化工设计概论0

化工设计概论主讲人:李国庭（教授）电话:88632242单位:河北科技大学内容绪论第一章化工设计程序和内容第二章工艺流程设计第三章物料衡算与能量衡算第四章设备的工艺设计与选型第五章车间布置设计第六章管路设计与布置第七章向非工艺专业提供设计条件学习本课程的意义化工工科专业的学生毕业之后从事化工、制药等工作，无论是技术革新，还是装置能力的核算、工厂的改造挖潜，降低能耗，综合利用，三废处理，提高生产效率，以至于产品的开发、中间实验都需要一定的化工开发和化工设计的专业知识。因此，在大学高年级开设这门全面系统讲解化工设计的课程，进行有关工程设计方面知识的学习和训练是十分必要的。通过该课程的学习，使学生具备化学工程师的基本理论素质，今后无论对学生考研，还是参加工作都将是大有意义的。化工设计概念“化工设计”是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求，工艺专业与有关非工艺专业进行密切设计合作，最终使这个工厂建成投产，这种设计全过程称为“化工设计”。化工设计分类化工设计分类新建工厂设计；原有工厂的改建和扩建设计；车间、厂房的局部修建设计。化工设计分类新建工厂设计分类1）工程设计；2）复用设计；3）因地制宜设计。•工程设计是指没有现成的装置可以参照或仅仅根据中试或其它实验装置来设计工业生产装置。这种设计工作难度大，对设计人员的素质要求高。•复用设计是利用已有装置的技术资料进行新装置的设计，这种设计基本没有大的改动。•因地制宜设计是在已有装置技术资料的基础上，根据即将建设装置的具体情况进行改进或变更，以适应新装置的要求，这样完成的设计称为因地制宜设计。化工设计分类化工设计分类从设计范围分化工设计通常又分为以工厂单位和以车间为单位的两种设计。工厂化工设计包括厂址选择、总图设计、化工工艺设计、非工艺设计、技术经济等各项设计工作。车间化工设计分为化工工艺设计和其他非工艺设计两部分。化工工艺设计内容主要有：生产方法的选择、生产工艺流程设计、工艺计算，设备选型、车间布置设计及管道布置设计，向非工艺专业提供设计条件，设计文件以及概(予)算的编制等项设计工作。化工设计特点（1）政策性强化工设计是一项政策性很强的综合工作，整个过程都必须遵循国家的各项有关方针政策和法规。我们要了解中国的国情，从我国国情出发，充分利用人力和物力资源；要抱着对国家、对人民负责的严肃认真的精神，严格遵守国家政策法令、自觉维护国家和人民的利益，为国家创造财富。确保安全生产；保护环境；保障良好的操作条件，减轻工人的劳动强度。化工设计特点（2）技术性强化工设计又是一项理论密切联系实际的工作，从事化工设计不仅要有专业理论知识、较广博的基础知识、扎实熟练的技能，还要有丰富的实践经验和运用先进设计手段的操作能力。化工设计是一种创造性劳动，不是照搬照抄，而是消化吸收，“出神入化”。化工设计特点（3）经济性强化工生产过程大都复杂，所需原材料种类多，能耗大，基建费用高，要求设计人员有经济观点，在确定生产方法、设备选型、车间布置、管道布置时都要加强经济观点，认真进行技术经济分析，处理好技术与经济的关系，做到化工设计技术上先进、成熟，经济上合理。化工设计特点（4）综合性强化工设计是一项系统工程，是一门多学科、多人手的集体性劳动，要在工作中团结协作，互相支持、互相配合，以大局为重，发扬民主、尊重科学、尊重知识，协作工作，必须依靠全体工艺设计人员和非工艺设计人员的通力合作，密切配合才能完成。化工设计的原则(1)贯彻执行国家基本建设的方针政策，从符合党和国家的政治方针和技术经济政策出发，处理好技术、经济及环境的关系，并在国家法令、标准、规定的允许范围内精心设计，确保设计质量。(2)认真贯彻“五化”设计原则（工厂布置一体化、生产装置露天化、建构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化）。(3)采用先进的科学技术，努力提高商品设计的质量，使设计做到标准规范，切合实际，技术先进，经济合理，安全适用，使建设项目的技术经济指标达到先进水平。