化工设计课件

1、【第一章】化工工程设计内容: 整套化工工程设计包括：化工工艺设计；总图运输设计；土建设计；公用工程（供电、供热、供排水、采暖通风）设计；自动控制设计；机修、电修等辅助车间设计；外管设计；工程概算与预算化工设计的工作程序：项目建议书 可行性研究 计划任务书 设计阶段 施工、试车、竣工验收 项目后评价 项目建议书（Item Suggestion）是基本建设程序中最初阶段的工作，是建设项目的轮廓设想和立项的先导，是为建设项目立项提出的建议。可行性研究（Feasibility Study）是对拟建项目的必要性和可行性分析预测的的一种科学方法，是根据国民经济长期发展规划、地区发展规划和行业发展规划的要求

2、，对拟建项目在技术、工程和经济上是否合理进行的全面分析、系统论证、多方案比较和综合评价，是建设项目立项核准的依据，是编制和审批计划任务书、环境影响报告书、安全预评价报告书、能评的依据。设计任务书是在设计前发给设计人员的指令性文件，它是设计工作的根本依据；它的任务是给设计工作提出有关设计的原则、要求和指示；设计任务书应由建设单位（或建设单位的主管单位）进行编制。但由于化工生产的品种多，工艺流程复杂，外部联系广泛，因此也常常吸收设计单位或委托设计单位进行编制化工厂设计一般分为三种，即通用的工程设计、因地制宜的工程设计和工程设计。按建厂规模的大小又分为大中型企业和小型企业的设计，每种设计又可分为以工

3、厂为单位和以车间为单位的两种设计概预决算是指对一项工程的工期、工时、材料、费用、成本的计算；是化工工程设计中一项不可缺少的工作。在初步设计阶段编制的概算、施工图设计阶段编制的预算、工程竣工后由建设单位进行的决算合称为基本建设的“三算”。基本建设阶段分为三个时期：投资决策前期 投资期 生产期设计阶段的划分一般按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计水平的高低可以分为三个阶段、二个阶段和一次性完成等三种情况。三个阶段分别为初步设计、技术设计（或扩大初步设计）和施工图设计划分原则：大型企业，技术比较复杂或生产技术比较新的工厂，一般可以三个阶段进行设计，即初步设计、技术设计和施工图设计三个阶

4、段；技术上比较成熟的中小企业，为了简化设计，可分为两个阶段设计（即技术设计和施工图设计两个阶段或扩大初步设计和施工图设计两个阶段）；技术上简单、生产规模小的工厂或个别车间，且设计比较成熟的设计，可以直接采用一个阶段设计，即施工图设计各种生产方法的技术经济比较：产品成本,原料和主要材料的用量及供应的可能性,水电汽的用量及供应,副产品的利用，废水废物的处理，生产技术是否先进，装备简单或者复杂，生产自动化、机械化程度，基本建设投资，建筑占地面积和展开面积，主要基建材料用量及供应的可能性，设备制作的复杂程度及供应的可能性设计资料的来源1科学研究单位拥有的资料2设计单位拥有的资料3生产企业单位拥有的资料

5、4 基本建设部门拥有的资料5 国外的技术援助和其他有关资料6 为设计而进行的试验研究结果7 现场调查资料8 供销单位的产品目录、样本、销售价格等资料9 其他有关部门的资料10 书籍文献搜集资料的原则1 要去粗取精。按照设计要求，选出能反映事物本质的资料，舍弃不能说明问题的资料2 要去伪存真。要把资料加以核实，切勿鱼目混珠。如果有两种矛盾资料存在时，切忌主观臆测加以肯定，要用科学分析的方法来分清真伪3 要掌握新资料。科学技术是在不断前进的，往往新的资料要比旧的资料在技术上要先进，在经济上比较合理。但是在某些场合也要根据具体情况确定，不可机械搬用。工艺设计的准备工作：搜集并掌握相关设计资料，现有技

6、术及建厂地的现场调研，组织各专业技术团队，设计进度计划（可行）【第二章】工艺流程设计的目的：通过图解的形式，表示出由原料制得成品过程，包括物料和能量发生的变化及其流向，采用哪些化工过程及设备。进一步表示出化工管道流程和仪表控制流程。工艺流程设计的任务包括两部分：(1)确定以下各项内容：确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料到产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接；确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化；确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件；确定控制方案、选用合适的控制仪表；确定三废治理和综合利用方案；确定安全生产措施，例如

