化工设计课程主要内容

1课程主要内容:•化工设计概论（1章）•工艺流程的设计（3、4、5、6章）•物料衡算和热量衡算（7章）•化工设备设计（8章）•化工车间布置设计（9章）•非工艺设计条件（10章）•计算机在化工设计中的应用（11章）21化工设计概论•化工设计的种类•化工厂设计的工作程序•化工车间（装置）工艺设计的程序及设计内容•国家和行业的基本设计政策和规范•设计文件3§1-1化工设计的种类一、根据项目性质分类•（一）新建项目设计•（二）重复建设项目设计•（三）已有装置的改造设计4二、根据设计性质分类•（一）新技术开发过程中的设计•(1)概念设计•(2)中试设计•(3)基础设计5二、根据设计性质分类•（二）工程设计•初步设计•扩大初步设计•施工图设计6§1-2化工厂设计的工作程序7化工设计的主要程序：8§1-3化工车间（装置）工艺设计的程序及设计内容•一、设计准备工作•二、方案设计（工艺流程设计）•三、化工计算（物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算）•四、车间布置设计•五、化工管路设计•六、提供设计条件（非工艺专业的设计条件）•七、编制概算书及编制设计文件•概算书：初步设计阶段编制的车间投资的大概计算•设计文件：设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）9附：毕业设计说明书内容•一、总论•（概述、文献综述、设计任务的依据或项目来源等）•二、生产流程或生产方案确定•三、生产流程简述•四、工艺计算书（物料衡算、热量衡算）•五、主要设备的工艺计算和设备选型•六、原材料、动力消耗定额及消耗量•＊单位产品（吨）的消耗量（及消耗定额）和单位时间（小时和年）的消耗量。•七、车间成本估算•八、环境保护与安全措施•九、设计体会和收获•十、参考文献•十一、附工程图纸（带控制点的工艺流程图；主要设备装配图；设备平面布置图与立面布置图；主要车间的管道布置图）10工艺设计的内容•生产方法的选择•物料计算•生产工艺流程设计•能量计算•设备设计与选择•车间布置设计•化工管道设计•非工艺项目的设计•设计说明书的编写•概算的编制112工艺流程设计•生产方法和工艺流程的选择•工艺流程设计•工艺流程图•典型设备的自控流程12学习目的和要求：•本部分是化工设计最重要的基础内容之一，工艺流程反映了化工生产由原料到产品输出的过程。•要求：熟悉工艺方案的选择原则及确定步骤；了解工艺流程设计的任务；掌握工艺流程图包括的内容：比例与图幅、设备的表示方法、管道的表示方法、阀门与管件的表示方法、仪表控制点的表示方法；掌握工艺流程图的绘制方法及阅读。13§2-1生产方法和工艺流程的选择一、生产方法和工艺流程选择的原则•1．先进性•2．可靠性•3．结合国情14§2-2工艺流程设计一、流程设计的任务•1．确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式•2．绘制工艺流程图15应解决的问题：•(1)确定整个流程的组成。•(2)确定每个过程或工序的组成。•(3)确定操作条件。•(4)控制方案的确定。•(5)合理利用原料及能量。•(6)制定三废的治理方法。•(7)制定安全生产措施。•(8)其他实际要求（清洗、冷凝水回用、副产物的利用等）。16二、工艺流程设计方法•围绕工艺流程的四个重要部分：•其他相关措施及设计17§2-3工艺流程图工艺流程图：把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来。18工艺流程图分类：•生产工艺流程示意图（物料平衡图）•生产工艺流程草图•生产工艺流程图（工艺管道及仪表流程图、带控制点的工艺流程图）19工艺流程图分类：•一、生产工艺流程示意图（物料平衡图）车间（工段）：长方框、细实线流程线（带箭头）：粗实线车间名称，各车间原料、半成品和成品的名称、平衡数据和来源、去向等20•二、工艺流程草图•(方案流程图、流程示意图、流程简图)（示意性的从左至右的展开图。1.物料流程2.图例(管线图例)3.设备一览表（只包括序号、位号、设备名称和备注）(有时可省略设备一览表和图框)21物料流程设备示意图设备只画出大致轮廓和示意结构，设备的相对位置高低不要求准确，备用设备一般省略不画。但设备一般都要编号，并集中列出设备名称。（设备绘制可参考化工部标准：“管道及仪表流程图的设备、机器图例”）（表２-１）流程管线（全部物料管线和一部分动力管线）及流向箭头文字注解–①在流程图的下方或图纸的其他空白处列出各设备的编号和名称。–②在管线的上方或右方用文字注明物料的名称。–③在流程线的起始和终了处注明物料的名称来源及去向。22•三、工艺管道及仪表流程图(施工流程图、带控制点的工艺流程图）包括：图形、标注、图例、标题栏配有：辅助管道及仪表流程图公用系统管道及仪表流程图23•（一）比例与图幅(1)比例。一般采用1:100，如设备过小或过大，则比例相应采用1:50或1:200。实际上并不全按比例绘制，标题栏中的“比例”一栏，不予注明。(2)图幅。一般均采用A1图幅，特别简单的可采用A2图幅，且不宜加长或加宽。工艺管道及仪表流程图绘制：以车间(装置)或工段（工序）为主项绘制。24（二）流程图的绘制方法及阅读掌握：•设备的表示方法（画法和标注）•管道的表示方法（画法和标注）•常用物料代号•阀门与管件的表示方法（符号）•仪表控制点表示方法（符号、标注、功能仪表图例）25１.设备的表示方法(1)设备画法•图形：（常用设备图例见表２-１）一般按比例用细实线（b/3）绘制，画出主要轮廓。过大或过小设备可适当缩小和放大比例。•相对位置：一般也按比例绘制。尽可能地符合实际安装情况。有位差要求的设备，要注明其限定尺寸。横向距离可视情况而定。）•相同系统（或设备）的处理：一般应全部画出。只画出一套时，被省略部分的系统，则需用细双点划线绘出矩形框表示。