成套02章2015-9-27

1、1第二章第二章 工艺开发与工艺设计概述工艺开发与工艺设计概述教学重点：教学重点： 工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容教学难点：教学难点： 工艺路线选择的原则及顺序工艺路线选择的原则及顺序 初步设计及施工设计的基本内容。初步设计及施工设计的基本内容。 2 过程工业是以装置为中心进行生产的工业过程工业是以装置为中心进行生产的工业, ,整个整个生产工艺过程都在装置内完成。生产工艺过程都在装置内完成。过程装置是过程装置是实施生实施生产工艺的产工艺的硬件硬件，生产工艺是生产工艺是过程装置的过程装置的软件软件，因此，因此一座工厂或一套一座工厂或一套装置设计的核心是

2、工艺设计装置设计的核心是工艺设计，它决，它决定了整个设计的概貌，看一个工厂是否先进，首先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。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艺过程开发及工艺路线选择32.1.1 工艺过程开发程序工艺过程开发程序信息信息研究研究实验性实验性研究研究可行性研可行性研究究(1)(1)小小试试模型模型试验试验中中试试概概念念设设计计可行性可行性研究研究(3)(3)可行性研可行性研究究(2)(2)初初步步设设计计施施工工设设计计施施工工过程研究过程研究工程设计研究工程设计研究图图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤过程工业新产品开发的

3、基本步骤4第一阶段：方案的提出第一阶段：方案的提出(一一)信息研究信息研究必要性必要性: :市场对开发产品的需求量，开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，社会效益以及环境场前景，收益估算，社会效益以及环境污染情况等。污染情况等。可行性可行性: :评估科研水平、社会条件及完评估科研水平、社会条件及完成该项目的可行性。成该项目的可行性。信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究认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，

4、才值得投资进行研究与开发。否则即可终止。效益，才值得投资进行研究与开发。否则即可终止。5(二二)实验性研究实验性研究 工艺方法：如原料路线、生产路线等研究；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、主副反应工艺条件：温度、压力、转化率、主副反应特点、催化剂等研究；特点、催化剂等研究； 物料衡算、能量衡算物料衡算、能量衡算生产成本估算；生产成本估算； 原材料、半成品和产品的质量的研究；原材料、半成品和产品的质量的研究； 产品用途。产品用途。6(三三)第一次可行性研究第一次可行性研究1、技术上的可行性、技术上的可行性 原料的来源、价格原料的来源、价格 （原料费约等于三分

5、之二生产费用）（原料费约等于三分之二生产费用） 技术路线的可靠性技术路线的可靠性 （生产安全、操作简便、操作条件弹性大，生产环节（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）少，不易出现故障） 技术路线的先进性技术路线的先进性 （各种技术指标，如转化率、能耗、设备生产能力等（各种技术指标，如转化率、能耗、设备生产能力等的高低）的高低） 73、环境上的可行性、环境上的可行性评估评估“三废三废”治理程度及其对环境的影响治理程度及其对环境的影响 * *三废三废废水、废气、废渣废水、废气、废渣 结论：结论：通过对技术、经济和环境的评估，做出该产通过对技术、经济和环境的评估，做出该产品

6、是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。品是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。2、经济上的可行性、经济上的可行性 指投资、人力、生产费用等指投资、人力、生产费用等支出支出同产品销售的同产品销售的收入收入作比较，估算可能获得的经济效益和投资回收情况。作比较，估算可能获得的经济效益和投资回收情况。8第二阶段：方案设计与论证第二阶段：方案设计与论证(一一) 小试小试制造样品制造样品 在此过程中，对制造工艺、在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法进行研究，制造条件及控制方法进行研究，对原料、产品进行研究。对原料、产品进行研究。小小试试概概念念设设计计可行性研可行性研究究(2)(

7、2)最终编制初步的物料衡算和能量衡算最终编制初步的物料衡算和能量衡算（估算生产成本估算生产成本），提出），提出“三废三废”治治理初步方案（理初步方案（环境保护环境保护）。）。9(二二) 概念设计概念设计 1、目的、目的把小试成果和工作经验相结合，进行把小试成果和工作经验相结合，进行原则性流程设计原则性流程设计10举例举例:原则性流程（即工艺流程草图）原则性流程（即工艺流程草图）112、内容、内容 技术上技术上: : 确定流程、工艺条件、主要设备型式、确定流程、工艺条件、主要设备型式、三废治理措施；三废治理措施； 经济上经济上: : 计算基本建设投资和产品成本等主要技计算基本建设投资和产品成本等

