化工设计2015所有的课件430xing

化工设计DesignofChemicalEngineering 教学安排 主讲教师 刘勇E mail liuyonglsp78 谭建明E mail jianmingtan 总学时 38h讲课34h 其他4h上课时间 周一 周四 周五地点 厚德楼成绩评定 平时成绩占40 期末考试占60 课程主要内容 化工设计绪论化工厂设计的内容与程序 第1章 工艺流程设计 第2章 物料衡算和热量衡算 第3章 化工设备工艺设计及化工设备图 第4章 车间布置设计 第5章 管道布置设计 第6章 非工艺专业基本知识 第7章 工程设计概算 第8章 毕业设计 第9章 毕业设计实例 第10章 陈声宗主编 化工设计 北京 化学工业出版社 2012 6 黄璐 王保国编 化工设计 北京 化学工业出版社 2001 王红林 陈砺编 化工设计 广州 华南理工大学出版社 2001 倪进方主编 化工过程设计 北京 化学工业出版社 1999 于遵宏等编著 化工过程开发 上海 华东理工大学出版社 1996 刘道德等编著 化工厂的设计与改造 长沙 中南工业大学出版社 2005 上海医工设计院 化工工艺设计手册 北京 化学工业出版社 1986 化学工程手册编辑委员会 化学工程手册 北京 化学工业出版社 1986 9 黄英主编 化工过程设计 西安 西安工业出版社 2005 主要参考书 10 苏建民主编 化工技术经济 化学工业出版社 1990年 工程的含义 工程是将自然科学原理应用到工农业生产部门中而形成各学科的总称 将作为原料的自然产物或农作物制成生活资料和生产资料的过程 称为工业制造过程 而研究工业制造过程的学科称为工程学 化学工程 运用化学的方法或手段来研究工业制造过程 同时研究此制造 生产 过程的共同规律 摸索最佳的工艺条件 解决规模放大和大型化生产中出现的诸多工程技术问题的学科 化工设计概论 化工设计概论 设计的含义 有目标和计划的创作行为 把一种计划 规划或设想通过视觉的形式传达出来的活动过程 1 DesignisPersistentTrying设计是持续不断的尝试2 DesignisJustMakingThingsLineup设计是将事情排列整齐3 DesignisaRareLanguage设计是一种稀有的语言4 Designiswhatyoudowhenyoudon tyetknowwhatyouaredoing设计是当你还不知道到底要做什么的時候干的那些事儿 化工设计概论 设计的含义 5 DesignisaNiceWaytoSayHello设计是打招呼的好方式6 DesignisPlagiarismorRevolution设计是抄袭或者革新7 DesignisSomethingaProgrammerShouldnotdo设计是程序员们不干的活儿8 DesignisCrapUntilitTurnstoGold设计在变成金子前是垃圾9 Designisknowingthat simplicityistheultimatesophistication LeonardodaVinci设计就是达芬奇的那句 简洁是最复杂的 化工设计概论 设计的含义 10 DesignisaJourneyofSelf Discovery设计是自我发现的旅程11 DesignisDesign设计就是设计12 DesignisEvil设计是恶魔13 DesignisInspiration设计是灵感14 DesignisStayingupLate设计是熬夜15 DesignisThinkingMadeVisual设计是构思如何进行视觉表现 化工设计概论 化工过程的基本结构 1 原料的储存 2 原料的预处理 3 进行化学反应的过程 或其他化工过程 4 进行分离的过程 5 产品的提纯 6 产品的储存及包装化工企业的基本组成 1 主体工艺过程 2 公用工程设施 3 辅助工程设施 化工设计的主要内容 1 化工总体设计厂址选择 总图设计 总工艺设计 非工艺设计 设计说明书及概 预 算书等 2 化工工艺设计生产方法选择 工艺流程设计 工艺计算 设备设计与选型 设备布置 管道设计 对非工艺设计提条件 设计说明书及概 预 算书 3 非工艺设计机械工程 土建工程 供排水工程 供配电工程 供热供汽工程 仪表及自动化 分析及卫生工程等 化工设计概论 化工设计概论 化工设计的组织分工 项目设计负责人 工艺专业设计者 土建专业设计者 设备专业设计者 电气专业设计者 仪表专业设计者 暖通专业设计者 给排水专业设计者 总图专业设计者 做化工设计须具备的知识 工艺方面的知识工程方面的知识设计方面的知识 把化工领域的科研成果和先进技术转化为可以施工的图纸 包括表格及说明 或是对现有生产装置创造性的 复制 什么是 化工设计 化工设计是把化工工程从设想变成现实的一个建设环节 化工设计是化工工程建设的灵魂 起着主导和决定作用 化工设计要求 技术可行 工艺可靠 经济合理 化工设计是泛称 在不同场合可分别指称化工厂设计 化工过程设计 化工工艺设计 其内涵很广 但意义不明确 怎样学习化工设计这门课程 树立正确的设计思想和求是精神 严谨 负责 协调 创新的工作风和基本设计技能 综合运用技术经济观点分析 解决化学工程实际问题分析问题 解决问题 大学生向工程师转化的一个重要教环节 理论 实践 具备设计和优化工艺流程的初步 掌握工程方面的知识 设计方面的知识 政策性很强 严格遵守国家政策 法令 如安全生产 环保等 国家基本建设的一个环节 它有一定的程序 遵守化工设计的程序和规范 按照规定的格式和要求 进行设计并完成工作 多学科集体工作 