7、设置安全阀、阻火器、事故储槽、危险状态下发出信号或自动开启防空阀、或自动停车连锁等。(2)在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。工艺流程设计的三个阶段:1. 流程框图、方块物料流程图、流程示意图和流程简图2.物料流程图 和 带控制点的工艺流程图3.管道及仪表流程图工艺流程示意图(方案流程图) 用图例表示主要工艺设备，用箭头表示物流方向，标注主要工艺设备的位号和名称。 主要用于方案论证，但比流程框图深入一步工艺流程示意图设计：原则：在工艺流程示意图设计时，力求在主要路线上做到技术上先进，经济上合理。在可能的条件下，采用新工艺新技术。图例只要求标出管线图例。无须标出阀门、仪表等工艺流程示

8、意图的画法：采用由左至右展开式。先工艺流程，次图例，最后设备一览表。在绘图技术上，不要求精工细作，要少花时间。但是在考虑技术路线问题上，则不能马虎，要多花时间，多加研究。设计流程时需要考虑的技术问题1. 必须具备工业化生产的概念。2. 根据生产方法，确定主要化工过程及设备（包括化学反应过程）。 3. 设备的相对高低位置对连续操作程度、动力消耗、厂房展开面积、劳动生产率等都有直接和间接关系。 4. 在设计流程时，同时应该了解设备中的压力差，从压力高的设备向压力低的设备中的自然流动也可以是自下而上流。 5. 同一化工过程可以用不同的方法和设备来完成。 【第三章】物料衡算的目的（1）原材料消耗定额，

9、判断是否达到设计要求。 （2）各设备的输入及输出的物流量，摩尔分率组成及其他组成，并列表，在此基础上进行设备的选型及设计，并确定三废排放位置、数量及组成，有利于进一步提出三废治理的方法。（3）作为热量计算的依据。（4）根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材质、仪表及自控设计的选取等。物料衡算的依据（1）设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作时间及操作方法。（2）建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室试验或中试等数据，主要有： a）化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催化剂是否回收使用、安全性能（爆炸上下限）等。

10、b)原料及产品的分离方式，各步的回收率，采用物料分离剂时，加入分离剂的配比。 c)特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。（3）工艺流程简图(或示意图或框图)物料衡算基准：时间基准、质量基准、体积基准、干湿基准。（1）时间基准:对于连续生产，以一段时间间隔作为计算基准，如1秒、1小时、1天等的投料量或产品量。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算，如年产30万吨乙烯装置，年操作时间为8000h，每小时的平均产量为37.5t。对间歇生产，一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。（2）质量基准:当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石

11、为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。（3）体积基准:对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示。（4）干湿基准：生产中的物料，不论是气态、液态和固态，均含有一定的水分，因而在选用基准时就有算不算水分在内的问题。不计算水分在内的称为干基，否则为湿基。例如，空气，煤等【第四章】选择设备的基本要求：选择设备的基本原则：技术先进、操作安全、经济合理；技术经济指标要求；设备结构的要求。定

12、型设备的选择方法及原则:根据设计项目规定的生产能力和生产周期考虑设备台数，设备选型依据有关手册和生产厂家的产品目录；注意设备备件的供应情况，对供应紧张的备件，最好在订货时也订购备件；按其生产能力，一般偏高一个等级选用，也可以按工厂的近期发展要求选配。 【第五章】车间布置设计的内容：车间厂房布置设计和车间设备布置设计。车间布置设计的两项内容是相互关联的，进行车间厂房布置要以设备布置草图为依据 (例如对车间内生产厂房、辅助厂房所需面积的估算进行车间厂房布置设计)；而详细的设备布置图又必须在已确定的车间厂房总布置图基础上进一步具体化。车间布置设计的依据:常用的设计规范和规定:建筑设计防火规范，石油化

13、工企业设计防火规定，化工企业安全卫生设计规定，工业企业厂界噪声标准，爆炸或火灾危险环境电力装置设计规定等;:基础资料:初步设计需要带控制点工艺流程图，施工图设计需要管道仪表流程图；物料衡算数据及物料性质；设备一览表；公用系统供排水、供电、供热、冷冻、压缩空气、外管等资料；车间定员表；厂区总平面布置图车间布置设计的原则：最大限度的满足工艺生产包括设备维修的要求；有效的利用车间建筑面积和土地；为车间的技术经济指标、先进合理以及节能等要求创造条件；考虑其它专业对本车间布置的要求；要考虑车间发展和厂房的扩建；车间中所采取的劳动保护、防腐、防火、防毒、防爆及安全卫生等措施符合规范要求；本车间与其它车间在

