第二章 化工工艺开发与工艺设计(过程装备成套技术)

1、过程装备成套技术Complete sets of process equipment technology 第二章 工艺开发和工艺设计n2.1 工艺过程开发及开发过程示例n2.2 工艺设计的内容及设计文件n2.3 工艺设计的全局性问题 n2.4 工艺设计的实际应用情况2.1 工艺过程开发工艺过程开发n工艺过程开发的定义和特点工艺过程开发的定义和特点 n工艺过程开发程序工艺过程开发程序 n现阶段工艺过程开发的研究进展现阶段工艺过程开发的研究进展工艺过程开发的定义工艺过程开发的定义n工艺过程开发是在理论研究和应用研究基础之上从实工艺过程开发是在理论研究和应用研究基础之上从实验室研究开始，并以实验室

2、研究成果的形式出现的，验室研究开始，并以实验室研究成果的形式出现的，对可行的新产品新技术的研究开发对可行的新产品新技术的研究开发n这种由实验室研究到建立生产装置的全过程，就是新这种由实验室研究到建立生产装置的全过程，就是新产品、新工艺或新技术的开发过程，统称为工艺过程产品、新工艺或新技术的开发过程，统称为工艺过程开发开发工艺过程开发的特点工艺过程开发的特点n工艺过程开发是一项创造性活动工艺过程开发是一项创造性活动n工艺过程开发立项开始、经过研究、设计、工艺过程开发立项开始、经过研究、设计、建设到一项新产品、新工艺或新技术投入生建设到一项新产品、新工艺或新技术投入生产要经过一系列步骤产要经过一系

3、列步骤n工艺过程开发是一种高投资、高风险、高效工艺过程开发是一种高投资、高风险、高效益、涉及面广的工程项目益、涉及面广的工程项目 工艺过程开发程序工艺过程开发程序n信息研究、实验性研究信息研究、实验性研究 第一次可行性研究第一次可行性研究n小试、概念性设计小试、概念性设计 第二次可行性研究第二次可行性研究n模型试验、中试、基础设计模型试验、中试、基础设计 第三次可行性研究第三次可行性研究n工程设计、施工工程设计、施工评价内容n社会评价社会评价n技术评价技术评价n技术经济评价技术经济评价n环境评价环境评价n重大项目还需作资源评价、生态评价、重大项目还需作资源评价、生态评价、能源评价、市场评价等工

4、作能源评价、市场评价等工作第一次可行性研究第一次可行性研究 初步评价初步评价n它是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价，它是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价，又称为又称为“立题评价立题评价”n 评价的依据主要为文献资料和社会调查资料，有时也评价的依据主要为文献资料和社会调查资料，有时也从简单的探索试验中收集些数据和判据，其目的是确从简单的探索试验中收集些数据和判据，其目的是确定项目的取舍及优先顺序定项目的取舍及优先顺序n化工企业通常只有化工企业通常只有1020 %的项目能通过初步评价的项目能通过初步评价第二次可行性研究第二次可行性研究 中间评价中间评价n中间评价是在过程开发中，

5、对开发研究的各个阶段结中间评价是在过程开发中，对开发研究的各个阶段结果所作的评价，其目的是判断阶段研究结果的可行性，果所作的评价，其目的是判断阶段研究结果的可行性，决定继续投资进行下一阶段研究的必要性以及对开发决定继续投资进行下一阶段研究的必要性以及对开发方案提出改进意见方案提出改进意见n评价依据是阶段研究报告和收集的有关技术经济资料评价依据是阶段研究报告和收集的有关技术经济资料n经中间评价之后通常只有经中间评价之后通常只有1525 %的项目能继续进的项目能继续进行行第三次可行性研究第三次可行性研究 最终评价最终评价n最终评价又称最终评价又称“工业化评价工业化评价”或或“项目评估项目评估”,它

6、是开发工作后期在中它是开发工作后期在中试总结报告基础之上，着重在投资和经济效益方面所进行的评价，试总结报告基础之上，着重在投资和经济效益方面所进行的评价， 其其目的是为该项目的投资建设作出决策目的是为该项目的投资建设作出决策n评价的依据是由开发研究成果和收集的各种技术经济信息汇总形成的评价的依据是由开发研究成果和收集的各种技术经济信息汇总形成的可行性报告可行性报告n 最终评价通常由投资方会同各有关部门并聘请一定数量的专家进行评最终评价通常由投资方会同各有关部门并聘请一定数量的专家进行评审，如果取得肯定结论，即可投资进行设计、制造和建立生产装置审，如果取得肯定结论，即可投资进行设计、制造和建立生

