化工设计第12章

1、化工设计（化工过程设计）化工设计（化工过程设计）教教 案案 程 振 锋 一、课程基本情况：一、课程基本情况：2、本课程的主要内容、本课程的主要内容主要内容、化工厂设计及化工工艺设计；、化工技术经济分析与评价；、计算机辅助化工设计。1、“化工设计化工设计”课程在化学工程与工艺专业大学本科教学中的地课程在化学工程与工艺专业大学本科教学中的地位位 “大三”下半年或“大四”才能开设，已经偏向于“专业课”，要求大家学完“化工原理”、“反应工程”、“化工热力学”、“物理化学”、“化工设备基础”等一系列专业基础课后，才能开始学习本课程。 综合利用同学们以前学完的大量专业基础课知识，在化工工艺设计乃至化工厂设

2、计的过程中综合运用。 “化工设计化工设计”课程学得好不好，比其它课程更能体现一个化学工程课程学得好不好，比其它课程更能体现一个化学工程与工艺本科学生综合素质的高低。与工艺本科学生综合素质的高低。3、本课程的特点、本课程的特点、综合性综合性（多专业基础课知识的综合与集成）；、实践性实践性（面向实际化工工艺设计、化工厂设计的工程运用）；4、“化工设计化工设计”课程教学的目的课程教学的目的、了解国内外有关化工工艺设计、化工厂设计的先进理念；、掌握化工工艺设计的内容、步骤及方法。 5 5、为什么要学习化工、为什么要学习化工( (过程过程) )设计设计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

3、，都需要进行设计。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。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。工程师的转化。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。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。 6 6、学什么、学什么 学设计的基本原理、基本程序和方法。其主要内容有：学设计的基本原理、基本程序和方法。其主要内容有：当代先进水平的化工装置设计有哪些内容？如何完成之？当代先进水平的化工装置设计有哪些内容？如何完

4、成之？如何设计工艺流程、选择工艺参数和设备？如何设计工艺流程、选择工艺参数和设备？如何进行厂房、车间和管道布置？如何进行厂房、车间和管道布置？如何编制设计文件？如何编制设计文件？二、本课程学习的教材及参考书二、本课程学习的教材及参考书1、化工过程设计，王静康主编，北京，化学工业出版社，2006年。 2、化工技术经济，苏健民主编，北京，化学工业出版社，2002年。3、化工系统分析与模拟，彭秉璞主编，北京，化学工业出版社，2001年。4、化学工程手册，时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，北京，化学工业出版社，2002年。5、化工设计手册，上海医药工业设计研究院主编，北京，化学工业出版社，2003年。

5、6、Process Design Principles (Synthesis, Analysis and Evaluation)7、Analysis, Synthesis and Design of Chemical Engineering8、Introduction to the Material and Heat Balance in Chemical Engineering 除此之外，国内还有10余个版本的“化工设计”教材，它们的侧重面不尽相同，有兴趣的同学，可以看看这些教材作为参考。第一章第一章 化工过程设计化工过程设计一、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

6、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位1、化学工业的发展历史、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、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。、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。、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）、化学工业属于过程工业型制造

7、业（流程型制造业）现代制造业离散型制造业 （例如汽车工业等）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业，它每天的耗水量可高达5000立方米。立方米。3、现代化学工业覆盖的范围、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

8、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、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。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

9、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、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。化工厂设计化工过程设计（核心）化工厂房建筑、结构设计总图设计，.等非工艺部分设计化

10、工工艺设计（核心）公用工程设计、外管设计，等化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。2、化工过程设计的目标及内容、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。个综合的设计方案。化工过程设计的内容内容： 其基本核

11、心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，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。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。3、化工过程设计的深化改革、化工过程设计的深化改革化工过程设计发展方向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我国化工设计院，原来的专业部门进行了相应的改革调整。原来的工艺专业部工艺专业部工艺专业部（大部分为化学工程与工艺专业人员）工艺系统专业部工艺系统专业部（少量化学工程与工艺专业人员，大量其它辅助专业）工艺专业部：侧重化工工艺设计工艺系统

12、专业部：侧重化工过程设计中除了化工工艺设计以外与工艺有关的内容工艺专业部工艺专业部：侧重出PID图、PFD图工艺系统专业部工艺系统专业部：侧重出UID图、UFD图PID （Process Instrument Diagram） 带控制点的工艺仪表管道流程图PFD （Process Flowsheet Diagram） 过程物料流程图UID （Utility Instrument Diagram） 公用工程仪表管道流程图UFD （Utility Flowsheet Diagram） 公用工程物料流程图其中，各种图纸随设计的深入，分成多个版本。其中，各种图纸随设计的深入，分成多个版本。PID图样图

