化工设计第一章化工厂设计概述

化工设计《化工设计》一、课程的性质、目标与基本要求本课程为化学工程与工艺专业的专业必修课。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。通过本课程的学习，使学生对化工生产车间(装置)设计的内容和步骤有较全面的了解，并具有初步的化工装置设计能力。通过本课程的学习，培养学生综合运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力，增强学生的工程概念和技术经济意识，熟悉化工设计的常用规范，使学生具备化学工程师的基本素质。化工设计《化工设计》一、课程的性质、目标与基本要求本课程的基本要求为：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、给学生以扎实的化工设计基础训练和创新思维的培养；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；4、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；5、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；6、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》教材：“化工设计”（第二版）陈声宗化学工业出版社参考书目：“化工过程设计”王静康化学工业出版社“化工设计”娄爱娟等华东理工大学出版社黄璐化学工业出版社傅启民中国科学技术大学出版社教学安排《化工设计》授课方式：案例式教学成绩组成：平时成绩：10%上机成绩：30%课堂报告：20%设计报告：40%课堂纪律：第一章化工厂设计概述《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计算机在化工厂设计中的应用•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厂设计的内容与程序第一节化工设计的的种类《化工设计》教学内容：理解概念设计、中试设计、基础设计与工程设计的概念与内容。重点和难点：重点是理解概念设计、基础设计与工程设计的区别与联系，特别要掌握国内的基础设计、初步设计、施工图设计与国外的工艺设计、基础工程设计及详细工程设计的内容与区别。第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.1化工设计的种类•一、根据项目性质分类•1、新建项目设计•2、重复建设项目设计•3、已有装置的改造设计1.1化工设计的种类第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.1化工设计的种类•二、根据化工过程开发程序分类1.1化工设计的种类第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.1化工设计的种类•二、根据化工过程开发程序分类•1、概念设计•2、中试设计•3、基础设计•4、工程设计•初步设计•扩大初步设计•施工图设计1.1化工设计的种类第一章化工厂设计概述《化工设计》1.1化工设计的种类国外各设计阶段的主要设计内容及成品工艺设计与国内的基础设计类似(1)工艺流程图(PFD)(2)工艺控制图(PCD)(3)工艺说明书(4)物料平衡表(5)工艺设备表(6)工艺数据表(7)安全备忘录(8)概略布置图(9)各专业设计条件第一章化工厂设计概述第二节化工厂设计的工作程序•教学内容：•了解从项目建议书到投料试车的化工厂设计工作的内容和程序。理解项目建议书、可行性研究、设什任务书、扩大初步设计和施工图设计的主要内容。•重点和难点：•重点掌握扩大初步设计的内容和工作程序。第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•化工厂设计的工作程序，见图1-2。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•－、项目建议书•项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，根据原化工部化计发(1992)995号《化工建设项目建议书内容和深度的规定》(修订本)中的有关规定制订。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•二、可行性研究•可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。•根据原化工部化计发(1997)426号《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》(修订本)和中石化[1997]咨字345号《石油化工项目可行性研究报告编制规定》中的有关规定制订。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•三、编制设计任务书•可行性研究呈报给上级主管部门，当被上级主管部门认可后，便可根据《化工厂初步设计文件内容深度规定》编写设计任务书，以作为设计项目的依据。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•四、扩大初步设计1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•五、施工图设计•施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.2化工厂设计的工作程序•六、设计代表工作•设计代表是指各专业的设计人员。在扩大初步设计与施工图设计阶段，需要大量各专业的设计代表参加。到设计文件编制完毕，工作转入了基本建设和试车阶段的时候，就只需少量的各专业设计代表参加了。•各专业设计代表的任务就是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。1.2化工厂设计的工作程序《化工设计》•教学内容：•了解车间(装置)工艺设计的内容和工作程序。•重点和难点：•重点掌握车间(装置)工艺设计的工作程序和设计准备工作及方案设计的内容。第三节化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。