《天津大学化工设计》课件

天津大学化工设计本课件介绍了天津大学化工设计课程内容。课程旨在培养学生化工设计的能力，为未来从事化工行业工作打下坚实基础。uj课程概述1介绍本课程将介绍化工设计的基本概念、流程、方法和技术。2目标培养学生掌握化工设计的基本理论、方法和技能，具备独立完成化工设计的能力。3内容涵盖化工流程设计、设备选型、工艺计算、安全环保等方面。4应用课程内容可应用于化工、医药、食品等领域的工程设计实践。化工设计的基本概念安全生产化工生产涉及危险化学品，安全设计至关重要。设计需满足相关安全规范，防止事故发生。经济效益化工设计要兼顾成本控制，降低生产成本，提高产品竞争力，实现经济效益最大化。环境保护化工生产会产生污染物，设计需考虑环保因素，降低污染排放，实现可持续发展。工艺优化不断优化工艺流程，提高生产效率，减少资源消耗，降低生产成本。流程图设计流程图是化工设计的重要组成部分，直观地展示了生产过程的各个环节，并清晰地描述了物料、能量流动以及设备之间的联系。1工艺流程根据工艺要求确定各单元操作的顺序和连接方式2设备选型根据物料性质、工艺条件选择合适的设备3流程简化优化流程，简化流程，提高效率流程图的绘制需要遵循一定的规范和原则，确保图纸清晰易懂，并能准确地反映生产过程的实际情况。物料平衡物料平衡是化工设计的基础，在化工生产过程中，所有物质的输入量必须等于输出量加上累积量。1原料2产品3副产物4废弃物热量平衡热量平衡是化工设计中的重要环节，它涉及到反应过程中的能量变化以及设备的热量传递。通过热量平衡计算，可以确定反应所需的热量输入或输出，以及设备所需的传热面积和冷却介质的流量。温度热量热量平衡的计算方法通常包括焓值法和热力学分析法。焓值法利用物质的焓值变化来计算热量变化，而热力学分析法则基于热力学定律进行计算。设备选型与设计设备选型根据工艺需求，选择合适的设备类型，并考虑设备的尺寸、材质、性能参数等。设备设计根据工艺参数和设备选型结果，进行设备的设计计算，包括结构设计、压力设计、安全设计等。工艺设计设备设计应符合相关技术标准和规范，并与整个工艺流程相协调。反应器设计反应器类型反应器类型取决于反应条件和工艺要求，如间歇式、连续式、釜式、流化床、固定床等。选择合适的反应器类型，可提高反应效率，降低能耗。反应器设计反应器设计需考虑反应动力学、热力学、传质、流体力学等因素。设计目标是实现最佳的反应条件，确保安全、高效的生产。反应器材质反应器材质要与反应物、反应条件相匹配，确保安全可靠。常见反应器材质包括不锈钢、碳钢、合金等。反应器控制反应器控制系统包括温度控制、压力控制、流量控制等。合理的控制系统，可确保反应过程稳定、可控。分离设备设计分离原理根据物料的物理性质，如沸点、密度、溶解度等，选择合适的设备进行分离。设备选型常用的分离设备包括蒸馏塔、吸收塔、萃取塔、结晶器等。操作参数根据物料性质和分离要求，确定合适的温度、压力、流速等参数。控制系统设计自动化控制系统，保证分离过程的稳定性和效率。热交换器设计热交换器类型常见类型包括板式、管壳式、螺旋式等，选择依据包括物料特性、工艺要求和经济性。传热计算根据物料特性、流量和温度差，计算传热面积和换热量，确保设计满足工艺要求。材料选择选择耐腐蚀、耐高温、耐压的材料，确保热交换器安全可靠运行。安装与调试严格按照设计图纸进行安装调试，确保热交换器正常运行。储罐设计储罐类型储罐类型多种多样，包括立式储罐、卧式储罐、球形储罐和地下储罐等。选择储罐类型需考虑物料性质、储存量、场地条件、安全性等因素。