14、总平面图上的位置合理，力求使它们之间输送管线最短，联系最方便；考虑建厂地区的气象、地址、水文等条件；人流物流不能交错。化工厂总体布局主要应该满足的要求：（1）满足生产和运输要求（2）满足安全和卫生要求（3）满足有关的标准和规范：如工矿企业总平面设计规范，化工企业总图运输设计规范等（4）满足发展要求：厂区布置要求有较大的弹性，使其对工厂的发展变化有较大的适应性（5）满足施工安装要求：特别是大型设备的吊装。（6）满足竖向布置要求：主要满足生产工艺布置和运输，装卸对高程的要求；设计标高应尽量与自然地形相适应，力求使场地的土石方工程量为最小。（7）满足管线布置要求：管网的布置及敷设方式合理，动力消耗及

15、投资最小化。（8）绿化：绿化是保护自然界生态环境的重要措施，化工厂绿化不仅可以美化环境，还可以减少粉尘等的危害，应与平面布置一起考虑。车间布置设计的程序：车间布置初步设计;管道仪表流程设计;车间布置施工图设计。化工厂生产车间的组成：生产设施，包括各生产工段、原料和成品仓库及堆置场、自动控制室、储罐区等； 生产辅助设施，包括动力间（压缩空气、真空等)、通风、采暖、除尘室、变电和配电室、化验室、机修间等；生活行政福利设施，包括车间办公室、工人休息室、更衣室、浴室、卫生间等；其他特殊要求如劳动保护室、保健室等。车间布置设计要求：本车间和其他车间的关系以及在总平面图上的位置。车间布置是为生产服务，必须

16、满足生产工艺要求。车间布置设计不仅涉及工艺因素，并和其他非工艺因素有密切关系。因此，在考虑工艺本身的要求外，同时必须了解其他各专业的要求。保证经济效益，做到车间经济指标先进，节省基本建设投资。有效利用车间建筑面积和土地，要特别注意考虑设备露天化设计。考虑车间今后发展的可能性，考虑工厂扩建问题。考虑车间中劳动保护，安全技术和防火、防爆、防腐蚀措施。建厂地区的气象、地质和水文等条件。设备露天化布置的好处：(1)可以节省建筑面积，节约基本建设投资；(2)节约土建施工工程量，因而可加快基本建设进度；(3)将具有火灾及爆炸危险的设备露天化，就可降低厂房的防火、防爆等级，进而降低厂房的造价；(4)将有毒物

17、质的设备露天化，就可减少厂房通风次数、节约通风设备及动力消耗；(5)对厂房的改建和扩建，其灵活性较大。设备露天化布置的缺点：受气候条件影响大，操作条件差，并要求有较好的自控条件。设备露天化布置1生产中不需要经常维护的设备，辅助设备，气候条件对其影响较小的设备，如吸附器、吸收塔、不冻液体贮槽、大型贮罐、废热锅炉、气柜等。2需要大气来调节温度、湿度的设备。如凉水塔、冷却器。3不需要人工操作，高度自动化的设备。4厂址地气候温度没有酷寒和少雪。不允许放在室外的设备1不能承受大气影响，不允许有显著的温度变化的设备。如反应器，特别是间歇操作的反应和液相过程的反应器；使用冷冻剂的设备等；2各种有机械传动的设

18、备和机器，如压缩机、往复泵等；3生产控制和操纵台。厂房的平面轮廓：一字型、L型、T型、型等数种。其中以一字型最常采用，适用于中小型车间。一字型厂房便于总平面图的布置，节约用地，设备排列有较大的灵活性，便于安排交通和出入口，利于采光和通风。L型、T型、型布置适用于较复杂的车间，设计时应充分考虑采光、通风、交通和立面等各方面的因素厂房柱网布置和厂房的宽度：柱网间距一般为6米，当需要大于或小于6米时，宜采用300毫米建筑模数的倍数增加或减少。一般单层、多层厂房宜采用6x6米柱网的布置。如果柱网的跨度因生产及设备要求必须加大时，一般不适宜超过12米，厂房中间若不设柱子，所用的梁就要很大，因而不经济，所

