化工設(shè)計概論0課件

1、 化工設(shè)計概論主講人: 李國庭（教授）電 話: 88632242單 位: 河北科技大學(xué)內(nèi)容緒論第一章化工設(shè)計程序和內(nèi)容第二章工藝流程設(shè)計 第三章物料衡算與能量衡算第四章設(shè)備的工藝設(shè)計與選型第五章車間布置設(shè)計第六章管路設(shè)計與布置第七章向非工藝專業(yè)提供設(shè)計條件學(xué)習(xí)本課程的意義 化工工科專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)之后從事化工、制藥等工作，無論是技術(shù)革新，還是裝置能力的核算、工廠的改造挖潛，降低能耗，綜合利用，三廢處理，提高生產(chǎn)效率，以至于產(chǎn)品的開發(fā)、中間實驗都需要一定的化工開發(fā)和化工設(shè)計的專業(yè)知識。因此，在大學(xué)高年級開設(shè)這門全面系統(tǒng)講解化工設(shè)計的課程，進(jìn)行有關(guān)工程設(shè)計方面知識的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練是十分必要的。 通過該課

2、程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備化學(xué)工程師的基本理論素質(zhì)，今后無論對學(xué)生考研，還是參加工作都將是大有意義的。 化工設(shè)計概念“化工設(shè)計” 是根據(jù)一個化學(xué)反應(yīng)或過程設(shè)計出一個生產(chǎn)流程，并研究流程的合理性、先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟的可行性，再根據(jù)工藝流程及條件選擇合適的生產(chǎn)設(shè)備、管道及儀表等，進(jìn)行合理的工廠布局設(shè)計以滿足生產(chǎn)的要求，工藝專業(yè)與有關(guān)非工藝專業(yè)進(jìn)行密切設(shè)計合作，最終使這個工廠建成投產(chǎn)，這種設(shè)計全過程稱為“化工設(shè)計”。 化工設(shè)計分類化工設(shè)計分類 新建工廠設(shè)計； 原有工廠的改建和擴建設(shè)計； 車間、廠房的局部修建設(shè)計。 化工設(shè)計分類新建工廠設(shè)計分類 1）工程設(shè)計；2）復(fù)用設(shè)計；3）因地制宜設(shè)計。工程設(shè)計是指沒

3、有現(xiàn)成的裝置可以參照或僅僅根據(jù)中試或其它實驗裝置來設(shè)計工業(yè)生產(chǎn)裝置。這種設(shè)計工作難度大，對設(shè)計人員的素質(zhì)要求高。復(fù)用設(shè)計是利用已有裝置的技術(shù)資料進(jìn)行新裝置的設(shè)計，這種設(shè)計基本沒有大的改動。因地制宜設(shè)計是在已有裝置技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)即將建設(shè)裝置的具體情況進(jìn)行改進(jìn)或變更，以適應(yīng)新裝置的要求，這樣完成的設(shè)計稱為因地制宜設(shè)計。 化工設(shè)計分類化工設(shè)計分類 從設(shè)計范圍分化工設(shè)計通常又分為以工廠單位和以車間為單位的兩種設(shè)計。工廠化工設(shè)計包括廠址選擇、總圖設(shè)計、化工工藝設(shè)計、非工藝設(shè)計、技術(shù)經(jīng)濟等各項設(shè)計工作。車間化工設(shè)計分為化工工藝設(shè)計和其他非工藝設(shè)計兩部分?；すに囋O(shè)計內(nèi)容主要有：生產(chǎn)方法的選擇、生產(chǎn)

4、工藝流程設(shè)計、工藝計算，設(shè)備選型、車間布置設(shè)計及管道布置設(shè)計，向非工藝專業(yè)提供設(shè)計條件，設(shè)計文件以及概(予)算的編制等項設(shè)計工作。 化工設(shè)計特點（1）政策性強 化工設(shè)計是一項政策性很強的綜合工作，整個過程都必須遵循國家的各項有關(guān)方針政策和法規(guī)。我們要了解中國的國情，從我國國情出發(fā)，充分利用人力和物力資源；要抱著對國家、對人民負(fù)責(zé)的嚴(yán)肅認(rèn)真的精神，嚴(yán)格遵守國家政策法令、自覺維護(hù)國家和人民的利益，為國家創(chuàng)造財富。確保安全生產(chǎn)；保護(hù)環(huán)境；保障良好的操作條件，減輕工人的勞動強度。化工設(shè)計特點（2）技術(shù)性強 化工設(shè)計又是一項理論密切聯(lián)系實際的工作，從事化工設(shè)計不僅要有專業(yè)理論知識、較廣博的基礎(chǔ)知識、扎實

5、熟練的技能，還要有豐富的實踐經(jīng)驗和運用先進(jìn)設(shè)計手段的操作能力?；ぴO(shè)計是一種創(chuàng)造性勞動，不是照搬照抄，而是消化吸收，“出神入化”?；ぴO(shè)計特點（3）經(jīng)濟性強 化工生產(chǎn)過程大都復(fù)雜，所需原材料種類多，能耗大，基建費用高，要求設(shè)計人員有經(jīng)濟觀點，在確定生產(chǎn)方法、設(shè)備選型、車間布置、管道布置時都要加強經(jīng)濟觀點，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析，處理好技術(shù)與經(jīng)濟的關(guān)系，做到化工設(shè)計技術(shù)上先進(jìn)、成熟，經(jīng)濟上合理?；ぴO(shè)計特點（4）綜合性強 化工設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，是一門多學(xué)科、多人手的集體性勞動，要在工作中團結(jié)協(xié)作，互相支持、互相配合，以大局為重，發(fā)揚民主、尊重科學(xué)、尊重知識，協(xié)作工作，必須依靠全體工藝設(shè)計人員和非

