1化工过程设计XXXX

1化工过程设计DesignofChemicalEngineering2课程目的培养学生综合运用知识的能力（化工原理、热力学、反应及分离工程化工工艺学、过程机械、化工过程自动化等）帮助学生建立工程的观点，迅速实现大学生向工程师的转化通过课程的学习，让学生了解一些设计的规范3教材《化工过程设计》王静康主编北京化学工业出版社2006年张晓琳[e-mail]：87402448(o)15542585981办公室：化工楼4224参考书：1、《化工过程设计》，王静康主编，化学工业出版社，2006年。主教材）2、《化工技术经济》，苏健民主编，化学工业出版社，2002年。3、《化工系统分析与模拟》，彭秉璞主编，化学工业出版社，2001年。4、《化学工程手册》，时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，化学工业出版社，2002年。国内还有10余个版本的“化工设计”教材作为参考。51.1.1化工在国民经济中的地位1.1.2化学工业的资源路线1.1.3原料、工艺与产品的多方案性1.1.4现代过程工程1.1.5化工设计的重要性1.1现代过程工程1化工过程设计6过程设计的种类1.2.1按项目性质分类a新建项目的设计b再建项目的设计c重复项目的设计1.2.2按设计性质分类a新技术开发过程中的设计b工程设计1.2过程设计75.设计基础确定设计变量、迭代变量，选择单元操作、物性模型公共工程6．设计方法4.流程选择3.过程合成概念变化2.总体设计思想原料产品路线产量7.过程设计物料和能量衡算表格过程说明、流程图8.初步经济分析投资、操作费生产及吸引力准则、9.考虑因素（如经济、热力学效率、安全性等）11.过程设计报告设计计算、设计详情设计变量最优化结构最优化开始结束1.市场需求经济考虑和社会需求10.最优化方法目标函数、方法1.2过程设计81.2过程设计设计步骤1过程的选择2生产能力的选择3过程结构的选择4过程条件的选择5其他条件的选择过程设计的核心目标：确定出一个综合优化的设计方案，使各个方面都处于优化状态温度、压力、浓度、停留时间等，这些对过程的经济合理性与环境友好以及安全性均有较大的影响设备的初估尺寸、备用件选定、可操作性、安全性、过程控制、外围设施配置等也都应尽可能地按最优化的方案予以确定91过程的选择过程开发阶段化学家们大多关心化学路线和反应器形式选择，对化工产品的分离步骤及反应试剂的再循环考虑不多。用标准的单元操作实现过程合成是关键的一步考虑易燃性、毒性、成本10过程所需的单元操作确定，如何把这些单元操作联系在一起，组成最佳的过程网络呢？3过程结构的选择A+BABT1A+BA3T2B7A+BA+BBA+BA11塔顶、塔底产品分离纯度要求均较高；关键组分相对挥发度小；废热利用；能量集成的需要。T1A+BA3T2B7A+BA+BBA+BA1212368910111213T-101T-103T-106T-108T-1071415T-10419轻沸物MHM3M1M2高沸物高沸物M2M1轻沸物+MH+M3M1+M2轻沸物+MHM3+杂质M3MH轻沸物M3+杂质某有机硅分离体系1312345678910111213T-101T-102T-103T-106T-108T-10718-214151716MIXERB3T-105T-104M2+高沸物M2高沸物M2M1M1+M2轻沸物+MH+M3M1+M2M1+M2轻沸物+MHM3+杂质M3MH轻沸物M3+杂质轻沸物MHM3M1M2高沸物141.3计算机辅助化工过程设计在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。在20世纪20年代～60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域开开始出现计算机辅助化工过程设计呢？计算机软、硬件技术的发展化工单元操作等理论的不断成熟数学计算技术的发展15效率对比：一个年产30万吨的乙烯的工程，如果全凭手工计算与绘图，400个设计工程师要花费近1年的时间，才能完成一个流程方案的设计。而借助计算机辅助化工过程设计系统，200个设计工程师花费8个星期，就能完成一个流程方案。后者的设计工作效率比前者高出10多倍。16计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：第一代商品化软件系统20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。Chem.Eng.SimulationSystem20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的FLOWTRAN软件系统代表。第二代商品化软件系统FlowsheetTranslator第三代商品化软件系统20世纪80年代，以ASPEN和PROCESSII两大软件系统代表。AdvancedSystemforProcessEng.我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进ASPEN软件系统。现在，国内各设计院基本都已经使用ASPEN或ProcessII软件系统进行计算机辅助化工过程设计。171.4化学工程伦理学及责任关怀制度工程伦理学—是关于工程中道德问题的研究和对于那些应用于指导工程师工作的伦理原则和理想的探讨。工程伦理学研究最集中的问题就是责任问题。伦理学理念体现在：（1）、自觉维护化工过程的安全；（2）、自觉保护环境的意识；（3）、自觉节约资源的意识；（4）、对业主、化工厂操作人员、同事负责的精神。责任关怀制度的含义：（1）、提高对安全、健康、环保、资源的认知和行动；（2）、充分报道成绩、行动计划，但不回避缺陷；（3）、与公众沟通，并倾听意见的日常化。等等。181.4化学工程伦理学及责任关怀制度一、国内设计工作存在的问题：1、设计项目同一装置、同样条件，投资相差成千上亿元，如催化裂化、加氢裂化等装置，为什么？