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化工设计专题主讲李贵贤教授、博士2006年10月主要内容第一章化工厂设计的内容与程序第二章工艺流程设计第三章化工计算（简）第四章车间布置设计第五章管道布置设计第一章化工厂设计的内容与程序第一节化工设计的种类装置改造设计项目性质新建项目设计重建项目设计化工设计可根据项目性质分类，也可按设计性质分类。一、根据项目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第二节化工厂设计的工作程序一、项目建议书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。二、可行性研究1.总论；2.需求预测；3.产品的生产方案及生产规模；4.工艺技术方案；5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应；6.建厂条件和厂址选择布局方案；7.公用工程和辅助设施方案；8.环境保护及安全卫生；9.工厂组织、劳动定员和人员培训；10.项目实施规划；11.投资估算和资金筹措；12.经济效益评价及社会效益评价；13.结论包括综合评价和研究报告的结论等内容。1.项目设计的目的和依据；2.生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；3.矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；4.资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；5.厂址与占地面积和城市规划的关系；6.防空、防震等的要求；7.建设工期与进度计划；8.投资控制数；9.劳动定员及组织管理制度；10.经济效益、资金来源、投资回收年限。三、编制设计任务书四、扩大初步设计五、施工图设计•在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。•工艺专业主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；•非工艺专业主要内容包括：有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。六、设计代表工作•设计文件编制完毕，工作转入基本建设和试车阶段的时，只需少量各专业设计代表参加。•各专业设计代表的任务：参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），建成化工装置后要参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。一、设计准备工作（l）熟悉设计任务书；（2）了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，其方法步骤如何。参照设计进度订出个人工作计划。（3）查阅文献资料；（4）收集第一手资料。二、方案设计确定生产方法和生产流程。第三节化工工艺设计的程序及设计内容技术上先进、经济上合理、安全上可靠、三废的得以治理、因地制宜三、化工计算内容：物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。任务：绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。四、车间布置设计工艺人员的主要设计任务之一。主要任务：确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。当化工计算结束，绘出工艺流程图后进行，完成后要绘制平面与立面的车间布置图。五、化工管路设计任务：确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。原则：应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。六、提供设计条件内容：总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件。确保其完整性和正确性。七、编制概算书概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。编制概算可帮助判断和促进设计的经济合理性。八、编制设计文件初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计文件。是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据，内容：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）。以上为一般设计程序，实际设计中，往往是交错进行的。化工设计必须遵循国家和行业的设计规范和相关的政策、法规。如：1、化工企业总图运输设计规范HG/T20649－19982、工矿企业总平面设计规范GB50187－19933、石油化工工艺装置布置设计通则SH3011-20004、石油化工给水排水管道设计图例SH3089-19985、石油化工管道器材标准（合订本1996年）SH3401-34106、石油化工管道布置设计通则SH3012-20007、石油化工企业给水排水系统设计规范SH3015-2003第四节国家和行业的基本设计政策和规范第五节设计文件一、扩大初步设计文件设计文件内容：设计说明书和说明书的附图、附表。初步设计说明书的内容：（一）设计依据（1）文件，如计划任务书以及其他批文等。（2）技术资料，如中试试验报告、调查报告等。（二）设计指导思想和设计原则（1）设计所遵循的具体方针政策和指导思想。（2）总括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。（三）产品方案①产品名称和性质；②产品质量规格；③产品规模（吨／年）；④副产品数量（吨／年）；⑤产品包装方式。（四）生产方法和工艺流程(1)生产方法；(2)化学反应方程式；(3)工艺流程①工艺划分简图，用方块图表示；②带控制点工艺流程图和流程简述。（五）车间（装置）组成和生产制度(1)车间（装置）组成；(2)生产制度。（六）原料、中间产品的主要技术规格(1)原料、辅助原料的主要技术规格。(2）中间产品及成品的主要技术规格。（七）工艺计算1.物料计算2.主要设备的选型、化工计算和材料选择3.工艺设备以表格形式分类表示计算和选择结果：根据工艺特点列表：工艺设备一览表按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制4.