緒論 第一章 化工設計的內容與程序

1、.,化工設計DesignofChemicalEngineering,.,教材:化工設計第二版.陳聲宗主編.化學工業(yè)出版社.2008.,主要參考書:高等學校畢業(yè)設計（論文）指導手冊化工卷國家教委高教司高教出版社化工設計婁愛娟華東理工大學出版社化工設計王靜康主編化學工業(yè)出版社化學過程設計倪進方主編化學工業(yè)出版社,.,本課程為化學工程與工藝專業(yè)的專業(yè)必修課。課程以化工工藝設計為重點，講述化工設計的原則、方法、設計程序以及化工設備圖和化工工藝圖的繪制及閱讀方法。通過本課程的學習，使學生學會應用已學過的基礎理論解決實際工程問題，從過程的物料衡算及熱量衡算入手，確定典型工藝過程的流程及工藝條件、設備選型；

2、了解化工生產中的設備材質、安全生產、三廢治理等問題。為學生順利開展畢業(yè)設計和將來從事化工過程的開發(fā)、設計打下基礎.,課程性質和目的：,.,課程主要內容:,化工設計的內容與程序（1章）工藝流程的設計（2章）物料衡算和熱量衡算（3章）設備的工藝設計及化工設備圖（4章）車間布置設計（5章）管道布置設計(6章)非工藝專業(yè)基本知識（7章）畢業(yè)設計（9章）,.,化工新技術從概念形成至投產,大體要經過的主要階段：化工技術的研究過程開發(fā)項目設計工程建設試車投產,緒論,.,一、化工設計的意義和作用化工設計是將一個系統(tǒng)全部用工程制圖的方法描繪成圖紙、表格及必要的文字說明，即把工藝流程、技術裝備轉化為工程語言的過程

3、。主要用于：1、在化工生產中，對化工廠進行改建和擴建，對工藝流程進行評價，找出薄弱環(huán)節(jié)和不合理現(xiàn)象及挖掘生產潛力。,2、在科研中，要將科研成果實現(xiàn)工業(yè)化，須把科研與設計緊密結合起來，進行新工藝、新產品及新設備的開發(fā)。,總之，化工設計對新廠建設、老廠改造挖潛，小試或中試裝置的建立都具有極其重要的作用。設計是生產的前導，是科研成果轉化為工業(yè)化大生產的必經途徑。,.,二、化工設計的特點1、政策性強必須遵循國家的各項有關政策和法規(guī)，充分利用人力物力，確保安全生產。2、技術性強化工生產的操作條件多在高溫、高壓或低溫、真空下進行，處理的物料多具有腐蝕性，這對設備材料的選用、設備防腐和分離方法都提出了更高的

4、要求。,.,3、經濟性強化工生產過程大多較為復雜，設計人員在確定生產方法、設備選型、車間布置、管道布置時要認真進行技術經濟分析，達到技術上先進，經濟上合理。4、綜合性強一個化工工程設計包括：工藝、機械、自控、電氣、運輸、土建、采暖、給排水、三廢處理等多個專業(yè)，要求各專業(yè)之間緊密合作、協(xié)同配合，其中化工工藝設計起著貫穿全過程，并組織協(xié)調各專業(yè)設計工作的作用。,.,第一章化工廠設計的內容與程序,化工設計的種類化工廠設計的工作程序化工車間工藝設計的程序及內容國家和行業(yè)的基本設計政策和規(guī)范設計文件,.,1-1化工設計的種類,一、根據項目性質分類（一）新建項目設計（二）重復建設項目設計（三）已有裝置的改

5、造設計,.,（一）新建項目設計新建項目設計包括新產品設計和采用新工藝或新技術的產品設計。這類設計往往由開發(fā)研究單位提供基礎設計，然后由工程研究部門作出工程設計。,（二）重復建設項目設計由于市場需求大，產品需擴大生產，需再建生產裝置，由于新建廠的具體條件與原廠不同，需由工程設計部門進行設計。,（三）已有裝置的改造設計一些老的生產裝置其產品質量和產量不能滿足客戶要求，或由于技術原因，原材料和能量消耗過高而缺乏競爭力，須對老裝置進行改造，挖掘生產潛力。,.,二、據化工過程開發(fā)程序分類,(一)概念設計(二)中試設計(三)基礎設計(四)工程設計1、初步設計2擴大初步設計3、施工圖設計,.,(一)概念設計