13、样PFD图样图样UFDUFD图样图样 工艺专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过工艺专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过程中有许多需要交流的条件、文件（程中有许多需要交流的条件、文件（“条件表条件表”），），有发出条件的主导专业，有接收有发出条件的主导专业，有接收“条件表条件表”的接收专的接收专业。业。我国化工设计院的专业种类我国化工设计院的专业种类化学工程与工艺化学工程与工艺化工机械化工机械自动化及仪表自动化及仪表总图总图概预算（工程经济）概预算（工程经济）建筑、结构、暖通、给排水、强弱电建筑、结构、暖通、给排水、强弱电热工、环境工程（环保）、工业炉热工、环境工程（环保）、工业炉 因此

14、，可以说：因此，可以说：化工设计是化工工程基本建设中的一化工设计是化工工程基本建设中的一环环,是将化学工程、化工工艺和开发是将化学工程、化工工艺和开发性实验的研究成果，用工程语言（图性实验的研究成果，用工程语言（图纸等）表达出来，使之建设成为一个纸等）表达出来，使之建设成为一个工业化的生产装备。其本质是把化学工业化的生产装备。其本质是把化学反应变成一个装置工程的设计。反应变成一个装置工程的设计。在屏幕上修改在屏幕上修改设计图设计图化工设计室化工设计室3.1 化工设计的种类化工设计的种类 根据项目性质分为两类型根据项目性质分为两类型新建项目设计新建项目设计技改项目设计技改项目设计 根据适用程度分

15、为两种类型根据适用程度分为两种类型通用设计（复用设计）通用设计（复用设计）“因地制宜因地制宜”设计设计概念设计概念设计（Conceptual Design)中试设计中试设计(Pilot-plant Design)基础设计基础设计(Foundation Design) 根据开发程序分为两大类根据开发程序分为两大类-四种类型四种类型开发（过程开发（过程中的）设计中的）设计工程设计工程设计(Engineering Design)3.2 化工过程开发程序及设计类型化工过程开发程序及设计类型1、化工过程开发的基本步骤、化工过程开发的基本步骤 2、化工过程开发中的设计类型、化工过程开发中的设计类型 1、化

16、工过程开发的基本步骤、化工过程开发的基本步骤 实验性实验性研究研究过程研究过程研究工程工程设计设计第一次第一次可行性可行性研究研究施工施工小试小试模型模型试验试验中试中试工程设计研究工程设计研究概念概念设计设计第二次第二次可行性可行性研究研究基础基础设计设计第三次第三次可行性可行性研究研究信息信息研究研究p信息研究信息研究主要内容主要内容:调研市场对开发产品的需求量调研市场对开发产品的需求量, 开发产品对国民经济其他部门的关系开发产品对国民经济其他部门的关系, 市场前景市场前景,收益估算收益估算,社会效益及环境污染情况等社会效益及环境污染情况等 评估科研水平、社会条件及完成的可能性评估科研水平

17、、社会条件及完成的可能性收集评价的资料收集评价的资料: 各种已工业化的生产方法及新方法的专利文献各种已工业化的生产方法及新方法的专利文献资料，如生产过程、流程、主副反应、反应条件、反资料，如生产过程、流程、主副反应、反应条件、反应产率、产品及副产品规格、主要设备类型应产率、产品及副产品规格、主要设备类型、反应动反应动力学及有关的相平衡数据；主副产品、原料及中间力学及有关的相平衡数据；主副产品、原料及中间品的物化和热力学数据。品的物化和热力学数据。p实验性研究实验性研究内容内容:工艺方法（原料和生产线路等）研究工艺方法（原料和生产线路等）研究 工艺条件（如转化率、选择性、主副反应工艺条件（如转化

18、率、选择性、主副反应 的特点、催化剂、反应条件、产品分离方式等的特点、催化剂、反应条件、产品分离方式等) 物料平衡、能量平衡和生产成本估算物料平衡、能量平衡和生产成本估算 对原料、半成品和产品质量的研究对原料、半成品和产品质量的研究 产品用途及产品应用质量的研究产品用途及产品应用质量的研究目的目的: 对可能的若干方案进行初步筛选，以能明确地提对可能的若干方案进行初步筛选，以能明确地提出一个较理想的流程，同时获得必要的物性数据出一个较理想的流程，同时获得必要的物性数据p第一次可行性研究第一次可行性研究即在信息和实验研究的基础上即在信息和实验研究的基础上 对技术、经济、环境综合的可行性研究对技术、

