化工設(shè)計(jì)方案(化工過(guò)程設(shè)計(jì)方案)

1、* 化工設(shè)計(jì)（化工過(guò)程設(shè)計(jì)）教案（PPT版）天津大學(xué)化工學(xué)院結(jié)晶中心：張美景Tel ：022 27405754 27406483二零零九年六月（第三版）課程基本情況：一、天津大學(xué)化工學(xué)院關(guān)于“化工設(shè)計(jì)”課程的開(kāi)設(shè)情況1、天津大學(xué)原化工系從 1989 年開(kāi)始，在全國(guó)范圍內(nèi)率先開(kāi)設(shè)“化工設(shè)計(jì)”本科課程。教材從自編教材化工設(shè)計(jì) ，王靜康主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 1995 年化工過(guò)程設(shè)計(jì)，王靜康主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 2006 年。 2、本課程的主要內(nèi)容主要內(nèi)容、 化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)及化工工藝設(shè)計(jì)； 、化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)；、計(jì)算機(jī)輔助化工設(shè)計(jì)。 3、“化工設(shè)計(jì)”課程在化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)大學(xué)本科教

2、學(xué)中的地位 “大三”下半年或“大四”才能開(kāi)設(shè)， 已經(jīng)偏向于 “專(zhuān)業(yè)課”，要求大家學(xué)完“化工原理” 、“反應(yīng)工程”、“化工熱力學(xué)”、“物理化學(xué)”、“化工設(shè)備基礎(chǔ)” 等一系列專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課后， 才能開(kāi)始學(xué)習(xí)本課程。 綜合利用同學(xué)們以前學(xué)完的大量專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)， 在化工工藝設(shè)計(jì)乃至化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中綜合運(yùn)用?！盎ぴO(shè)計(jì)”課程學(xué)得好不好，比其它課程更能體現(xiàn)一個(gè)化學(xué)工程與工藝本科學(xué)生綜合素質(zhì)的高低。 4、本課程的特點(diǎn)、綜合性（多專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)的綜合與集成）；、實(shí)踐性（面向?qū)嶋H化工工藝設(shè)計(jì)、 化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的工程運(yùn)用） ；5、“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的目的、了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)化工工藝設(shè)計(jì)、化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念；、掌握化工

3、工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容、步驟及方法。二、本課程學(xué)習(xí)的教材及參考書(shū) 1、化工過(guò)程設(shè)計(jì)，王靜康主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 2006 年。（主教材） 2、化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，蘇健民主編， 北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 年。3、化工系統(tǒng)分析與模擬 ，彭秉璞主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 2001 年。4、化學(xué)工程手冊(cè)，時(shí)鈞、汪家鼎、余國(guó)琮、陳敏恒主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年。 5、化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，上海醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院主編，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 2003 年。 6、Process Design Principles (Synthesis, Analysisand Evaluation) 8、Intr

4、oduction7、Analysis, Synthesis and Design of Chemical Engineering to the Material and Heat Balance in Chemical Engineering除此之外，國(guó)內(nèi)還有 10 余個(gè)版本的 “化工設(shè)計(jì)” 教材，它們的側(cè)重面不盡相同，有興趣的同學(xué)， 可以看看這些教材作為參考。第一章化工過(guò)程設(shè)計(jì)一、 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史、化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍及其在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地位1、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史化學(xué)工業(yè)歷經(jīng)了古代、 近代、現(xiàn)代三個(gè)主要發(fā)展階段。 化學(xué)工業(yè)發(fā)展階段、古代化學(xué)工業(yè)：從數(shù)千年前人類(lèi)陽(yáng)光曬鹽、地下鹵水煮鹽開(kāi)始，

5、萌發(fā)了古老的化學(xué)工業(yè)。、近代化學(xué)工業(yè)：從 18 世紀(jì)中葉，歐洲造紙、玻璃、肥皂的大規(guī)模生產(chǎn)開(kāi)始，表明近代化學(xué)工業(yè)的形成。、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)：上世紀(jì)40 年代開(kāi)始，隨著合成橡膠、石油煉制、合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，隨著化工單元操作理論的日益成熟， 在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模二個(gè)層面上， 揭示現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)開(kāi)始形成。 2、化學(xué)工業(yè)屬于過(guò)程工業(yè)型制造業(yè)（流程型制造業(yè)）現(xiàn)代制造業(yè)離散型制造業(yè)（例如汽車(chē)工業(yè)等）過(guò)程工業(yè)型制造業(yè)（又稱(chēng)“流程型制造業(yè)” ）（例如化學(xué)工業(yè)、冶金行業(yè)等）流程型制造業(yè)一般是能耗大戶(hù)， 也是排放的大戶(hù)。 其節(jié)能、降耗、減排的任務(wù)十分艱巨。例如：一個(gè)年產(chǎn)值不過(guò)僅 10 億元人民幣的合成原料藥制造企