6、,定義：概念設計是在基礎研究結束后，按未來的工業(yè)生產裝置規(guī)模所進行的假想設計。,基礎研究包括：信息研究：市場對產品的需求量，市場前景，收益估算。實驗性研究：對可能的若干方案進行初步篩選，力求用最少的原料、最經濟的手段獲得最多的產品。第一次可行性研究：通過對技術、經濟及環(huán)境的評估，做出該產品是否值得繼續(xù)開發(fā)的決定。小試：進行小型工業(yè)模擬實驗。,.,概念設計的作用:找出基礎研究中工藝流程、主要單元操作、設備結構及材質、過程控制方案及環(huán)保安全等方面存在的問題，并為解決這些問題提供途徑或方案。,概念設計的工作內容：根據基礎研究提供的概念和數據，確定最佳工藝流程,給出物料流程圖;進行全系統(tǒng)的物料衡算、熱

7、量衡算和設備計算，確定工藝條件以及主要設備的形式和材質、三廢處理措施等，估算裝置投資和產品成本等主要技術經濟指標。,.,中試設計的確定原則：中試是介于小試和生產之間的實驗。當某些開發(fā)項目不能采用數學模型法放大，或者其中有若干研究課題無法在小試中進行，一定要通過相當規(guī)模的裝置才能取得數據者才需進行中試。,(二)中試設計按照技術開發(fā)的觀點，中試的主要目的是驗證模型和數據，即概念設計中的一些結果和設想通過中試來驗證。,.,中試設計的主要任務：建立一定規(guī)模的放大裝置，對開發(fā)過程進行全面模擬考察；驗證小試條件，收集更完整、可靠的各種數據；考察可達到的生產指標；研究三廢處理、生產安全性等問題；提出帶控制點

8、的工藝流程圖，工藝參數、物料衡算、能量衡算的數據等。,.,(三)基礎設計基礎設計是據中試結果進行的生產規(guī)模的全面設計，是過程開發(fā)的最終成果，它是工程設計的依據。,主要內容：,（l）裝置說明：設計依據、技術來源、生產規(guī)模、原料、產品規(guī)格等；（2）工藝流程說明（3）物料流程圖及物平表（4）熱量衡算結果及設備熱負荷（5）帶控制點的工藝流程圖（6）設備名稱表及設備結構簡圖,.,（四）工程設計大型企業(yè)和使用較復雜的技術時，可按初步設計、擴大初步設計及施工圖設計三個階段進行。一般技術比較成熟的大中型工廠或車間的設計，可按擴大初步設計和施工圖設計兩個階段進行。技術上比較簡單、規(guī)模較小的工廠或車間的設計，可直

9、接進行施工圖設計。,.,工程設計的內容：（1）設計依據和說明（2）工藝流程（3）設備、零部件明細表，非標準設備施工圖（4）消耗定額（5）投資概算（6）電路、控制線路施工設計,1、初步設計根據設計任務書，對設計對象進行全面研究，尋求在技術上可能、經濟上合理的最佳方案。,.,2、擴大初步設計任務：據已批準的初步設計和有關行業(yè)規(guī)范，解決初步設計中的主要技術問題，使之明確、具體化。編寫初步設計說明書和準確度能滿足控制投資或報價使用的工程概算書。,任務：根據基礎設計,結合建廠的具體條件作出工程設計階段的主要技術決定。在國內，權力機關（或委托單位）根據初步設計審查該項目是否先進、可靠。,.,3、施工圖設計

10、任務：據已批準的擴大初步設計和行業(yè)標準，在滿足安全、進度及控制投資等前提條件下開展施工圖設計。其成果：（l）設計施工圖和文件；（2）編制精確的投資估算；（3）根據設備規(guī)格說明書的要求落實設備制造單位或者直接訂購設備。,.,常規(guī)工程設計方法的步驟,.,1-2化工廠設計的工作程序,一、項目建議書二、可行性研究報告三、編制設計任務書四、擴大初步設計五、施工圖設計六、設計代表工作,.,化工廠設計的工作程序,.,一、項目建議書,.,5、資源、主要原材料、燃料和動力的供應;,6、建廠條件和廠址初步方案;,7、環(huán)境保護;,8、工廠組織和勞動定員估算;,9、項目實施規(guī)劃設想;,10、投資效益和社會效益的初步估

11、算;,它是進行可行性研究和編制設計任務書的依據，包括下列內容：,.,二、可行性研究,對擬建項目進行全面分析及多方面比較，對其是否應該建設及如何建設作出論證和評價，為上級機關投資決策和編制、審批設計任務書提供可靠的依據?？尚行匝芯渴菍椖康募夹g路線、工藝過程、工程條件和經濟效益及社會效益進行深入細致的調查研究。其內容包括：,.,1、總論包括項目名稱、可行性研究的主要內容和論據、評價的結論性意見、存在問題和建議等。2、市場預測包括國內外市場需求情況預測和產品的價格分析。3、產品的生產方案及生產規(guī)模包括產品生產方案的選擇與比較；生產規(guī)模及各裝置規(guī)模確定的原則和理由；產品、中間產品及副產品的品種、數量