6、工藝設(shè)計人員的通力合作，密切配合才能完成。 化工設(shè)計的原則(1)貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)的方針政策，從符合黨和國家的政治方針和技術(shù)經(jīng)濟政策出發(fā)，處理好技術(shù)、經(jīng)濟及環(huán)境的關(guān)系，并在國家法令、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定的允許范圍內(nèi)精心設(shè)計，確保設(shè)計質(zhì)量。(2)認(rèn)真貫徹“五化”設(shè)計原則（工廠布置一體化、生產(chǎn)裝置露天化、建構(gòu)筑物輕型化、公用工程社會化、引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化）。(3)采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，努力提高商品設(shè)計的質(zhì)量，使設(shè)計做到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，切合實際，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟合理，安全適用，使建設(shè)項目的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)水平。(4)設(shè)計使用的基礎(chǔ)資料要準(zhǔn)確、可靠，各種數(shù)據(jù)和技術(shù)條件要正確、切合實際；文字說明要清楚、確切，圖紙要清晰、

7、正確，避免出現(xiàn)重大設(shè)計錯誤。第一章 化工設(shè)計程序和內(nèi)容化工廠建立過程化工廠建立的全過程 一般需要經(jīng)過可行性研究、化工設(shè)計、施工、試車和考核等幾個階段。 一個工程項目從設(shè)想到建成投產(chǎn)這一階段稱為基本建設(shè)階段?；S建立過程投資設(shè)想機會研究項目建議書可行性研究投資決策設(shè)計任務(wù)書初步設(shè)計施工圖設(shè)計施工安裝人員培訓(xùn)試車驗收投產(chǎn)設(shè)計（建設(shè)）前期設(shè)計后期（建設(shè)期）設(shè)計期化工設(shè)計階段的劃分 1.國外設(shè)計階段的劃分 國際上通常把全部設(shè)計過程劃分為由專利商承擔(dān)的工藝包(基礎(chǔ)設(shè)計)和由工程公司承擔(dān)的工程設(shè)計兩大設(shè)計階段。 工程設(shè)計又劃分為：工藝設(shè)計、基礎(chǔ)工程設(shè)計和詳細(xì)工程設(shè)計三個階段。 化工程序及階段 2.國內(nèi)設(shè)

8、計階段的劃分 一般按工程規(guī)模的大小、工程的重要性、技術(shù)的復(fù)雜性、設(shè)計水平的高低而分為二個階段或三個階段進(jìn)行設(shè)計。 凡屬重要的大型企業(yè)，技術(shù)比較復(fù)雜或比較新型的工廠，為了保證設(shè)計質(zhì)量，一般可分三個階段進(jìn)行設(shè)計，即初步設(shè)計，技術(shù)設(shè)計(又稱擴大的初步設(shè)計、擴初設(shè)計）和施工圖設(shè)計三個階段。 對在技術(shù)比較簡單和比較成熟的，生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠或個別車間，以及技術(shù)改造與技術(shù)措施比較成熟的，為了簡化設(shè)計，縮短設(shè)計時間，可分為二個階段設(shè)計，即技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計二個階段。 第一節(jié) 設(shè)計前期工作步驟與內(nèi)容 目前設(shè)計前期的工作步驟與內(nèi)容，國內(nèi)外作法不完全一致。國外分為： 機會研究、初步可行性研究、可行性研究、評價及

9、決策幾個階段。國內(nèi)分為： 項目建議書、可行性研究、編制設(shè)計任務(wù)書等幾個階段。第一節(jié) 設(shè)計前期工作步驟與內(nèi)容1.國內(nèi)設(shè)計前期的工作步驟（1）編寫項目建議書,向國家推薦項目；（2）進(jìn)行可行性研究(市場銷售,技術(shù)路線,工程條件,人力資源,實施計劃,資金成本,經(jīng)濟效果等研究,成品:可行性研究報告)；（3）編寫計劃任務(wù)書。2.項目建議書的主要內(nèi)容 (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；

10、(7)環(huán)境保護(hù)； (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。3.可行性研究報告主要內(nèi)容 (1)總論；(2)需求預(yù)測；(3)產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模；(4)工藝技術(shù)方案；(5)資源可靠性、原材料、燃料的供應(yīng)及公用設(shè)施情況；(6)建廠條件和廠址方案；(7)公用工程和輔助設(shè)施方案；(8)環(huán)境保護(hù)；(9)工廠組織、勞動定員和人員培訓(xùn)；(10)項目實施規(guī)劃和安排；(11)投資估算和資金籌措；(12)產(chǎn)品成本估算；(13)財務(wù)、經(jīng)濟評價及社會效益評價；(14)評價結(jié)論；（15）必要的附件。 4. 設(shè)計計劃任務(wù)書主要內(nèi)容(1)

11、 建設(shè)的目的和依據(jù)。(2) 建設(shè)規(guī)模、產(chǎn)品方案或綱領(lǐng)，生產(chǎn)方法或工藝原則。 (3) 礦產(chǎn)資源，水文地質(zhì)和原材料、燃料、動力、供水、 運輸?shù)葏f(xié)作條件。(4) 資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)，“三廢”治理的要求。(5) 建設(shè)地區(qū)或地點，以及占用土地的估算。(6) 防空、抗震等的要求。 (7) 建設(shè)工期。(8) 投資控制數(shù)。(9) 勞動定員控制數(shù)。(10)要求達(dá)到的經(jīng)濟效益。第二節(jié) 初步設(shè)計階段工作內(nèi)容與程序 初步設(shè)計的目的是對于在指定地點和規(guī)定期限內(nèi)計劃建設(shè)的工程，闡明其在技術(shù)上的可能性和經(jīng)濟上的合理性；保證正確的選擇建設(shè)場地及確定其主要原料、燃料、水、動力供應(yīng)來源；并對所設(shè)計的工程項目做出基本技術(shù)決定，

