化工设计教案

化工设计教案为什么要学习《化工设计》(1)从一个新产品或新工艺的试验研究开始到进行工厂建设为止，都需要进行设计。(2)帮助我们从高等学校走向社会时能适应新的工作岗位的需要，迅速实现从大学生向工程师的转化。(3)帮助我们学会综合运用各种已学过的知识系统地分析问题和解决问题。学什么学设计的基本原理、基本程序和方法。其主要内容有：(1)当代先进水平的化工装置设计有哪些内容？如何完成之？(2)如何设计工艺流程、选择工艺参数和设备？(3)如何进行厂房、车间和管道布置？(4)如何编制设计文件？如何学(1)多读几本书，听课与自学相结合(2)多应用，理论与实践相结合化工设计是将一个系统(一个工厂、一个车间)按照工厂工艺技术要求，经工程技术人员的创造，将其全部描绘成的图纸，表格及必要的文字说明，即把工程技术装备用工程语言表达出来。然后根据这一“语言”，把这个系统建立起来，并投入运行。或说:设计工作是一项能将人们的设想和想象转变成现实的一个重要步骤，通过课程的学习，我们可以知道化工厂的建设程序，设计程序，主要设计内容等一些基本概念。1化工设计概述一、化学工业的发展历史、化学工业覆盖的范围及其在现代经济体系中的地位1、化学工业的发展历史：化学工业历经了古代、近代、现代三个主要发展阶段。化学工业发展阶段：①古代化学工业：从数千年前人类阳光晒盐、地下卤水煮盐开始，萌发了古老的化学工业。②近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。③现代化学工业：上世纪40年代开始，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维工业的迅速发展，随着化工单元操作理论的日益成熟，在科学技术和生产规模二个层面上，揭示现代化学工业开始形成。2、化学工业属于过程工业型制造业（流程型制造业）现代制造业：1、离散型制造业（例如汽车工业等）2、过程工业型制造业（又称“流程型制造业”）（例如化学工业、冶金行业等）流程型制造业一般是能耗大户，也是排放的大户。其节能、降耗、减排的任务十分艰巨。例如：一个年产值不过仅10亿元人民币的合成原料药制造企业，它每天的耗水量可高达5000立方米。3、现代化学工业覆盖的范围：我国化学工业的分类与美国、欧盟关于化学工业的范畴有一些区别，但逐步在接轨，按美国、欧盟的化学工业年鉴，现代化学工业覆盖以下范围：现代化学工业：石油化工（包括其衍生的有机化工）、煤化工（包括其衍生的有机化工）、无机化工、精细化工及中间体、化肥工业、农药工业、医药工业、轻工（造纸、玻璃、塑料、合成橡胶等）、染料、油墨、化妆品、清洁剂、生物化工。4、化学工业在现代经济体系中的地位化学工业是所有高新技术产业的支撑工业，如能源、电子、信息、生物、材料等领域，都离不开化学工业提供的物质支撑。化学工业绝不是所谓的“夕阳工业”、“夕阳产业”，它现在仍然正在平稳高速的发展，将来必将持续快速发展。1990年～1999年，美国、欧盟化学工业的发展速度是其全部工业平均增长速度的2.69倍。美国化学工业的规模一直雄居世界化学工业总量的30％左右，是美国为数不多在国际贸易体系内具有贸易顺差的制造业之一。在世界500强企业中，以化工为主或涉足化工领域的企业为数不少。二、化工过程设计的基本内容1、化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联系与区别化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。化工厂设计分为：a、化工过程设计（核心）（包括化工工艺设计（核心），公用工程设计、外管设计，…等；）b、非工艺部分设计（化工厂房建筑、结构设计；总图设计，….等）根据项目性质化工设计可分为：新建项目设计、重复建设项目设计、已有装置的改造设计。根据化工过程开发程序化工设计可分为：概念设计、中试设计、基础设计和工程设计；其中工程设计又包括：初步设计、扩大初步设计和施工图设计。