工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。5.分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。（八）主要原料、动力消耗定额及消耗量（九）生产控制分析（十）仪表和自动控制（十一）技术保安、防火及工业卫生（十二）车间布置（十三）公用工程（十四）“三废”治理及综合利用（十五）车间维修（十六）土建（十七）车间装置定员（十八）概算（十九）技术经济1.投资2.产品成本技术经济指标（二十）存在问题及建议（二十一）扩大初步设计中必要的附表及附图附表：工艺设备一览表、自控仪表一览表、公用工程设备材料表附图：带控制点工艺流程图、车间布置图（平面图及剖面图）、关键设备总图、建筑平面、立面、剖面图二、施工图文件的编制(一)施工图设计文件目录主项图纸总目录、非定型设备图纸目录和工艺图纸目录。(二)工艺施工图设计文件(1)工艺设计说明。(2)带控制点工艺流程图（施工流程图）(3)辅助管路系统图(4)首页图(5)设备布置图。(6)设备一览表。定型工艺设备非定型工艺设备(7)管路布置图。(8)配管设计模型。(9)管段图。(10)管架和非标准管件图。(11)管段表。(12)管架表。(13)综合材料表综合材料表。(14)管口方位图。(15)换热器条件图。第二章工艺流程设计生产方法和工艺流程的选择;工艺流程设计;工艺流程图绘制;典型设备的自控流程主要内容第一节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．先进性技术上的先进和经济上的合理可行2．可靠性所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。3．结合国情不能单纯从技术观点考虑问题，应从国情出发考虑各种具体问题。全面衡量、综合考虑、全面分析、反复对比后选出优点较多、符合国情、切实可行的技术路线和工艺流程。二、生产方法和工艺流程确定的步骤确定生产方法，选择工艺流程一般要经过三个阶段。1.搜集资料，调查研究2.落实设备3.全面对比全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项：①几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；②产品的质量情况；③生产能力及产品规格；④原材料、能量消耗情况；⑤建设费用及产品成本；⑥三废的产生及治理情况；⑦其他特殊情况。第二节工艺流程设计一、流程设计的任务主要任务：一是确定流程各生产过程的具体内容、顺序和组合方式；二是绘制工艺流程图.按步骤逐步解决以下问题:(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)制定安全生产措施二、工艺流程设计方法工艺流程主要分四个部分:原料预处理、反应、产物后处理（分离净化）和三废处理。一般的工作方法:(1)以反应过程为中心;(2)原料预处理过程;(3)产物的后处理;①除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物。②由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以及为使反应尽可能完全而有过剩组分。③原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。④产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的。(4)产品的后处理;(5)未反应原料的循环或利用以及副产物的处理;(6)确定“三废”排出物的处理措施;(7)确定公用工程的配套措施;(8)确定操作条件和控制方案(9)制定切实可靠的安全生产措施(10)保温、防腐的设计三、工艺流程设计的基本方法——方案比较•首先要明确判据:工程上常用的判据有产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。•方案比较的基本前提:保持原始信息不变。第三节工艺流程图一、工艺流程图概述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，即是工艺流程图。1．全厂总工艺流程图或物料平衡图2．物料流程图3．工艺管道及仪表流程图二、工艺流程草图工艺流程草图亦称方案流程图、流程示意图、流程简图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，亦是工艺流程图设计的依据。生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成1．物料流程:(1)设备示意图;(2)流程管线及流向箭头;(3)文字注解2．图例3．设备一览表三、工艺管道及仪表流程图又称施工流程图或带控制点的工艺流程图（一）比例与图幅（二）设备的表示方法1.设备的画法(1)图形;(2)相对位置;(3)相同系统（或设备）的处理2.设备的标注(1)标注的内容;(2)标注的方式（三）管道的表示方法一般应画出所有工艺物料和辅助物料（如蒸汽、冷却水、冷冻盐水等）的管道1.管道的画法2.管道的标注一般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(四）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。（五）仪表控制点的表示方法(1)图形符号(2)字母代号(3)仪表位号第四节典型设备的自控流程介绍常用的化工典型设备（泵、换热器、反应釜、蒸馏塔）的自控流程。一、泵1．离心泵流量调节一般是采用出口节流的方法，也可使用旁路调节法，旁路调节耗费能量，但调节阀的尺寸比直接节流的小是它的优点。在离心泵设有分支路时，即一台泵要分送几支并联管路时，可采用分支调节方案。2．容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等）当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程。3．真空泵真空泵可采用吸入支路调节和吸入管阻力调节的方案。二、换热器的温度控制方案(1)调节换热介质流量;(2)调节传热面积;(3)分流调节三、反应釜1．进出料管道2.轴封系统3．温度控制四、蒸馏塔（一）蒸馏塔的基本控制方案基本形式通常只有两种。(1)按精馏段指标控制(2)按提馏段指标控制（二）塔顶的流程与调节方案塔顶方案的基本要求是：把出塔