12、確定工程總造價和基本技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，為上級部門進(jìn)行審批提供依據(jù)。為進(jìn)行施工準(zhǔn)備及施工圖設(shè)計提供依據(jù)。1.初步設(shè)計目的2.初步設(shè)計任務(wù) 初步設(shè)計階段的成品：設(shè)計說明書 附表：設(shè)備一覽表，主要材料估算表； 附圖：物料流程圖，管道及儀表流程圖， 總平面布置圖，車間設(shè)備布置圖， 關(guān)鍵設(shè)備總圖； 附：概算書和技術(shù)經(jīng)濟分析資料。4.初步設(shè)計的工作程序初步設(shè)計準(zhǔn)備；討論編制初步設(shè)計方案； 提供設(shè)計條件； 完成各專業(yè)的具體設(shè)計；中間審查；完成設(shè)計文件及圖紙,最后審核；進(jìn)行經(jīng)濟分析概算；審定設(shè)計文件(復(fù)制、歸檔、報批)。第三節(jié) 施工圖設(shè)計階段工作內(nèi)容與程序 1. 目的與作用 主要目的是為施工服務(wù)。施工圖是全部施工

13、的依據(jù)，用于進(jìn)行建筑安裝工程、設(shè)備安裝、管道敷設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、裝置和金屬結(jié)構(gòu)的制造。 2.施工圖設(shè)計階段設(shè)計內(nèi)容 施工圖設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)初步設(shè)計審批的意見，解決初步設(shè)計中特定的問題，并由此進(jìn)行施工單位的編制施工組織設(shè)計、編制施工預(yù)算以及如何實施施工等。根據(jù)初步設(shè)計的結(jié)果提供施工安裝用的圖紙、表格和施工文字說明；向非工藝專業(yè)提供設(shè)計條件和提出設(shè)計要求；完成施工圖設(shè)計文件。 3.施工圖設(shè)計階段工作程序修改完善初步設(shè)計文件；各專業(yè)的協(xié)調(diào)，向配套專業(yè)提供正式資料；完成必要的圖紙，表格等；編寫施工安裝說明書。4.施工圖設(shè)計的深度 施工圖設(shè)計的主要工作內(nèi)容是完善初步設(shè)計中提出的工藝流程圖設(shè)計、工

14、藝設(shè)備布置設(shè)計、工藝管道布置設(shè)計和設(shè)備、管路的保溫及防腐設(shè)計等。施工圖設(shè)計的深度除了和初步設(shè)計互相連貫銜接之外，還必須滿足： (1)全部設(shè)備、材料的訂貨和交貨安排； (2)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的訂貨、制造和交貨安排； (3)能作為施工安裝預(yù)算和施工組織設(shè)計的依據(jù)； (4)控制施工安裝質(zhì)量，并根據(jù)施工說明要求進(jìn)行驗收。 第四節(jié) 車間工藝設(shè)計1. 車間工藝設(shè)計內(nèi)容（1）生產(chǎn)方法的選擇 （2）生產(chǎn)工藝流程設(shè)計（3）工藝計算 （4）車間布置設(shè)計（5）管路設(shè)計（6）提供設(shè)計條件 （7）編寫設(shè)計說明書 （8）概（預(yù)）算書的編制 思考題1、“化工設(shè)計”的概念。2、國內(nèi)化工設(shè)計階段是如何劃分的？3、車間工藝設(shè)計內(nèi)容？4

15、、簡述化工廠建立的過程。第二章 工藝流程設(shè)計 本章主要內(nèi)容： 1）工藝路線選擇。 2）工藝流程的設(shè)計。第二節(jié) 工藝路線選擇一、選擇原則（1）先進(jìn)性(技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟上合理）。 （2）可靠性。（3）結(jié)合國情，因地制宜。 第二節(jié) 工藝路線選擇二、工作步驟 1、全面收集擬定產(chǎn)品在國內(nèi)外的各種生 產(chǎn)方法資料。 2、研究關(guān)鍵設(shè)備。 3、對各種生產(chǎn)方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟、安 全等方面的要求。 4、對選定生產(chǎn)方法做適當(dāng)?shù)男薷?。要收集的主要資料內(nèi)容各國生產(chǎn)情況、各種生產(chǎn)方法及其工藝流程。原料來源及成品應(yīng)用情況。實驗研究報告。原料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品的規(guī)格和性質(zhì)。安全技術(shù)和勞動保護(hù)措施。綜合利用及三廢處理生產(chǎn)技

16、術(shù)是否先進(jìn)、生產(chǎn)機械化、自動化程度。裝備大型化與制造、運輸情況?；窘ㄔO(shè)投資、產(chǎn)品成本、占地面積。水、電、汽、水文、氣象等方面的資料。車間環(huán)境與周圍的情況。第二節(jié) 工藝路線選擇在對生產(chǎn)方法進(jìn)行論證時應(yīng)注意的問題（）滿足產(chǎn)品性能規(guī)格的要求。（）盡量采用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。（）選用的工藝路線必須具備工業(yè)化生產(chǎn)的條件。（）對各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行比較。（）操作連續(xù)化問題。（）裝置大型化。（ 7）治理三廢，消除污染。（ 8）提高自動化水平，盡量利用計算機進(jìn)行生 產(chǎn)控制和管理。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計 工藝流程設(shè)計是工藝設(shè)計的核心，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映化工生產(chǎn)由原料輸入到產(chǎn)品輸出的過程，其中包括物

