工艺开发与工艺设计概述

12.1工艺过程开发及工艺路线选择2.2工艺设计的内容及设计文件2.3工艺设计中的全局性问题第二章工艺开发与工艺设计概述2过程工业是以装置为中心进行生产的工业,整个生产工艺过程都在装置内完成。生产工艺是过程装置的软件，过程装置是实施生产工艺的硬件，因此一座工厂或一套装置设计的核心是工艺设计，它决定了整个设计的概貌，看一个工厂是否先进，首先看它的工艺是否先进。2.1工艺过程开发及工艺路线选择工程实例32.1.1工艺过程开发程序信息研究实验性研究可行性研究(1)小试模型试验中试概念设计可行性研究(3)可行性研究(2)初步设计施工设计施工过程研究工程设计研究图2-1过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案设计与论证方案审定方案实施4第一阶段：方案的提出(一)信息研究必要性:市场对开发产品的需求量，开发产品与国民经济其他部门的关系，市场前景，收益估算，社会效益以及环境污染情况等。可行性:评估科研水平、社会条件及完成该项目的可能性。信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究认为所开发的技术能带来显著的经济效益或重大的社会效益，才值得投资进行研究与开发。否则即可就此终止。5(二)实验性研究工艺方法：如原料路线、生产路线等研究；工艺条件：温度、压力、转化率、主副反应特点、催化剂等研究；物料平衡、能量平衡和生产成本估算；原材料、半成品和产品的质量的研究；产品用途。6(三)第一次可行性研究1、技术上是否可行原料是否可行、可靠（原料费约等于三分之二生产费用）技术路线的可靠性（生产安全、操作简便、操作条件弹性大，生产环节少，不易出现故障）技术路线的先进性（各种技术指标，如转化率、选择率、能耗、设备生产强度、劳动和产率等的高低）2、经济上是否可行指投资、人力、生产费用等支出同产品销售的收入作比较，估算可能获得的经济效益和投资回收情况。73、环境上是否可行应评估“三废”治理程度及其对环境的影响*三废——废水、废气、废渣结论：通过对技术、经济和环境的评估，做出该产品是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。8第二阶段：方案设计与论证(一)小试1、制造样品在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法进研究，对原料、产品进行研究，最终编制初步的物料衡算和能量衡算，提出“三废”治理初步方案。2、与实验性研究比较小试实验性研究工艺条件细致、具体粗略规模更大更小原料使用生产时采用的原料不一定用生产时采用的原料反应器使用生产时采用的反应器类型理论研究结论：小试时，要通过不断改变操作条件提高反应的转化率、选择率等；并试验出分离提纯的初步方法。9(二)概念设计1、目的2、内容把小试成果和工作经验相结合，进行原则流程设计。技术上，确定流程、工艺条件、主要设备型式、三废治理措施；经济上，计算基本建设投资和产品成本等主要技术经济指标。10(三)第二次可行性研究称作方案论证。其内容与第一次可行性研究差不多。在此之前由于有概念设计、物料衡算和能量衡算，对技术、经济的分析就比较准确。可进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济效益等。第二次可行性研究也要作出开发应该中止或继续的决定。若继续进行，还应对下阶段的工艺和过程的研究提出指导性意见。第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依据。11第三阶段：方案的审定(一)模型试验1、任务2、内容对数学模型法建立数学模型；对部分解析法找出放大规律。化学反应动力学模型（探讨反应机理，主、副反应）；流动模型（通过冷模试验进行）***冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。