19、经济、环境综合的可行性研究技术的可行性研究是指原料线路和技术的可行性研究是指原料线路和 技术线路的可行性、可靠性和先进性技术线路的可行性、可靠性和先进性 原料线路的可行性和可靠性：只要技术上可行，原料线路的可行性和可靠性：只要技术上可行，经济上合理，一般都采用粗原料或劣质原料；必经济上合理，一般都采用粗原料或劣质原料；必须有足够的、可靠的来源须有足够的、可靠的来源 技术线路的可行性是指生产安全、操作简便、操作弹性大、生产环节技术线路的可行性是指生产安全、操作简便、操作弹性大、生产环节少、不易出现故障等；少、不易出现故障等；技术线路的先进性是指各种技术指标如转化率、技术线路的先进性是指各种技术指

20、标如转化率、选择性、能耗、设备生产强度和劳动生产率的高低。选择性、能耗、设备生产强度和劳动生产率的高低。p第一次可行性研究第一次可行性研究即在信息和实验研究的基础上即在信息和实验研究的基础上 对技术、经济、环境综合的可行性研究对技术、经济、环境综合的可行性研究 经济的可行性研究，主要是指投资、人力、生经济的可行性研究，主要是指投资、人力、生产费用等支出同产品销售的收入作比较，估计可产费用等支出同产品销售的收入作比较，估计可能获得的经济效益和投资回收情况。能获得的经济效益和投资回收情况。 环境的可行性研究环境的可行性研究，就是评估就是评估“三废三废”治理程度及其对环境的影治理程度及其对环境的影响

21、响1、化工过程开发的基本步骤、化工过程开发的基本步骤 p小试小试:小型工业模拟试验的简称小型工业模拟试验的简称小试应完成以下任务小试应完成以下任务: 验证开发方案的可行性和完整性，确定影响因素。明确验证开发方案的可行性和完整性，确定影响因素。明确过程原料线路，认识所涉及化学反应的特性和影响因素；确过程原料线路，认识所涉及化学反应的特性和影响因素；确定工艺过程、单元操作和工艺条件，完成催化剂的筛选和表定工艺过程、单元操作和工艺条件，完成催化剂的筛选和表征；确定产品分离和精制方案，以及在此基础上完成物料衡征；确定产品分离和精制方案，以及在此基础上完成物料衡算和能量衡算。算和能量衡算。 测定和收集需

22、要的各种物理化学数据测定和收集需要的各种物理化学数据 建立产品分析方法和过程监测方法建立产品分析方法和过程监测方法 对生产过程排放的对生产过程排放的“三废三废”提出治理的初步方提出治理的初步方案案p模型试验模型试验: 对某些重要过程作放大的工业模拟试验对某些重要过程作放大的工业模拟试验主要内容主要内容:考察化工过程运行的最佳条件考察化工过程运行的最佳条件 考察设备内传热、传质、物料流动考察设备内传热、传质、物料流动 与混合等与混合等工程因素对化工过程的影响工程因素对化工过程的影响 观察设备放大后出现的放大效应观察设备放大后出现的放大效应寻找产生放大效应的原因，测定放大所需的数据或判据等寻找产生

23、放大效应的原因，测定放大所需的数据或判据等 冷模试验：只研究过程的物理规律，不研究化学反应。冷模试验：只研究过程的物理规律，不研究化学反应。可采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物试验。可采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物试验。 热模试验：用实际生产物料并实际操作条件进行的试验热模试验：用实际生产物料并实际操作条件进行的试验p中试中试:介于小试和生产之间的试验介于小试和生产之间的试验主要任务主要任务: 验证小试条件，解决放大问题验证小试条件，解决放大问题 考察可达到的生产指标考察可达到的生产指标 研究研究“三废三废”处理，生产安全性问题处理，生产安全性问题 示范操作，培训技术工人示

24、范操作，培训技术工人 提供产品大样，满足市场开发工作的需要提供产品大样，满足市场开发工作的需要 提出带控制点的工艺流程图、工艺参数等提出带控制点的工艺流程图、工艺参数等p第二次可行性研究第二次可行性研究:方案论证方案论证内容同第一次可行性研究内容同第一次可行性研究 对技术、经济的分析比较准确对技术、经济的分析比较准确 可进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济核算等可进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济核算等p第三次可行性研究第三次可行性研究: 有时称为初步设计或扩初设计的审定有时称为初步设计或扩初设计的审定着重在工程投资和经济效益方面作出详细的评价着重在工程投资和经济效益方面作出详细的评

25、价2、化工过程开发中的设计类型、化工过程开发中的设计类型 （1）概念设计）概念设计（2）中试设计）中试设计（3）基础设计）基础设计2、化工过程开发中的设计类型、化工过程开发中的设计类型（1）概念设计）概念设计 为工程研究的一个环节，是在应用研究为工程研究的一个环节，是在应用研究进行到一定阶段后，按未来的工业装置规进行到一定阶段后，按未来的工业装置规模所进行的假想设计。模所进行的假想设计。 其工作内容：其工作内容：以投产两年后市场需求为依据以投产两年后市场需求为依据,提出提出建立工业化规模生产的方案。包括原料和产品规格、工建立工业化规模生产的方案。包括原料和产品规格、工艺流程、流程叙述、物料和能