17、料和能量發(fā)生的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設(shè)備儀表等。 第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計工藝流程設(shè)計的主要任務(wù) （1）確定生產(chǎn)流程中各個過程的具體內(nèi)容，順序和組織方式，操作條件，控制方案，確定“三廢”治理方案，確定安全生產(chǎn)措施，達(dá)到加工原料以制得所需產(chǎn)品的目的。 （2）在工藝流程設(shè)計的不同階段，繪制不同的工藝流程圖。第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計工藝流程設(shè)計的原則(1)盡可能采用先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)生產(chǎn)方法及成熟 的科學(xué)技術(shù)成就，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。(2)充分利用原料，努力提高原料利用率，提高生產(chǎn)率，采用高效率的設(shè)備，降低原材料消耗及水電汽消耗，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，降低投資和操作費用，以便獲得最佳的

18、經(jīng)濟效益。 第三節(jié) 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計的原則(3)確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全，充分預(yù)計生產(chǎn)的故障，以便即時處理，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。(4)盡量減少三廢排放量，有完善的三廢治理措施，以減少或消除對環(huán)境的污染，并做好三廢的回收和綜合利用。(5)生產(chǎn)過程盡量采用機械化和自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。第三節(jié) 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計中應(yīng)注意和解決的問題 (1) 確定整個流程的組成。 (2) 確定每個過程或工序的組成。 (3) 確定操作條件。 (4) 控制方案的確定。 (5) 合理利用原料及能量，計算出整個裝置的 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 (6) 確定三廢治理方法。 (7) 制定安全生產(chǎn)措施。第三節(jié) 工藝

19、流程的設(shè)計 實驗技術(shù)和實際生產(chǎn)中之間存在巨大差距，需要設(shè)計人員必須具備工業(yè)化生產(chǎn)的概念。如在實驗室配制硫酸和硝酸的混合酸過程。工業(yè)混合酸流程圖第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計工藝流程設(shè)計方法： （1）參考現(xiàn)有的圖紙或資料,進(jìn)行改進(jìn)完善。 （2）根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置進(jìn)行工藝流程設(shè)計。 （3）根據(jù)實驗室的實驗裝置，進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程設(shè)計。 （4）由概念設(shè)計做起，由一個反應(yīng)式開始進(jìn)行工藝設(shè)計。該設(shè)計主要適合實驗流程的設(shè)計。第三節(jié) 工藝流程的設(shè)計工藝流程設(shè)計步驟 工藝流程設(shè)計一開始，首先進(jìn)行概念設(shè)計或方案設(shè)計，設(shè)計出工藝流程草圖，經(jīng)物料計算后，再設(shè)計出工藝物料流程圖，當(dāng)設(shè)備計算結(jié)束時，開始繪制初步設(shè)計的管道及儀表流

20、程圖，只有當(dāng)車間設(shè)計結(jié)束，進(jìn)一步修改流程圖后才能最后畫出正式的施工圖階段的管道及儀表流程圖。第三節(jié) 工藝流程設(shè)計一、概念設(shè)計 概念設(shè)計的主要內(nèi)容是將工藝路線的流程化，然后完善流程，進(jìn)行方案比較，選擇一最佳方案。第三節(jié) 工藝流程設(shè)計一、概念設(shè)計 一個典型工藝過程分為六個重要部分，即原料貯存,預(yù)處理、反應(yīng)、產(chǎn)品分離、凈化、貯存包裝。還要考慮”三廢”處理及公用工程、配套設(shè)施。原料貯存原料預(yù)處理反應(yīng)產(chǎn)品分離產(chǎn)品精制貯存包裝原料產(chǎn)品一、概念設(shè)計 1.工藝路線的流程化 將這六個過程詳細(xì)地加以研究，具體化到各個過程需要哪些化工單元操作加以組合，各化工單元操作又需要什么樣的裝備、設(shè)備、機械，這些單元操作的運行

21、參數(shù)以及它們的運行次序，物料在化工單元操作中的“流水線”關(guān)系，以保證獲得預(yù)期質(zhì)量和數(shù)量的產(chǎn)品，這個將工藝過程具體化的設(shè)計過程，稱為工藝路線的流程化。一、概念設(shè)計工藝路線流程化工作方法(1)首先確定主反應(yīng)過程；(2)根據(jù)反應(yīng)要求，決定原料貯存方式,量,原料準(zhǔn)備過程 和投料方式流程；(3)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和反應(yīng)過程實際，確定產(chǎn)物的分離、 精制的過程；(4)產(chǎn)品的計量、包裝或后處理工藝過程；(5)副產(chǎn)物處理的工藝過程；(6)“三廢”排出物的綜合治理流程；(7)確定動力使用和公用工程的配套。 舉例說明工藝路線的流程化 例1. 以HCl和CH3OH合成CH3Cl為例，假如我 們已經(jīng)選擇了“氣一液相”合成

22、CH3Cl，主 反應(yīng)是：舉例說明工藝路線的流程化舉例說明工藝路線的流程化舉例說明工藝路線的流程化簡化完善工藝流程 為了控制水洗塔生成廢酸水的量，可以設(shè)計一個帶有再沸器的HCl吸收塔，充分吸收HCl，制成稀鹽酸，再將夾有微量水份和甲醇的CH3Cl經(jīng)冷凍除水、脫醇。原料預(yù)處理流程可以簡化為不必混合，直接進(jìn)入反應(yīng)釜。簡化后的流程框圖。簡化后的工藝流程簡圖甲醇鹽酸壓縮機冷凍塔冷凝器脫酸塔冷凝器反應(yīng)釜汽化釜計量槽鹽酸冷凝器產(chǎn)品鋼瓶汽提塔催化劑舉例說明工藝路線的流程化 簡化后的流程示意圖工藝流程設(shè)計 2.初步設(shè)計階段工藝流程的設(shè)計 在概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，將流程深化，即深入細(xì)致地加以完善，對工藝流程和各操作單

