资部门、安全部门等如投资部门、安全部门等)都都应参与审定。审定以后，工程项目被批准，然后转入工程应参与审定。审定以后，工程项目被批准，然后转入工程设计。设计。15第四阶段：方案的实施第四阶段：方案的实施(一一)施工设计施工设计(二二)施工施工(三三)竣工验收竣工验收 根据概念设计和初步设计作进一步具体、完善的设计根据概念设计和初步设计作进一步具体、完善的设计它包括

13、定型设备的规格，非标设备的结构图、零件图以及设备它包括定型设备的规格，非标设备的结构图、零件图以及设备布置图等。上述设计完成后还要进行管道配制、电路、控制线布置图等。上述设计完成后还要进行管道配制、电路、控制线路等施工设计。施工设计图是工程建设的指南。路等施工设计。施工设计图是工程建设的指南。根据施工图，完成工程前期的技术准备、组织准备与物根据施工图，完成工程前期的技术准备、组织准备与物资准备，进行工程中期的设备安装，再进行工程后期的试车。资准备，进行工程中期的设备安装，再进行工程后期的试车。16信息信息研究研究实验性实验性研究研究可行性研可行性研究究(1)(1)小小试试模型模型试验试验中中试

14、试概概念念设设计计可行性可行性研究研究(3)(3)可行性研可行性研究究(2)(2)初初步步设设计计施施工工设设计计施施工工过程研究过程研究工程设计研究工程设计研究图图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案提出方案设计与论证方案设计与论证方案审定方案审定方案实施方案实施172.1.2 工艺路线的选择工艺路线的选择一、工艺路线选择的复杂性一、工艺路线选择的复杂性原因：过程工业具有原料、工艺与产品的多方案性原因：过程工业具有原料、工艺与产品的多方案性18二、工艺路线选择的步骤二、工艺路线选择的步骤(一一)调查调查文献专利调查。文献专文献专利调查。文献专利调查方法

15、有利用文摘、利调查方法有利用文摘、索引等二次文献进行的索引等二次文献进行的人工检索和用存储二次人工检索和用存储二次文献的数据库进行的联文献的数据库进行的联机检索（有及时性和全机检索（有及时性和全面性的特点）。面性的特点）。为了得列有关工艺的最为了得列有关工艺的最新情报，向该项工艺技新情报，向该项工艺技术所有者致函调查是最术所有者致函调查是最实际的方法。一般从工实际的方法。一般从工艺技术所有者那里可以艺技术所有者那里可以获得表获得表2121所示的信息。所示的信息。看书看书P1219(二二)分析分析根据调查所得到的信息，必要时再通过实验补充一些数根据调查所得到的信息，必要时再通过实验补充一些数据，

16、进行工艺试设计，掌握技术难点。据，进行工艺试设计，掌握技术难点。对工艺过程的灵活性，有关的特殊控制因素，工业上的对工艺过程的灵活性，有关的特殊控制因素，工业上的效率，对能量的需求，今后发展的可能性，对废物和副效率，对能量的需求，今后发展的可能性，对废物和副产品的生成量及处置方式以及各种设备或原料是否容易产品的生成量及处置方式以及各种设备或原料是否容易得到等进行技术分析。得到等进行技术分析。经济方面要对原料价格的变动、产品价格变动所造成的经济方面要对原料价格的变动、产品价格变动所造成的影响及盈亏的关键因素进行分析，研究工艺在设想的经影响及盈亏的关键因素进行分析，研究工艺在设想的经济环境中的收益性。济环境中的收益性。将某一工艺工业化，并且获得预想的收益是不容易的，将某一工艺工业化，并且获得预想的收益是不容易的，必须避免采用风险性大的工艺。必须避免采用风险性大的工艺。20(三三)生产成本计算生产成本计算生产成本包括直接材料费、直接燃料及动力费、直接工资和职工福利生产成本包括直接材料费、直接燃料及动力费、直接工资和职工福利费及制造费。详细计算在第费及制造费。详细计算在第3 3章中再讲，如下表。