26、量衡算、消耗定额、设备艺流程、流程叙述、物料和能量衡算、消耗定额、设备清单、生产控制、三废处理、人员组成、投资及成本估清单、生产控制、三废处理、人员组成、投资及成本估算等工作。讨论实现工业化的可能性。对可进入中试算等工作。讨论实现工业化的可能性。对可进入中试的项目，提出中试方案。提出对将来进行基础设计的的项目，提出中试方案。提出对将来进行基础设计的意见。意见。概念设计的目的：概念设计的目的： 对开发项目进行初步的经济评价，对开发项目进行初步的经济评价，以确定技术路线的先进性和可靠性；以确定技术路线的先进性和可靠性； 开发项目需改正之处和小试需要补充开发项目需改正之处和小试需要补充的试验内容和课

27、题；的试验内容和课题； 有无必要建立中试装置，确定中试的有无必要建立中试装置，确定中试的规模、范围和必需通过中试解决的问题规模、范围和必需通过中试解决的问题和取得的数据和取得的数据。2、化工过程开发中的设计类型、化工过程开发中的设计类型（2）中试设计）中试设计 当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或者其中有若干研究课题无法在小试中进行，一定者其中有若干研究课题无法在小试中进行，一定要通过相当规模的装置才能取得数据或（和）经要通过相当规模的装置才能取得数据或（和）经验者才需进行中试。验者才需进行中试。 中试设计内容基本上和工程设计相同，但由中试设计内容基

28、本上和工程设计相同，但由于规模小，若施工安装力量较强，可以不出管于规模小，若施工安装力量较强，可以不出管道、仪表、管架等安装图纸。道、仪表、管架等安装图纸。2、化工过程开发中的设计类型、化工过程开发中的设计类型（3）基础设计）基础设计 基础设计的内容应包括将建设的生产装置的基础设计的内容应包括将建设的生产装置的一切技术要点，合格的工程设计人员应能根据一切技术要点，合格的工程设计人员应能根据基础设计完成一个能顺利投产，达到一定产量基础设计完成一个能顺利投产，达到一定产量和质量指标的生产装置。和质量指标的生产装置。 有关基础设计的内容国家化工部已有规定。有关基础设计的内容国家化工部已有规定。是一个

29、完整的技术软件，是整个开发是一个完整的技术软件，是整个开发阶段的研究成果阶段的研究成果.2、化工过程开发中的设计、化工过程开发中的设计工程设计是将基础设计转化为工业装置建工程设计是将基础设计转化为工业装置建设所需的施工图。设所需的施工图。3、工程设计概念及实施阶段、工程设计概念及实施阶段 三阶段设计（初步设计、扩大初步三阶段设计（初步设计、扩大初步设计、施工图设计）设计、施工图设计） 两阶段设计（扩大初步和施工图设两阶段设计（扩大初步和施工图设计）计） 一阶段设计（施工图设计）一阶段设计（施工图设计）工程设计的实施阶段工程设计的实施阶段（设计阶段）（设计阶段）问题问题：在什么情况下采用三阶段设

30、计、在什么情况下采用三阶段设计、两阶段设计或一阶段设计？两阶段设计或一阶段设计？ 重要的大型企业和使用较复杂的技术时重要的大型企业和使用较复杂的技术时,可按可按初步设计、扩大初步设计（扩初设计）及施初步设计、扩大初步设计（扩初设计）及施工图设计三个阶段进行。工图设计三个阶段进行。 技术较成熟的大中型工厂或车间的设计技术较成熟的大中型工厂或车间的设计,可按可按扩大初步设计和施工图设计两阶段设计。扩大初步设计和施工图设计两阶段设计。 技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。的设计

31、。 问题问题：初步设计、扩大初步设计、施初步设计、扩大初步设计、施工图设计的主要任务和成品是什么？工图设计的主要任务和成品是什么？ 初步设计主要是初步设计主要是根据设计任务书根据设计任务书,对设计对象对设计对象进行全面的研究进行全面的研究,寻求在技术上可能、经济上寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。合理的最符合要求的设计方案。主要确定主要确定全全厂性的设计原则、标准和方案厂性的设计原则、标准和方案,水、电、汽的水、电、汽的供应方式和用量供应方式和用量,关键设备的选型及产品成本、关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。其项目投资等重大技术经济问题。其成品是成品是初初