23、元?；ぱb置進(jìn)行深入的量化設(shè)計，通過計算，對化工工藝流程進(jìn)行逐步完善、拾遺補缺，全面系統(tǒng)地研究物料、能量、操作、控制，使各化工單元過程完整地銜接和匹配，能量得到充分利用。 工藝流程設(shè)計 2.初步設(shè)計階段工藝流程的設(shè)計 對工藝流程的方案設(shè)計，要從下列幾個方面加以完善設(shè)計： (a)流程能力、操作彈性和設(shè)備設(shè)計。 (b)工藝操作條件的確定和流程細(xì)節(jié)安排。 (c)操作單元裝置的銜接和輔助裝置的完善 。 (d)確定操作控制過程中各參數(shù)控制點。 工藝流程設(shè)計 3.施工圖設(shè)計階段工藝流程設(shè)計 在初步設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，完善管道和儀表的設(shè)計，各種物料、公用工程、全部設(shè)備、管道、管件、閥門、全部的控制點、檢測點、

24、自動控制系統(tǒng)裝置及其管道、閥門設(shè)計。作為安裝施工指導(dǎo)的工藝流程設(shè)計，最終表現(xiàn)為繪制“管道及儀表流程圖”(簡稱PID圖)。 工藝流程設(shè)計工藝流程簡圖設(shè)計練習(xí) 設(shè)計一氣液吸收流程，要求在兩個吸收塔中，對吸收液來說既能串聯(lián)也能并聯(lián)操作。 作業(yè) 1.設(shè)計98%硫酸稀釋成30%硫酸工藝流程。 2.查閱文獻(xiàn)，列出生產(chǎn)一氯甲烷的不同 工藝路線。 第四節(jié) 工藝流程圖的繪制1、方框流程圖和工藝流程草圖2、工藝物料流程圖3、管道及儀表流程圖一、方框流程圖和工藝流程草圖 1、方框流程圖(Block Flowsheet) 方框流程圖是在工藝路線選擇確定之后，工藝流程進(jìn)行概念設(shè)計時完成的一種流程圖。其主要作用是：定性地

25、表明原料變成產(chǎn)品的路線和順序，以及應(yīng)用的過程及設(shè)備。將主要工藝步驟或單元操作，用一方框表示，注明方框名稱和主要操作條件，同時用主要的物流將各方框連接起來。一、方框流程圖(Block Flowsheet) 繪制要求：矩形框用細(xì)實線，用粗實線加箭頭表示出主要物 流方向，并加上必要的文字注釋。 反應(yīng)過濾結(jié)晶離心硫酸氧化銅母液濾液產(chǎn)品生產(chǎn)硫酸銅的方框流程圖 生產(chǎn)聚甲醛的方框流程圖 一、方框流程圖和工藝流程草圖2、工藝流程草圖 在方框圖流程圖的基礎(chǔ)上，將各個工序過程換成設(shè)備示意圖，進(jìn)一步修改、完善可得到工藝流程草圖。 生產(chǎn)工藝流程草圖一般由物料流程、圖例、必要的文字說明三部分組成。 2、工藝流程草圖1.

26、要畫出主要設(shè)備示意外形 設(shè)備用細(xì)實線畫出外形、形狀不要求準(zhǔn)確，用線條和箭頭表示主要物料管線和流向，物料線用粗實線繪制。至于管件、閥門等一般不標(biāo)出。2.還要求附有圖例，有的單位流程圖上還有設(shè)備一覽表。生產(chǎn)硫酸銅的工藝流程草圖 二、工藝物料流程圖的繪制工藝物料流程圖(process flowsheet diagram PFD)簡稱物流圖主要內(nèi)容：A：設(shè)備簡單的外型圖、名稱及位號。B：主要工藝條件，物料平衡表（對物料發(fā)生變化的設(shè) 備，要從物料管線上引線列表表示：物料組分名稱、 物料量（kg/h)、質(zhì)量%、kmol(kmol/h)、以及 mol% 等，每項均應(yīng)標(biāo)出其總和數(shù)。C ：標(biāo)題欄。二、工藝物料流

27、程圖的繪制（1）設(shè)備圖形和流程線 設(shè)備圖形按設(shè)備外形繪制，此設(shè)備的外形不必精確，常采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備表示方法，簡化繪制。 設(shè)備之間用流程線連接起來，設(shè)備外形用細(xì)實線，設(shè)備之間的流程線用粗實線表示。在圖上要標(biāo)注設(shè)備位號及名稱 。 常用設(shè)備符號工藝設(shè)備圖例 工藝設(shè)備圖例工藝設(shè)備圖例工藝設(shè)備圖例二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法a.流程線用帶箭頭的粗實線表示b.進(jìn)出裝置用接續(xù)標(biāo)志標(biāo)明 二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法c.用細(xì)實線菱形框標(biāo)出各物流點的編號 二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流管線表示方法d.界區(qū)內(nèi)部，圖紙進(jìn)出管線的始終端用32x45長方框并注明介質(zhì)名稱，去向等。

28、 二、工藝物料流程圖的繪制（3）工藝數(shù)據(jù)的表示 表示出主要工藝數(shù)據(jù)：溫度，壓力，流量等。（4）物料平衡表 序 號組分分子式分子量物流點編號物流點編號物料名稱物料名稱kg/hwt%Kgmol/hmol%kg/hwt%kgmol/hmol%12合計1溫度2壓力3密度4黏度二、工藝物料流程圖的繪制（2）物流變化和物流表 對于物料發(fā)生變化的設(shè)備，要從物料管線上畫一個引出線，并于引出線端用列表的形式表示物料的組成、名稱、質(zhì)量流量(kgh)、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、摩爾流量(kmolh)。 物料的某些工藝參數(shù)，例如物料溫度、壓力等可在流程線旁注明。 物流表圖例二、工藝物料流程圖的繪制名稱kg/hwt%kmol/hmo