19、以6米是常用的跨度。厂房柱网布置和厂房的宽度:12米，14.4米，15米，18米宽度的厂房，常分别布置成66，62.46，636，666的形式（62.46 表示三跨，跨度为6米，2.4米，6米，中间的2.4米是内走廊的宽度 柱网）。多层厂房总宽度，由于受到自然采光和通风的限制，一般应不超过24米。单层厂房的总宽度，一般不超过30米。厂房柱网布置和厂房的宽度:一般车间的短边（即宽度）常为23个跨，其长边（长度）则根据生产规模及工艺要求决定。在进行车间布置时，要考虑厂房安全出入口，一般不应少于两个。如车间面积小，生产人数少，可设一个，但应慎重考虑防火安全等问题。厂房高度的确定：厂房每层高度主要取决

20、于设备的高度，设备安装起吊检修拆卸时所需要的高度等条件。一般生产厂房每层高度采用46米。最低层高不宜低于3.2米。 由地面到顶棚凸出构件底面的高度(净空高度)，不得低于2.6米。多层厂房层高多采用5.1m和6m，最低不得低于4.5m。厂房的高度也要尽可能符合建筑模数的要求，取0.3米的倍数。各层高度尽量相同，不宜过多变化。化工厂厂房的剖面由于生产性质不同，形式是多样。有高温及有毒气体的厂房中，要适当加高建筑物的层高，以利通风散热。有爆炸危险的车间宜采用单层，厂房内设置多层操作台以满足工艺设备位差的要求。如必须设在多层厂房内，则应布置在厂房顶层。如整个厂房均有爆炸危险，则在每层楼板上设计一定面积

21、的泄爆孔。这类厂房还应设置必要的轻质屋面、或增加外墙以及门窗的泄压面积。泄压面积与厂房体积的比值一般采用0.05-0.1m2/m3。泄压面积应布置合理，并应靠近爆炸部位，不应面对人员集中的地方和主要交通要道。车间设备布置的内容：确定各个工艺设备在车间平面和立面的位置；确定某些在工艺流程图中一般不予表达的辅助设备或公用设备的位置；确定供安装、操作与维修所用的通道系统的位置与尺寸；在上述各项的基础上确定建筑物与场地的尺寸；设备布置的最终结果是设备布置图。车间设备布置的要求：经济合理、节约投资、操作维修方便安全、设备排列简洁、紧凑、整齐、美观。设备露天化布置 生产工艺要求 设备安装检修、建筑要求及其

22、他 车间辅助房间及行政福利室的配置 安全技术和防腐蚀问题安全技术和防腐蚀问题：1要创造良好的采光条件，除建筑本身考虑外，工艺人员在设备布置时也必须考虑。在布置设备时尽可能做到工人背光操作。另外，属高大的设备避免靠窗布置，影响采光；为了解决采光和通风问题，设计有不同的建筑形式，特别是不同的屋顶结构。2通风是化工厂重要的课题。首先考虑如何最有效地加强自然对流通风，然后再考虑机械送风和排风，以补不足。厂房每小时通风次数的多少是根据生产过程中有无毒害物质和易燃易爆气体逸出以及空气中有害物质最大允许浓度和爆炸极限而定。另外，产生大量热量的车间也需要增加通风次数和降温措施。为了加强自然通风，可在厂房楼板上

23、设置中央通风孔。中央通风孔还可解决厂房中央光线不足问题。3. 火灾危险性甲类厂房，我们通常称为防爆车间。对于防爆车间必须做出相应的措施。除从建筑方面考虑外，工艺人员必须考虑：(1)合理的布置厂房的平面和立体，一般甲类厂房应是单层的，内部装有操作台。避免车间中有死角，防止爆炸性气体及粉尘的积累。(2) 当防爆厂房必须和其他厂房连接时，必须用防爆墙(防火墙)隔开。 (3) 在通风上必须保证厂房中易燃易爆气体或粉尘的浓度不超过允许限度。(4) 采取必要措施防止静电放电现象以及着火的可能性。4化工厂厂房的防腐蚀也是重要的。凡是产生腐蚀性介质的设备，除设备本身的基础须加防护外；尚须考虑设备附近的墙、柱等