(4)设计使用的基础资料要准确、可靠，各种数据和技术条件要正确、切合实际；文字说明要清楚、确切，图纸要清晰、正确，避免出现重大设计错误。第一章化工设计程序和内容化工厂建立过程•化工厂建立的全过程一般需要经过可行性研究、化工设计、施工、试车和考核等几个阶段。一个工程项目从设想到建成投产这一阶段称为基本建设阶段。化工厂建立过程投资设想机会研究项目建议书可行性研究投资决策设计任务书初步设计施工图设计施工安装人员培训试车验收投产设计（建设）前期设计后期（建设期）设计期化工设计阶段的划分1.国外设计阶段的划分国际上通常把全部设计过程划分为由专利商承担的工艺包(基础设计)和由工程公司承担的工程设计两大设计阶段。工程设计又划分为：工艺设计、基础工程设计和详细工程设计三个阶段。化工程序及阶段2.国内设计阶段的划分一般按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计水平的高低而分为二个阶段或三个阶段进行设计。凡属重要的大型企业，技术比较复杂或比较新型的工厂，为了保证设计质量，一般可分三个阶段进行设计，即初步设计，技术设计(又称扩大的初步设计、扩初设计）和施工图设计三个阶段。对在技术比较简单和比较成熟的，生产规模较小的工厂或个别车间，以及技术改造与技术措施比较成熟的，为了简化设计，缩短设计时间，可分为二个阶段设计，即技术设计和施工图设计二个阶段。第一节设计前期工作步骤与内容目前设计前期的工作步骤与内容，国内外作法不完全一致。国外分为：机会研究、初步可行性研究、可行性研究、评价及决策几个阶段。国内分为：项目建议书、可行性研究、编制设计任务书等几个阶段。第一节设计前期工作步骤与内容1.国内设计前期的工作步骤（1）编写项目建议书,向国家推荐项目；（2）进行可行性研究(市场销售,技术路线,工程条件,人力资源,实施计划,资金成本,经济效果等研究,成品:可行性研究报告)；（3）编写计划任务书。2.项目建议书的主要内容(1)项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；(2)产品需求初步预测；(3)产品方案和拟建规模；(4)工艺技术方案(原料路线、生产方法和技术来源)；(5)资源、主要原材料、燃料和动力的供应；(6)建厂条件和厂址初步方案；(7)环境保护；(8)工厂组织和劳动定员估算；(9)项目实施规划设想；(10)投资估算和资金筹措设想；(11)经济效益和社会效益的初步估算。3.可行性研究报告主要内容(1)总论；(2)需求预测；(3)产品方案及生产规模；(4)工艺技术方案；(5)资源可靠性、原材料、燃料的供应及公用设施情况；(6)建厂条件和厂址方案；(7)公用工程和辅助设施方案；(8)环境保护；(9)工厂组织、劳动定员和人员培训；(10)项目实施规划和安排；(11)投资估算和资金筹措；(12)产品成本估算；(13)财务、经济评价及社会效益评价；(14)评价结论；（15）必要的附件。4.设计计划任务书主要内容(1)建设的目的和依据。(2)建设规模、产品方案或纲领，生产方法或工艺原则。(3)矿产资源，水文地质和原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件。(4)资源综合利用和环境保护，“三废”治理的要求。(5)建设地区或地点，以及占用土地的估算。(6)防空、抗震等的要求。(7)建设工期。(8)投资控制数。(9)劳动定员控制数。(10)要求达到的经济效益。第二节初步设计阶段工作内容与程序初步设计的目的是对于在指定地点和规定期限内计划建设的工程，阐明其在技术上的可能性和经济上的合理性；保证正确的选择建设场地及确定其主要原料、燃料、水、动力供应来源；并对所设计的工程项目做出基本技术决定，确定工程总造价和基本技术经济指标，为上级部门进行审批提供依据。为进行施工准备及施工图设计提供依据。1.初步设计目的2.初步设计任务初步设计阶段的成品：设计说明书附表：设备一览表，主要材料估算表；附图：物料流程图，管道及仪表流程图，总平面布置图，车间设备布置图，关键设备总图；附：概算书和技术经济分析资料。