化工设计的种类及应用

1、化工设计的种类及应用 化工设计是将一个系统(一个工厂、一个车间或一个 套装室)按照工厂工艺技术要求,经工程技术人员的创造, 将其全部描绘成的图纸,表格及必要的文字说明, 即把工 程技术装备用工程语言表达出来.然后根据这一”语言”, 把这个系统建立起来,并按入运行.或说:设计工作是一项 能将人们的设想和想象转变成现实的一个重要步骤，通过 学习.我们可以知道化工厂的建设程序,设计程序, 主要设计内容的一些基本概念。概 述:化工设计的任务化工设计是以化工厂或化工生产装置的建设为目的，以技术先进、生产安全可靠、经济效益和环境效益优良为目标，设计最佳的原料和工艺技术路线，通过工艺软件的模拟分析，确定优化

2、的工艺流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专业等内容。化工设计分类一、项目性质分类:1、新建项目设计新产品的研制设计,新工艺、新技术的设计,这类设计一般由开发研究单位提供基础设计,然后工程研究部 门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。2、重复建设项目的设计因为市场需求大产品需扩大生产,需再建生产装室.由于新厂的具体条件不同(就算生产规模、工艺要求不变) 仍需要设计部门进行设计。3、已有装置改造 一些老的生产装置产质量和产量均不能满足市场需求, 或者由于技术原因,原材料消耗过高而缺竞争能力,必须 对老装置进行改造,其中包括去掉影响产品产量和质量的”瓶颈”优化生产过程控制操作.提高能量的综合利用率

3、和局部设备的工艺改造.这类设计往往由生产企业的设计部门进行.(一) 新技术开发过程中的设计 新技术开发过程的设计包括概念设计、中试设计和基础设计三种。 二、根据设计性质分类概念设计 是在基础研究结束后进行的工作，其规模应是工业化时的最佳规模。从工用度出发进行的一 种假想设计常规的工程设计方法的步骤进行全系统的物料衡算和热量衡算、设备的工艺计算确定工艺操作条件设计工艺流程主要设备的选型和材质进行参数的灵敏度和生产安全性分析确定三废治理措施与计算基建投资，产品成本等技术要求经济指标概念设计的作用: 暴露和提出基础研究中存在的工艺流程、主要单元操作、设备结构用材质、过程控制方案及环保安全等方面存在的

4、问题，并为解决这些问题提供途径或方案。另一方面,概念设计结合技术经济评价， 应得出开发的新产品或技术是否有工业化价值的结论。2、中试设计：按照技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的些结果和设想通过中试来验证。3、基础设计：是新技术开发的最终成果，是工程设计的依据，它有些类似于技术设计，而且又有很大的差别。除了一般的工艺条件外，还包括大量的化学工程方向的数据，特别是反应工程方面的数据，还要运用系统的理论和算机模拟技术对工艺流程和工艺参数进行优化，力求降低定额和产品成本用项目投资，提高项目的经 益。在基础设计的基础上，工程单位结合建厂条件作出完整的工程设计。 (二) 工程设

5、计 工程设计分三段设计、两段设计和一段设计.重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可 按初步设计、扩大设计及施工图设计三个阶段。一般技术比较成熟的大型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。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一个阶段进行。 第二节 化工厂设计的工作程序 一般化工厂设计的程序是以基础设计为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告，上级批准后，编写设计任务书，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设计。化工厂设计的工作程序图开发成果，资源条件产品需求发展规则编写设计任务书（并经主管部

6、门认可）施工设计，提出预算主管部门进行评价扩大初步设计，提出总概算组织施工，制定开车方案项目建议书主管部门进行筛选可行性研究报告主管部门进行评价终止否是是是终止否投料试车。考核验正否终止是 根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上的可能、经济上合理的最佳方案。 主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案、水、电、汽的供应方式和用量，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。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计 方案、投资和基本出处为准。 1、初步设计：2、扩大初步设计 根据已批准的初步设计，解决初步设计 中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或

