第一章 化工設(shè)計

第一章

化工廠設(shè)計的內(nèi)容與程序

第一節(jié)

化工設(shè)計的種類一、根據(jù)項目性質(zhì)分類（一）新建項目設(shè)計（二）重復(fù)建設(shè)項目設(shè)計（三）已有裝置的改造設(shè)計（改建、擴建）二、根據(jù)設(shè)計性質(zhì)分類（一）新技術(shù)開發(fā)過程中的設(shè)計1.概念設(shè)計2.中試設(shè)計3.基礎(chǔ)設(shè)計（二）工程設(shè)計1．初步設(shè)計2．?dāng)U大初步設(shè)計3.施工圖設(shè)計第二節(jié)

化工廠設(shè)計的工作程序

一、項目建議書二、可行性研究報告三、編制設(shè)計任務(wù)書四、初步設(shè)計五、施工圖設(shè)計六、現(xiàn)場施工的設(shè)計代表

七、試車投產(chǎn)及工程的竣工驗收一般的化工設(shè)計的工作程序是以基礎(chǔ)設(shè)計為依據(jù)提出項目建議書，經(jīng)上級主管部門認(rèn)可后寫出可行性研究報告，上級批準(zhǔn)后，編寫設(shè)計任務(wù)書，進行（擴大）初步設(shè)計，后者經(jīng)上級主管部門認(rèn)可后進行施工圖設(shè)計。

設(shè)計前期工作設(shè)計后期工作工程設(shè)計階段接受任務(wù)可行性研究報告初步設(shè)計施工圖設(shè)計施工配合試車、考核工程總結(jié)、設(shè)計回訪項目后評價預(yù)可行性研究廠址選擇技術(shù)考察復(fù)查廠址設(shè)備采購提出初勘要求提出詳堪要求項目建議書項目建議書1.項目建設(shè)目的和意義，即項目提出的背景和依據(jù)，投資的必要性及經(jīng)濟意義；2.產(chǎn)品需求初步預(yù)測；3.產(chǎn)品方案和擬建規(guī)模；4.工藝技術(shù)方案（原料路線、生產(chǎn)方法和技術(shù)來源）；5.資源、主要原材料、燃料和動力的供應(yīng)；6.建廠條件和廠址初步方案；7.環(huán)境保護；8.工廠組織和勞動定員估算；9.項目實施規(guī)劃設(shè)想；10.投資估算和資金籌措設(shè)想；11.經(jīng)濟效益和社會效益的初步估算。

可行性研究1.總論。包括項目名稱、進行可行性研究的單位、技術(shù)負(fù)責(zé)人、可行性研究的依據(jù)、可行性研究的主要內(nèi)容和論據(jù)、評價的結(jié)論性意見、存在問題和建議等，并附上主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表。2.需求預(yù)測。包括國內(nèi)外需求情況預(yù)測和產(chǎn)品的價格分析。3.產(chǎn)品的生產(chǎn)方案及生產(chǎn)規(guī)模。4.工藝技術(shù)方案包括工藝技術(shù)方案的選擇、物料平衡和消耗定額、主要設(shè)備的選擇、工藝和設(shè)備擬采用標(biāo)準(zhǔn)化的情況等內(nèi)容。可行性研究5.原材料、燃料及水電汽的來源與供應(yīng)。6.建廠條件和廠址選擇布局方案。7.公用工程和輔助設(shè)施方案8.環(huán)境保護及安全衛(wèi)生。9.工廠組織、勞動定員和人員培訓(xùn)。10.項目實施規(guī)劃。11.投資估算和資金籌措。12.經(jīng)濟效益評價及社會效益評價。13.結(jié)論包括綜合評價和研究報告的結(jié)論等內(nèi)容。第三節(jié)

化工車間工藝設(shè)計的程序及內(nèi)容

一、設(shè)計準(zhǔn)備工作（l）一熟悉設(shè)計任務(wù)書。（2）了解化工設(shè)計以及工藝設(shè)計包括哪些內(nèi)容，其方法步驟如何。參照設(shè)計進度訂出個人工作計劃。（3）查閱文獻(xiàn)資料。（4）收集第一手資料。

二、方案設(shè)計（生產(chǎn)方法的選擇）

這個階段的任務(wù)是確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，它們是整個工藝設(shè)計的基礎(chǔ)。要求運用所掌握的各種資料，根據(jù)有關(guān)的基本理論進行不同生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程的對比分析。這個階段的工作可以培養(yǎng)分析、歸納和理論聯(lián)系實際的能力。第三節(jié)