4.初步设计的工作程序•初步设计准备；•讨论编制初步设计方案；•提供设计条件；•完成各专业的具体设计；•中间审查；•完成设计文件及图纸,最后审核；•进行经济分析概算；•审定设计文件(复制、归档、报批)。第三节施工图设计阶段工作内容与程序1.目的与作用主要目的是为施工服务。施工图是全部施工的依据，用于进行建筑安装工程、设备安装、管道敷设及标准和非标准设备、装置和金属结构的制造。2.施工图设计阶段设计内容施工图设计的主要任务是根据初步设计审批的意见，解决初步设计中特定的问题，并由此进行施工单位的编制施工组织设计、编制施工预算以及如何实施施工等。根据初步设计的结果提供施工安装用的图纸、表格和施工文字说明；向非工艺专业提供设计条件和提出设计要求；完成施工图设计文件。3.施工图设计阶段工作程序1.修改完善初步设计文件；2.各专业的协调，向配套专业提供正式资料；3.完成必要的图纸，表格等；4.编写施工安装说明书。4.施工图设计的深度施工图设计的主要工作内容是完善初步设计中提出的工艺流程图设计、工艺设备布置设计、工艺管道布置设计和设备、管路的保温及防腐设计等。施工图设计的深度除了和初步设计互相连贯衔接之外，还必须满足：(1)全部设备、材料的订货和交货安排；(2)非标准设备的订货、制造和交货安排；(3)能作为施工安装预算和施工组织设计的依据；(4)控制施工安装质量，并根据施工说明要求进行验收。第四节车间工艺设计1.车间工艺设计内容（1）生产方法的选择（2）生产工艺流程设计（3）工艺计算（4）车间布置设计（5）管路设计（6）提供设计条件（7）编写设计说明书（8）概（预）算书的编制思考题1、“化工设计”的概念。2、国内化工设计阶段是如何划分的？3、车间工艺设计内容？4、简述化工厂建立的过程。第二章工艺流程设计本章主要内容：1）工艺路线选择。2）工艺流程的设计。第二节工艺路线选择一、选择原则（1）先进性(技术上先进，经济上合理）。（2）可靠性。（3）结合国情，因地制宜。第二节工艺路线选择二、工作步骤1、全面收集拟定产品在国内外的各种生产方法资料。2、研究关键设备。3、对各种生产方法进行技术、经济、安全等方面的要求。4、对选定生产方法做适当的修改。要收集的主要资料内容•各国生产情况、各种生产方法及其工艺流程。•原料来源及成品应用情况。•实验研究报告。•原料、中间产品、产品和副产品的规格和性质。•安全技术和劳动保护措施。•综合利用及三废处理•生产技术是否先进、生产机械化、自动化程度。•装备大型化与制造、运输情况。•基本建设投资、产品成本、占地面积。•水、电、汽、水文、气象等方面的资料。•车间环境与周围的情况。第二节工艺路线选择在对生产方法进行论证时应注意的问题（１）满足产品性能规格的要求。（２）尽量采用先进生产技术。（３）选用的工艺路线必须具备工业化生产的条件。（４）对各项技术经济指标进行比较。（５）操作连续化问题。（６）装置大型化。（7）治理三废，消除污染。（8）提高自动化水平，尽量利用计算机进行生产控制和管理。第三节工艺流程的设计工艺流程设计是工艺设计的核心，它通过工艺流程图的形式，形象地反映化工生产由原料输入到产品输出的过程，其中包括物料和能量发生的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表等。第三节工艺流程的设计工艺流程设计的主要任务（1）确定生产流程中各个过程的具体内容，顺序和组织方式，操作条件，控制方案，确定“三废”治理方案，确定安全生产措施，达到加工原料以制得所需产品的目的。（2）在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。第三节工艺流程的设计工艺流程设计的原则(1)尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的科学技术成就，以保证产品质量。(2)充分利用原料，努力提高原料利用率，提高生产率，采用高效率的设备，降低原材料消耗及水电汽消耗，降低产品的生产成本，降低投资和