2、化工过程设计的目标及内容美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述了化工过程设计的主要目标：确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。化工过程设计的内容：其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。化工过程设计发展方向：复杂大型化工厂的设计；自主创新设计；与国际工程设计的接轨PID（ProcessInstrumentDiagram）带控制点的工艺仪表管道流程图（工艺专业部）PFD（ProcessFlowsheetDiagram）过程物料流程图UID（UtilityInstrumentDiagram）公用工程仪表管道流程图（工艺系统专业部）UFD（UtilityFlowsheetDiagram）公用工程物料流程图现代化学工业的发展方向：新物质、经济合理的大批量、高质量、柔性化、绿色化、多尺度化学工业绿色化的含义：以“减量化、再利用、资源化”为基本原则，也就是所谓的“3R”原则。（Reduce、Recycle、Resource）具体体现在：（1）、减少化工过程的能耗、物耗；Reduce（2）、减少有害物质的使用或生成；Reduce（3）、减少废弃物，并使废弃物在系统类在利用；Recycle（4）、尽量将排放的废弃物转化为可用的再生资源；Resource（5）、尽量延长产品的生命周期。在化学工程领域实施注册工程师制度，在化学工程师心目中树立伦理学观念，建立责任关怀制度。开始逐步成为国际化学工程领域的一个发展大趋势。伦理学理念体现在：（1）、自觉维护化工过程的安全；（2）、自觉保护环境的意识；（3）、自觉节约资源的意识；（4）、对业主、化工厂操作人员、同事负责的精神。责任关怀制度的含义：（1）、提高对安全、健康、环保、资源的认知和行动；（2）、充分报道成绩、行动计划，但不回避缺陷；（3）、与公众沟通，并倾听意见的日常化。等等。三、化工设计的内容与程序我国化工厂基建的程序如下：基建：基本建设的简称，一个项目从设想到建成投产的过程。四、化工车间工艺设计的程序与内容内循环优化：在流程结构不变的前提下，通过修改、调整流程内部的部分设备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。外循环优化：在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程结构进行改头换面的大变动，而达到对流程进行优化设计的目的。外循环优化经常用于新厂设计时，对多个流程方案进行分析比较。2可行性研究和市场调研初始考虑化学工程设计项目没有一套标准的求解步骤，也没有唯一“正确”的答案。这涉及项目中需要考虑很多不同方面的问题，最终被接受的解决方案通常是若干备选方案中“较好”的方案。设计研究的重要特征是在每个阶段都要作出决策，并且常常需要做出妥协。在设计的后续阶段还要重新考察前期所做出的决策，重新寻求解决方案，并重新评价方案。设计项目的可行性研究主要包括对候选过程进行的技术和经济评价。其目的是决定是否进入详细设计阶段以及随后的施工建设阶段。此时需要考虑很多因素，比如法律法规、政策影响等，所有这些方面都应该在花费巨大的详细设计开始之前予以考虑。设计项目包括一个需要解决的问题，一个项目管理人，一个项目工程师团队，以及各种截止期限。界定问题→选定方案→剔除不可行方案→形成计划其中包括了：时间管理设计的阶段：构思和界定，流程图确定，设备设计，经济性分析，最优化，报告信息搜集项目内容：生产能力，产品规格，原料，公用工程，厂址，预期的市场，生产工艺候选方案评价（决策）：如何制备，用途，目前的生产和销售情况，环境问题，公用工程，储运案例：领苯二甲酸酐的生产技术和经济可行性研究总述邻苯二甲酸酐（苯酐，phthalicanhydridePAN）是白色固体结晶，是环状酸酐同系物中最简单的一个。在熔融状态，它是像水一样的无色液体。