6、業(yè)，它每天的耗水量可高達(dá) 5000 立方米。 3、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍我國(guó)化學(xué)工業(yè)的分類(lèi)與美國(guó)、歐盟關(guān)于化學(xué)工業(yè)的范疇有一些區(qū)別，但逐步在接軌，按美國(guó)、歐盟的化學(xué)工業(yè)年鑒，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋以下范圍：現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)石油化工（包括其衍生的有機(jī)化工）煤化工（包括其衍生的有機(jī)化工）無(wú)機(jī)化工精細(xì)化工及中間體化肥工業(yè)農(nóng)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)輕工（造紙、玻璃、塑料、合成橡膠等）染料、油墨、化妝品、清潔劑生物化工 4、化學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地位化學(xué)工業(yè)是所有高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支撐工業(yè)， 如能源、電子、信息、生物、材料等領(lǐng)域，都離不開(kāi)化學(xué)工業(yè)提供的物質(zhì)支撐?；瘜W(xué)工業(yè)絕不是所謂的“夕陽(yáng) 工業(yè)”、“夕陽(yáng) 產(chǎn)業(yè)”，它現(xiàn)在仍然

7、正在平穩(wěn)高速的發(fā)展，將來(lái)必將持續(xù)快速發(fā)展。 1990 年 1999 年，美國(guó)、歐盟化學(xué)工業(yè)的發(fā)展速度是其全部工業(yè)平均增長(zhǎng)速度的 2.69 倍。美國(guó)化學(xué)工業(yè)的規(guī)模一直雄居世界化學(xué)工業(yè)總量的 30 左右，是美國(guó)為數(shù)不多在國(guó)際貿(mào)易體系內(nèi)具有貿(mào)易順差的制造業(yè)之一。在世界 500 強(qiáng)企業(yè)中，以化工為主或涉足化工領(lǐng)域的企業(yè)為數(shù)不少。二、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 1、化工設(shè)計(jì)、化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)、化工過(guò)程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)四個(gè)名詞之間的聯(lián)系與區(qū)別化工設(shè)計(jì)是泛稱(chēng)， 在不同場(chǎng)合可分別指稱(chēng)化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)、化工過(guò)程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)，其內(nèi)涵最廣，但意義不明確。 Chemical Design 英文中沒(méi)有如此名詞！化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)化工過(guò)

8、程設(shè)計(jì)（核心）化工廠(chǎng)房建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總圖設(shè)計(jì)， . 等非工藝部分設(shè)計(jì)化工工藝設(shè)計(jì) （核心）公用工程設(shè)計(jì)、 外管設(shè)計(jì)， 等化工過(guò)程設(shè)計(jì)是針對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)的深入、 配套與完善。 2、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容美國(guó)國(guó)家顧問(wèn)團(tuán)在其“化學(xué)工程的新領(lǐng)域”著作中，簡(jiǎn)明闡述了化工過(guò)程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)： 確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，考慮安全、健康、環(huán)保的因素，確定出一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案。化工過(guò)程設(shè)計(jì)的內(nèi)容：其基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計(jì)， 其附帶內(nèi)容是針對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)， 對(duì)它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入設(shè)計(jì)和完善。 3、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的深化改革化工過(guò)程設(shè)

9、計(jì)發(fā)展方向復(fù)雜大型化工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)柔性化工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)與國(guó)際工程設(shè)計(jì)的接軌我國(guó)化工設(shè)計(jì)院， 原來(lái)的專(zhuān)業(yè)部門(mén)進(jìn)行了相應(yīng)的改革調(diào)整。 原來(lái)的工藝專(zhuān)業(yè)部工藝專(zhuān)業(yè)部 （大部分為化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)人員） 工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)部（少量化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)人員，大量其它輔助專(zhuān)業(yè)）工藝專(zhuān)業(yè)部：側(cè)重化工工藝設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)部： 側(cè)重化工過(guò)程設(shè)計(jì)中除了化工工藝設(shè)計(jì)以外與工藝有關(guān)的內(nèi)容工藝專(zhuān)業(yè)部： 側(cè)重出 PID 圖、PFD 圖工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)部： 側(cè)重出 UID 圖、UFD 圖 PID（ Process Instrument Diagram）帶控制點(diǎn)的工藝儀表管道流程圖 PFD （ Process Flowsheet Di