要在工作中与非工艺人员协作 配合 要做到什麽都懂 什麽都只懂一点 化工设计的特点 实践性很强 扎实的专业理论知识 丰富的实践经验 运用先进设计手段操作能力 设计人员要善于向前人学习 创造性劳动 不能照搬照抄 在设计中尽量采用先进技术 消化吸收 出神入化 一 化工设计课程性质 化工设计 是化学工程与工艺专业的一门专业方向限选课程 是一门技术性课程 非理论性 直接为科研转化为生产力服务 二 化工设计课程特点综合性 多专业基础课知识的综合与集成预修课程 化工原理 化学反应工程 化工热力学 物理化学 化工设备基础 石油炼制工程等课程 实践性 面向实际化工工艺设计 化工厂设计的工程运用 工程伦理学工程伦理学 是关于工程中道德问题的研究和对于那些应用于指导工程师工作的伦理原则和理想的探讨 工程伦理学研究最集中的问题是责任问题 一 国内设计工作存在的问题 1 设计项目同一装置 同样条件 投资相差成千上亿元 如催化裂化 加氢裂化等装置 这是什么原因呢 客观原因 竞标体制不完善 建设单位盲目预留处理能力 工程伦理方面的诸多问题 作为工程设计人员 应该具备什么样的工程伦理观念呢 美国化学工程师协会对其会员在职业道德方面要求如下 会员要以诚实和无私 忠诚于主顾 顾客和大众 努力提高工程专业的胜任能力和声望 运用其知识和技能增加人类福祉来支持和推进工程专业的廉政 荣誉和尊严 化学工程师应该 1 在完成工程任务时 首先应考虑到公众的安全 健康和福祉 2 如发现其工作后果将对其同事或公众现有的或将来的健康 安全构成不利影响时 正式地忠告其雇主或客户 如认为正确可考虑进一步通告 3 对其行动承担责任并承认他人的贡献 要求对其工作的批评性评论及提出对他人工作的客观评论 4 客观并真实的发表报告和提供资料 5 作为忠实的委托人或代理人 对每一顾客和客户进行专业服务 并避免利益冲突 6 与所有同事及合作人公平共事 承认其特有的贡献和能力 7 仅在其能力胜任领域完成专业服务 8 通过其服务的功绩建立其专业信誉 9 通过其经历继续开发其专业 并为在其监管下人员发展专业提供机会 第一章化工厂设计的内容与程序 化工设计是由不同专业组成的 以工艺专业为主体的设计 化工设计涉及的专业有 工艺 设备 土建 给排水 总图运输 采暖通风 电气和自控仪表专业 各专业之间既有密切联系 又有不同任务和分工 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 一 根据项目性质分类1 新建项目设计新产品 新工艺或新技术的产品设计开发研究单位 工程研究部门2 重复建设项目设计工程设计部门3 已有装置的改造设计生产企业的设计部门 第一章化工厂设计的内容与程序 二 根据化工过程开发程序分类 1 1化工设计的分类 过程研究 1 小试 小试阶段的目的 1 制造工艺研究 2 控制方法研究 3 材质试验 4 收集工艺设计资料 5 制造条件研究 6 原料 产品的质量研究 7 提供市场调查用的样品或研究用的样品 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 2 大型冷模研究 如果一般的化学工程理论及资料不能提供传递规律 过程研究就必须进行专门的大型冷模研究 研究内容包括 流场 浓度场 温度场 宏观混合 微观混合 单相或多相体系中的混合 分离 传递等 3 中试 中试阶段的目的 1 工艺研究 2 控制方法研究 3 制造条件研究 4 设备的材质试验及对质量的影响 5 收集设计资料 6 装置可靠性 操作性研究 7 故障分析和对设计的反馈 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 8 工序管理的准备 9 制定操作标准的准备 10 人员计划和训练 11 提供开辟市场用的样品 第一章化工厂设计的内容与程序 工程研究 1 概念设计定义在应用研究进行到一定阶段后 按未来工业生产装置规模进行的假想设计 是实现设计与研究的早期结合 目的判断研究的工艺条件是否合理数据是否充分提出改进方向内容根据研究者提供的概念和数据 确定流程和工艺条件以及主要设备的型式和材质 三废处理等措施 最终得出基建投资和产品成本等主要技术经济指标 为多级技术经济评价提供可靠的依据 1 1化工设计的分类 2 中试设计任务1 验证基础研究得到的规律 2 考察从小试到中试的放大规律 3 进行在实验室无法进行的研究项目 中试装置设计应注意事项 1 在满足下列条件下 应尽量小 a 能满足试验任务 b 设备 仪表 管件选型容易 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 3 基础设计基础设计是新技术开发的最终成果 是工程设计的依据 工程设计单位根据基础设计 结合建厂地区的具体条件即可作出完整的工程设计 2 应选在同类生产装置的老厂内 3 力求避免全流程试验 4 中试装置形式上不一定与工业装置完全相同 但能反映工业装置的特点和规律 中试装置设计应注意事项 4 工程设计初步设计根据设计任务书 对设计对象进行全面研究 寻求技术上可行 经济上合理 符合环保要求的设计方案 依据 设计任务书 建设单位的要求 厂址场地条件等 标准 规范 法规 如 化工厂初步设计文件内容深度规定 HG T20688 2000 内容与深度 使对方了解设计方案 投资和基本出处 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 扩大初步设计根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 