8、主要技术经济指标。术经济指标。12(三三) 第二次可行性研究第二次可行性研究 进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济效进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济效益等。益等。 确定该产品应该是否开发。若继续进行，还应对确定该产品应该是否开发。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。下阶段的工艺和过程的研究提出指导性意见。 作为同有关部门签订合同的依据。作为同有关部门签订合同的依据。方案论证方案论证13第三阶段：方案的审定第三阶段：方案的审定(一一) 模型试验模型试验1、任务、任务2、内容、内容 对数学模型法建立数学模型；对数学模型法建立数学模型； 对部分解析法找出放大规律。对

9、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）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）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。测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。模型模型试验试验中中试试可行性可行性研究研究(3)(3)可行性研可行性研究究(2)(2)初初步步设设计计14(二二) 中试中试

10、1、定义、定义2、主要任务、主要任务3、最终目的、最终目的 中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，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。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。考察从小试到中试的放大效应。 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图、工艺参数、物料衡算和能、工艺参数、物料衡算和能量衡算的数据等。量衡算的数据等。 15举例举例:带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图16举例举例:物料流程图物料流程图17(三三) 初步设计初步设计 总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，总工艺流程，生产方

11、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，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，全厂贮运方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保全厂贮运方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保护及综合利用等。护及综合利用等。1、定义、定义2、主要内容、主要内容 根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，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。是工程研究的终结，也是开发研究成果的表现形式。18(四四) 第三次可行性研究第三次可行性研究方案审定方案审定 除了科研人员和行政领导参加外，凡是与工除了科研人员和行政领导参加外，凡是与工程审批

12、有关的部门程审批有关的部门( (如投资部门、安全部门等如投资部门、安全部门等) )都都应参与审定。项目审定批准后转入工程设计应参与审定。项目审定批准后转入工程设计( (施施工设计工设计) )。19第四阶段：方案的实施第四阶段：方案的实施(一一) 施工设计施工设计(二二) 施工施工(三三) 竣工验收竣工验收 在初步设计的基础上进一步细化的设计在初步设计的基础上进一步细化的设计, ,主要包括主要包括: :定型设备的选用，非标设备结构图和设备布置图等。定型设备的选用，非标设备结构图和设备布置图等。此后进行管道配制、电路、控制线路等施工设计。此后进行管道配制、电路、控制线路等施工设计。 施工设计图是工

13、程建设的指南施工设计图是工程建设的指南工程前期工程前期: :技术准备、组织准备与物资准备；技术准备、组织准备与物资准备；工程中期：设备安装；工程中期：设备安装；工程后期：试车。工程后期：试车。202.1.2 工艺路线的选择工艺路线的选择一、工艺路线选择的复杂性一、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原料不同工艺不同工艺得到同一产品得到同一产品同一原料同一原料不同工艺不同工艺得到不同产品得到不同产品同一原料同一原料不同工艺不同工艺得到同一产品得到同一产品21二、工艺路线选择的步骤二、工艺路线选择的步骤(一一) 调

14、查调查 文献专利调查文献专利调查 文献专利调查方法有利用文摘、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）。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为了得列有关工艺的最新情报，向该项工艺技术所有者者致函调查致函调查是最实际的方法。是最实际的方法。22(二二) 分析分析 工艺试设计：工艺试设计：根据调查所得到的信息，进行工艺试设根据调查所得到的信息，进行工艺试设计。计。 技术分析技术分析: :确定工艺参数确定工艺参数, ,

15、生产效率，能量消耗，市场生产效率，能量消耗，市场对产品的需求量，废物和副产品的产生及处置方式对产品的需求量，废物和副产品的产生及处置方式, , 生产设备的购置、原料的来源等。弄清技术难点。生产设备的购置、原料的来源等。弄清技术难点。 经济分析：经济分析：原料、产品价格的波动对生产成本的影响。原料、产品价格的波动对生产成本的影响。23(三三) 生产成本计算生产成本计算生产成本生产成本包括包括直接材料费直接材料费、直接燃料直接燃料及及动力费动力费、直接工资直接工资和和职工职工福利费福利费及及制造费制造费。详细计算在第。详细计算在第3 3章中再讲，如下表。章中再讲，如下表。序号序号总成本费用科目内容

16、总成本费用科目内容序号序号总成本费用科目内容总成本费用科目内容序号序号总成本费用科目内容总成本费用科目内容1外购材料外购材料11税金税金12.12待业保险费待业保险费2外购燃料外购燃料11.1房产税房产税12.13职工教育经费职工教育经费3外购动力外购动力11.2车船使用税车船使用税12.14排污费排污费4职工工资职工工资11.3土地使用税土地使用税12.15咨询费咨询费5职工福利费职工福利费11.4印花税印花税12.16绿化费绿化费6固定资产折旧费固定资产折旧费12其他费用其他费用12.17诉讼费诉讼费7修理费修理费12.1办公费办公费12.18研究开发费研究开发费8租赁费租赁费12.2差旅

17、费差旅费12.19技术转让费技术转让费9推销费推销费12.3劳动保护费劳动保护费12.20业务招待费业务招待费9.1无形资产推销无形资产推销12.4保险费保险费12.21劳动保险费劳动保险费9.2低值易耗品推销低值易耗品推销12.5业务费业务费12.22坏账损失坏账损失9.3递延费用推销递延费用推销12.6运输费运输费12.23土地损失补偿费土地损失补偿费10财务费用财务费用12.7装卸费装卸费12.24其他其他10.1长期负债利息净支出长期负债利息净支出12.8包装费包装费13固定成本固定成本(4+5+6+7+8+9+10.1+11)10.2周转资金借款利息净支出周转资金借款利息净支出12.

