化工设计的内容和程序

化工设计《化工设计》向群《化工设计》化工设计《化工设计》一、课程的性质本课程为化学工程与工艺专业的专业必修课。它基于工程科学但重点是应用。二、课程的内容和基本要求本课程以化工生产车间(装置)的工艺设计为重点，讲述与国际化工设计相接轨、目前国内通用的化工设计的原则、方法、设计程序与技巧，和各种化工工艺图与化工设备图的绘制与阅读方法，以及计算机在化工设计计算与绘图中的应用。化工设计《化工设计》基本要求1、掌握化工设计的基本程序、基本规律、基本方法、主要规范和基本思维方式；2、培养学生扎实的化工设计基础和创新思维；3、掌握工艺方案选择和工艺流程设计、以及车间设备布置和管道布置的原则、方法和步骤；掌握物料衡算、热量衡算及设备的选型与工艺计算的原理和方法，并能运用计算机进行工艺计算；掌握工艺流程图、设备布置图、管道布置图及化工设备图的表达内容、绘制方法和阅读方法，并能运用计算机绘制工艺流程图、设备布置图和化工设备图；4、了解非工艺专业的设计及概算的内容，设计的技术经济评价方法，为非工艺专业提供设计条件。化工设计《化工设计》三、课程的特点1、综合性（多专业基础课知识的综合与集成）；2、实践性（面向实际化工工艺设计、化工厂设计的工程运用）四、课程教学的目的1、了解国内外有关化工工艺设计、化工厂设计的先进理念；2、掌握化工工艺设计的内容、步骤及方法。化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联系与区别化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。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，…等化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。化工过程设计的目标及内容美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述了化工过程设计的主要目标：确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。化工过程设计的主要内容：其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。化工过程设计的深化改革化工过程设计发展方向复杂大型化工厂的设计柔性化工厂的设计自主创新设计与国际工程设计的接轨我国化工设计院，原来的专业部门进行了相应的改革调整。原来的工艺专业部工艺专业部（大部分为化学工程与工艺专业人员）工艺系统专业部（少量化学工程与工艺专业人员，大量其它辅助专业）工艺专业部：侧重化工工艺设计工艺系统专业部：侧重化工过程设计中除了化工工艺设计以外与工艺有关的内容工艺专业部：侧重出PID图、PFD图工艺系统专业部：侧重出UID图、UFD图PID（ProcessInstrumentDiagram）带控制点的工艺仪表管道流程图PFD（ProcessFlowsheetDiagram）过程物料流程图UID（UtilityInstrumentDiagram）公用工程仪表管道流程图UFD（UtilityFlowsheetDiagram）公用工程物料流程图其中，各种图纸随设计的深入，分成多个版本。工艺专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过程中有许多需要交流的条件、文件（“条件表”），有发出条件的主导专业，有接收“条件表”的接收专业。我国化工设计院的专业种类化学工程与工艺化工机械自动化及仪表总图概预算（工程经济）建筑、结构、暖通、给排水、强弱电热工、环境工程（环保）、工业炉1化工厂的特点与分类五化工厂概况化工生产的特点(1)工艺流程复杂——流程很长，如乙烯、合成氨工业（2）操作状态变化大——如原油的二次加工过程（3）流体输送多——管道、输送设备多（4）腐蚀性——管道、设备材质（5）易燃、易爆、有毒——安全卫生（6）非标设备多——反应器、塔等化工厂分类（1）按产品分类（1）日化厂、石化厂、农药厂、橡胶厂、塑料厂等（2）按生产规模分类大型化工厂(≥100kt/a)中型化工厂(10~100kt/a)小型化工厂(10kt/a)（3）按生产方式分类连续操作、间歇操作（4）按生产技术的先进程度分类化工厂结构包括：人、财、物、产、供、销专业技术人员主要包括五个专业：工艺、设备、自控、给排水、电气及土建、热工等专业化工厂组成生产部门、辅助生产部门和行政、生活部门2化工厂组成1立项国家级大型项目、中型项目、小型项目2招标3项目建议书的编制项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据。六立项过程(设计前期工作)第一章化工设计概论《化工设计》•本章主要内容1.1化工设计的种类1.2化工厂设计的工作程序1.3化工车间工艺设计的程序及内容1.4设计文件1.5国家和行业的设计政策和规范•本章重点难点：化工设计的种类化工厂设计的工作程序第一章化工设计概论《化工设计》一、化工设计化工过程（化学工业的生产过程）即：原料→产品对原料进行加工处理，改变了化学组成及机械和物理的性质，从而达到合乎要求的产品。该过程包括许多步骤，原料在各步骤中依次通过若干个设备，经历各种方式的处理后才成为产品。例：2NH3(l)+CO2(g)---CO(NH2)2(l)+H2O+Q转化率50%化工过程即是由生产流程和装置设备有机组合起来的。化工设计即是对化工中的生产流程和装置以系统的、合理的方式组合和优化。第一章化工设计概论《化工设计》二、设计要求由于本课程从工艺工程师的角度讨论化工车间（装置）设计的主要内容和设计。化工装置是由各种单元设备以系统的、合理的方式组合起来的整体。它根据现有的原料和公用工程条件，通过最经济和安全的途径，生产符合一定质量要求的产品。化工装置设计必须满足下列要求：•1、产品的数量和质量指标。•2、经济性：除少数生产只考虑社会效益外，其余均考虑经济性。