绪论第一章化工设计的内容与程序.ppt

化工设计 Design of Chemical Engineering,教材:化工设计第二版.陈声宗主编.化学工业出版社.2008.,主要参考书:高等学校毕业设计（论文）指导手册化工卷国家教委高教司高教出版社化工设计娄爱娟 华东理工大学出版社化工设计 王静康主编 化学工业出版社化学过程设计 倪进方主编 化学工业出版社,本课程为化学工程与工艺专业的专业必修课。课程以化工工艺设计为重点，讲述化工设计的原则、方法、设计程序以及化工设备图和化工工艺图的绘制及阅读方法。通过本课程的学习，使学生学会应用已学过的基础理论解决实际工程问题，从过程的物料衡算及热量衡算入手，确定典型工艺过程的流程及工艺条件、设备选型；了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。为学生顺利开展毕业设计和将来从事化工过程的开发、设计打下基础.,课程性质和目的：,课程主要内容:,化工设计的内容与程序（1章）工艺流程的设计（2章）物料衡算和热量衡算（3章）设备的工艺设计及化工设备图（4章）车间布置设计（5章）管道布置设计(6章)非工艺专业基本知识（7章）毕业设计（9章）,化工新技术从概念形成至投产,大体要经过的主要阶段：化工技术的研究过程开发项目设计工程建设试车投产,绪论,一、化工设计的意义和作用 化工设计是将一个系统全部用工程制图的方法描绘成图纸、表格及必要的文字说明，即把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。主要用于：1、在化工生产中，对化工厂进行改建和扩建，对工艺流程进行评价，找出薄弱环节和不合理现象及挖掘生产潜力。,2、在科研中，要将科研成果实现工业化，须把科研与设计紧密结合起来，进行新工艺、新产品及新设备的开发。,总之，化工设计对新厂建设、老厂改造挖潜，小试或中试装置的建立都具有极其重要的作用。设计是生产的前导，是科研成果转化为工业化大生产的必经途径。,二、化工设计的特点1、政策性强 必须遵循国家的各项有关政策和法规，充分利用人力物力，确保安全生产。2、技术性强 化工生产的操作条件多在高温、高压或低温、真空下进行，处理的物料多具有腐蚀性，这对设备材料的选用、设备防腐和分离方法都提出了更高的要求。,3、经济性强 化工生产过程大多较为复杂，设计人员在确定生产方法、设备选型、车间布置、管道布置时要认真进行技术经济分析，达到技术上先进，经济上合理。4、综合性强 一个化工工程设计包括：工艺、机械、自控、电气、运输、土建、采暖、给排水、三废处理等多个专业，要求各专业之间紧密合作、协同配合，其中化工工艺设计起着贯穿全过程，并组织协调各专业设计工作的作用。,第一章 化工厂设计的内容与程序,化工设计的种类 化工厂设计的工作程序 化工车间工艺设计的程序及内容 国家和行业的基本设计政策和规范 设计文件,1-1 化工设计的种类,一、根据项目性质分类（一）新建项目设计（二）重复建设项目设计（三）已有装置的改造设计,（一）新建项目设计 新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门作出工程设计。,（二）重复建设项目设计 由于市场需求大，产品需扩大生产，需再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，需由工程设计部门进行设计。,（三）已有装置的改造设计 一些老的生产装置其产品质量和产量不能满足客户要求，或由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争力，须对老装置进行改造，挖掘生产潜力。,二、据化工过程开发程序分类,(一)概念设计(二)中试设计(三)基础设计(四)工程设计1、初步设计 2 扩大初步设计 3、施工图设计,(一)概念设计,定义：概念设计是在基础研究结束后，按未来的工业生产装置规模所进行的假想设计。,基础研究包括：信息研究：市场对产品的需求量，市场前景，收益估算。实验性研究：对可能的若干方案进行初步筛选，力求用最少的原料、最经济的手段获得最多的产品。第一次可行性研究：通过对技术、经济及环境的评估，做出该产品是否值得继续开发的决定。小试：进行小型工业模拟实验。,概念设计的作用:找出基础研究中工艺流程、主要单元操作、设备结构及材质、过程控制方案及环保安全等方面存在的问题，并为解决这些问题提供途径或方案。,概念设计的工作内容：根据基础研究提供的概念和数据，确定最佳工艺流程,给出物料流程图;进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备计算，确定工艺条件以及主要设备的形式和材质、三废处理措施等，估算装置投资和产品成本等主要技术经济指标。,中试设计的确定原则：中试是介于小试和生产之间的实验。当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或者其中有若干研究课题无法在小试中进行，一定要通过相当规模的装置才能取得数据者才需进行中试。,(二)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，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。,中试设计的主要任务：建立一定规模的放大装置，对开发过程进行全面模拟考察；验证小试条件，收集更完整、可靠的各种数据；考察可达到的生产指标；研究三废处理、生产安全性等问题；提出带控制点的工艺流程图，工艺参数、物料衡算、能量衡算的数据等。,(三)基础设计 基础设计是据中试结果进行的生产规模的全面设计，是过程开发的最终成果，它是工程设计的依据。,主要内容：,（l）装置说明：设计依据、技术来源、生产规模、原料、产品规格等；（2）工艺流程说明（3）物料流程图及物平表（4）热量衡算结果及设备热负荷（5）带控制点的工艺流程图（6）设备名称表及设备结构简图,（四）工程设计 大型企业和使用较复杂的技术时，可按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中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进行。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。