细化 编制能满足控制投资或者报价使用的工程预算 初步设计 技术设计 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 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工图设计 包括施工图纸 必要的文字说明及工程预算书 依据 已批准的扩大初步设计 标准规范 法律法规 如 行业标准 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 HG T20519 2009 成品 施工图纸 设计说明书 设计概算书 工程设计可分为 第一章化工厂设计的内容与程序 1 1化工设计的分类 1 一段设计 技术比较简单 规模较小的工厂或车间的设计 2 两段设计 一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计 3 三段设计 针对重要的大型企业设计和较复杂的技术设计 开发成果 资源条件产品需求发展规划 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 编写设计任务书 并经主管部门认可 扩大初步设计 提出总概算 主管部门进行评价 施工图设计 提出工程预算 组织施工 制定开车方案 投料试车 终止 终止 终止 否 否 否 1 2化工厂设计的工作程序 第一章化工厂设计的内容与程序 1 2化工厂设计的工作程序 一 项目建议书1 项目建设的目的和意义 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 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 投资估算和资金筹措设想 11 经济效益和社会效益的初步估算 第一章化工厂设计的内容与程序 1 2化工厂设计的工作程序 二 可行性研究 可行性研究的目的是对拟建设项目作出论证和评价 为投资决策和编制 审批设计任务提供可靠的依据 可行性研究的任务是的对拟建设项目的技术路线 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 可行性研究报告 1 总论 2 需求预测 包括国内外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 4 工艺技术方案包括工艺技术方案的选择 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 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 劳动定员和人员培训 10 项目实施规划 11 投资估算和资金筹措 12 经济效益评价及社会效益评价 13 结论包括综合评价和研究报告的结论等内容 第一章化工厂设计的内容与程序 1 2化工厂设计的工作程序 三 编制设计任务书 1 项目设计的目的和依据 2 生产规模 产品方案 生产方法或工艺原则 3 矿产资源 水文地质 原材料 燃料 动力 运输 供水等协作条件 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 四 扩大初步设计 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 原料用量 消耗定额及三废排放表 能量消耗综合表 设备一览表 非定型设备条件表 带控制点工艺流程图 车间平面及立面布置图 概算书 投资额及材料表 扩大初步设计说明书 第一章化工厂设计的内容与程序 1 2化工厂设计的工作程序 五 施工图设计施工图设计的任务解决扩大初步设计阶段待定的各项问题 并提供施工单位编制施工预算和进行施工的依据 施工图设计的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 其中包括工艺专业方面的内容及非工艺专业方面的内容 施工图设计的内容 第一章化工厂设计的内容与程序 1 2化工厂设计的工作程序 工艺专业方面的主要内容包括 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 标准设备采购计划 设备安装图 管道布置图 管架管件图 设备管口方位图 设备和管路保温及防腐设计 综合材料采购计划表 工艺设计说明等 非工艺专业内容有 土建施工图 供水 供电 给排水 自控仪表线路安装图等 1 2化工厂设计的工作程序 第一章化工厂设计的内容与程序 六 设计代表工作 1 参加基本建设的现场施工和安装 2 建成后的试车运转工作 3 试车成功后 做工程总结 积累经验 以利于设计质量的不断提高 第一章化工厂设计的内容与程序 1 3化工车间工艺设计的程序及设计内容 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与计算 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 国家和行业的基本设计政策和规范 第一章化工厂设计的内容与程序 1 化工企业总图运输设计规范GB50489 20092 工业企业总平面设计规范GB50187 20123 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SH3089 19985 石油化工管道器材标准 合订本 SH3401 34106 石油化工金属管道布置设计规范SH3012 