12(二)中试1、定义2、主要任务3、最终目的中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，如果生产规模较大，还需要进行若干逐级放大的中试。考察从小试到中试的放大效应。带控制点的工艺流程图、工艺参数、物料衡算和能量衡算的数据等。13(三)初步设计总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，全厂贮远方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保护及综合利用等。1、定义2、主要内容根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，是工程研究的终结，也是开发研究成果的表现形式。14(四)第三次可行性研究——方案审定第三次可行性研究除了科研人员和行政领导参加外，凡是与工程审批有关的部门(如投资部门、安全部门等)都应参与审定。审定以后，工程项目被批准，然后转入工程设计。15第四阶段：方案的实施(一)施工设计(二)施工(三)竣工验收根据概念设计和初步设计作进一步具体、完善的设计它包括定型设备的规格，非标设备的结构图、零件图以及设备布置图等。上述设计完成后还要进行管道配制、电路、控制线路等施工设计。施工设计图是工程建设的指南。根据施工图，完成工程前期的技术准备、组织准备与物资准备，进行工程中期的设备安装，再进行工程后期的试车。16信息研究实验性研究可行性研究(1)小试模型试验中试概念设计可行性研究(3)可行性研究(2)初步设计施工设计施工过程研究工程设计研究图2-1过程工业新产品开发的基本步骤方案提出方案设计与论证方案审定方案实施172.1.2工艺路线的选择一、工艺路线选择的复杂性原因：过程工业具有原料、工艺与产品的多方案性不同原料不同工艺得到同一产品同一原料不同工艺得到不同产品同一原料不同工艺得到同一产品18二、工艺路线选择的步骤(一)调查文献专利调查。文献专利调查方法有利用文摘、索引等二次文献进行的人工检索和用存储二次文献的数据库进行的联机检索（有及时性和全面性的特点）。为了得列有关工艺的最新情报，向该项工艺技术所有者致函调查是最实际的方法。一般从工艺技术所有者那里可以获得表2—1所示的信息。看书P1219(二)分析根据调查所得到的信息，必要时再通过实验补充一些数据，进行工艺试设计，掌握技术难点。对工艺过程的灵活性，有关的特殊控制因素，工业上的效率，对能量的需求，今后发展的可能性，对废物和副产品的生成量及处置方式以及各种设备或原料是否容易得到等进行技术分析。经济方面要对原料价格的变动、产品价格变动所造成的影响及盈亏的关键因素进行分析，研究工艺在设想的经济环境中的收益性。将某一工艺工业化，并且获得预想的收益是不容易的，必须避免采用风险性大的工艺。20(三)生产成本计算生产成本包括直接材料费、直接燃料及动力费、直接工资和职工福利费及制造费。详细计算在第3章中再讲，如下表。序号总成本费用科目内容序号总成本费用科目内容序号总成本费用科目内容1外购材料11税金12.12待业保险费2外购燃料11.1房产税12.13职工教育经费3外购动力11.2车船使用税12.14排污费4职工工资11.3土地使用税12.15咨询费5职工福利费11.4印花税12.16绿化费6固定资产折旧费12其他费用12.17诉讼费7修理费12.1办公费12.18研究开发费8租赁费12.2差旅费12.19技术转让费9摊销费12.3劳动保护费12.20业务招待费9.1无形资产摊销12.4保险费12.21劳动保险费9.2低值易耗品摊销12.5业务费12.22坏账损失9.3递延费用摊销12.6运输费12.23土地损失补偿费10财务费用12.7装卸费12.24其他10.1长期负债利息净支出12.8包装费13固定成本(4+5+6+7+8+9+10.1+11)10.2周转资金借款利息净支出12.9展览费14变动成本(1+2+3+10.2+10.3+10.4+12)10.3汇兑损益净支出12.10广告费15总成本费用(13+14)10.4金融机构手续费12.11工会经费16经营成本(15-6-7-8-9-11)21（四）评价工艺评价主要是按现行财税制度规定及产品市场价格，在生产成本和费用估算的基础上，计算所选工艺在财务上的盈利能力。