,工程设计的内容：（1）设计依据和说明（2）工艺流程（3）设备、零部件明细表，非标准设备施工图（4）消耗定额（5）投资概算（6）电路、控制线路施工设计,1、初步设计 根据设计任务书，对设计对象进行全面研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最佳方案。,2、扩大初步设计 任务：据已批准的初步设计和有关行业规范，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、具体化。编写初步设计说明书和准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算书。,任务：根据基础设计,结合建厂的具体条件作出工程设计阶段的主要技术决定。在国内，权力机关（或委托单位）根据初步设计审查该项目是否先进、可靠。,3、施工图设计任务：据已批准的扩大初步设计和行业标准，在满足安全、进度及控制投资等前提条件下开展施工图设计。其成果：（l）设计施工图和文件；（2）编制精确的投资估算；（3）根据设备规格说明书的要求落实设备制造单位或者直接订购设备。,常规工程设计方法的步骤,1-2 化工厂设计的工作程序,一、项目建议书二、可行性研究报告三、编制设计任务书四、扩大初步设计五、施工图设计六、设计代表工作,化工厂设计的工作程序,一、项目建议书,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、项目实施规划设想;,10、投资效益和社会效益的初步估算;,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：,二、可行性研究,对拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及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、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等。2、市场预测 包括国内外市场需求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包括产品生产方案的选择与比较；生产规模及各装置规模确定的原则和理由；产品、中间产品及副产品的品种、数量、规格及质量指标。,4、工艺技术方案 包括工艺技术方案的选择、工艺流程和消耗定额、自控技术方案、主要设备的选择和标准化等内容。5、原材料、燃料及水电汽的来源与供应。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、环境保护及安全卫生。9、工厂组织、劳动定员。10、项目实施规划。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、编制设计任务书,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、建设规模、产品方案、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、防震等要求;7、建设工期与进度计划;8、投资控制数;9、劳动定员控制数;10、经济效益、资金来源、投资回收年限。,设计任务书的内容,四、扩大初步设计,扩大初步设计程序图,五、施工图设计,主要内容：在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。,任务：解决扩大初步设计中待定的各项问题。并以它作为施工单位组织设计、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变动时，应另行编制修正概算，上报审批单位核准。,非定型设备施工图、土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。,2、非工艺专业在施工图设计中的主要工作内容,六、设计代表工作,各专业的设计代表要参加基本建设的现场施工和安装，建成装置后要参加试车运转，使装置达到设计所规定的各项指标要求。,一、设计准备工作二、方案设计（工艺流程设计）三、化工计算（物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算）四、车间布置设计五、化工管路设计六、提供设计条件（非工艺专业的设计条件）七、编制概算书及编制设计文件 概算书：初步设计阶段编制的车间投资的大概计算 设计文件：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）,1-3 化工车间（装置）工艺设计的程序及内容,2、参照设计进度订出个人工作计划。,3、查阅与工艺路线、工艺流程和重点设备有关的文献资料。,4、深入现场调查研究，收集第一手资料,1、熟悉设计任务书,一、设计准备工作,下面按工作程序介绍车间工艺设计的内容：,二、方案设计,任务是确定生产方法和工艺流程，是整个工艺设计的基础。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。,1、生产方法的选择：一个产品的生产可以用不同的原料和不同的生产方法。要通过定量的技术经济比较、评价总投资和成本，选择一条技术上先进、经济上合理、安全可靠、又因地制宜的工艺路线。,2、工艺流程的设计：包括对构成流程的操作单元的选择、设备选择、操作条件确定三废处理方案选择等，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。,三、化工计算 化工计算主要是物料衡算、热量衡算、设备选型和计算三个内容。任务是在完成以上三种计算的基础上绘制物料流程图，主要设备图和带控制点的工艺流程图。化工计算的结果关系到整体设计的成败。此阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能，是理论联系实际、锻炼独立思考和独立工作能力的重要过程。对标准设备（如压缩机、泵等）据计算结果进行选型；对非标准设备（如反应器、精馏塔）由设备设计人员据设备计算结果及工艺要求自行设计。,四、车间布置设计 主要任务是确定整个工艺流程中全部设备在平面上和空间中的具体位置，确定厂房或框架的结构形式。车间布置对生产的正常进行和项目的经济指标都有重要影响，并且是土建、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计重要依据。