框内注明设备的位号、名称，并绘出引至该套系统（或设备）的一段支管。26１.设备的表示方法(２)设备标注•标注的内容：设备位号及名称。位号在车间内不能重复；施工图设计与初步设计设备编号、设备名称一致。•标注的方式：设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，即在图纸的上端及下端两处，各设备在横向之间的标注方式应基本排成一行。27２.管道的表示方法(1)管道的画法•管道画法的原则规定可参阅国家标准和化工行业有关规定。•线形规定（图２-５）•交叉与转弯（尽量避免交叉，交叉时断开线粗的５倍间隙；尽量水平或垂直。）•放气（管道上边）、排液（管道下边）、液封（按实际比例长度表示）：画全•来向和去向（图２-６）（与其他流程连接；与其他主项连接３０＊６矩形框）28２.管道的表示方法(２)管道的标注•横向管线标注在管线的上方，竖向管线则标注在管线的左方；•标注内容：管道号、管径和管道等级。•29３.阀门与管件的表示方法在管道上需要用细实线画出全部阀门和部分管件（如视镜、阻火器、异径接头、盲板、下水漏斗等）的符号。表２-６表２-７30４.仪表控制点的表示方法工艺生产流程中的仪表及控制点应该在有关管道上，并大致按安装位置用代号、符号给以表示。图形符号（表２-８至表２-１３）字母代号（表２-１４）数字编号31§３-3物料衡算物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。理论依据：质量守恒定律32一、物料衡算式•1、化工过程的类型两种分类方法：间歇操作、连续操作以及半连续操作稳定状态操作和不稳定状态操作33•闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。•连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。•半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或分批的。34•稳定状态操作过程或称稳定过程：整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别。•不稳定状态操作过程或称不稳定过程：操作条件随时间而不断变化。352、物料衡算式•首先确定衡算的体系•物料衡算关系式：注：１.对反应物作衡算时，由反应而消耗的量，应取减号；对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。２.物料平衡指质量平衡，不是体积或物质的量平衡。36如：37•对于连续不稳定过程，由于该过程内物料量及组成等随时间而变化，因此，物料衡算式须写成以时间为自变量的微分方程，表示体系内在某一瞬时的平衡。38二、物料衡算的基本方法•1、画物料流程简图。•2、计算基准及其选择。•进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。•对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能作硬性规定39403.物料衡算步骤(1)搜集计算数据。(2)画出物料流程简图。(3)确定衡算体系。(4)写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。(5)选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。(6)列出物料衡算式，然后用数学方法求解。(7)将计算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)。(8)校核计算结果41三、无化学反应过程的物料衡算１.简单过程的物料衡算仅有一个设备或一个单元操作或整个过程简化成一个设备的过程。这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程简图中，设备边界就是体系边界。42例1：•一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。43２.有多个设备过程的物料衡算•对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至无法求解。例2：45例3•图A464设备的工艺设计及化工设备图•化工设备选用及工艺设计的一般原则•化工设备的选用•非定型设备设计的主要程序•化工设备图47§4-1化工设备选用及工艺设计的一般原则化工设备类型：标准设备（定型设备）非标准设备（非定型设备）48•选型和工艺设计的原则：•(1)合理性。•(2)先进性。•(3)安全性。•(4)经济性。49(2)介质流程502.化工设备图的基本内容图4－1化工设备图的基本内容技术要求：注...技术特性表管口表设备净重明细表标题栏装配图修改表签字栏513.化工设备的基本结构特点522.装配图的特殊表达方法•在前面学过的零件的表达方法和选用原则，在装配图中均可采用。除此以外，装配图还有一些特殊的表达方法。53•a.沿结合面剖切及拆卸画法b．假想画法当需要表达运动零件的运动范围或极限位置时，可将运动件画在一个极限位置或中间位置上，另一个极限位置用双点划线画出。55c.断开画法•（参见图4-3）c．简化画法57化工设备图的各种简化画法：58化工设备图的各种简化画法：d．夸大画法6061e.化工设备镀涂层和衬里剖面的画法•参见P79图4-1162装配图的尺寸标注•1.性能尺寸632．装配尺寸64•3．安装尺寸65•4．外形尺寸66•5．其它重要尺寸67（1）图纸幅面和格式(GB/T14689-93)•幅面代号为：A0、A1、A2、A3、A4，也允许用规定的加长幅面，幅面尺寸是由基本幅面的短边成整数倍增加后得•图