化工車間工藝設(shè)計的程序及內(nèi)容三、工藝流程設(shè)計

根據(jù)已確定的生產(chǎn)工藝方案進一步確定生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式，并以流程圖的方式表示出整個生產(chǎn)過程全貌，并對流程作詳細(xì)的敘述。四、化工計算

化工計算包括工藝設(shè)計中的物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計算三個內(nèi)容。要完成的任務(wù)是在這三項計算的基礎(chǔ)上繪制物料流程圖、主要設(shè)備圖和帶控制點工藝流程圖。經(jīng)驗表明，在化工計算階段會用到大量的基本理論、基本概念和基本技能（數(shù)據(jù)處理、計算技能、繪圖能力等）。五、車間布置設(shè)計

這是工藝人員的主要設(shè)計任務(wù)之一，它也是決定車間面貌的又一個重要設(shè)計項目。布置設(shè)計的主要任務(wù)是確定整個工藝流程中的全部設(shè)備在平面上和空間中的正確的具體位置，相應(yīng)地確定廠房或框架的結(jié)構(gòu)型式。

六、化工管路設(shè)計

管路配置設(shè)計的任務(wù)是確定裝置的全部管線、閥件、管件及各種管架的位置，以滿足工藝生產(chǎn)的要求。應(yīng)注意節(jié)約管材，便于操作、檢查和安裝檢修，而且做到整齊美觀。

第三節(jié)

化工車間工藝設(shè)計的程序及內(nèi)容

第三節(jié)

化工車間工藝設(shè)計的程序及內(nèi)容七、提供設(shè)計條件

設(shè)計條件內(nèi)容包括總圖、土建、外管、非定型設(shè)備、自控、電氣、電訊、電加熱、采暖通風(fēng)、空調(diào)、給排水、工業(yè)爐等非工藝專業(yè)的設(shè)計條件。是各專業(yè)據(jù)以進行具體設(shè)計工作的依據(jù)。八、編制概算書及編制設(shè)計文件

概算書是在初步設(shè)計階段編制的車間投資的大概計算，作為銀行對基本建設(shè)單位貸款的依據(jù)。第四節(jié)

設(shè)計文件一、擴大初步設(shè)計文件

（一）設(shè)計依據(jù)（1）文件，如計劃任務(wù)書以及其他批文等。（2）技術(shù)資料，如中試試驗報告、調(diào)查報告等。（二）設(shè)計指導(dǎo)思想和設(shè)計原則（1）設(shè)計所遵循的具體方針政策和指導(dǎo)思想。（2）總括各專業(yè)的設(shè)計原則，如工藝路線的選擇、設(shè)備的選型和材質(zhì)選用、自控水平等原則。（三）產(chǎn)品方案①產(chǎn)品名稱和性質(zhì)；②產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格；③產(chǎn)品規(guī)模（噸／年）；④副產(chǎn)品數(shù)量（噸／年）；⑤產(chǎn)品包裝方式。

（四）生產(chǎn)方法和工藝流程(1)生產(chǎn)方法。扼要說明設(shè)計所采用的原料路線和工藝路線。(2)化學(xué)反應(yīng)方程式。寫出方程式，注明化學(xué)反應(yīng)名稱、主要操作條件。(3)工藝流程①工藝劃分簡圖，用方塊圖表示。②帶控制點工藝流程圖和流程簡述。帶控制點工藝流程圖應(yīng)表示出全部工藝設(shè)備、物料管線、閥件、設(shè)備的輔助管路以及工藝和自控儀表圖例、符號。第四節(jié)

設(shè)計文件第四節(jié)

設(shè)計文件（五）車間（裝置）組成和生產(chǎn)制度(1)車間（裝置）組成。(2)生產(chǎn)制度，年工作日、操作班制，間歇或連續(xù)生產(chǎn)。（六）原料、中間產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格(1)原料、輔助原料的主要技術(shù)規(guī)格。(2)中間產(chǎn)品及成品的主要技術(shù)規(guī)格。（七）工藝計算1.物料衡算物料衡算結(jié)果以物料平衡圖表示，計量單位用小時(h)（連續(xù)操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用計量單位在一個項目內(nèi)要統(tǒng)一。2.能量衡算在化工生產(chǎn)中，能量的消耗是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它是衡量工藝過程、設(shè)備設(shè)計、操作制度是否先進合理的主要指標(biāo)之一。

能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進行完備的物料衡算后才能作出能量衡算。

第四節(jié)