,五、配管工程设计,管道配置设计的任务是确定流程中的全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，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。,六、提供设计条件 工艺专业设计人员应据该项目设计全局性的总体要求，向非工艺专业设计人员提供设计条件。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。设计条件是各专业进行具体设计工作的依据，提供好的设计条件是是确保设计质量的主要一环。,1、概算书的编制 概算书是设计阶段编制的车间投资的大概预算，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。,2、设计文件的编制 分别在初步设计阶段和施工图设计阶段的设计工作完成后进行，设计文件是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据。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）。,七、编制概算书及编制设计文件,国家和行业的基本设计政策和规范,例：1、化工企业总图运输设计规范 HG/T 2064919982、工矿企业总平面设计规范 GB 5018719933、石油化工工艺装置布置设计通则 SH3011-20004、石油化工给水排水管道设计图例 SH 3089-19985、石油化工管道器材标准（合订本1996年）SH 3401-34106、石油化工管道布置设计通则 SH3012-20007、石油化工企业给水排水系统设计规范 SH3015-2003,1-4 设计文件,设计工作中主要的设计文件是初步设计文件和施工图文件。一、初步设计文件 包括两部分：设计说明书和附图、附表。初步设计说明书的内容如下：（一）设计依据（1）文件，如计划任务书以及其他批文等。（2）技术资料，如中试试验报告、调查报告等。,（二）设计指导思想和设计原则（1）设计所遵循的具体方针政策和指导思想。（2）总括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。（三）产品方案 产品名称和性质；产品质量规格；产品规模（吨年）；副产品数量（吨年）；产品包装方式。,（四）生产方法和工艺流程(1)生产方法 扼要说明设计所采用的原料路线和工艺路线。(2)化学反应方程式 写出方程式，注明化学反应名称、主要操作条件。(3)工艺流程 工艺划分简图，用方块图表示。带控制点工艺流程图和流程简述。带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备、物料管线、阀件、设备的辅助管路以及工艺和自控仪表图例、符号。,（五）车间（装置）组成和生产制度(1)车间（装置）组成。(2)生产制度，年工作日、操作班制，间歇或连续生产。（六）原料、中间产品的主要技术规格(1)原料、辅助原料的主要技术规格。(2)中间产品及成品的主要技术规格。,（七）工艺计算1.物料计算（1）物料计算的基础数据。（2）物料计算结果以物料平衡图表示，计量单位用小时(h)（连续操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用的计量单位在一个项目内要统一。2.主要工艺设备的选型、化工计算和材料选择(1)基础数据来源包括物料及热量计算数据、主要化工数据等。(2)主要工艺设备的工艺计算按流程编号为序进行编写。,3.一般工艺设备以表格形式分类表示计算和选择结果。工艺设备一览表按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。4.工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。5.分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。（八）主要原料、动力消耗定额及消耗量（九）生产控制分析（十）仪表和自动控制（方案体现在流程图上，设备列表）（十一）技术保安、防火及工业卫生,（十二）车间布置（车间布置说明及设备平面图与剖面图）（十三）公用工程（水、电、蒸汽等）（十四）“三废”治理及综合利用（十五）车间维修（人员、设备）（十六）土建（设计说明、图、表）（十七）车间装置定员（十八）概算（十九）技术经济 1.投资 2.产品成本,（二十）存在问题及建议（二十一）扩大初步设计中必要的附表及附图附表：工艺设备一览表、自控仪表一览表、公用工程设备材料表附图：带控制点工艺流程图、车间布置图（平面图及剖面图）、关键设备总图、建筑平面、立面、剖面图。,二、施工图设计文件 设计施工图是工艺设计的最终成品，在初步设计的基础上进行编制。它由施工图设计说明、表格和图纸三部分组成。(1)工艺设计说明。(2)带控制点工艺流程图（施工流程图）。带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备和物料管路、阀件等，进出设备的辅助管线和工艺及自动仪表的图例、符号。(3)辅助管路系统图。(4)首页图。,(5)设备布置图。(6)设备一览表。(7)管路布置图。(8)配管设计模型。(9)管段图。(10)管架和非标准管件图。(11)管段表。(12)管架表。(13)综合材料表。(14)管口方位图。(15)换热器条件图。,施工图设计说明由工艺设计说明、管道设计说明、隔热隔声设计说明及防腐设计说明构成。1、工艺设计说明（1）设计依据 说明施工图设计的任务来源和设计要求，即施工图设计的委托书、任务书等文件；初步设计的审批文件和修改文件等。（2）工艺说明 施工图设计中对初步设计作的改进和调整部分的工艺说明；与工艺有关的施工说明和装置开、停车的原则说明。,（3）设计范围 负责设计的范围；装置设计的组成及单元或工程名称及代号。2、管道设计说明；（1）分区情况（2）管道图表示法的有关标准（3）材料供应情况（4）设备安装注意事项等3、隔热隔声设计说明.选用的隔热材料，工程中遇到的隔热等级，如隔热、防烫、保冷的具体要求。4、防腐设计说明。,小结,本章教学内容是：化工设计的种类、工厂设计的工作程序、化工车间(装置)工艺设计的程序及设计内容、设计文件。是化工技术人员必须了解的基本内容。,复习思考题,1 据项目性质分类化工设计分为那几种？2 据设计性质分类化工设计分为那几种？3 工程设计分为那几个阶段？各阶段的任务是什么？4 简述化工厂设计的工作程序及主要内容。5 请按工作程序介绍化工车间工艺设计的内容。6 简述施工图设计文件应包含的内容,