18、9展览费展览费14变动成本变动成本(1+2+3+10.2+10.3+10.4+12)10.3汇兑损益净支出汇兑损益净支出12.10广告费广告费15总成本费用总成本费用(13+14)10.4金融机构手续费金融机构手续费12.11工会经费工会经费16经营成本经营成本(15-6-7-8-9-11)24（四）（四） 评价评价 工艺评价主要是按现行财税制度规定及产品市场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艺在财务上的盈利能力、消偿能力盈利能力、消偿能力。（五）工艺路线的选择（五）工艺路线的选择

19、总的原则总的原则：生产上安全可靠、技术上先进、经济：生产上安全可靠、技术上先进、经济上合理。上合理。25市场调查报告市场调查报告计算生产成本计算生产成本已知工艺的调查已知工艺的调查实用数据实用数据（本公司）（本公司）工艺工艺A工艺工艺B工艺工艺C工艺工艺D工艺工艺E（国内公司）（国内公司）（国内公司）（国内公司）（国外承包商）（国外承包商）（无专利许可证）（无专利许可证）（按合同不能用专利）（按合同不能用专利）发送询函发送询函实用数据实用数据B实用数据实用数据D实用数据实用数据EM承包公司承包公司M承包公司承包公司N（答复不明确）（答复不明确）来自研究开发部门的来自研究开发部门的本公司工艺的数

20、据本公司工艺的数据来自工艺部门的其来自工艺部门的其它公司工艺的数据它公司工艺的数据收益性评价收益性评价不可行不可行可行可行本公司工艺本公司工艺（国内公司）（国内公司）（国外公司）（国外公司）第一次工艺评价第一次工艺评价本公司工艺本公司工艺工艺工艺B明显不合适明显不合适工艺工艺EM第二次工艺评价第二次工艺评价签订保密合同签订保密合同装置考察装置考察报报 批批签订合同签订合同经济性可以，无工业装置，经济性可以，无工业装置，装置建设费高，有发展前途装置建设费高，有发展前途经济性可以，已建多套工业装置，经济性可以，已建多套工业装置，装置建设费低，原料费高装置建设费低，原料费高经济性最佳，已建一套工业装

21、置，经济性最佳，已建一套工业装置，操作有一定难度，产品质量好操作有一定难度，产品质量好本公司工艺不如工艺本公司工艺不如工艺B工艺工艺E已经陈旧已经陈旧图图2-2 工艺路线选择的顺序工艺路线选择的顺序图图262.2 工艺设计的内容及设计文件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工艺设计的内容和程序2.2.2 初步设计的设计文件初步设计的设计文件 2.2.3 施工图设计的设计文件施工图设计的设计文件 272.2.1 工艺设计的内容和程序工艺设计的内容和程序 主要内容有：主要内容有：原料和技术路线的选择原料和技术路线的选择工艺流程设计工艺流程设计物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡

22、算工艺设备设计与选型工艺设备设计与选型车间布置设计车间布置设计管道设计管道设计非工艺设计项目的考虑非工艺设计项目的考虑编制设计文件，包括设计说明书，附图和附表。编制设计文件，包括设计说明书，附图和附表。 上面这些内容有的在初步设计中完成，有些要在施工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。设计中才做。28计划任务书计划任务书编制工艺流程草图编制工艺流程草图物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算设备工艺计算及选型设备工艺计算及选型自动控制自动控制工艺流程图设计工艺流程图设计车间布置设计车间布置设计概算概算技术经济分析技术经济分析编写设计说明书编写设计说明书工艺流程总图工艺流程总图物料

23、平衡图物料平衡图原料用量、消耗定额及原料用量、消耗定额及“三废三废”排放排放表表能量消耗综合表能量消耗综合表设备一览表设备一览表非定型设备条件图非定型设备条件图控制系统图控制系统图带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图车间平面及立面布置图、厂鸟瞰图车间平面及立面布置图、厂鸟瞰图技术经济分析表技术经济分析表概算书、投资及材料表概算书、投资及材料表初步设计说明书初步设计说明书图图2-3 初步设计程序初步设计程序29给排水给排水电力条件电力条件暧风条件暧风条件热力条件热力条件设备安装总图设备安装总图1.设备安装设备安装2.土建穿孔预埋土建穿孔预埋螺栓图螺栓图仪表施工图仪表施工图1.自控或集中控自控或集

