化工设计绪论及第一章

2006年10月化工设计什么是设计？•设计，是对一个事物的造型、结构、功能和审美等方面进行的综合性的规划。•设计贯穿于人类社会发展的全过程。从类人猿的第一块石器，到现代的手提电脑；从中国的活字印刷，到现代的激光照排；从最早的司南（指南针的前身），到最先进的卫星定位；设计始终发挥着推动人类进步的不可替代的重要作用。•20世纪80年代，时任英国首相撒切尔夫人曾说：“英国可以没有首相，但不能没有设计。”•她这样断言：“设计是英国工业前途的根本。如果忽略优秀设计的重要性，英国将永远不具备竞争力。”•日本在60年前提出“设计立国”的主张，将设计创新作为国民经济发展战略。此后20年，日本一举从落后国家跃升为与美国和欧共体比肩的经济大国，实现了经济的腾飞和国家的崛起。0.1化工设计的概念及意义化工的概念化工是“化学工艺”、“化学工业”、“化学工程”等的简称。凡运用化学方法改变物质组成或结构或合成新物质的，都属于化学生产技术，也就是化学工艺；所得产品被称为化学品或化工产品。起初，生产这类产品的是手工作坊，后来演变为工厂，并逐渐形成了一个特定的生产部门，即化学工业。化工设计的概念“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，以化学规律或定理为基础。•如何由设想变为现实？•由图纸变为工厂？•这是设计的魅力所在。0.2化工设计的类型及内容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。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为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。本课程的主要内容主要内容①、化工厂设计及化工工艺设计；②、化工技术经济分析与评价；③、计算机辅助化工设计。化工厂设计化工过程设计（核心）化工厂房建筑、结构设计总图设计，….等非工艺部分设计化工工艺设计（核心）公用工程设计、外管设计，…等0.3“化工设计”课程在应用化工专业教学中的地位“大二”下半年或“大三”才能开设，已经偏向于“专业课”，要求大家学完“化工原理”、“反应工程”、“化工热力学”、“物理化学”、“化工设备基础”等一系列专业基础课后，才能开始学习本课程。综合利用同学们以前学完的大量专业基础课知识，在化工工艺设计乃至化工厂设计的过程中综合运用。“化工设计”课程学得好不好，比其它课程更能体现一个应用化工专业学生综合素质的高低。0.4化工设计的特点（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。0.4化工设计的特点（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”。0.4化工设计的特点（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。0.4化工设计的特点（4）综合性强（多专业基础课知识的综合与集成）；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。0.5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。0.6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。1、为什么要学习《化工设计》⑴从一个新产品或新工艺的试验研究开始到进行工厂建设为止，都需要进行设计。⑵帮助我们从高等学校走向社会时能适应新的工作岗位的需要，迅速实现从大学生向工程师的转化。⑶帮助我们学会综合运用各种已学过的知识系统地分析问题和解决问题。2、学什么学设计的基本原理、基本程序和方法。其主要内容有：⑴当代先进水平的化工装置设计有哪些内容？如何完成之？⑵如何设计工艺流程、选择工艺参数和设备？⑶如何进行厂房、车间和管道布置？⑷如何编制设计文件？3.如何学①多读几本书，听课与自学相结合②多应用，理论与实践相结合课程设计和毕业设计，是读书期间理论与实践相结合的最好应用。4.考试平时成绩30%，考试成绩70%。（1）李国庭主编.化工设计概论.北京：化学工业出版社，2012（2）陈声宗主编．化工设计（第三版）．北京：化学工业出版社，2012（3）黄璐．王保国编．化工设计．北京：化学工业出版社，2004（4）王红林．陈砺编．化工设计．广州：华南理工大学出版社，2001（5）倪进方主编．化工过程设计．北京：化学工业出版社，1999（6）于遵宏等编著．化工过程开发．上海：华东理工大学出版社，1996⑹刘道德等编著．化工厂的设计与改造．长沙：中南工业大学出版社，2005（7）黄英主编.化工过程设计.