客观原因：竟标体制不完善建设单位盲目预留处理能力工程伦理方面的诸多问题2改造扩建项目企业为了向主管部门申请资金盲目立项设计单位为了设计收费和局部利益，扩大发行范围，造成不必要的浪费不正当收费191.4化学工程伦理学及责任关怀制度二、工程伦理学一个大中型化工项目，投资动辄上亿元，设计水平高低直接关系着投资高低、产品质量、运行费用及安全、环保等设计工作者肩负着大量资金高效利用的重任。设计工作者要具有良好的工作素质（专业基础理论、工程经验）还必须具备良好协调能力、敬业精神及职业道德。20•化工厂设计概述•物料衡算与热量衡算•热交换网络的合成•化工过程分析（过程综合）•经济分析与评价•流程与控制•化工应用软件应用结束1.5课程内容21化学工业在国民经济中的地位化工是国民经济的支柱产业之一，是发展迅速、经济效益显著、推动社会进步极富活力的领域。第一次：公元前3世纪，秦汉时代的农业；第二次：17世纪~1830年的机械革命；第三次：1851年~1900年德国化工技术革命；第四次：美国电力1879~1930；第五次：日本技术综合创新人均产值1988年超过美国。世界第三次生产力高潮——化工技术革命，1851年~1900年发生在德国，李希比（1803~1873）首创了肥料工业和煤化学工业，霍夫曼（1818~1892）进行了染料、香料、医药合成开发，成果显著。合成染料、油漆工业、制药工业、合成橡胶工业据世界首位，人类进入了“化学合成的时代”，结果，德国用了40年的时间（1860~1900），完成了英国需要100多年进行的事业，实现了工业化。22化学工业是所有高新技术产业的支撑工业，如能源、电子、信息、生物、材料等领域，都离不开化学工业提供的物质支撑。化学工业绝不是所谓的“夕阳工业”、“夕阳产业”，它现在仍然正在平稳高速的发展，将来必将持续快速发展。1990年～1999年，美国、欧盟化学工业的发展速度是其全部工业平均增长速度的2.69倍。美国化学工业的规模一直雄居世界化学工业总量的30％左右，是美国为数不多在国际贸易体系内具有贸易顺差的制造业之一。23242012排名2011排名公司营业收入利润国家资产收益率（%）6271巴斯夫公司102194.18604.1德国10.8156152陶氏化学59985.02724.0美国4.0185207利安德巴塞尔工业公司51035.02047.0荷兰9.4187178拜耳集团50790.43434.4德国5.0188210沙特基础工业公司50638.87797.7沙特8.8252234三菱化学控股40631.8449.4日本1.2270285杜邦公司38719.03474.0美国7.2336318英力士集团控股有限公司33159.8523.4卢森堡4.3402475中国化工集团公司27706.7531.3中国0.3446419住友化学24670.270.8日本0.22012年财富世界500强化工行业上榜企业一览表单位：百万美元25德国巴斯夫总部生产基地巴斯夫股份公司（BASFSE），是一家德国的化学公司，也是世界最大的化工集团。巴斯夫集团在欧洲、亚洲、南北美洲的41个国家拥有超过160家全资子公司或者合资公司。公司总部位于莱茵河畔的路德维希港，它是世界上工厂面积最大的化学产品基地。1.化学品：溶剂，合成胺，人造树脂，黏合剂，电子化学品，工业气体、石油化学原料、无机化学试剂等2.塑料：苯乙烯聚合物、工程塑料3.功能性化学品：功能性化学品、涂料、功能性聚合物，包括了洗涤剂、纺织加工、皮革化学品、颜料和胶粘剂的原材料4.植物保护剂和营养品：植物保护化工、农业、动物食品、制药、日用品、化妆品工业原料26主要产品线三个主要原料分别为：化学工业的资源路线石油、煤、天然气乙烯,丙烯,丁二烯,苯,甲苯,二甲苯,乙炔,萘有机化工基本原料：2728煤化工：以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。途径一：煤炼油就是将煤加压气化后，分解出一氧化碳和氢气，然后再用有效气，合成汽油和柴油。途径二：以煤为原料制甲醇，在用甲醇生产二甲醚，二甲醚可作为液体燃料。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。29山西煤炼油工厂30对比项目神华宁煤神华包头大唐多伦1投资主体神华集团神华集团大唐国际2装置规模2.1甲醇（万吨/年）1671801682.2烯烃（万吨/年）5230+30463生产工艺气体工艺西门子GSP气化GE水煤浆气化SHELL粉煤气化净化工艺鲁奇低温甲醇洗林德低温甲醇洗鲁奇低温甲醇洗甲醇合成鲁奇工艺英国DAVY工艺鲁奇工艺烯烃工艺鲁奇MTP中科院大连所DMTO鲁奇MTP聚烯烃工艺ABB聚丙烯美国陶氏聚丙烯美国UNIVATION聚乙烯美国陶氏聚丙烯中国已经投运的三个煤制烯烃（CTO）示范项目共3个，总设计产能156万吨/年。312008年，神华集团启动中国乃至世界第一个工业化煤制油项目，可年产320万吨油品。神华包头煤化工有限公司32化学工艺(chemicaltechno-logy)化工工业化学工业(chemicalindustry)化学工程(chemicalengineering)运用化学方法改变物质组成或结构、或合成新物质的化学生产技术。早期生产化学品的是手工作坊，后演变为工厂，并逐渐形成一个特定的生产部门以化学、物理学、数学为基础并结合其他工程技术，研究化工生产过程的共同规律，解决生产规模放大和大型化工中出现的诸多工程技术问题的学科化工33化工工业发展阶段①、古代化学工业：从数千年前人类阳光晒盐、地下卤水煮盐开始，萌发了古老的化学工业。②、近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。③、现代化学工业：上世纪40年代开始，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维工业的迅速发展，随着化工单元操作理论的日益成熟，在科学技术和生产规模二个层面上，揭示现代化学工业开始形成