24、建筑物的腐蚀性，必要时加大设备与墙、柱间的距离。车间管路设计的内容：管子、管件和阀门的选择；管路布置设计；管路保温设计；管道支架的配置；管路的热补偿设计；编制管道安装材料表。管路设计的具体步骤：管径、管路压降、管道保温的计算与选择；根据生产工艺要求选择管件、阀件、汽水分离器及补偿器等；绘制管道布置图：表示车间内管道空间位置等平立面布置情况；向非工艺专业提供地沟、上下水等管道及管道要求的资料；提供管道材质、规格和数量；作出管道投资概算；编写管路施工说明书。管道的分类：按设计压力分类，按输送介质的性质、工作温度及压力分类管道设计的两个特征参数：管径，管壁厚管道附件及选择：法兰，法兰垫圈 ，阀件。阀

25、件的选择是根据工作压力、介质温度和操作要求(如开闭或调节等)进行的管道的热膨胀及其补偿：自然热补偿 回折管补偿器 波形补偿器 套管式补偿器 球形补偿器 管道布置和安装的一般原则:正确的设计管道和敷设管道，可以减少基建投资，节约贵重金属以及保证正常生产。化工管道的正确安装，不单是车间布置的整齐和美观的问题，对操作的方便，检修的难易，经济合理性，甚至生产的安全都起着重要的作用。考虑物料因素;考虑施工操作及维修;考虑安全生产;其他因素管道的支架1. 低强度管（铅管或陶管、玻璃管、塑料管等）的支承2固定支架3活动支架 4管架管道平面布置图的画法:用细实线绘制厂房平面图。画法同设备布置图，标注柱网轴线编

26、号和柱距尺寸;用细实线绘制所有设备的简单外形或结构及所有管口，加注设备位号和名称，中心线用点划线;用粗单实线绘制所有工艺物料管线和辅助物料管线的平面图，在管道上方或左下方标注管段编号、规格、物料代号及其流向箭头;用规定的符号或代号在要求的部位画出管件、管架、阀门和仪表控制点;标注厂房定位轴线的分尺寸和总尺寸，设备的定位尺寸，管道的定位尺寸和标高。管道立面剖视图的画法：出地平线或室内地面、各楼面和设备基础，标注其标高尺寸;用细实线按比例画出设备简单外形及所有管口，并标注其设备名称和位号;用粗实线画出所有主物料和辅助物料管道，并标注管段编号、规格、物料代号及流向箭头和标高；用规定的符号画出管道上的

27、阀门和仪表控制点，标注阀门的公称直径、型式、编号和标高。【第七章】工艺设计人员的任务：工艺设计；组织和协调设计工作的进程，解决好工艺专业和其他专业之间的关系，汇总设计资料；为其他专业的设计提供完整的设计依据及工艺设计的条件。其他相关的专业：总图、土建、设备、电力、仪表自控、给排水、采暖通风、热工和技术经济土建设计条件：工艺流程简图；厂房布置，主要是工艺设备平面立面布置图，并在图中说明对土建的各项要求；设备情况，包括设备的流程位号、设备名称、规格、重量、装卸方式、支撑形式等；安全生产及劳动保护条件，防火、爆、毒、尘、防腐及其他特殊条件等 安装运输条件，提出安装门、安装孔、载荷、安装场地等要求；人

28、员情况，包括人员总数，最大班人数及男女工比例等；楼面的承重情况，楼面及墙的预留孔和预埋件，地面地沟，落地设备的基础条件等。设备设计条件: 设备一览表 非标设备条件及附图 管口方位图 自控设计条件：明确控制方法，采用集中控制或分散控制或两者结合 在流程图上标明控制点、控制对象 提供设备平面布置图 提出压力温度流量液位等控制要求 提出控制信号数、要求及安装位置 提出仪表、自控条件表 【第八章】8.1 设计说明书的作用及分类：车间设计说明书以及设计图纸是车间设计的最终成品，可作为下一阶段设计或直接作为施工时的根据；车间设计说明书随着设计阶段的划分，可分为初步设计说明书、技术设计说明书(或扩大初步设计说明书)和施工图设计说明书等；初步设计说明书和技术设计说明书在内容上大同小异，属于一种类型；施工图说明书属于另一类型。初步设计和技术设计说明书(1)绪言(2)半成品和成品的生产工艺说明(3)设备设计与选择(4)原料消耗综合表(5)能量消耗综合表(6)排出物综合表(7)车间人员表(8)劳动保护和安全技术施工图设计说明书： 第一部分：说明书第二部分：设备一览表第三部分：安装材料一览表第四部分：图纸(另装袋，不附在说明书内)说明书部分 ：车间工艺设计的说明书，在施