西安:西安工业出版社,2005（8）《化工过程设计》，王静康主编，北京，化学工业出版社，2006年【主要参考书】第一节化工设计的种类概述:第一章化工设计的内容与工作程序化工设计是将一个系统(一个工厂、一个车间)按照工厂工艺技术要求，经工程技术人员的创造，将其全部描绘成的图纸，表格及必要的文字说明，即把工程技术装备用工程语言表达出来。然后根据这一“语言”，把这个系统建立起来，并投入运行。或说:设计工作是一项能将人们的设想和想象转变成现实的一个重要步骤，通过课程的学习，我们可以知道化工厂的建设程序，设计程序，主要设计内容等一些基本概念。化工设计可根据项目性质分类，也可按设计性质分类一、项目性质分类1、新建项目设计新产品的研制设计,新工艺、新技术的设计,这类设计一般由开发研究单位提供基础设计,然后工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。2、重复建设项目的设计因为市场需求大产品需扩大生产，需再建生产装置。由于新厂的具体条件不同(就算生产规模、工艺要求不变)仍需要设计部门进行设计。3、已有装置改造一些老的生产装置质量和产量均不能满足市场需求,或者由于技术原因,原材料消耗过高而缺竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的”瓶颈”优化生产过程控制操作，提高能量的综合利用率和局部设备的工艺改造。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。(一)新技术开发过程中的设计新技术开发过程的设计包括概念设计、中试设计和基础设计三种。二、根据设计性质分类新技术开发过程设计设计性质工程设计初步设计技术设计（扩大初步设计）施工图设计概念设计中试设计基础设计概念设计为工程研究的一个环节，是在应用研究进行到一定阶段后，按未来的工业装置规模所进行的假想设计。概念设计的作用①对开发项目进行初步的经济评价，以确定技术路线的先进性和可靠性；②开发项目需改正之处和小试需要补充的试验内容和课题；③有无必要建立中试装置，确定中试的规模、范围和必需通过中试解决的问题和取得的数据。概念设计的内容①以投产两年后市场需求为依据,提出建立工业化规模生产的方案。包括原料和产品规格、工艺流程、流程叙述、物料和能量衡算、消耗定额、设备清单、生产控制、三废处理、人员组成、投资及成本估算等工作。②讨论实现工业化的可能性。对可进入中试的项目，提出中试方案。③提出对将来进行基础设计的意见。中试设计当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或者其中有若干研究课题无法在小试中进行，一定要通过相当规模的装置才能取得数据或经验才需进行中试设计。中试设计内容中试设计内容基本上和工程设计相同，但由于规模小，若施工安装力量较强，可以不出管道、仪表、管架等安装图纸。基础设计是一个完整的技术软件，是整个开发阶段的研究成果，是工程设计的依据。基础设计的内容除了一般的工艺条件外，还包括大量的化学工程方向的数据，特别是反应工程方面的数据，还要运用系统的理论和计算机模拟技术对工艺流程和工艺参数进行优化，力求降低定额和产品成本用项目投资，提高项目的经济效益。在基础设计的基础上，工程单位结合建厂条件作出完整的工程设计。（二）工程设计是将基础设计转化为工业装置建设所需的施工图。其设计阶段可分为三阶段设计：初步、扩大初步、施工图设计两阶段设计：扩大初步和施工图设计一阶段设计：施工图设计（1）初步设计初步设计的主要任务是根据基础设计结合建厂的具体条件作出工程设计阶段的主要技术决定。其设计成品是初步设计说明书。（2）扩大初步设计是根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之进一步明确并具体化。其设计成品是扩大初步设计说明书及工程概算书。（3）施工图设计是根据已批准的扩大初步设计进行的施工依据的详细设计。其设计成品是详细的施工图纸和必要的文字说明书以及工程预算书。第二节化工厂设计的工作程序一般化工厂设计的程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计。化工厂设计的工作程序图开发成果，资源条件产品需求发展规则编写设计任务书（并经主管部门认可）施工设计，提出预算主管部门进行评价扩大初步设计，提出总概算组织施工，制定开车方案项目建议书主管部门进行筛选可行性研究报告主管部门进行评价终止否是是是终止否投料试车。考核验收否终止是一、项目建议书它是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，包括下列内容：1.项目建议书目的和意义，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