正常沸点280℃，正常熔点131℃，但是在沸点以下很容易产生蒸气并凝华。在低浓度下（2ppm）显示出毒性，对皮肤有强烈刺激。与空气形成爆炸性混合物的浓度范围是1.7%~10.5%。目前，邻二甲苯（ortho-xylene）是其主要生产原料，在20世纪70年代的主要生产原料是萘（naphthalene）。使用空气进行固定床催化氧化工艺是目前多数生产厂家首选的方法。苯酐的主要用途是增塑剂、聚酯、醇酸树脂和染料等。近年来苯酐全球生产量增加缓慢。目前，澳大利亚仅有一家公司生产苯酐，它有两个工厂，位于新南威尔士。两个工厂建于20世纪60年代，使用萘为原料，技术落后。在日本、韩国、中国台湾有若干大型工厂，这些工厂和该地区的其他几个生产厂的产量加在一起就可以满足当地和该区域的需求，大多数工厂实际生产量均低于设计能力20%~40%。生产苯酐的LAR工艺是最新技术，能够以低于目前售价（0.95-1.00澳元/kg）的成本进行生产。然而在考虑资金偿还和实际利润空间后，位于西澳大利亚的新工厂的产品售价可能高达1.45澳元/kg。30000t/a的产能即可满足澳大利亚对苯酐的需求，并且能够有少量出口。如果能找到合适的市场，60000t/a的生产规模也是可行的。年产3万吨的工厂投资估计在2500万到7000万澳元之间；年产6万吨的装置投资估计在4100万到1.05亿澳元之间。新苯酐工厂的总体可行性很大程度上取决于位于工厂附近的下游加工基地的建设。从经济和政策的角度考虑，倾向于选择位于西澳大利亚西南Kemerton附近的厂址。位于该区域的建设项目将得到政府的支持，因为有助于实现主要工业基地的分散化。在该地区，高度发达的基础设施和交通条件要么已经建成，要么正在筹建。当地的船舶制造业也是苯酐的潜在市场。尽管工厂的日常运行会存在某些危险，还会排放出一些废气和废水，但是预计新建工厂对环境的影响将很小。采用LAR工艺的苯酐生产厂还可以副产电力供给当地电网或者附近的工厂。（参考文献：1968~1996公开出版的46篇专著和期刊）问题的确定和背景资料总述苯酐是一种石化中间体，用于增塑剂（PVC增塑剂）、醇酸树脂、聚酯和染料。市售状态可以是熔融状态或者白色粉末。几乎所有的邻二甲苯都消耗在苯酐的生产上，过去使用萘生产苯酐。在可行性研究前期，找到合适的高纯邻二甲苯供应是至关重要的通过选用合适的催化剂，固定床反应器和流化床反应器都可以得到很高收率，因而均为可行的候选方案。在操作时必须十分小心，因为苯酐粉尘和空气容易形成爆炸性混合物，并且苯酐自发地与多种有机化合物发生反应。（1）背景和目标确定待生产化学品关键化学性质，突出的市场问题以及生产中潜在的困难。总结该化学品的主要应用领域并确定出目前的市场需求。在此阶段还要找出可能的生产工艺，并且初步评价其可行性。（2）邻苯二甲酸酐化学结构和物理性质苯酐是一种无水酸衍生物，可以有邻二甲苯经过部分氧化得到，反应式如下：C6H4(CH3)2+3O2→C6H4(CO)2O+3H2O在室温下，苯酐是一种白色结晶固体，沸点284.5℃，熔点131.6℃，冷凝时倾向于凝华。讲给回收系统带来麻烦。在熔融状态，其密度是水的110~120%，粘度与水相似（0.55~1.2cp）。苯酐具有危险性，与空气形成爆炸性混合物（140℃以上的爆炸极限是1.7%~10.5%（V%））。含量超过2ppm时有毒性，能强烈刺激眼睛，呼吸道，皮肤和粘膜组织。（3）应用和用途大约50%邻二甲苯酸酐用于生产PVC的增塑剂。其他应用领域也很重要：不饱和聚酯（消耗全部苯酐的15%-20%）；醇酸树脂（10%-15%）及染料（酚酞和蒽醌）及其他用途。在西澳大利亚，苯酐主要用作增塑剂，为建筑行业和汽车工业服务。醇酸树脂可以用于造船工业。本地无染料市场。从20世纪50年代开始，世界范围内苯酐的生产量以每年3%-5%的稳定幅度缓慢增长，估计目前总年产量350万吨。售价随需求和产量的起伏波动很大。目前价格0.8-1.0美元/kg。（4）基础化学邻二甲苯和萘在一定条件下都可以氧化成苯酐，并伴随水的生成。反应历程