2015化工設(shè)計(jì)第1章緒論

《化工設(shè)計(jì)》ChemicalProcessDesign化工學(xué)院大型工業(yè)反應(yīng)器工程教育部工程研究中心李瑞江

64252386徐匯校區(qū)實(shí)驗(yàn)16樓309室第1章緒論1.1化工設(shè)計(jì)的含義1.2化工設(shè)計(jì)課程性質(zhì)和內(nèi)容1.3化工廠概論1.4化工過程設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)展1.5工程倫理學(xué)1.1化工設(shè)計(jì)的含義設(shè)計(jì)制造安裝試車投產(chǎn)化工工程項(xiàng)目的完成歷程設(shè)計(jì)是工程技術(shù)的起點(diǎn)化工過程設(shè)計(jì)是從選擇一系列加工步驟并將它們連接起來組成一個(gè)能將原料轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)品的流程的過程。－RobinSimth化工過程原料物流產(chǎn)品物流化工設(shè)計(jì)是運(yùn)用化學(xué)工程與工藝的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，將實(shí)驗(yàn)室的研究成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)的創(chuàng)造性勞動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)小試成果化工設(shè)計(jì)

化工設(shè)計(jì)的目的、意義

客觀需要

主觀實(shí)現(xiàn)科技成果生產(chǎn)力樣品產(chǎn)品化工設(shè)計(jì)是知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的綜合應(yīng)用。橋梁工具必經(jīng)之路化工過程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容美國(guó)國(guó)家顧問團(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)合專家的經(jīng)驗(yàn)，考慮健康、安全、環(huán)保的因素，確定出一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案?；み^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。1.2化工設(shè)計(jì)課程目的、內(nèi)容、要求1、目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力（化工原理、熱力學(xué)、力學(xué)、反應(yīng)及分離工程）幫助學(xué)生建立工程的觀點(diǎn)，迅速實(shí)現(xiàn)從大學(xué)生向工程師的轉(zhuǎn)化通過課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解一些設(shè)計(jì)的規(guī)范2、內(nèi)容第1章緒論第2章化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容與程序第3章化工設(shè)計(jì)前期工作第4章物料衡算和能量衡算第5章工藝流程設(shè)計(jì)第6-7章化工設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)第8章化工廠布置第9章化工管道布置設(shè)計(jì)第10章非工藝專業(yè)設(shè)計(jì)第11章工程概算3、要求具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)具有扎實(shí)的化工基礎(chǔ)理論知識(shí)充分了解本工藝特點(diǎn)，熟悉化工設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件掌握化工單元操作最新發(fā)展動(dòng)態(tài)熟知本專業(yè)與其他相關(guān)專業(yè)的關(guān)系了解國(guó)家的相關(guān)的政策實(shí)驗(yàn)室混酸配制示意圖即設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有的基本素養(yǎng)1具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)冰浴，把濃硫酸慢慢的加入濃硝酸里，同時(shí)不斷攪拌；要在通風(fēng)地方里進(jìn)行,不要面朝風(fēng)向，硝酸會(huì)少量分解產(chǎn)生氮氧化物。

設(shè)計(jì)工作是最富有創(chuàng)意、最具挑戰(zhàn)性的工作！ABCABCBCABCABC2具有扎實(shí)的化工基礎(chǔ)理論知識(shí)C2H4+C6H6→C6H5C2H5此反應(yīng)特點(diǎn)：乙烯易使催化劑結(jié)焦失活C2H4C6H6C2H4C6H6例如環(huán)氧乙烷水合制乙二醇，反應(yīng)式如下C2H4O+H2O→HO-C2H4-OHEO+MEG→DEG采用反應(yīng)精餾可提高反應(yīng)的選擇性，此反應(yīng)速率較慢，需一定的持液量，不希望太大壓降。液汽垂直篩板示意圖充分了解本工藝特點(diǎn)，熟悉化工設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件，掌握化工單元操作最新發(fā)展動(dòng)態(tài)4熟知本專業(yè)與其他相關(guān)專業(yè)的關(guān)系