7、产装置n经最终评价之后通常只有经最终评价之后通常只有3050 %的项目能继续进行的项目能继续进行 过程仿真技术n过程仿真技术是近几十年来发展起来的过程仿真技术是近几十年来发展起来的综合性模拟技术综合性模拟技术n通过计算机对已有的或者正在设计的工通过计算机对已有的或者正在设计的工艺过程进行运行模拟，根据在不同工艺艺过程进行运行模拟，根据在不同工艺条件下运行时得到的模拟结果，优选能条件下运行时得到的模拟结果，优选能够确定的最佳工艺条件或者得到对已有够确定的最佳工艺条件或者得到对已有过程改造的最佳方案过程改造的最佳方案 过程仿真技术n 化工过程仿真系统以工程设计为主线，化工过程仿真系统以工程设计为主

8、线，功能包括从产品开发、工艺设计、机器功能包括从产品开发、工艺设计、机器设备的设计或选型、自动控制系统的设设备的设计或选型、自动控制系统的设计直至整套装备的安装和操作等各个模计直至整套装备的安装和操作等各个模块。块。 工艺过程开发的研究进展工艺过程开发的研究进展n日本东洋工程公司n Dow化学公司 nSnamprogetti 化学公司n拜尔化学公司nM.W凯洛格公司n德国林德公司nAir Liquide Summary 工艺过程开发的研究进展工艺过程开发的研究进展n烯烃醚化技术nDow化学公司和Snamprogetti公司正在联合开发以苯和乙烷为原料制苯乙烯单体的工艺。通过采用成本较低的乙烷原

9、料，苯乙烯生产商无需外购乙烯或无需投资乙烯生产设备。 苯和乙烷制苯乙烯单体工艺n20世纪90年代Snamprogetti获得关于苯与乙烷制苯乙烯工艺的专利nDow和Snamprogetti一直共同推进制取苯乙烯单体催化剂和工程技术的开发。n确定专利的可行性n新开发的工艺包括特制反应器n基于现有技术的乙苯生产体系和Dow提纯工艺。该提纯工艺正在Dow的工艺开发装置中进行验证，需要耗时68个月。Dow公司称如果验证结果成功，预计该新工艺将在2010年前投入工业应用。 工艺过程开发的典型示例工艺过程开发的典型示例nSnamprogetti公司氨气提工艺n1966年开始开发工艺包n1963年建成了33

10、吨/年的中试厂，探索工艺条件和流程的可行性n1976年放大到23000吨/年的工业规模的实验装置Snamprogetti公司 氨气提工艺n1979年第一套10万吨/年的氨汽提尿素工业装置投产n1981年-1990年签订氨汽提工艺合同的工厂有43家n现阶段氨汽提尿素装置的生产能力为80万吨 合成氨工艺装置示例n空气分离n气化（希尔）n脱硫（鲁齐低温甲醇洗）n一氧化碳变换n二氧化碳脱除（鲁齐低温甲醇洗）n液氮洗n氨合成（凯洛格）Large Industries医疗卫生业务医疗卫生业务向其全球医院或向其全球医院或家庭护理患者提供医疗产品和家庭护理患者提供医疗产品和服务，从而帮助这些患者提高服务，从而

11、帮助这些患者提高生活质量生活质量Industrial Merchant通用工业业务通用工业业务应用于各种工业应用于各种工业领域，通过提供各类必不可少领域，通过提供各类必不可少的气体，有力支持客户的经营的气体，有力支持客户的经营活动活动Healthcare 大工业业务大工业业务向炼油、化工、能源向炼油、化工、能源和冶金企业提供气体。气体和能和冶金企业提供气体。气体和能源解决方案能够使客户在优化生源解决方案能够使客户在优化生产效率的同时，保护环境产效率的同时，保护环境Electronics 电子气业务电子气业务为半导体、平板显为半导体、平板显示器和太阳能电池领域的客户示器和太阳能电池领域的客户提供