29、l%1乙苯173.598.31.63097.22甲苯1.01.70.0192.8合計174.51001.649100V0104乙苯貯槽物流表圖例 熱量衡算的結(jié)果的表示二、工藝物料流程圖的繪制 (2)設(shè)備標(biāo)注 標(biāo)注的內(nèi)容 設(shè)備在圖上應(yīng)標(biāo)注位號及名稱。設(shè)備位號在整個車間(裝置)內(nèi)不得重復(fù)，施工圖設(shè)計與初步設(shè)計中的編號應(yīng)該一致，不要混亂。如果施工圖設(shè)計中設(shè)備有增減，則位號應(yīng)按順序補充或取消(即保留空號)。設(shè)備的名稱也應(yīng)前后一致。 二、工藝物料流程圖的繪制 (2)設(shè)備標(biāo)注 標(biāo)注的方式 設(shè)備的位號、名稱一般標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備的圖形上方或下方，各設(shè)備在橫向之間的標(biāo)注方式應(yīng)排成一行；若在同一高度方向出現(xiàn)兩個以上

30、設(shè)備圖形時，則可按設(shè)備的相對位置將某些設(shè)備的標(biāo)注放在另一設(shè)備標(biāo)注的下方。 二、工藝物料流程圖的繪制（3）標(biāo)題欄及其它 標(biāo)題欄按圖紙常規(guī)，注明圖號，設(shè)計階段等。物料流程圖 全廠物料平衡圖作業(yè) 1.繪制一張以98%硫酸為原料，生產(chǎn) 2000kg/a 30%硫酸的物料流程圖。 三、管道及儀表流程圖 作用：為設(shè)備布置、管道布置設(shè)計提供依據(jù)；為設(shè)備布置、管道布置及儀表控制等施工安裝提供依據(jù)；它是施工安裝的指導(dǎo)性文件。要求：表示出全部工藝設(shè)備、物料管路、閥件、設(shè)備的輔助管路以及工藝和自控儀表的圖例、符號等。三、管道及儀表流程圖 主要內(nèi)容： 設(shè)備圖形、管線、控制點和必要數(shù)據(jù)、圖例、標(biāo)題欄等。 (1) 圖形

31、將生產(chǎn)過程中的全部設(shè)備的簡單形狀按工藝流程次序，展示在同一平面上，配以連接的主輔管線及管件、閥門、儀表控制點符號等。（2）標(biāo)注 注寫設(shè)備位號及名稱、管段編號、控制點代號、必要的尺寸、數(shù)據(jù)等。（3）圖例（4）標(biāo)題欄管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求(1)比例與圖幅 管道及儀表流程圖不按比例繪制，因此標(biāo)題欄中“比例”一欄不予注明。一般設(shè)備（機器）圖例只取相對比例，允許實際尺寸過大的設(shè)備（機器）比例適當(dāng)縮小，實際尺寸過小的設(shè)備（機器）比例可適當(dāng)放大。在圖的下方畫一條細(xì)實線作為地平線，可以相對示意出設(shè)備位置的高低。如有必要還可以將各層樓面的高度分別標(biāo)出。整個圖面要協(xié)調(diào)、美觀。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定

32、及要求(1)比例與圖幅 繪制時一般可以一個車間或工段為主進(jìn)行繪制，原則上一個主項繪一張圖樣，不太主張把一個完整的產(chǎn)品流程劃分得太零碎，盡量有一個流程的“全貌”感。在保證圖樣清晰的原則下，流程圖盡量在一張圖紙上完成。圖幅一般采用A1或A2的長邊繪制，流程圖過長時，幅面也常采用標(biāo)準(zhǔn)幅面的加長，長度以方便閱覽為宜，也可分張繪制。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求(2)圖形 圖樣采用展開圖形式，從左到右畫出全部設(shè)備示意圖，排列順序應(yīng)符合實際生產(chǎn)過程。外形和主要輪廓接近實物，顯示設(shè)備的主要特征，有時其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及具有工藝特征的內(nèi)部構(gòu)件也應(yīng)畫出。如列管換熱器，反應(yīng)器的攪拌形式，加熱管，盤管，活塞，分布器，填

33、充料等。這些可以用細(xì)實線表示，也可以用剖面形式將內(nèi)部構(gòu)件表示。電機可用一個矩形或圓形注明“M”表達(dá)，設(shè)備上的管口允許不畫，或用一細(xì)實線表示。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求(2)圖形 對于需隔熱的設(shè)備和機器要在其相應(yīng)部位畫出一段隔熱層圖例。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求(3)相對位置 設(shè)備間的高低和樓面高低的相對位置，一般也按比例繪制（標(biāo)題欄中“比例”一欄不予注明）。低于地面的需相應(yīng)畫在地平線以下，盡回能地符合實際安裝狀況。至于設(shè)備橫向間距，通常亦無定規(guī)，則視管線繪制及圖面清晰的要求而定，以不疏不密為宜，既美觀又便于標(biāo)注。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (4)設(shè)備標(biāo)注 標(biāo)注的內(nèi)容 設(shè)備在圖