設(shè)備、機(jī)械自控、儀表建筑、結(jié)構(gòu)電氣給排水采暖、通風(fēng)輔助條件化工設(shè)計(jì)的主體是化工工藝人員，但它必須有其它專業(yè)人員的配合，才能很好地完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程，因而對(duì)一個(gè)化工工藝設(shè)計(jì)人員，不但要求其敬業(yè)并精通化工工藝，而且要求具備廣泛的其它工程知識(shí)，并善于組織各專業(yè)共同完成整個(gè)化工設(shè)計(jì)工作。5了解國(guó)家的相關(guān)的政策環(huán)保能源文物保護(hù)規(guī)劃約束條件4、“化工設(shè)計(jì)”課程在化學(xué)工程與工藝專業(yè)大學(xué)本科教學(xué)中的地位

“大三”下半年或“大四”才能開設(shè)，已經(jīng)偏向于“專業(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)”等一系列專業(yè)基礎(chǔ)課后，才能開始學(xué)習(xí)本課程。綜合利用同學(xué)們以前學(xué)完的大量專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)，在化工工藝設(shè)計(jì)乃至化工廠設(shè)計(jì)的過程中綜合運(yùn)用。

“化工設(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。5、本課程的特點(diǎn)①、綜合性（多專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)的綜合與集成）；②、實(shí)踐性（面向?qū)嶋H化工工藝設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)的工程運(yùn)用）；1.3化工廠概況一、化工廠分類化工涉及的行業(yè)范圍包括：化肥、無機(jī)化工、有機(jī)化工、石油化工、合成橡膠、合成纖維、合成樹脂和塑料、農(nóng)藥、染料涂料、醫(yī)藥、精細(xì)化工等。按產(chǎn)品：日化廠、石化廠、農(nóng)藥廠、橡膠廠、塑料廠等。按規(guī)模：大型化工廠(≥100kt/a)

中型化工廠(10~100kt/a)

小型化工廠(<10kt/a)按生產(chǎn)方式：連續(xù)操作、間歇操作二、化工生產(chǎn)的特點(diǎn)工藝流程復(fù)雜——流程很長(zhǎng)，如乙烯工業(yè)操作狀態(tài)變化大——如原油的二次加工過程流體輸送多——管道、輸送設(shè)備多具有腐蝕性——管道、設(shè)備材質(zhì)有毒——安全衛(wèi)生易燃、易爆——防爆、電氣、自動(dòng)化非標(biāo)設(shè)備多——反應(yīng)器、塔等三、化工生產(chǎn)的組成(1)化工廠結(jié)構(gòu)人：人員配置，機(jī)關(guān)、工程技術(shù)、操作、后勤行政人員財(cái)：固定資金、流動(dòng)資金物：機(jī)器設(shè)備、材料、儀器儀表等產(chǎn)：生產(chǎn)——人、財(cái)、物都是為生產(chǎn)服務(wù)的

供：原材料、設(shè)備、物資等供應(yīng)銷：產(chǎn)品銷售——銷售渠道必須暢通(2)專業(yè)技術(shù)人員專業(yè)：工藝、設(shè)備、自動(dòng)控制、給排水、電氣、土建、熱工等(3)化工廠組成生產(chǎn)部門、輔助部門、行政、生活等。1.4化工過程設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)展化工過程設(shè)計(jì)發(fā)展方向復(fù)雜大型化工廠的設(shè)計(jì)柔性化工廠的設(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，原來的專業(yè)部門進(jìn)行了相應(yīng)的改革調(diào)整。原來的工藝專業(yè)部工藝專業(yè)部（大部分為化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員）工藝系統(tǒng)專業(yè)部（少量化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員，大量其它輔助專業(yè)）工藝專業(yè)部：側(cè)重化工工藝設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)專業(yè)部：側(cè)重化工過程設(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)容工藝專業(yè)部：側(cè)重出PID圖、PFD圖工藝系統(tǒng)專業(yè)部：側(cè)重出UID圖、UFD圖PID

（ProcessInstrumentDiagram）帶控制點(diǎn)的工藝儀表管道流程圖PFD

（ProcessFlowsheetDiagram）過程物料流程圖UID

（UtilityInstrumentDiagram）公用工程儀表管道流程圖UFD

（UtilityFlowsheetDiagram）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。

工藝專業(yè)部與工藝系統(tǒng)專業(yè)部之間，在設(shè)計(jì)工作過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)專業(yè)，有接收“條件表”的接收專業(yè)。我國(guó)化工設(shè)計(jì)院的專業(yè)種類化學(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)爐計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)