12、、規(guī)格及質量指標。,.,4、工藝技術方案包括工藝技術方案的選擇、工藝流程和消耗定額、自控技術方案、主要設備的選擇和標準化等內容。5、原材料、燃料及水電汽的來源與供應。6、建廠條件和廠址選擇布局方案。7、公用工程和輔助設施方案。8、環(huán)境保護及安全衛(wèi)生。9、工廠組織、勞動定員。10、項目實施規(guī)劃。11、項目估算和資金籌措。12、經濟效益評價及社會效益評價。13、結論,.,三、編制設計任務書,可行性研究呈報給上級主管部門，當被上級主管部門認可后，便可編寫設計任務書以作為設計項目的依據。,.,1、項目設計的目的和依據;2、建設規(guī)模、產品方案、生產方法和工藝原則;3、礦產資源、水文地質、原材料、燃料、動

13、力、供水、運輸等協(xié)作條件;4、資源綜合利用、環(huán)境保護、三廢治理的要求;5、廠址與占地面積和城市規(guī)劃的關系;6、防空、防震等要求;7、建設工期與進度計劃;8、投資控制數;9、勞動定員控制數;10、經濟效益、資金來源、投資回收年限。,設計任務書的內容,.,四、擴大初步設計,擴大初步設計程序圖,.,五、施工圖設計,主要內容：在擴大初步設計的基礎上，完善流程圖設計和車間布置設計，進而完成管道配置設計和設備、管路的保溫及防腐設計。,任務：解決擴大初步設計中待定的各項問題。并以它作為施工單位組織設計、編制施工預算和進行施工的依據。其內容與擴大初步設計有較大變動時，應另行編制修正概算，上報審批單位核準。,.

14、,.,非定型設備施工圖、土建施工圖、供水、供電、給排水、自控儀表線路安裝圖等。,2、非工藝專業(yè)在施工圖設計中的主要工作內容,六、設計代表工作,各專業(yè)的設計代表要參加基本建設的現(xiàn)場施工和安裝，建成裝置后要參加試車運轉，使裝置達到設計所規(guī)定的各項指標要求。,.,一、設計準備工作二、方案設計（工藝流程設計）三、化工計算（物料衡算、能量衡算以及設備選型和計算）四、車間布置設計五、化工管路設計六、提供設計條件（非工藝專業(yè)的設計條件）七、編制概算書及編制設計文件概算書：初步設計階段編制的車間投資的大概計算設計文件：設計說明書、附圖（流程圖、布置圖、設備圖等）和附表（設備一覽表、材料匯總表等）,1-3化工車

15、間（裝置）工藝設計的程序及內容,.,2、參照設計進度訂出個人工作計劃。,3、查閱與工藝路線、工藝流程和重點設備有關的文獻資料。,4、深入現(xiàn)場調查研究，收集第一手資料,1、熟悉設計任務書,一、設計準備工作,下面按工作程序介紹車間工藝設計的內容：,.,二、方案設計,任務是確定生產方法和工藝流程，是整個工藝設計的基礎。要運用所掌握的各種資料，進行不同生產方法和生產流程的對比分析。,1、生產方法的選擇：一個產品的生產可以用不同的原料和不同的生產方法。要通過定量的技術經濟比較、評價總投資和成本，選擇一條技術上先進、經濟上合理、安全可靠、又因地制宜的工藝路線。,2、工藝流程的設計：包括對構成流程的操作單元

16、的選擇、設備選擇、操作條件確定三廢處理方案選擇等，從規(guī)劃輪廓到完善定型，要經過物料衡算、熱量衡算、設備設計和車間布置設計等過程。,.,三、化工計算化工計算主要是物料衡算、熱量衡算、設備選型和計算三個內容。任務是在完成以上三種計算的基礎上繪制物料流程圖，主要設備圖和帶控制點的工藝流程圖?；び嬎愕慕Y果關系到整體設計的成敗。此階段會用到大量的基本理論、基本概念和基本技能，是理論聯(lián)系實際、鍛煉獨立思考和獨立工作能力的重要過程。對標準設備（如壓縮機、泵等）據計算結果進行選型；對非標準設備（如反應器、精餾塔）由設備設計人員據設備計算結果及工藝要求自行設計。,.,四、車間布置設計主要任務是確定整個工藝流程

17、中全部設備在平面上和空間中的具體位置，確定廠房或框架的結構形式。車間布置對生產的正常進行和項目的經濟指標都有重要影響，并且是土建、電氣、自控、給排水、外管等專業(yè)開展設計重要依據。,五、配管工程設計,管道配置設計的任務是確定流程中的全部管線、閥門及各種管架的位置、規(guī)格尺寸和材料，以滿足工藝生產的要求。注意的問題是：節(jié)約管材，便于操作、檢查和安裝檢修，而且做到整齊美觀。,.,六、提供設計條件工藝專業(yè)設計人員應據該項目設計全局性的總體要求，向非工藝專業(yè)設計人員提供設計條件。完成一項設計需提供的條件包括：總圖、土建、外管、非定型設備、自控、電氣、電訊、電加熱、采暖通風、空調、給排水、工業(yè)爐等非工藝專業(yè)