7、报价使用的工程 概算。3、施工图设计 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、进度及控制投资等 前提下开展施图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。 一、项目建议书 它是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，包括下列内容：1、项目建议书目的和意义，即项目提出的背景和依据。投资的必要性及经济意义;2、产品需求初步预测;3、产品方案和拟建规模;4、工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）; 它是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，包括下列内容：5、资源、主要原材料、燃料和动力的供应;6、建厂条件和厂址初步方案;7、环境保护;8、工厂组织和劳动定员估算;9、

8、项目实施规划设想;10、投资效益和社会效益的初 步估算;二、可行性研究 它是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。 可行性研究是对项目的技术路线、工艺过程、工程条件和经济效益及社会效益进行深入细致的调查研究。其内容包括：1、总论 包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性的主要内容和论据、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。2、需求预测 包括国内外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。4、工艺技术方案 包括工艺技术方案的选择、

9、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。5、原材料、燃料及水电汽的来源与供电。6、 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。8、 环境保护用安全卫生9、 工厂组织、劳动定员和人员培训。10、项目实施规则。11、项目估算和资金筹措。12、经济效益评价及社会效益评价。13、结论三、编制任务书 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，便可编写设计任务书以作为设计项目的依据。 1、项目设计的目的和依据; 2、生产规模、产品地质、生产方法和工艺原则; 3、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、环境

10、保护、三废治理的要求; 5、厂址与占地面积和城市规划的关系; 6、防空、防震等的要求; 7、建设工期与进度计划; 8、投资控制数; 9、劳动定员及组织管理制度; 10、经济效益、资金来源、投资回收年限。设计任务书的内容 四、扩大设计 原料用量、消耗定额及三废排放表设计任务书工艺路线与生产方法的确定物料衡算能量衡算设备工艺计算及选型号工艺流程图设计车间布置设计概算编写设计说明书工艺流程方框图物料平衡图能量消耗综合表带控制点工艺流程图设备一览表车间平面及装门面布置图非定型设备条件表扩大初步设计说明书概算书、投资额及材料表扩大初步设计程序图五、施工图设计 根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计待

11、立的各项问题。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施工的依据。其内容与扩大初步设计有较大的变动时，应另行编制修正概算，上报审批单位核准。施工图设计一般不能随便改变扩大初步设计。 在施工图设计的编制过程中，根据扩大设计审批意见加强与基建施工单位的结合，正确贯彻上级的审批精神与原则。 施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计的车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温防腐设计。工艺专业在施工图设计的主要工作内容工艺图纸目录工艺流程图设备布置图设备一览表非定型设备制造图设备安装图管架管件图管道布置图设备和管路保温及防腐设计设备管口方位图非工艺专业在

12、施工设计中的主要工作内容 土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装。除施工图外，还就附有各部分施工说明，安装材料表、全厂设备一览表、综合材料汇总表、施工图预算表。六、设计代表工作 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，到设计文件编制完毕，工作转入了基本建设和试车阶段的时侯，就只需少量的各专业设计代表参加。各专业 的代表，就是参加基本建设的现场施工和安装，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。第三节 化工车间（装置）工艺设计的程序内容 化工车间设计是化工厂设计 的最基本内容，初学者必须掌握的基本内容一、设计准备工作 1、熟悉设计任务书

13、任务书中提出什么要求、必须熟记。2、了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，参照设计进度订出个人工作划。3、查阅文献资料 按要求查阅工艺路线、工艺流程和重点设备有关的文献料，摘录笔记，加工整理。4、收集第一手资料 深入现场调查研究。二、方案设计 方案设计就是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。这个阶段要运用所掌握的各种资料，进行不同生产方法和生产流程的对比分析，通过这一过程可以培养分析、归纳和理论联系实际的能力。 1、方法： 由于科技的不断发展， 一个产品的生产可以用不同的原料和不同的生产方法。例如：合成NH3可用煤、油、汽三种不同原料 的不同的生产方法制的NH3。 所以在设计一个产品