储罐设计参数储罐设计需确定罐体容积、材质、壁厚、压力等级、防腐蚀措施等。这些参数取决于储存物料的性质、储存条件、安全要求和成本等。管道设计1管道材料管道材料选择取决于介质性质、工作压力、温度和腐蚀性等因素。常见的管道材料包括碳钢、不锈钢、塑料和复合材料。2管道尺寸管道尺寸根据流量、流速和压力降等因素确定，需要进行详细的计算和分析。3管道布置管道布置应考虑安全、操作方便、维护方便、以及空间利用等因素。4管道连接管道连接方式有焊接、法兰连接、螺纹连接等，根据实际情况选择合适的连接方式。阀门选型压力等级阀门必须承受工艺过程中的工作压力。温度等级阀门必须耐受工艺过程中的工作温度。介质类型选择与介质相容的阀门材料，避免腐蚀或化学反应。控制需求根据控制精度和响应速度，选择手动、自动或电动阀门。仪表与控制系统仪表功能温度、压力、流量、液位等参数的测量和显示，为生产过程提供实时数据反馈。控制系统根据设定值和测量值，自动调节生产工艺参数，保证产品质量和安全生产。安全联锁防止意外事故发生，保证设备和人员安全，提高生产可靠性。数据采集与分析收集生产过程数据，进行分析和优化，提高生产效率和经济效益。安全防护安全标识标识清晰易懂，警示危险，避免事故发生。安全培训定期进行安全培训，提高员工安全意识，掌握安全操作技能。安全设备配备完善的安全设备，例如消防器材、报警系统等，确保及时处理安全事故。安全演练定期进行安全演练，检验应急预案，提高应急处理能力。环境保护11.环境影响评估分析化工项目对周围环境可能造成的污染，制定相应的环境保护措施。22.废气处理采用先进技术处理生产过程中产生的废气，减少污染物排放。33.废水处理建立完善的废水处理系统，确保污水达标排放。44.固体废物处理对生产过程产生的固体废物进行分类收集、处理和处置，减少污染。现场安装与调试设备安装将设计好的设备按照工艺流程图安装到位，确保设备之间的连接符合要求。安装基础要坚固管道连接要严密管道连接根据工艺流程图，将设备之间的管道连接起来，并进行压力测试和泄漏测试。管道材料要符合要求管道安装要规范仪表安装安装各种仪表，例如流量计、压力计、温度计等，并进行校准和调试。仪表精度要准确仪表位置要合理系统调试将所有设备和仪表连接起来，进行系统调试，并进行试生产。调试要逐步进行确保安全和稳定工艺优化与成本控制提高生产效率优化工艺流程，减少物料消耗，提高设备利用率，降低能耗。降低生产成本选择合适的原料，优化生产工艺，减少废弃物排放，降低运输成本。控制生产风险建立完善的质量控制体系，提高产品质量，降低返工率和报废率。提高经济效益通过工艺优化和成本控制，提高产品竞争力，增加利润，实现可持续发展。操作管理安全操作严格遵守安全操作规程，避免事故发生。定期进行安全培训，提高操作人员的安全意识。设备维护定期对设备进行维护保养，确保设备正常运行。制定设备维护计划，并严格执行。工艺控制根据工艺参数进行操作，确保产品质量稳定。实时监控工艺参数，及时调整操作参数。记录管理详细记录生产过程中的各项数据，方便分析和改进。建立完善的记录管理制度，确保记录完整、准确。故障诊断与维修故障识别及时发现和识别设备故障，并进行原因分析。诊断分析利用故障信息，结合经验和专业知识，确定故障类型和原因。维修方案制定科学合理的维修方案，包括维修步骤、所需工具和材料。维修执行严格按照维修方案进行操作，确保维修质量和安全。中试放大与工业化1中试放大中试放大是将实验室研究成果转化为工业化生产的桥梁。在中试阶段，进行工艺优化、设备调试、成本评估，为工业化生产提供可靠的技术和数据支持。