•一、设计准备工作•（1）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。•（3）查阅文献资料•（4）收集第一手资料。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•二、方案设计•方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。要求运用所掌握的各种信息，根据有关的基本理论进行不同生产方法和生产流程的对比分析。•方案设计阶段的工作可以培养设计人员分析、归纳总结和理论联系实际的能力。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•三、化工计算•化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。因此，化工计算的结果关系到整体设计的成败。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•四、车间布置设计•车间布置设计应根据HG20546-92《化工装置设备布置设计规定》和SH3032-1992《石油化工企业总体布置设计规范》的有关规定，满足施工、操作和检修的要求，其主要任务是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。•车间布置对生产的正常进行和经济指标都有重要影响，同时为土建、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供重要依据。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•五、配管工程设计•配管工程设计是化工设计最重要的内容之一，其任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。配管工程设计，应根据HG/T20549-1998《化工装置管道布置设计规定》和SH3012-2000《石油化工管道布置设计通则》，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。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•六、提供设计条件•工艺专业设计人员应根据该项目设计全局性的总体要求，向非工艺专业设计人员提供设计条件。•设计条件的内容包括：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。1.3化工车间工艺设计的程序及内容第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.3化工车间工艺设计的程序及内容•七、编制概算书及编制设计文件•工程概算书应根据中石化[2000]建字476号《石油化工工程建设设计概算编制办法（修订版）》进行编制，它是在初步设计阶段编制的车间投资的初步估算结果，可以作为上级主管部门决策和银行对基本建设单位贷款的依据。•概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。经济是否合理是衡量一项工程设计质量的重要标志。1.3化工车间工艺设计的程序及内容《化工设计》第四节设计文件•教学内容：•了解初步设计文件和施工图设计文件的主要内容和要求。•重点和难点：•重点掌握初步设计文件中工艺设计部分的内容。第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.4设计文件•－、初步设计文件•初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：设计说明书和说明书的附图、附表。•化工厂初步设计说明书内容和编写要求，依据《化工厂初步设计文件内容深度规定》和设计的范围（整个工厂，一个车间，或一套装置）、规模的大小和主管部门的要求而不同，对炼油、化工厂的初步设计的内容和编写要求。1.4设计文件第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.4设计文件•二、施工图设计文件•设计施工图是工艺设计的最终成品，应依据HG20519-92《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》，在初步设计的基础上进行编制。它由文字说明、表格和图纸三部分组成，编制每个独立的装置或主项施工图的内容深度及设计规定。1.4设计文件第一章化工厂设计概述《化工设计》•1.5计算机在化工厂设计中的应用在化工厂设计中，设计的速度和质量，对整个设计过程的进度和以后的施工质量将有很大的影响。随着计算机及其应用技术的迅猛发展，计算机绘图技术发展很快，也出现了很多流程计算软件，例如AutoCAD2006，SolidWorks2006，ProEngineer2001，CAMX，ASPENPLUS等，PVCADV3.0。同时还出现了三维工厂设计及三维配管工程设计软件，例如PlantSpace，PEDS，PDMS，PROCAD.3DSMARTV2005.2，PlantProfessional2006，AutoPipeR2004，AutoPD等。1.5计算机在化工厂设计中的应用《化工设计》化工流程模拟软件•Aspen•ProII•Chemcad《化工设计》化工流程模拟软件的对比•一般认为，PROII在炼油工业应用更为准确些，因其数据库中有不少经验数据；而ASPEN在化工领域表现更好。•有人比喻：PROII是经验派，ASPEN是学院派。《化工设计》化工流程模拟软件的对比•ASPEN是智能型的，用于化工领域流程模拟比较大或长的流程，而且数据库比较全，开放式的。•PRO／II可以用于设备核算，流程短，或精馏核算。•Chemcad相对较差，网上到处都可以下载。仅用于学校使用。《化工设计》化工流程模拟软件的对比•ASPENplus的计算是最精确的，数据库的建设也是最完善的。不过由于它考虑的方面非常全面，所以学起来比较费劲。•Chemcad的界面操作让人感觉非常简单，使用起来比较顺手。但是数据库不是太大，5.0版本，就只有2000中常用物质的物性数据。•PRO／II在这两方面都在中间。《化工设