•3、安全：化工生产中的特殊性（易燃、易爆、有毒）。第一章化工设计概论《化工设计》•4、符合国家和各级地方政府的环境保护法规，对三废进行处理。•5、整个系统必须可操作和可控制。可操作：设计不仅能满足常规操作，而也能满足开、停车等非常规操作。可控制：能抑制外部扰动的影响，系统能适应和稳定。•由此可见，设计是一个多目标的优化问题。不同于常规的数学问题，不是只有唯一正确的答案，设计师在作出判决和选择时要考虑各种经常是互相矛盾的因素——技术、经济和环保等，在允许的时间范围内选择一个兼顾各方面要求的方案，这种选择成决策贯穿整个设计过程。第一章化工设计概论《化工设计》三、设计性质和过程设计是一种创造性的劳动。它是工程师从事的工作中最有新意，最能使人感到满足的工作之一。以前重研究、轻设计。（现在要求科研成果以基础设计的形式出现）设计师从接受任务之时起就要根据设计要求构思各种可能的方案，然后根据一系列内部和外部约束条件，排出一些不合理或不可能的方案，经过反复比较，选择其中最佳者。整个设计过程是一个交替进行过程合成与分析，不断作出选择、修改原有设想的迭代过程。过程合成（结构优化）过程分析（参数优化）第一节化工设计的种类化工设计可以根据项目性质、化工过程开发的程序分类（两类）一、根据项目性质分类《化工设计》根据项目性质分类新建项目设计重复建设项目设计已有装置的改造设计第一节化工设计的种类《化工设计》•1、新建项目设计新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。•2、重复建设项目设计由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•3、已有装置的改造设计一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，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”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。二、根据化工过程开发程序分类新技术开发过程中的设计概念设计中试设计基础设计概念设计中试设计工程设计初步设计、扩大初步设计施工图设计第一节化工设计的种类《化工设计》化工过程开发工作框图第一节化工设计的种类《化工设计》•化工新技术开发过程是在基础研究的基础上，通过过程研究、工程研究和工程设计，最终完成化工新技术开发。其中包括四种设计类型：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计。•1、概念设计(假想设计)•概念设计是以过程研究中间结果（或最终结果）为基础，从工程角度按照工业化时的最佳规模进行的一种假想设计。•其作法参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。第一节化工设计的种类《化工设计》•2、中试设计•中试设计的内容基本上与工程设计相同。•按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。因此，中试可以不是全流程试验，规模也不是越大越好。中试要进行哪些试验项目，规模多大为益，均要由概念设计来确定。•解决：放大问题（过程放大、设备放大）工程问题放大方法：逐级经验放大法数学模拟法部分解析法相似放大法第一节化工设计的种类《化工设计》•3、基础设计•基础设计是一个完整的技术软件，是新技术开发的最终成果，是工程设计的依据。•基础设计的内容包括生产装置的一切技术要点，工程设计单位是根据基础设计，结合建厂地区的具体条件由工程设计单位作出完整的设计。•基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。基础设计中还要运用系统工程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及项目投资，提高项目的经济效益。基础设计中对关键技术有详尽的技术说明和数据。第一节化工设计的种类《化工设计》•4、工程设计•工程设计是根据基础设计，结合建厂地区的具体条件由工程设计单位作出完整的设计。•根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•重大项目和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计和施工图设计三个阶段进行。•一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。•技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。第一节化工设计的种类《化工设计》•1）初步设计•根据设计任务书和行业标准《化工厂初步设计文件内容深度规定》HG/T20688-2000，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。•主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。第一节化工设计的种类《化工设计》•2）扩大初步设计•根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。•编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。•3）施工图设计•根据已批准的扩大初步设计和行业标准《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG/T20519-92，，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。第一节化工设计的种类《化工设计》按国际习惯将设计阶段分工艺设计、基础工程设计和详细工程设计三种。•国外各设计阶段的主要设计内容及成品•工艺