2工业化生产工业化生产是将中试放大成果转化为大规模生产，需要考虑成本效益、市场需求、环境保护等因素。在工业化生产过程中，注重安全生产、质量控制、环境保护，确保产品质量和产量稳定。3工业化生产过程工业化生产过程包括原料采购、生产过程控制、产品包装、质量检验、销售等环节，需要严格的管理和控制，以确保生产安全和产品质量。案例分析：石油化工厂石油化工厂是典型的复杂化工过程，涉及多种工艺单元和设备，对设计要求高。设计过程中需要考虑物料平衡、热量平衡、安全防护、环境保护等多个方面。案例分析可以帮助学生理解化工设计的基本原理，并掌握实际操作技能。案例分析可选择炼油厂、石化联合企业、乙烯装置等，重点讲解生产工艺、流程图、设备选型、安全环保等方面的设计要点，并结合实际案例进行深入分析，帮助学生提高解决实际问题的能力。案例分析：制药厂制药厂设计需要严格遵守GMP规范，确保产品质量和安全。工艺流程复杂，包括原料药合成、提取、纯化、制剂等环节。设备选型需考虑防爆、防腐、洁净等要求。需要注重环境保护和废水处理。案例分析：食品加工厂食品加工厂设计需要考虑食品安全、卫生、环保等因素。涉及原料储存、加工、包装、运输等环节的设计。例如，需要设计合理的通风系统、消毒系统、废水处理系统等，确保食品加工过程安全卫生。同时，还要考虑节能降耗、提高生产效率，以及降低生产成本等问题。主要技术标准与规范11.国家标准如GB、JB等，提供化工设备、管道、阀门等方面的技术要求。22.行业标准如HG、SH等，针对特定行业制定，如石油化工、制药等。33.国际标准如ISO、ASTM等，具有全球通用性，确保设计符合国际规范。44.设计规范如《化工设计规范》等，提供化工设计流程、安全要求等方面的指导。设计工具与软件应用专业设计软件例如AspenPlus、HYSYS、Pro/II、ChemCAD等，涵盖物料平衡、热量平衡、设备设计、工艺模拟等功能，提高设计效率和精度。三维建模软件如AutoCAD、SolidWorks、Inventor等，用于创建工厂三维模型，直观展示设计方案，方便沟通与协作。绘图软件如Visio、AutoCAD等，用于绘制流程图、管道图、仪表图等，规范化设计表达，便于信息传递。数据分析软件如Excel、SPSS等，用于数据分析、图表制作，辅助决策，例如经济评估和成本控制。设计实践与创新实践经验理论与实践相结合，增强实际操作能力，解决实际问题，例如设备选型、工艺优化等。创新思维培养创新意识，探索新技术、新工艺、新材料，提高设计方案的科学性、经济性和可行性。团队协作团队合作，充分发挥每个成员的专业优势，共同完成设计项目，提升团队协作能力。化工设计的发展趋势绿色化工化工设计强调可持续发展，减少污染排放，节约能源，降低生产成本，促进循环经济发展。智能化设计借助人工智能和机器学习技术，优化设计方案，提高设计效率，缩短设计周期，降低设计成本，提高产品质量。数字化设计应用数字化设计技术，建立虚拟仿真模型，模拟生产过程，优化设计方案，提高设计效率，降低设计成本。个性化定制根据客户需求，设计个性化产品，满足市场多样化需求，推动化工产业向精细化方向发展。实践考察与交流化工设计课程中，实践考察和交流非常重要。学生可以亲身感受真实化工生产环境，深入了解化工设计原理在实际工程中的应用。1工厂参观参观大型化工厂，了解生产流程2专家讲座邀请行业专家进行专业讲解3小组讨论同学之间交流设计经验4案例分析分析典型化工项目设计通过实践考察，学生可以拓宽视野，提升实践能力。通过与行业专家和同学交