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化工过程开发与设计作业名字：韦良优班级：应化12班学号：2014092021011.化工过程开发步骤有哪些？具体是什么？答：1.实验室研究1）基础研究：指在实验室进行的筛选技术路线和工艺方案，测定有关物性数据及反应热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。2）小试：在基础研究的基础上，在实验室建立小型实验装置进行工艺模拟试验，主要任务是优化工艺条件。2.收集资料：包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以及围绕工艺过程评价或项目评估所需要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。3.概念设计（预设计）：它是根据实验室研究成果和收集的技术经济资料，对被开发过程的工业化方案提出的初步设想。目的在于检验实验室研究成果是否符合技术开发的要求，对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。主要内容：◆工艺路线和工艺方法的说明◆工艺流程简图◆简单的物料衡算和能量衡算◆原材料及其消耗指标◆主要设备型式◆预计的“三废”◆排放量及毒害性◆投资成本估算◆中试研究的建议4.技术经济评价：它是对开发项目进行技术可靠性和经济合理性的考察，以便对技术方案和开发工作进行决策。技术经济评价贯穿于开发过程的始终。1）初步评价（立题评价）：是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价。2）中间评价：是在开发过程中，对开发研究的各个阶段结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及在经济上的合理性。3）最终评价（工业化评价或项目评估）：是在技术开发工作后期进行的评价。目的是为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发研究报告、市场研究报告等技术经济资料。若评价结论肯定，即可投资进行建设。5.模型试验：一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备一般比实验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。主要研究内容：考察各种工程因素对过程的作用及其规律，观察放大效应和分析、寻找产生放大效应的原因。6.中试（中间试验工厂）：它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试验。是一次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基础设计的依据。7.基础设计：它是在最终评价获得肯定结论后，根据中试研究结果及有关资料，对工业生产方案及生产装置所进行的原则设计。内容：生产装置说明、工艺流程及流程叙述、物料衡算及能量衡算、设备型式和规格明细表、“三废”排放及治理、检测方法和检测仪表等详细设计内容。8.过程设计（施工图设计）：是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术文件。9.建立生产装置：依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按工艺要求进行调试、开车和试生产。2.化工过程开发有几种方法？具体都是哪些？答：一、逐级经验放大法：逐级经验放大法是运用物质模型从实验室规模的小试开始，经过逐级放大的模型试验研究直到将化工过程放大成为生产规模。这种放大方法每放大一级都必须建立相应的模型装置，详细观察和记录模型试验中发生的各种现象和结果。而每一级放大设计的依据主要是前一级试验所取得的研究结果和数据，故为经验性质的放大。研究方法：化工过程开发需要解决的问题通常是如何合理选择设备型式，确定最佳的工艺条件，以及将设备放大达到过程开发的目标。而逐级经验放大法的研究方法则主要是通过试验来取得设备选型，条件优化和设备放大的信息和结论。1）设备选型：设备选型通常都以小试验的方式进行。因为过程开发初期技术方案尚未确定，不可能花费大量投资建立各种型式的大型设备作设备型式的筛选试验，例如化学反应器选型是采用不同型式和结构的小型反应器，在实验室对所开发的反应过程进行试验研究。从试验结果的优劣，即可确定最佳型式的反应器。这种试验考察的因素仅仅是设备的型式和结构，故为结构变量试验。2）优化工艺条件：优化工艺条件的试验研究应在设备选型试验之后进行，如果设备型式未定，则条件优化将无意义。这种试验仍然可以在设备选型所确定的小型试验设备内进行。试验考察的因素是各种工艺条件，并从不同操作条件的试验结果对比中筛选出最佳工艺条化。由于试验仅仅改变工艺操作条件，故为操作变量试验。3）反应器放大：反应器放大的试验研究是采用建立模型装置的方式进行逐级放大，每放大一级都必须重复前一级试验确定的条件，考察放大效应，并取得设备放大的有关判据或数据。这种试验所考察的因素是设备几何尺寸改变以后对于过程结果产生的影响，故为几何变量试验。二、数学模拟法：数学模拟法是一种新开发方法，它不一定要通过试验去取得放大的判据和数据，一般是在认识过程特征的基础上，运用理论分析找到描述过程规律的数学模型，并验证该模型与实际过程等效，就可以用来进行放大设计计算。1.数学模型：数学模型通常是一组微分方程或者一组代数方程，用以描述过程的动态规律。由于化工过程一般都比较复杂，要找到真实描述过程动态规律的数学模型往往十分困难，即使是能够找到，也常因模型过于复杂，而无法实际应用。因此，对于数学模型的要求，既要能够描述过程，又要简单而便于应用。2、研究方法：根据建立数学模型的思想方法，以化学反应过程开发为例，数学模拟法可以按以下研究步骤进行。1）实验室研究化学反应特征：实验室研究化学反应特征的主要任务是测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。由于研究目的是掌握过程运行的内在规律，其研究内容和研究手段都与逐级经验放大法的实验室研究有很大差别。它已不再是反应器选型和条件优化，而是希望从过程内在规律上去揭示过程运行的实质。因此应尽可能排除外界因素对于过程内在规律的干扰，试验装置并不一定要求与生产装置相似，但对于试验测定的精度要求较高。3.化工过程系统工程的基本任务和内容是什么？答：化工过程系统工程的基本内容：从化工系统的整体目标出发，根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系，确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。