32、步设计说明书步设计说明书（详见化工厂初步设计文件（详见化工厂初步设计文件内容深度规定内容深度规定HG/T20688-2000）。）。 扩大初步设计扩大初步设计是根据已批准的初步设计，是根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之进解决初步设计中的主要技术问题，使之进一步明确并具体化。其一步明确并具体化。其设计成品是扩大初设计成品是扩大初步设计说明书及工程概算书步设计说明书及工程概算书。 施工图设计施工图设计是是根据已批准的扩大初步设计，根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其控制投资等前提下

33、开展施工图设计，其成成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书工程预算书（详见化工工艺设计施工图（详见化工工艺设计施工图设计文件内容和深度统一规定设计文件内容和深度统一规定HG/T20519-92）。）。 化工工艺设计化工工艺设计 厂址的选择与总图运输设计厂址的选择与总图运输设计 土建设计土建设计 公用工程（水、电、热、采暧通风）设计公用工程（水、电、热、采暧通风）设计 自动控制设计自动控制设计 机修、电修等辅助车间设计机修、电修等辅助车间设计 外管设计外管设计 工程概算与预算工程概算与预算3.3 化工厂设计的内容和程序化工厂设计的内容和程序 化工厂整

34、套设计的内容化工厂整套设计的内容 一般的工作程序是以基础设计为一般的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图上级主管部门认可后进行施工图设计。设计。 化工厂整套设计的程序化工厂整套设计的程序 设计程序的具体步骤设计程序的具体步骤:（9）进行扩大初步设计；）进行扩大初步设计； 设计前期工作设计前期工作,主要包括项目建议主要包括项目建议书、可行性研究、设计任务书。书、

35、可行性研究、设计任务书。 设计阶段工作设计阶段工作,包括初步设计、扩包括初步设计、扩初设计、施工图设计。初设计、施工图设计。 设计后期工作设计后期工作,主要包括施工配合，主要包括施工配合，参加试产、竣工，设计总结，设计参加试产、竣工，设计总结，设计回访和参加项目后评价。回访和参加项目后评价。根据上述程序，化工厂设计的工作程序根据上述程序，化工厂设计的工作程序可分为三大段工作：可分为三大段工作：定义：定义：将收集到的有关项目的资料（信息）将收集到的有关项目的资料（信息）整理成文，由某地区、部门、企业向上级整理成文，由某地区、部门、企业向上级主管部门提出的申请项目投资立项的文件。主管部门提出的申请

36、项目投资立项的文件。主要内容：主要内容：详见原化工部计发（详见原化工部计发（1992）995号化工建设项目建议书内容和深度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（教材的规定（修订本）中的有关规定（教材P4页页13个主要章节）。个主要章节）。1 1、项目建议书、项目建议书 1.项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；资的必要性及经济意义； 2.市场初步预测分析；市场初步预测分析； 3.产品方案和生产规模；产品方案和生产规模； 4.工艺技术方案工艺技术方案,包括原料路线、生产方法和技术来源；包括原料路线、

37、生产方法和技术来源； 5. 原材料、燃料和动力的供应；原材料、燃料和动力的供应； 6.建厂条件和厂址初步方案；建厂条件和厂址初步方案； 7.公用工程和辅助设施初步方案公用工程和辅助设施初步方案; 8.环境保护；环境保护； 9.工厂组织和劳动定员估算；工厂组织和劳动定员估算； 10.项目实施初步规划；项目实施初步规划； 11.投资估算和资金筹措方案；投资估算和资金筹措方案； 12.经济效益和社会效益的初步评价经济效益和社会效益的初步评价; 13.结论与建议结论与建议. 想投资该项目的主体，将它前期收集的想投资该项目的主体，将它前期收集的所有的资料信息，经过加工（初步定量所有的资料信息，经过加工（

38、初步定量计算，并结合专家经验）处理，按以上计算，并结合专家经验）处理，按以上主要章节整理成一文本。其目的就是要主要章节整理成一文本。其目的就是要打动上级决策者，让决策者下决心批准打动上级决策者，让决策者下决心批准该项目。该项目。 项目建议书的实质项目建议书的实质:定义：定义：可行性研究是对拟建项目的技术、经济可行性研究是对拟建项目的技术、经济和工程、安全、环保等问题进行全面分析及多和工程、安全、环保等问题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

39、可靠的依据。批设计任务书提供可靠的依据。主要内容：主要内容：详见原化工部计发（详见原化工部计发（1997）426号号化工建设可行性研究报告内容和深度的规定化工建设可行性研究报告内容和深度的规定（修订本）和中国石油化工集团公司（修订本）和中国石油化工集团公司1997345号石油化工项目可行性研究报告号石油化工项目可行性研究报告编制规定编制规定 中的有关规定（教材中的有关规定（教材P4-5页）。页）。 2、可行性研究、可行性研究 1.总论。包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可总论。包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论