設(shè)計文件

第四節(jié)

設(shè)計文件3.主要工藝設(shè)備的選型、化工計算和材料選擇(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源包括物料及熱量計算數(shù)據(jù)、主要化工數(shù)據(jù)等。(2)主要工藝設(shè)備的工藝計算按流程編號為序進行編寫。4.一般工藝設(shè)備以表格形式分類表示計算和選擇結(jié)果。工藝設(shè)備一覽表按非定型工藝設(shè)備和定型工藝設(shè)備兩類編制。5.工藝用的水、蒸汽、冷凍用量。6.分批操作的設(shè)備要排列工藝操作時間表和動力負(fù)荷曲線。第四節(jié)

設(shè)計文件（八）主要原料、動力消耗定額及消耗量（九）生產(chǎn)控制分析（十）儀表和自動控制（十一）技術(shù)保安、防火及工業(yè)衛(wèi)生（十二）車間布置（十三）公用工程（十四）“三廢”治理及綜合利用（十五）車間維修（十六）土建（十七）車間裝置定員（十八）概算（十九）技術(shù)經(jīng)濟

包括投資和產(chǎn)品成本兩部分（二十）存在問題及建議（二十一）擴大初步設(shè)計中必要的附表及附圖附表：工藝設(shè)備一覽表、自控儀表一覽表、公用工程設(shè)備材料表

附圖：帶控制點工藝流程圖、車間布置圖（平面圖及剖面圖）、關(guān)鍵設(shè)備總圖、建筑平面、立面、剖面圖

第四節(jié)

設(shè)計文件第四節(jié)

設(shè)計文件二、施工圖文件的編制

(一)施工圖設(shè)計文件目錄編制各主項施工圖設(shè)計時，應(yīng)編寫主項圖紙總目錄、非定型設(shè)備圖紙目錄和工藝圖紙目錄。(二)工藝施工圖設(shè)計文件(1)工藝設(shè)計說明。(2)帶控制點工藝流程圖（施工流程圖）。(3)輔助管路系統(tǒng)圖。(4)首頁圖。(5)設(shè)備布置圖。(6)設(shè)備一覽表。(7)管路布置圖。(8)配管設(shè)計模型。(9)管段圖。(10)管架和非標(biāo)準(zhǔn)管件圖。(11)管段表。(12)管架表。(13)綜合材料表。(14)管口方位圖。(15)換熱器條件圖。

工藝設(shè)計方案的優(yōu)化

優(yōu)化的工藝設(shè)計方案應(yīng)是：（1）有較好的經(jīng)濟效益和社會效益；（2）工藝技術(shù)先進適用；（3）生產(chǎn)安全、可靠、并有良好的環(huán)保措施。

工藝流程方案優(yōu)化

“洋蔥頭”模型（由史密斯、林霍夫提供的模型）反應(yīng)器分離與再循環(huán)系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程●“洋蔥頭”模型是工藝流程開發(fā)和設(shè)計的方法?！駨膱D中可以十分直觀的表示了反應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計是核心，它為分離系統(tǒng)規(guī)定了處理物料的條件，而反應(yīng)和分離系統(tǒng)一起又規(guī)定了過程的冷、熱物流的流量和換熱的熱負(fù)荷，最后才是公用工程系統(tǒng)的選擇和設(shè)計。

●“洋蔥頭”模型強調(diào)了過程開發(fā)和設(shè)計的有序和分層性質(zhì)，也表明了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的開發(fā)是關(guān)鍵，因此工藝流程方案的優(yōu)化應(yīng)主要集中在反應(yīng)和分離系統(tǒng)的優(yōu)化，一旦確定了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的設(shè)計，即能對換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程系統(tǒng)進行設(shè)計，有效地開發(fā)和設(shè)計出全過程最優(yōu)或接近最優(yōu)的流程。工藝流程方案優(yōu)化

根據(jù)“洋蔥頭”設(shè)計開發(fā)概念，其步驟為：(1)根據(jù)經(jīng)驗規(guī)則初步建立反應(yīng)和分離系統(tǒng)的流程。(2)變化主要的設(shè)計優(yōu)化變量，如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、惰性物質(zhì)循環(huán)的濃度等，確定每組變量：1)反應(yīng)和分離系統(tǒng)中主要設(shè)備的投資及原材料的消耗耗；2)利用夾點分析法確定換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的最佳總費用。(3)建立全過程總費用與主要優(yōu)化變量之間的關(guān)系，其總費用包括：1)反應(yīng)和分離系統(tǒng)中的主要設(shè)備的投資費；2)原材料消耗和除換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程之外的反應(yīng)與分離系統(tǒng)的操作費用；3)換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的各類操作費用。(4)確定最佳條件，并對全流程調(diào)優(yōu)。(5)對其他備選流程重復(fù)上述步驟，最后比較各流程的總費用，獲得最佳流程。1.反應(yīng)流程優(yōu)化