任务：把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设计、开发、操作、控制等问题。在一定的限制条件下，根据输入及输出要求，寻求整体性能最优的过程系统。4.什么是化工过程？主要包括哪些过程？答：化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。包括：原料制备、化学反应、产品分离等过程。还有化学反应过程、催化反应过程、热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程、生物化学反应过程、换热过程、分离过程。5.化工过程系统工程的基本内容是什么？答：化工过程系统工程的基本内容：从化工系统的整体目标出发，根据系统内部各个组成部分的特性及其相互关系，确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。6.什么是化工过程的系统模拟？能解决哪些问题？如何建立一个模拟系统？答：系统的模拟：如果一个生产系统A是比较复杂的系统，而不能预知其效果如何，则可以找另外一个比较简单的系统B，其操作特性与系统A的相同，但是比A容易进行试验或解算，因而，为了预知系统A的效果，就可以用试验系统B的性能来代替A。也就是说，利用一个更为方便、经济而性能相似的系统B来模仿A系统的性能—仿真。B是A的模型。如果系统B与系统A不仅性能相似，而且物理化学过程本质也一样，只不过规模尺寸大小不同，则这种模拟称为“物理模拟”（又称相似模拟）。7.什么是化工过程的系统分析？能解决哪些问题？答：对于系统结构及其中子系统均已给定的现有系统进行分析，即建立各子系统的数学模型，按照给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预测在不同条件下系统的特性和行为，借以发现其薄弱环节并加以改进。主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数。分析的目的：使所选方案在技术上先进、可行，在经济上优越、合理。8.什么是化工过程的系统合成？能解决哪些问题？答：按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其各子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最优组合。寻优方法：模拟退火法、进化算法、遗传算法等。9.化工过程的系统合成主要包括哪些过程？答：(1)反应路径的合成：在给定的原料和规定的产品之间的反应步骤称作反就路径，优选反应路径是反应路径合成的任务。(2)换热器网络的合成：确定出具有最小的设备投资费和操作费，并满足把每一过程物流由初始温度达到指定温度的换热网络。(3)分离序列的合成：给定一进料流股，已知它的状态，系统化的设计出能从进料中分离出所要求产品的过程，并使费用最小。(4)反应器网络的合成：为制造所要求的产品，对于给定的化学反应路径以及主、副反应的速率数据，确定一个反应器的最优结构和操作条件，以使在给定的产率下总生产成本最小。(5)全流程的合成：寻求把给定原料转变成所要求产品的最经济、合理的流程结构。(6)公用工程系统的合成：满足公用工程要求的前提下确定系统的流程结构和操作条件，使系统总费用最小。(7)过程系统能量集成：采用更节能的操作单元，从全过程系统的能量供求关系上分析，把反应、分离、换热和公用工程一同考虑，综合利用能量。10.什么是CIMS和CIPS？答：（1）、CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)计算机集成制造系统：通过计算机硬、软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产活动中有关的人、技术经营三要素及其信息流、物质流有机集成为实施优化运作的大系统，形成CIMS。（2）、ComputerIntegratedProcessSystem以CIPS的概念和方法组织过程生产企业的运作环节，包括生产控制、调度、管理、经营决策、市场分析、新产品设计及研究开发，直到销售和售后服务、用户意见反馈，形成以市场为驱动、全局优化的企业系统。11.间歇过程的设计与操作优化能解决哪些问题？答：间歇过程在化工生产中的重要地位：小批量、精细化工产品；单产品、多产品、多目的。研究内容：减小操作循环周期，提高生产率；提高各批量生产的重复性以提高产品质量；合理利用原料、能源和设备以降低成本；提高适应性以应付产品规格及原料配方等的变化。12.学好化工系统工程对你解决问题能有什么帮助？答：：13.进行化工车间管道布置时应注意哪些问题？答：（（11））物物料料因因素素：：①①输输送送易易燃燃、、易易爆爆、、有有毒毒及及有有腐腐蚀蚀性性的的物物料料管管道道不不得得铺铺设设在在生生活活间间、、楼楼梯梯、、走走廊廊和和门门等等处处，，这这些些管管道道上上还还应应设设置置安安全全阀阀、、防防爆爆膜膜、、阻阻火火器器和和水水封封等等防防火火防防爆爆装装置置，，并并应应将将放放空空管管引引至至指指定定地地点点或或高高过过屋屋面面22mm以以上上。。②②有有腐腐蚀蚀性性物物料料的的管管道道，，不不得得铺铺设设在在通通道道上上空空和和并并列列管管线线的的上上方方或或内内侧侧。。③③管管道道铺铺设设时时应应有有一一定定的的坡坡度度，，坡坡度度方方向向一一般般是是沿沿物物流流的的方方向向，，坡坡度度一一般般为为11//110000--55//11000000。。粘粘度度小小的的液液体体物物料料管管道道可可取取55//11000000左左右右，，含含固固体体的的物物料料管管道道可可取取11//110000左左右右。。④④真真空空管管线线应应尽尽量量短短，，尽尽量量减减少少弯弯头头和和阀阀门门，，以以降降低低阻阻力力，，达达到到更更高高的的真真空空度度。。（（22））考考虑虑施施工工、、操操作作及及维维修修：：①①管管道道应应尽尽量量集集中中布布置置在在公公用用管管架架上上，，平平行行走走直直线线，，少少拐拐弯弯，，少少交交叉叉，，不不妨妨碍碍门门窗窗开开启启和和设设备备、、阀阀门门及及管管件件的的安安装装维维修修，，并并列列管管道道的的阀阀门门应应尽尽量量错错开开排排列列。。②②支支管管多多的的管管道道应应布布置置在在并并行行管管线线的的外外侧侧，，引引出出支支管管时时，，气气体体管管道道应应从从上上方方引引出出，，液液体体管管道道应应从从下下方方引引出出，，管管道道应应尽尽量量避避免免出出现现““气气袋袋””、、““口口袋袋””和和““盲盲肠肠””。。③③管管道道应应尽尽