40、性意行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。2.需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。3.产品的生产方案及生产规模。产品的生产方案及生产规模。4.工艺技术方案。包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、工艺技术方案。包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应。原材料、燃料及水电汽

41、的来源与供应。6.建厂条件和厂址选择布局方案。建厂条件和厂址选择布局方案。7.公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案8.节能。包括能耗指标分析、节能措施综述、单项节能工程等问题。节能。包括能耗指标分析、节能措施综述、单项节能工程等问题。9.环境保护及安全卫生。环境保护及安全卫生。10.工厂组织、劳动定员和人员培训。工厂组织、劳动定员和人员培训。11.项目实施规划。项目实施规划。12.投资估算和资金筹措。投资估算和资金筹措。13.经济效益评价及社会效益评价。经济效益评价及社会效益评价。14.结论。包括综合评价和研究报告的结论等内容。结论。包括综合评价和研究报告的结论等内容。 3、编制设计任

42、务书、编制设计任务书 可行性研究呈报给上级主管部门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 便 可 根 据 化 工 厂 初 步 设 计 文 件 内 容 深 度 规 定 HG/T20688-2000编写设计任务书编写设计任务书,以作为设计项目的依据。以作为设计项目的依据。设计任务书的主要内容：设计任务书的主要内容： 1.项目设计的目的和依据；项目设计的目的和依据； 2.建设规模、产品方案、生产方法或工艺原则；建设规模、产品方案、生产方法或工艺原则； 3.矿产资源、水文地质、原材料、燃料、

43、动力、供水、运输等协作条件；矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件； 4.资源综合利用和环境保护资源综合利用和环境保护,三废治理的要求；三废治理的要求； 5.建设地区或地点建设地区或地点,占地面积的估算；占地面积的估算； 6.防空、防震等的要求；防空、防震等的要求； 7.建设工期与进度计划；建设工期与进度计划； 8.投资控制数；投资控制数； 9.劳动定员控制数；劳动定员控制数； 10.经济效益、资金来源、投资回收年限。经济效益、资金来源、投资回收年限。初步设计主要内容：初步设计主要内容： PID图图 物料及热量核算物料及热量核算 对土建、公用工程提出要求对土建、公用工程提

44、出要求 对总图和车间布置提出要求和建议对总图和车间布置提出要求和建议 工程概算工程概算 初步设计说明书（详见化工厂初步设初步设计说明书（详见化工厂初步设计文件内容深度规定计文件内容深度规定HG/T20688-2000）。）。 4、初步（扩初）设计、初步（扩初）设计 在初步设计的基础上在初步设计的基础上,针对工程的关键针对工程的关键技术（即关键设备、关键工艺工段），技术（即关键设备、关键工艺工段），补充以下文件：补充以下文件： 关键设备设计图纸关键设备设计图纸 关键设备的布置图关键设备的布置图 关键工艺工段操作说明关键工艺工段操作说明 扩初设计说明书扩初设计说明书 扩初步设计主要内容扩初步设计主

45、要内容:注意：对于新设备、新技术的创新过工程注意：对于新设备、新技术的创新过工程,扩初设计是十分必要的。扩初设计是十分必要的。工艺线路与生产方法的确定工艺线路与生产方法的确定 工艺流程方框图工艺流程方框图物料衡算物料衡算 物料平衡图、原料用量、消耗定额、三废排放表物料平衡图、原料用量、消耗定额、三废排放表工艺流程图设计工艺流程图设计 带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图能量衡算能量衡算 能量消耗综合表能量消耗综合表 概概 算算 概算书、投资数及材料表概算书、投资数及材料表自动控制自动控制 控制系统图控制系统图扩大初步设计的工作程序和内容扩大初步设计的工作程序和内容5 5、施工图设计、施工图设计

46、 施工图设计的任务是根据扩大初步设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制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的可靠依据。施工的可靠依据。施工图设计的主要工作内容是在扩大施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。和设备、管路的保温及防腐设计。 6、设计代表工作、设计代表工作 在扩

47、大初步设计与施工图设计两个阶段，在扩大初步设计与施工图设计两个阶段，有大量的各专业人才参加有大量的各专业人才参加,到设计文件编制到设计文件编制完毕完毕,工作转入了基本建设和试车阶段的时工作转入了基本建设和试车阶段的时候候, 只需少量各专业设计代表参加了。只需少量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）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。装置达到设计所规定的各项指标要求。 方案设计：生产方法和生产工艺的选