12、其生产过程中所必须的各提供其生产过程中所必须的各种特气和超纯气体种特气和超纯气体气体相关业务气体相关业务Gas related business工程工程Engineering焊接焊接Welding技术技术TechnologyAir Liquide Business LinesAir Gases: the Worlds Largest Air Gases Producer nOperating 358 Air Separation Units (ASU)n总产量: Total gaseous productionn氧气产量超过12万吨/天 oxygen 120,000 tpdn氮气产量超过9.5

13、万吨/天 nitrogen 95,000 tpdMadrid AL Engineering & Construction: Worldwide ResourcesHoustonChampignyHyderabad Harima Shanghai / Hangzhou1 700 employees in 6 Engineering Centers Frankfurt Krakow Delhi Johannesburg Memphis 1 500 employees in 7 Engineering Centers Beijing E&C CryogenicsE&C Lur

14、giVitryn成立于成立于1995年年n公司位于杭州城北，与京杭大运河相连，有公司位于杭州城北，与京杭大运河相连，有2个码头，个码头，可将大型货物运至上海港可将大型货物运至上海港n为液化空气集团全球最大的设计制造中心为液化空气集团全球最大的设计制造中心n共享液化空气集团的数据库共享液化空气集团的数据库n有员工约有员工约700人人ALHZ Summary / 液化空气（杭州）神华宁煤精馏塔在运输中神华宁煤精馏塔在运输中出口日本出口日本6万万4空分装置冷箱在装船空分装置冷箱在装船制造车间及与京杭大运河相连的码头液空杭州60,000 Nm3/h以上空分装置业绩（20套）n钢铁客户钢铁客户 （202

15、0）n鞍钢集团 8 8 套 35,000Nm3/h(O2)n首钢集团 5 5 套 35,000Nm3/h(O2)n首钢集团 1 1 套 23,000Nm3/h(O2)n宝钢集团 4 4 套 60,000Nm3/h(O2)n邯钢集团 1 1 套 35,000Nm3/h(O2)n本钢集团 1 1 套 20,000Nm3/h(O2)n石化客户石化客户 （5 5）n中国石化上海石化 1 1 套 18,000Nm3/hn中国石化上海石化 1 1 套 42,000Nm3/hn中国石化金陵石化 1 1 套 56,000Nm3/hn中国石化天津石化 1 1 套 30,000Nm3/hn云天化集团 1 1 套

16、52,000Nm3/h主要业绩表（第三方）n化工客户化工客户 （1313）n淮南化工总厂 1 1 套 28,000Nm3/hn内蒙古伊泰集团 1 1 套 52,000 Nm3/hn神华宁夏煤业 2 2 套 95,000 Nm3/hn鹤壁煤电 1 1 套 65,000 Nm3/hn兖矿国泰 2 2 套 60,000 Nm3/hn兖矿贵州 1 1 套 60,000 Nm3/hn寰球工程公司（越南化肥 ）1 1 套 35,000 Nm3/hn华鲁恒升 2 2 套 66,000 Nm3/hn延长石油 2 2 套 42,000 Nm3/h2.2 工艺设计的内容n工艺路线的选择n工艺流程设计n物料衡算n能

17、量平衡计算n工艺设备设计与选型n车间布置设计n管路设计n非工艺设计项目的考虑n编制设计文件（设计说明书、附图和附表） 工艺设计的分类n根据设计内容的深度，可把工艺设计分为：初步设计和施工图设计n特殊情况下分为初步设计、扩（大）初（步）设计和施工图设计三个阶段2.2 初步设计的内容和程序n工艺路线的选择n工艺流程设计n物料衡算n能量平衡计算n工艺设备设计与选型n车间布置设计n管路设计n非工艺设计项目的考虑n编制设计文件（设计说明书、附图和附表）技术经济分析技术经济分析概算概算编写设计说明书编写设计说明书 编写设计说明书编写设计说明书n设计说明书设计说明书n说明书的附图、附表说明书的附图、附表 nHG20519-92，化工工艺设计施工化工工艺设计施工图内容和深度统一规定图内容和深度统一规定 施工图设计的内容n管路设计n设备条件的改造n非工艺设计项目的考虑n编制设计文件（设计说明书、附图和附表） 2.3 工艺设计中的全局性问题n厂址的选择n总图布置n安全防火和环境保护 内蒙古化肥厂建设大事记（一）n立项：立项：关于报送内蒙古自治区建设化