14、时首要的工作就是通过定量的技术经济比较、评价总投资和成本，从而选择一条技术上先进、经济上合理、安全可靠、三废得到处理，而且又是因地制宜可以实施的工艺路线。 2、生产流程：生产 流程设计 的工作历程比较长，从规划轮廓到完善定型，要经过物料衡算、热量衡算、设备设计和车间布置设计等过程，工作量非常大。目前使用计算机效果较好。 工艺流程设计程序流程设计程序A.流程框图B.流程示意图C.流程草图D.工艺流程图。(1)物料流程图(PFD图)；(2)带控制点的工艺流程图(PID图)三、化工计算 化工计算主要是物料衡算、热量衡算、设备选 型三个内容。在以上三种计算的基础上绘制物料流程图，主要设备图，带控制点工

15、艺流程图。在此过程中，用到大量的基础理论知识、基本概念和基本技能（数据处理、计算机应用、绘图能力等）是理论联系实际，学会发现问题、分析问题和解决问题、锻炼独立工作能力的主要阶段。这一阶段的工作是一个细致精确的工作，不能出差错，必须按步骤进行细心校核。物料衡算是工艺设计的基础。根据所需设计项目的年产量，可以计算出：原料的消耗量、副产品量以及输出过程物料的损耗量及三废生成量；计算出蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额；对生产设备和辅助设备进行选型或设计。最终，可以确定产品的技术经济指标以及对项目可行性进行估价。A.物料衡算的目的(1)原材料消耗定额，判断是否达到设计要求。(2)各设备的输入及输出的

16、物流量和组成。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选择，仪表及自控设计等。B.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。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

17、比。c)特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。C.物料衡算基准(1)时间基准(2)质量基准(3)体积基准(4)干湿基准D.物料衡算程序(1)确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。(2)确定计算任务。(3)确定过程所涉及的组分。(4)对物流流股进行编号，并标注物流变量。(5)收集数据资料。a)生产规模和生产时间。b)有关的定额和技术指标。c)原辅材料、产品、中间产品的规格。d)与过程有关的物理化学参数。(6)列出物料衡算方程。(7)列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。约束式有：归一化方程、恒沸组成、相平衡数据、化学平衡方程、回流比、相比等。(8)整理计算结

18、果。(9)绘制物料流程图。四、车间布置设计 这是工艺人员的主要设计任务之一，它也是决定车间面貌的又一个重要设计项目。主要任务是确定整个设计 中的全部设备的框架在平面上和空间中的具体位置，确定厂房的框架结构形式。它对生产的正常进行和经济指标都有重要影响，同时为土建、暖通、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供重要依据。五、化工管道设计 管道配置设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。注意的问题是：节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。这项设计是在工艺流程设计与车间布置设计的基础上进行的，是施工图中最大重要的设计内容。工作量非常大，需要

19、绘制大量的图纸，汇编大量表格，并与非专业交叉的工作多，往返频繁，要求细致、周到密切协同。六、提供设计条件 完成一项设计需提供的条件包括：总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件。因此，工艺人员应在政策和已定的方案下，保证质量，认真负责地编制提出各专业的设计条件，并确保其完整正确性。七、编制概算及编制设计文件 概算书是设计阶段编制的车间投资大概预算，是作为银行对基建投资的依据，主要提供车间建筑、安装和设备工程费用。技术的先进性是经济上合理的前提，做到既经济节约又合理可行是概算的工作中心。 编制设计文件是初步设计图设计工作完成后的依据，是设计成果的汇总，是进行大量工作的依据，内容包括设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等 ）和附表（设备一览表、材料汇总表等 ）。要求做到内容正确严谨、重点突出、概念清楚、调理性强、完整易懂、对图纸要求消灭错误，整洁清楚，图面布局合理，考虑施工、安装、生产和维修的需要，能满足工艺生产要求。第四节 设计文件 工艺人员在设计工作中主要的设计文件是扩大初步设计与施工图文件，下面简要介绍上两项的内容与格式：一、扩大初步设计文件 包括两部分：即设计说明书和附图、附表（一） 设计依据 1、文件 如计划任务其他批文等 2、 技术资料，如中试试验报告、调查