48、择方案设计：生产方法和生产工艺的选择,即确定方框工即确定方框工艺流程图艺流程图; 工艺计算工艺计算,包括物料计算、热量计算、设备设计及选择包括物料计算、热量计算、设备设计及选择; 流程图设计流程图设计,即即PFD图及图及PID图的设计与绘制图的设计与绘制; 车间布置车间布置; 配管工程设计配管工程设计; 提供设计条件提供设计条件,即向非工艺设计提供设计条件即向非工艺设计提供设计条件; 编制概算书及设计文件编制概算书及设计文件三、化工工艺设计的内容和步骤三、化工工艺设计的内容和步骤 工艺设计的内容和步骤（一）工艺设计的内容和步骤（一）: 第一步第一步,流程组织流程组织(过程合成过程合成) 第二步

49、第二步,物料计算及热量计算物料计算及热量计算 第三步第三步,设备设计及选择设备设计及选择 第四步第四步, PFD图及图及PID图的设计与绘制图的设计与绘制 第五步第五步,车间流程的平立面布置设计车间流程的平立面布置设计 第六步第六步,主要材料及概主要材料及概(预预)算算(工艺部分工艺部分) 第七步第七步,对流程的经济评价对流程的经济评价 第八步第八步,编制工艺设计说明书编制工艺设计说明书 工艺设计的内容和步骤（二）工艺设计的内容和步骤（二）: 工艺设计不是一蹴而就的工艺设计不是一蹴而就的,要做许多回合的优化调整。要做许多回合的优化调整。 内循环内循环(第一步第一步第七步第七步第二步第二步第八步

50、第八步)优化优化:在流在流程结构不变的前提下程结构不变的前提下,通过修改调整流程内部的部分设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。备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。 外循环外循环(第一步第一步第七步第七步第一步第一步第八步第八步)优化优化:在内在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程结构进行大变动，而达到对流程优化设计织，对流程结构进行大变动，而达到对流程优化设计的目的。的目的。 内循环优化内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。开发有

51、指导意义。外循环优化外循环优化经常用于新厂设计，对经常用于新厂设计，对多个流程方案进行分析比较。多个流程方案进行分析比较。 二层循环优化设计，工作量巨大，手工设计很难，完二层循环优化设计，工作量巨大，手工设计很难，完成要靠计算机辅助设计。成要靠计算机辅助设计。 设计阶段不同，工艺设计的深度也有相应的变化。设计阶段不同，工艺设计的深度也有相应的变化。 注意注意:定义：定义：工艺包是专用的技术名词工艺包是专用的技术名词,特指某特指某个化工产品生产技术方面的全部技术文个化工产品生产技术方面的全部技术文件的总和件的总和,是一个化工厂工艺的核心技术是一个化工厂工艺的核心技术文件。文件。四、工艺包设计四、

52、工艺包设计 来源来源国内外高等院校、研究院所国内外高等院校、研究院所国外专利商国外专利商 工艺包的范围工艺包的范围 工艺的详细说明（原料、公用工程、产品规格、操作工艺的详细说明（原料、公用工程、产品规格、操作条件及流程说明条件及流程说明,控制方案控制方案,物料性质等物料性质等) 物料及能量核算物料及能量核算 PID图图 设备一览表设备一览表(设备规格、材质、数量等）设备规格、材质、数量等） 布置建议布置建议 化验、检修要领等化验、检修要领等 从工艺包的内容来看从工艺包的内容来看,基本达到了工艺初步设计的深度基本达到了工艺初步设计的深度,我国化工设计院基本都是从接受工艺包开始我国化工设计院基本都

53、是从接受工艺包开始,直到做项直到做项目过程的扩初设计和施工图设计。目过程的扩初设计和施工图设计。 工艺包的主要内容：工艺包的主要内容：决定一个具体的化工过程，除考虑其技术上的可决定一个具体的化工过程，除考虑其技术上的可行性外行性外,还必须符合国家的政治、经济政策方针。还必须符合国家的政治、经济政策方针。诸如资源、环境、能源、劳动保护、工业布局等诸如资源、环境、能源、劳动保护、工业布局等因素因素,并使之获得最佳的经济效益并使之获得最佳的经济效益,同时同时,化工设计化工设计还必须遵循国家和行业设计相关的政策和规范。还必须遵循国家和行业设计相关的政策和规范。国家和行业设计相关的政策国家和行业设计相关

54、的政策,如环保政策体现绿色如环保政策体现绿色化设计先进理念化设计先进理念,节约资源、节能降耗政策体现经节约资源、节能降耗政策体现经济合理的大批量化、生产装备现代化理念。济合理的大批量化、生产装备现代化理念。 五、国家和行业设计政策与规范五、国家和行业设计政策与规范 化工厂初步设计文件内容深度规定化工厂初步设计文件内容深度规定HG/T20688-2000 化工工艺设计施工图设计文件内容和深度统一化工工艺设计施工图设计文件内容和深度统一规定规定HG20519-92 化工装置设备布置设计规定化工装置设备布置设计规定HG20526-9 管道仪表流程图设计规定管道仪表流程图设计规定HG20559-93