反應(yīng)流程優(yōu)化需要考慮的問題較多，問題復(fù)雜。如反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)收率、催化劑特性、反應(yīng)歷程、反應(yīng)途徑。反應(yīng)器的最優(yōu)操作條件有如何保證反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、混合要求、換熱要求、各物料配比、給定條件下的生產(chǎn)成本等等。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，為了實現(xiàn)高效率、高選擇和達(dá)到要求的產(chǎn)量，常常將相同或不同類型反應(yīng)器進行組合。

工藝流程方案優(yōu)化工藝流程方案優(yōu)化2.反應(yīng)產(chǎn)物的分離方法

大多數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物都是混合物，需要有物料分離過程。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的物性差異可采用不同的分離方法，簡述如下：（1）對于氣固相混合物可采用干法收集、濕法洗滌、纖維過濾、靜電沉積蕁分離方法；（2）對于固相混合物可采用篩分、分級分離方法；（3）對于固液相混合可采用沉降、離心、壓榨、過濾、干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶等分離方法；（4）對于液相混合物可采用吸收、萃取、滲透、蒸餾、精餾等分離分法；（5）對于氣液相混合物可采用蒸發(fā)、閃蒸、部分冷凝、精餾等分離方法；（6）對于氣相混合物可采用吸收、吸附、膜分離等分離方法某些分離方法的優(yōu)化

（1）精餾流程的優(yōu)化精餾流程如需要分離R個組份，就需要有R-1個精餾塔。精餾優(yōu)化需要考慮：哪種組份為主產(chǎn)品；哪種組份為付產(chǎn)品；產(chǎn)品的規(guī)格要求.1）試探法，主要規(guī)則如下：

●優(yōu)先使用普通精餾?！癖M量避免減壓操作和使用冷量。●產(chǎn)品數(shù)應(yīng)最少。●腐蝕性、危險性的組份應(yīng)優(yōu)先分出?！耠y分離的組分最后分出。

●最大量組份應(yīng)優(yōu)先分出?！袼?、塔釜產(chǎn)物最好等摩爾分離。2）調(diào)優(yōu)法3）數(shù)學(xué)規(guī)劃法

某些分離方法的優(yōu)化

（2）蒸發(fā)流程的優(yōu)化蒸發(fā)系統(tǒng)常以單位蒸汽消耗量來評價能量的有效利用率。蒸發(fā)類型有：單效、雙效、三效蒸發(fā)，效數(shù)越多，蒸汽單耗越低，但投資越高。在同樣的工藝要求下，是采用多效蒸發(fā)、熱泵蒸發(fā)，還是多級閃蒸，除考慮技術(shù)因素外，單位蒸發(fā)量的總成本起著主導(dǎo)作用。對于強制循環(huán)蒸發(fā)，其循環(huán)速度和耗電能之間也有一個優(yōu)化問題。而熱泵蒸發(fā)在提高壓縮比和消耗外功之間也有一個系統(tǒng)優(yōu)化問題?？偟膩碚f蒸發(fā)流程的優(yōu)化，就是要找到在投資和經(jīng)常運行費用之間的最佳點。

整套設(shè)計中的全局性問題一、廠址的選擇廠址選擇設(shè)工業(yè)基建中的一個重要環(huán)節(jié)，對于企業(yè)的成敗具有重大影響，是一項政策性、技術(shù)性很強、牽涉面很廣、影響面很深的工作。對工廠的建設(shè)進度、投資數(shù)量、經(jīng)濟效益以及環(huán)境保護等方面關(guān)系密切。1.地形、地質(zhì)水文條件2.原料和市場3.氣候4.運輸條件5.能源、供水(動力、蒸汽、水源)6.對環(huán)境的影響7.勞動力來源8.協(xié)作條件9.預(yù)防災(zāi)害及其他整套設(shè)計中的全局性問題二、總圖布置即工廠的總體布局1.滿足生產(chǎn)和運輸?shù)囊?.滿足安全、衛(wèi)生的要求3.發(fā)展要求－－考慮發(fā)展的可能性，妥善處理分期建設(shè)的問題（