在20世紀(jì)20年代以前，化工過程設(shè)計(jì)幾乎沒有理論作指導(dǎo)，幾乎是完全憑經(jīng)驗(yàn)。

在20世紀(jì)20年代～60年代，化工過程設(shè)計(jì)已經(jīng)開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)域開開始出現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(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)輔助化工過程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)（優(yōu)點(diǎn)）：①設(shè)計(jì)工作效率高②規(guī)范性好③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。工程倫理學(xué)——是關(guān)于工程中道德問題的研究和對(duì)于那些應(yīng)用于指導(dǎo)工程師工作的倫理原則和理想的探討。工程倫理學(xué)研究最集中的問題是責(zé)任問題。

一、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)工作存在的問題

1.設(shè)計(jì)項(xiàng)目

同一裝置，同樣條件，投資相差千萬甚至上億元，如催化裂化、加氫裂化等裝置，這是什么原因呢？客觀原因；競(jìng)標(biāo)體制不完善；建設(shè)單位盲目預(yù)留處理能力；工程倫理方面的諸多問題。1.5工程倫理學(xué)2.改造擴(kuò)建項(xiàng)目企業(yè)為了向主管部門申請(qǐng)資金盲目立項(xiàng)；設(shè)計(jì)單位為了設(shè)計(jì)收費(fèi)和局部利益，擴(kuò)大改造范圍，造成不必要的浪費(fèi)。3.不正當(dāng)收費(fèi)

二、工程倫理學(xué)

一個(gè)大中型化工項(xiàng)目，投資動(dòng)輒達(dá)上億元，設(shè)計(jì)水平高低直接關(guān)系著投資高低、產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行費(fèi)用及安全、環(huán)保等。設(shè)計(jì)工作者肩負(fù)著大量資金高效利用的重任。設(shè)計(jì)工作者要具有良好的工作素質(zhì)(專業(yè)基礎(chǔ)理論、工程經(jīng)驗(yàn))，還必須具備良好協(xié)調(diào)能力和敬業(yè)精神及職業(yè)道德。作為工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該具備什么樣的工程倫理觀念呢？中國(guó)加入WTO后，職業(yè)道德日受重視。美國(guó)化學(xué)工程師協(xié)會(huì)對(duì)其會(huì)員在職業(yè)道德方面要求如下：

會(huì)員要以誠實(shí)和無私、忠誠于主顧、顧客和大眾；努力提高工程專業(yè)的勝任能力和聲望，運(yùn)用其知識(shí)和技能增加人類福祉來支持和推進(jìn)工程專業(yè)的廉政、榮譽(yù)和尊嚴(yán)。

化學(xué)工程師當(dāng)做到：1.在完成工程任務(wù)時(shí)，首先應(yīng)考慮到公眾的安全、健康和福祉。2.如發(fā)現(xiàn)其工作后果將對(duì)其同事或公眾現(xiàn)有的或?qū)淼慕】?、安全?gòu)成不利影響時(shí)，正式地忠告其雇主或客戶(如認(rèn)為正確可考慮進(jìn)一步通告)。3.對(duì)其行動(dòng)承擔(dān)責(zé)任并承認(rèn)他人的貢獻(xiàn)，要求對(duì)其工作的批評(píng)性評(píng)論及提出對(duì)他人工作的客觀評(píng)論。4.客觀并真實(shí)的發(fā)表報(bào)告和提供資料。5.作為忠實(shí)的委托人或代理人，對(duì)每一顧客和客戶進(jìn)行專業(yè)服務(wù)，并避免利益沖突。6.與所有同事及合作人公平共事，承認(rèn)其特有的貢獻(xiàn)和能力。7.僅在其能力勝任領(lǐng)域完成專業(yè)服務(wù)。8.通過其服務(wù)的功績(jī)建立其專業(yè)信譽(yù)。9.通過其經(jīng)歷繼續(xù)開發(fā)其專業(yè)，并為在其監(jiān)管下人員發(fā)展專業(yè)提供機(jī)會(huì)。本章思考題：

1）化工項(xiàng)目的開發(fā)需要經(jīng)過哪些過程？2）什么是化工設(shè)計(jì)？它包括哪些內(nèi)容？3）化工工藝設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？4）化工設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備哪些基本素質(zhì)，才能完成設(shè)計(jì)任務(wù)？5)什么是工程倫理學(xué)？作為一個(gè)化學(xué)工程師，應(yīng)具備什