55、石油化工企业设计防火规定石油化工企业设计防火规定HG20559-93 工矿企业总平面设计规范工矿企业总平面设计规范 GB 501871993 石油化工管道布置设计通则石油化工管道布置设计通则 SH3012-2000 国家和行业的设计规范的举例：国家和行业的设计规范的举例：由前面的讨论可知由前面的讨论可知,化工厂设计的基本任化工厂设计的基本任务是务是:将一个系统（一个工厂、一个车间将一个系统（一个工厂、一个车间或一套装置等）的基建任务以图纸、表或一套装置等）的基建任务以图纸、表格及必要的文字说明格及必要的文字说明(说明书说明书)，即把技术，即把技术装备转化为工程语言装备转化为工程语言,然后通过基

56、本建设然后通过基本建设的方法把这个系统建设起来的方法把这个系统建设起来,并生产合格并生产合格产品。产品。这些图纸、表格及说明书的绘这些图纸、表格及说明书的绘(编编)制就是制就是设计文件的编制。设计文件的编制。六、设计文件的编制六、设计文件的编制化工厂整套初步设计说明书，按化工厂初步设化工厂整套初步设计说明书，按化工厂初步设计文件内容深度规定计文件内容深度规定HG/T20688-2000）中的）中的规定进行编制。规定进行编制。下面下面着重介绍工艺设计文件的内容和格式。着重介绍工艺设计文件的内容和格式。设计说明书设计说明书说明书的附图和附表说明书的附图和附表（一）工艺初步设计文件的编制（一）工艺初

57、步设计文件的编制 工艺初步工艺初步设计文件设计文件 装置概况及特点：综述装置设计规模、车间（装置）装置概况及特点：综述装置设计规模、车间（装置）组成概况、生产方法、流程特点及技术先进性、相关组成概况、生产方法、流程特点及技术先进性、相关生产工艺和工程的国内外水平，运行可靠性和经济性。生产工艺和工程的国内外水平，运行可靠性和经济性。 设计依据（设计任务书、建设单位提供或调研取得的设计依据（设计任务书、建设单位提供或调研取得的有关资料）有关资料） 本设计规模及产品方案本设计规模及产品方案 原材料规格、来源及水电汽供应情况原材料规格、来源及水电汽供应情况 生产制度，包括年操作日、生产班数生产制度，包

58、括年操作日、生产班数 本设计的主要节能措施与实际效果本设计的主要节能措施与实际效果 本设计的本设计的“三废三废”治理及环境保护的措施与实际效果治理及环境保护的措施与实际效果工艺初步设计说明书的编制工艺初步设计说明书的编制1.总论总论 按生产顺序即简明扼要又清晰具体地依次叙述按生产顺序即简明扼要又清晰具体地依次叙述物料流经的设备和生成物的去向。叙述设备时，物料流经的设备和生成物的去向。叙述设备时，要注明位号。要注明位号。 写出主、副反应式，穿插在文字中叙述。写出主、副反应式，穿插在文字中叙述。 说明过程主要操作控制指标。说明过程主要操作控制指标。 说明产品及原料的贮存、运输方式及有关的安说明产品

59、及原料的贮存、运输方式及有关的安全措施和注意事项。全措施和注意事项。工艺初步设计说明书的编制工艺初步设计说明书的编制2.生产流程简述生产流程简述3.工艺计算概述及结果（物料、能量热能衡算）工艺计算概述及结果（物料、能量热能衡算）4.主要设备选择说明及计算主要设备选择说明及计算5.原材料、动力（水电气汽）消耗定额及消耗表（用教原材料、动力（水电气汽）消耗定额及消耗表（用教材材P11-12表表1-8、9.10表达）表达）6.主要生产控制指标（用生产控制分析表格表达，包括主要生产控制指标（用生产控制分析表格表达，包括取样地点、分析项目、分析方法、控制指标、分析次取样地点、分析项目、分析方法、控制指标

60、、分析次数栏目）数栏目）7.机构及定员（用教材机构及定员（用教材P12表表1-11表达）表达）8.“三废三废”排放量（用教材排放量（用教材P12表表1-12表达表达）9.产品成本估算（用表格表达）产品成本估算（用表格表达）10.安全卫生及劳动保护安全卫生及劳动保护11.概算概算12.存在的问题及解决的意见存在的问题及解决的意见 PFD图图 PID 图图 设备设计条件图设备设计条件图 设备布置图设备布置图 设备一览表设备一览表 物流表物流表 工艺初步设计说明书的附图和附表工艺初步设计说明书的附图和附表图纸目录图纸目录设计说明（包括工艺、设计说明（包括工艺、管道设计说明）管道设计说明）图纸、附表图