34、上應(yīng)標(biāo)注位號及名稱。管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求 (4)設(shè)備標(biāo)注 標(biāo)注的方式 設(shè)備的位號、名稱一般標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備的圖形上方或下方，各設(shè)備在橫向之間的標(biāo)注方式應(yīng)排成一行；若在同一高度方向出現(xiàn)兩個以上設(shè)備圖形時，則可按設(shè)備的相對位置將某些設(shè)備的標(biāo)注放在另一設(shè)備標(biāo)注的下方。 在設(shè)備內(nèi)部或旁邊也要標(biāo)注設(shè)備位號。 管道及儀表流程圖繪制的規(guī)定及要求(4)設(shè)備標(biāo)注 標(biāo)注的方式 標(biāo)注方式如圖。水平線一般以粗實線，線寬0.6mm。標(biāo)注式樣如下： P0301A 中間泵 編號由4個單元組成。（a）設(shè)備分類代號；（b）主項代號（設(shè)備所在工段或裝置編號）；（c）同工序內(nèi)同類設(shè)備順序號；（d）相同設(shè)備的數(shù)量尾號。設(shè)備

35、的標(biāo)注設(shè)備的表示方法A.設(shè)備的畫法B.設(shè)備的標(biāo)注V0101氨貯罐細(xì)實線粗實線設(shè)備名稱設(shè)備代號設(shè)備位號管道及儀表流程圖的繪制的規(guī)定及要求（5）管道的表示方法 A、管道的畫法 畫管道時，主要工藝物料管道用粗實線表示，輔助物料管道用中粗實線表示，儀表管道用細(xì)實線表示。 B、管道的標(biāo)注管道的表示方法工藝物料管道：工藝物料埋地管道：輔助物料及公用系統(tǒng)管道：輔助物料及公用系統(tǒng)埋地管道：管道的表示方法氣動信號儀表管線：熱保溫管道：冷保溫管道：蒸汽伴熱管道：管道的表示方法電伴熱管道：套管管道：管道的表示方法管道的表示方法 工藝流程管道，應(yīng)盡量減少交叉、拐彎，以免圖樣零亂。實在避免不了，交叉管道應(yīng)將其中一條管道

36、斷開一截，斷開處約為線寬度5倍，一般采取 “主管不斷次管斷” ，“豎斷橫不斷”的原則。圖2.16 管道交叉與轉(zhuǎn)彎 圖2.17 管道排氣、排液及液封 2）管道交叉，轉(zhuǎn)彎，排氣、排液及液封 管道的表示方法 A表示人工取樣點，1301為取樣點編號（13為主項編號，01為取樣點序號）。園為直徑10mm的細(xì)線園。 3）分析取樣點表示管道的表示方法 接續(xù)標(biāo)志用中線條表示。圖紙接續(xù)標(biāo)志內(nèi)注明與該管道接續(xù)的圖號，接續(xù)標(biāo)志旁的連接管線上方，注明所來自（或去）的設(shè)備位號或管道號（管道號只標(biāo)注基本管道號）。 4）圖紙接續(xù)管道的表示 管道的表示方法管道標(biāo)注：PL0102-100 A1B-H物料代號主項代號順序號管道尺

37、寸管道等級隔熱代號管道標(biāo)注的物料代號管道等級的標(biāo)注管道的材質(zhì)代號隔熱及隔聲代號代號功能類型備 注代號功能類型備 注H保溫采用保溫材料S蒸汽伴熱采用蒸汽伴熱管和保溫材料C保冷采用保冷材料W熱水伴熱采用熱水伴熱管和保溫材料P人身防護(hù)采用保溫材料O熱油伴熱采用熱油伴熱管和保溫材料D防結(jié)霜采用保冷材料J夾套伴熱采用夾套管和保溫材料E電伴熱采用電熱帶和保溫材料N隔聲采用隔聲材料閥門與管件的表示方法 管道上的閥門，管件和管道附件按化工部HG20519.3292規(guī)定的圖形符號，全部用細(xì)實線繪制。閥門與管件的表示方法 管道上的閥門、管件、管道附件的公稱直徑與管道相同時，可不標(biāo)注。若公稱直徑與管道不同時，應(yīng)當(dāng)標(biāo)

38、注它們的尺寸，必要時還應(yīng)標(biāo)注型號、分類編號或文字。 管線的伴熱管要全部繪出，夾套管可在兩端只畫出一小段，隔熱管則應(yīng)在適當(dāng)位置畫出過熱圖例。儀表、控制點的表示方法集中儀表就地儀表LILI01040104參量代號功能代號順序編號儀表、控制點的表示方法 儀表、控制點應(yīng)在有關(guān)管道上按大致安裝位置用代、符號表示之。檢測、控制等儀表在圖上用細(xì)實線圓(直徑約10mm)表示，儀表的信號線均以細(xì)實線繪制。 儀表及控制點、控制元件的代號及圖形符號可參見化工部HG 250592標(biāo)準(zhǔn)。表115摘錄了部分內(nèi)容。儀表、控制點的表示方法 儀表、控制點的圖示與標(biāo)注調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)圖示信號線的圖示閥門與管件的表示方法 在工藝流程

39、圖上，所有控制閥組一般可不予畫出，但在施工圖上的左下角應(yīng)給出控制閥表，分項詳細(xì)列出相關(guān)數(shù)據(jù)。若控制閥組較少，也可在流程圖上直接畫出。 圖例和索引 1、圖形標(biāo)志和物料代號 將本圖上出現(xiàn)的閥門，管道附件等一一加以說明，將本圖上出現(xiàn)的所有物料代號，一一加以說明。 2、管道標(biāo)注說明 取任一管段為例，畫出圖例并對管段上標(biāo)注的文字、數(shù)字一一加以說明。 3、控制點符號標(biāo)注 將本圖上出現(xiàn)的控制點標(biāo)注方式舉例說明。 4、控制參數(shù)和功能代號 將圖中出現(xiàn)的所有代號表達(dá)的參數(shù)涵義或功能涵義，一一加以說明。 標(biāo)題欄 標(biāo)題欄也稱圖簽，標(biāo)題欄位于圖紙的右下角，在標(biāo)題欄中要填寫設(shè)計項目、設(shè)計階段、圖號等，便于圖紙統(tǒng)一管理。