24、中控制仪表制仪表2.仪表一览表仪表一览表3.仪表预算仪表预算初步设计图纸初步设计图纸及说明书及说明书设备条件设备条件土建条件土建条件外管道外管道自控条件自控条件各项工程各项工程 预算预算管道施工图管道施工图1.主管布置图主管布置图2.管道布置图管道布置图3.单体设备接管图单体设备接管图4.管件图管件图5.管架、阀架图管架、阀架图6.管道材料表管道材料表7.和管道施工说明书和管道施工说明书8.图纸总目录图纸总目录车间布置图车间布置图管道结构图管道结构图预算预算1.设备安装预算设备安装预算2.管道安装预算管道安装预算总预算总预算全工程预算全工程预算图图2-4 工艺与非工艺设计配合关系工艺与非工艺设

25、计配合关系302.2.2 初步设计的设计文件初步设计的设计文件2.2.3 施工图设计的设计文件施工图设计的设计文件 (1) 设计说明设计说明 设计说明包括工艺设计说明，管道设计说明，隔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。热、隔声设计说明，防腐设计说明等。将初步设计的资料整理、装订成册。将初步设计的资料整理、装订成册。31 (2) 图纸图纸 图纸目录图纸目录, ,管道及仪表流程图，分区索引图，设备管道及仪表流程图，分区索引图，设备布置图，设备安装图，管道布置图，软水站布置图，布置图，设备安装图，管道布置图，软水站布置图，管道轴测图，管道轴测图索引和管段表索

26、引，特殊管管道轴测图，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。架图管架图索引特殊管件图，设备管口方位图等。 (3) 表格表格 设备一览表，设备地脚螺栓表，管段表及管道物设备一览表，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。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。合材料表等。322.3 工艺设计工艺设计中的全局性问题中的全局性问题（了解，一般由设计院的总工程师做。）（了解，一般由设计院的总工程师做。）2.3.1厂址的

27、选择厂址的选择考虑：考虑：原料和市场，能源供应，气候条件，运输原料和市场，能源供应，气候条件，运输条件，供水条件，对环境的影响，劳动力来源，条件，供水条件，对环境的影响，劳动力来源，节约土地，协作条件，防灾等。节约土地，协作条件，防灾等。332.3.2 总图布置总图布置 工厂的总体布局，解决全厂所有的建筑物和工厂的总体布局，解决全厂所有的建筑物和构筑物在平面和竖向上的布置，运输网和地上、构筑物在平面和竖向上的布置，运输网和地上、地下工程技术管网的布置，行政管理、福利及美地下工程技术管网的布置，行政管理、福利及美化设施的布置等问题。化设施的布置等问题。342.3.3 安全防火与环境保护安全防火与

28、环境保护a a设计中应考虑的防火防爆问题设计中应考虑的防火防爆问题 b b设计工作中的防毒与环境保护设计工作中的防毒与环境保护352.3.4 公用工程公用工程 公用工程包括公用工程包括动力动力、供排水供排水和和采暖通风采暖通风等内容等内容a动力动力（主要是考虑电力问题）（主要是考虑电力问题） 确定是使用电网的电力还是自备发电厂的电力。确定是使用电网的电力还是自备发电厂的电力。自备电厂除得到电力外，还有可能得到副产品自备电厂除得到电力外，还有可能得到副产品蒸蒸汽以供工艺和加热使用。使用电网电力，则需设置锅汽以供工艺和加热使用。使用电网电力，则需设置锅炉房，以生产蒸汽。炉房，以生产蒸汽。36b供排

29、水供排水（自备水源或市政供水系统）（自备水源或市政供水系统） 若需水量大，自备水源较为经济。自备水源可来自若需水量大，自备水源较为经济。自备水源可来自深井、河流、湖泊及其他蓄水系统。深井、河流、湖泊及其他蓄水系统。 为节约用水，大量使用冷却水的工厂应循环利用。为节约用水，大量使用冷却水的工厂应循环利用。冷却塔冷却塔 R T2T1B W热交换器热交换器 E MR-循环水量循环水量 W-飞溅水量飞溅水量 M-补充水量补充水量 B-排放水量排放水量 E-蒸发水量蒸发水量 循环冷却水是循环冷却水是指反复循环使用的指反复循环使用的冷却水，如图，换冷却水，如图，换热后温度升高的冷热后温度升高的冷却水，经冷却塔流却水，经冷却塔流下，由于和空气密下，由于和空气密切接触，靠一部分切接触，靠一部分水蒸发使水温度降水蒸发使水