10、agram）過(guò)程物料流程圖UID（ UtilityInstrument Diagram）公用工程儀表管道流程圖UFD （ Utility FlowsheetDiagram ）公用工程物料流程圖其中，各種圖紙隨設(shè)計(jì)的深入，分成多個(gè)版本。工藝專(zhuān)業(yè)部與工藝系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)部之間，在設(shè)計(jì)工作過(guò)程中有許多需要交流的條件、文件（“條件表”），有發(fā)出條件的主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)，有接收“條件表”的接收專(zhuān)業(yè)。我國(guó)化工設(shè)計(jì)院的專(zhuān)業(yè)種類(lèi)化學(xué)工程與工藝化工機(jī)械自動(dòng)化及儀表總圖概預(yù)算 （工程經(jīng)濟(jì)）建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、強(qiáng)弱電熱工、環(huán)境工程（環(huán)保） 、工業(yè)爐三、計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)在 20 世紀(jì) 20 年代以前，化工過(guò)程設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)有理

11、論作指導(dǎo)， 幾乎是完全憑經(jīng)驗(yàn)。 在 20 世紀(jì) 20 年代 60 年代，化工過(guò)程設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始有化工單元操作理論作指導(dǎo)， 可以定量計(jì)算設(shè)計(jì)， 但幾乎完全憑手工計(jì)算與繪圖完成設(shè)計(jì)工作。在 20 世紀(jì) 60 年代以后，計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)得到了發(fā)展。為什么直到 20 世紀(jì) 60 年代后，在化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域開(kāi)開(kāi)始出現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)呢？計(jì)算機(jī)軟、 硬件技術(shù)的發(fā)展化工單元操作等理論的不斷成熟數(shù)學(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)（優(yōu)點(diǎn)） ：、設(shè)計(jì)工作效率高、規(guī)范性好、設(shè)計(jì)水平高（可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)）效率對(duì)比：一個(gè)年產(chǎn)30 萬(wàn)噸的乙烯的工程，如果全憑手工計(jì)算與繪圖，400 個(gè)設(shè)計(jì)工程師要花費(fèi)近1

12、年的時(shí)間，才能完成一個(gè)流程方案的設(shè)計(jì)。而借助計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，200 個(gè)設(shè)計(jì)工程師花費(fèi) 8 個(gè)星期，就能完成一個(gè)流程方案。 后者的設(shè)計(jì)工作效率比前者高出 10 多倍。計(jì)算輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展情況：第一代商品化軟件系統(tǒng) 20 世紀(jì) 60 年代，以美國(guó)各高校聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 CHESS軟件系統(tǒng)為代表。 Chem. Eng. SimulationSystem 20 世紀(jì) 70 年代初，以美國(guó) Monsanto 公司牽頭開(kāi)發(fā)的FLOWTRAN軟件系統(tǒng)代表。第二代商品化軟件系統(tǒng)FlowsheetTranslator第三代商品化軟件系統(tǒng)20 世紀(jì) 80 年代，以 ASPEN和 PROCESS II兩大軟件系統(tǒng)代表。 Advanced System for Process Eng.我國(guó)最早由寰球、化工部八院等單位于上世紀(jì) 90 年代率先引進(jìn) ASPEN軟件系統(tǒng)。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)各設(shè)計(jì)院基本都已經(jīng)使用 ASPEN或 Process II 軟件系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)。天津大學(xué)擁有正版的 ASPEN和 Process II 軟件系統(tǒng)（教學(xué)版） 。計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展方向 （趨勢(shì)）：（1）、單元操作模塊的種類(lèi)數(shù)；（ 2）、物性數(shù)據(jù)庫(kù)的大小及數(shù)據(jù)的估算方法； （3）、能處理的流股數(shù)量和組份數(shù)量；（ 4）、計(jì)算技術(shù)方法（求解方法） ；（5）、能處理的流股相態(tài)