40、管道及儀表流程圖繪制步驟 (1) 根據(jù)流程復(fù)雜程度，選定圖紙大小，繪制圖框及標(biāo)題欄。 (2) 用細(xì)實線畫出廠房的地平線。(3) 根據(jù)流程，從左至右用細(xì)實線按大致的位置和近似的外形尺 寸，繪出流程中各個設(shè)備的簡化圖形(示意圖)。各簡化圖形 之間應(yīng)保留適當(dāng)距離，以便布置各種管線。(4) 用粗實線畫出主要物料的流程線，在流程上畫流向箭頭，并 在流程線的起始和終了處注明來源和去向等；(5) 用稍粗于細(xì)實線的實線畫出其它物料的流程線及流向箭頭；(6) 繪制閥門及管件。(7) 在流程圖的下方或圖紙其它顯著位置，列出設(shè)備編號和名稱(8) 在每條管道上，進(jìn)行管道標(biāo)注。(9) 標(biāo)注儀表控制點。(10)繪制圖例，

41、填寫標(biāo)題欄。作業(yè) 1. 設(shè)計繪制以98%硫酸為原料，稀釋生產(chǎn)2000kg/a，30%硫酸的管道及儀表流程圖。第三章 物料衡算與能量衡算 物料衡算與能量衡算是進(jìn)行化工工藝過程設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟評價的基本依據(jù)。通過對全生產(chǎn)過程或單元過程的物料和能量的衡算，計算得到： 1）主、副產(chǎn)品產(chǎn)量； 2）原材料的消耗定額，過程的物料損耗； 3）“三廢”的生成量及組成； 4）水、電、汽或其他燃料等消耗定額； 5）設(shè)計物料流程圖。 第三章 物料衡算與能量衡算 根據(jù)物料衡算和能量的衡算結(jié)果，可以： 1）對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計和選型； 2）確定產(chǎn)品成本等各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，從而可以定量地評述所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程

42、在經(jīng)濟上是否合理，技術(shù)上是否先進(jìn)。第一節(jié) 物料衡算物料衡算的概念： 在化工過程中，物料平衡是指“在單位時間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的與積累起來的物料質(zhì)量?！睂ξ锪掀胶膺M(jìn)行計算稱為物料衡算。 物料平衡的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個孤立體系中不論物質(zhì)發(fā)生任何變化(不包括核反應(yīng))它的質(zhì)量始終保持不變。 物料衡算的分類1、按操作方式 分為間歇操作、連續(xù)操作及半連續(xù)操作等三 類物料衡算； 2、按狀態(tài) 將其分為穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作兩類 衡算。 3、按衡算范圍 分為單元操作過程(或單個設(shè)備)和全流程的兩 類物料衡算；物料平衡方程式 根據(jù)

43、質(zhì)量守恒定律，對某一個體系內(nèi)質(zhì)量流動及變化的情況用數(shù)學(xué)式描述物料平衡關(guān)系則為物料平衡方程式。其基本表達(dá)式為： F0=D+A+B 式中，F(xiàn)0輸人體系的物料質(zhì)量； D 離開體系的物料質(zhì)量； A 體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量； B 損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏) 物料衡算的步驟 1、畫出流程示意圖 稀溶液二次蒸汽F,wfW加熱蒸汽凝水提濃液B，wB物料衡算步驟2、列出主、副化學(xué)反應(yīng)式3、確定計算任務(wù)4、收集數(shù)據(jù)資料（生產(chǎn)規(guī)模、時間，收率、轉(zhuǎn)化率，原材 料及產(chǎn)品規(guī)格，有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)）5、選定計算基準(zhǔn)（時間，質(zhì)量，體積）6、建立物料平衡方程，展開計算7、整理并校核計算結(jié)果8、繪制物料流程圖、填寫物流表列物

44、料平衡式時應(yīng)注意的事項(1)物料平衡是指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量(摩爾數(shù))平衡。若體系內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，則衡算式中各項用摩爾時為單位時，必須考慮反應(yīng)式中的化學(xué)計量系數(shù) 。 列物料平衡式時應(yīng)注意的事項(2)對于無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出獨立物料平衡式的最多數(shù)目等于輸入和輸出的物流里的組分?jǐn)?shù)。(3)在寫平衡方程式時，要盡量使方程式中所包含的未知數(shù)最少。物料衡算計算舉例1無反應(yīng)例1 采用蒸發(fā)方法將濃度為10NaOH及10NaCl的水溶液進(jìn)行濃縮。蒸發(fā)時只有部分水分汽化成為水蒸氣而逸出，部分NaCl結(jié)晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分為：50NaOH，2NaCl及48H2O。若每批處理100

45、0 kg原料液，試求每批操作中：1)獲得的母液量，2)蒸發(fā)出的水分量，3)結(jié)晶出的NaCl量。計算過程解：本題為間歇過程，因此以每批處理量為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。流程示意圖2-2組分物料衡算：NaOH平衡 1000 x 0.1 = 0.5F4NaCl平衡 1000 x 0.1 = 0.02F4 + F3H2O平衡 1000(1-0.1-0.1)= F2 + 0.48F4解方程得： F2 = 704kg，F(xiàn)3 = 96kg， F4 = 200kg物料衡算計算舉例2.有反應(yīng) 甲醇制造甲醛的反應(yīng)過程為： CH30H + 1/2 O2 HCHO + H20 反應(yīng)物及生成物均為氣態(tài)，若使用50的過量空氣，且甲醇的轉(zhuǎn)化率為75，試計算反應(yīng)后氣體混合物的摩爾組成。物料衡算計算舉例解： 畫出流程圖 空氣(過量50%)CH3OHHCHOH