18、的設計條件。設計條件是各專業(yè)進行具體設計工作的依據，提供好的設計條件是是確保設計質量的主要一環(huán)。,.,1、概算書的編制概算書是設計階段編制的車間投資的大概預算，是作為銀行對基建投資的依據，主要提供車間建筑、安裝和設備工程費用。,2、設計文件的編制分別在初步設計階段和施工圖設計階段的設計工作完成后進行，設計文件是設計成果的匯總，是進行下一步工作的依據。內容包括設計說明書、附圖（流程圖、布置圖、設備圖等）和附表（設備一覽表、材料匯總表等）。,七、編制概算書及編制設計文件,.,國家和行業(yè)的基本設計政策和規(guī)范,例：1、化工企業(yè)總圖運輸設計規(guī)范HG/T2064919982、工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范GB50

19、18719933、石油化工工藝裝置布置設計通則SH3011-20004、石油化工給水排水管道設計圖例SH3089-19985、石油化工管道器材標準（合訂本1996年）SH3401-34106、石油化工管道布置設計通則SH3012-20007、石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設計規(guī)范SH3015-2003,.,1-4設計文件,設計工作中主要的設計文件是初步設計文件和施工圖文件。一、初步設計文件包括兩部分：設計說明書和附圖、附表。初步設計說明書的內容如下：（一）設計依據（1）文件，如計劃任務書以及其他批文等。（2）技術資料，如中試試驗報告、調查報告等。,.,（二）設計指導思想和設計原則（1）設計所遵循的具

20、體方針政策和指導思想。（2）總括各專業(yè)的設計原則，如工藝路線的選擇、設備的選型和材質選用、自控水平等原則。（三）產品方案產品名稱和性質；產品質量規(guī)格；產品規(guī)模（噸年）；副產品數量（噸年）；產品包裝方式。,.,（四）生產方法和工藝流程(1)生產方法扼要說明設計所采用的原料路線和工藝路線。(2)化學反應方程式寫出方程式，注明化學反應名稱、主要操作條件。(3)工藝流程工藝劃分簡圖，用方塊圖表示。帶控制點工藝流程圖和流程簡述。帶控制點工藝流程圖應表示出全部工藝設備、物料管線、閥件、設備的輔助管路以及工藝和自控儀表圖例、符號。,.,（五）車間（裝置）組成和生產制度(1)車間（裝置）組成。(2)生產制度，

21、年工作日、操作班制，間歇或連續(xù)生產。（六）原料、中間產品的主要技術規(guī)格(1)原料、輔助原料的主要技術規(guī)格。(2)中間產品及成品的主要技術規(guī)格。,.,（七）工藝計算1.物料計算（1）物料計算的基礎數據。（2）物料計算結果以物料平衡圖表示，計量單位用小時(h)（連續(xù)操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用的計量單位在一個項目內要統(tǒng)一。2.主要工藝設備的選型、化工計算和材料選擇(1)基礎數據來源包括物料及熱量計算數據、主要化工數據等。(2)主要工藝設備的工藝計算按流程編號為序進行編寫。,.,3.一般工藝設備以表格形式分類表示計算和選擇結果。工藝設備一覽表按非定型工藝設備和定型工藝設備兩類編制。

22、4.工藝用的水、蒸汽、冷凍用量。5.分批操作的設備要排列工藝操作時間表和動力負荷曲線。（八）主要原料、動力消耗定額及消耗量（九）生產控制分析（十）儀表和自動控制（方案體現(xiàn)在流程圖上，設備列表）（十一）技術保安、防火及工業(yè)衛(wèi)生,.,（十二）車間布置（車間布置說明及設備平面圖與剖面圖）（十三）公用工程（水、電、蒸汽等）（十四）“三廢”治理及綜合利用（十五）車間維修（人員、設備）（十六）土建（設計說明、圖、表）（十七）車間裝置定員（十八）概算（十九）技術經濟1.投資2.產品成本,.,（二十）存在問題及建議（二十一）擴大初步設計中必要的附表及附圖附表：工藝設備一覽表、自控儀表一覽表、公用工程設備材料表附圖：帶控制點工藝流程圖、車間布置圖（平面圖及剖面圖）、關鍵設備總圖、建筑平面、立面、剖面圖。,.,二、施工圖設計文件設計施工圖是工藝設計的最終成品，在初步設計的基礎上進