具体计算与评价方法可参考3．2节（五）工艺路线的选择总的原则是：生产上安全可靠、技术上先进、经济上合理。22市场调查报告计算生产成本已知工艺的调查实用数据（本公司）工艺A工艺B工艺C工艺D工艺E（国内公司）（国内公司）（国外承包商）（无专利许可证）（按合同不能用专利）发送询函实用数据B实用数据D实用数据EM承包公司M承包公司N（答复不明确）来自研究开发部门的本公司工艺的数据来自工艺部门的其它公司工艺的数据收益性评价不可行可行本公司工艺（国内公司）（国外公司）第一次工艺评价本公司工艺工艺B明显不合适工艺EM第二次工艺评价签订保密合同装置考察报批签订合同经济性可以，无工业装置，装置建设费高，有发展前途经济性可以，已建多套工业装置，装置建设费低，原料费高经济性最佳，已建一套工业装置，操作有一定难度，产品质量好××××本公司工艺不如工艺B×工艺E已经陈旧×图2-2工艺路线选择的顺序图23二、工艺路线选择的步骤(一)调查(二)分析(三)生产成本计算（四）评价（五）工艺路线的选择总的原则是：生产上安全可靠、技术上先进、经济上合理。242.2工艺设计的内容及设计文件2.2.1工艺设计的内容和程序2.2.2初步设计的设计文件2.2.3施工图设计的设计文件252.2.1工艺设计的内容和程序主要内容有：原料和技术路线的选择工艺流程设计物料衡算和能量衡算工艺设备设计与选型车间布置设计管道设计非工艺设计项目的考虑编制设计文件，包括设计说明书，附图（流程图、布置图和设备图等）和附表（设备一览表和材料汇总表等。）上面这些内容有的在初步设计中完成，有些要在施工设计中才做。26计划任务书编制工艺流程草图物料衡算能量衡算设备工艺计算及选型自动控制工艺流程图设计车间布置设计概算技术经济分析编写设计说明书工艺流程总图物料平衡图原料用量、消耗定额及“三废”排放表能量消耗综合表设备一览表非定型设备条件图控制系统图带控制点工艺流程图车间平面及立面布置图、厂鸟瞰图技术经济分析表概算书、投资及材料表初步设计说明书图2-3初步设计程序27给排水电力条件暖风条件热力条件设备安装总图1.设备安装2.土建穿孔预埋螺栓图仪表施工图1.自控或集中控制仪表2.仪表一览表3.仪表预算初步设计图纸及说明书设备条件土建条件外管道自控条件各项工程预算管道施工图1.主管布置图2.管道布置图3.单体设备接管图4.管件图5.管架、阀架图6.管道材料表7.和管道施工说明书8.图纸总目录车间布置图管道结构图预算1.设备安装预算2.管道安装预算总预算全工程预算图2-4工艺与非工艺设计配合关系282.2.2初步设计的设计文件设计说明书；说明书的附图、附表。设计依据设计指导思想设计范围及工厂组成建厂规模及产品方案主要原材料和燃料的规格生产方法及工艺流程、工艺计算厂址概况、公用工程及辅助工程、环境保护及综合利用工厂的机械化和自动化水平劳动安全与工业卫生、工作制度及劳动定员存在的问题及解决意见、附图和附件292.2.3施工图设计的设计文件(1)设计说明设计说明包括工艺设计说明，管道设计说明，隔热、隔声设计说明，防腐设计说明等。①工艺设计说明包括设计依据，工艺说明，设计范围。②管道设计说明包括管道分区情况，管道图表示法有关标准，材料供应情况，设备安装的注意事项，管道预制及安装要求，管架，静电接地采用的国家及部颁标准。③隔热、隔声设计说明包括隔热材料的选用，工程中遇到的隔热等级，采用的隔热、隔声结构及标准，施工要求等。④防腐设计说明包括涂漆的范围，采用的涂料名称，施工要求，涂该的颜色，埋地管道的外防腐，管道的内防腐等。30(2)有关图纸图纸目录、首页图，管道及仪表流程图，分区索引图，设备布置图，设备安装图，管道布置图，软管站布置图，管道轴测图，管道轴测图索引和管段表索引，特殊管架图．管架图索引．特殊管件图，设备管口方位图等。(3)有关表格设备一览表，设备地脚螺栓表，管段表及管道物性表．管架表，弹簧汇总表，特殊阀门和管道附件表。隔热材料表，防腐材料表，伴热管图和伴热管表，综合材料表等。312.3工艺设计中的全局性问题2.3.1厂址的选择①工厂的地理位置对于企业的成