20117 石油化工给水排水系统设计规范SH3015 20038 建筑设计防火规范GB50016 2006GB50016 2014 5月实施 9 石油化工企业设计防火规范GB50160 2008 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 车间工艺专业设计 扩大初步设计文件施工图设计文件 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 一 扩大初步设计文件 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 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 一 扩大初步设计文件 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 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 一 扩大初步设计文件 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 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 一 扩大初步设计文件 七 工艺计算1 物料计算2 主要工艺设备的选型 化工计算和材料选择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 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 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 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 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 一 扩大初步设计文件 第一章化工厂设计的内容与程序 1 4设计文件 二 施工图设计文件 1 工艺设计说明 2 带控制点工艺流程图 施工流程图 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 复习思考题 1 化工设计的主要内容是什么 2 简述化工过程开发程序 3 什么是初步设计 扩大初步设计及施工图设计 4 化工厂设计的工作程序是什么 5 扩大 初步设计的程序及内容是什么 6 化工工艺设计包括哪些内容 7 试述施工图设计文件的内容 第一章化工厂设计的内容与程序 第二章工艺流程设计 生产方法和工艺流程的选择工艺流程设计工艺流程图典型设备的自控方案 第二章工艺流程设计 本章学习要求 了解工艺方案的选择原则及确定步骤 熟悉工艺流程设计的目的及任务 掌握工艺流程设计方法 掌握工艺流程图的内容 比例与图幅 设备的表示方法 管道的表示方法 阀门与管件的表示方法 仪表控制点的表示方法 掌握带控制点工艺流程图及PI图的绘制方法及阅读 第二章工艺流程设计 2 1生产方法的选择 第二章工艺流程设计 一 生产方法选择的原则技术上先进性与可靠性技术经济指标比较合理三废治理措施可行 工艺流程按照物料加工顺序将物料转换和能量转换所需的功能单元有机组合起来 则构成工艺流程 2 1生产方法的选择 第二章工艺流程设计 1 搜集资料与调查研究搜集的资料包括技术路线特点 工艺参数 原材料和公用工程单耗 产品质量 三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等 2 落实设备分为三种类型 国内已有定型产品 需要进口 国内需重新设计制造 3 全面对比 二 生产方法确定的步骤 第二章工艺流程设计 二 生产方法确定的步骤 2 1生产方法的选择 全面分析对比的主要内容 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势 产品的质量指标及产品规格 生产能力及技术条件情况 原材料 能量消耗情况 建设费用及产品生产成本 三废的产生及治理情况 安全生产与劳动保护情况 其他特殊情况 第二章工艺流程设计 2 2工艺流程设计 一 工艺流程设计的目的和任务用图解形式表达整个生产工艺过程 确定生产流程中各个生产过程的具体内容 顺序和组合方式 绘制工艺流程图 二 工艺流程设计方法确定主要生产过程及整个流程的组成 确定每个过程或工序的组成及所需设备的形式 确定操作方式和操作条件 确定控制方案 考虑物料及能量的充分利用 制定三废治理方案 制定安全生产措施 2 2工艺流程设计 第二章工艺流程设计 需要考虑的技术问题 二 工艺流程设计方法 必须具备工业化生产的概念 根据生产方法 确定主要化工过程及设备 进一步确定辅助过程和设备 设计流程时 尽可能使物料借重力自上顺流而下 但是也要考虑车间布置和厂房建筑的合理性 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自然流动也可以是自下而上流 从减压设备中出料时 必须采用液封及平衡管等 同一化工过程可以用不同的方法和设备来完成 需要根据具体情况周密地选择一种最理想的方法和设备 工艺流程设计 第二章工艺流程设计 二 工艺流程设计方法 2 2工艺流程设计 其他相关措施及设计 第二章工艺流程设计 2 3工艺流程图 工艺流程图以图示的形式表示出物料所经过的工艺过程及设备 物料成分和能量发生的变化及流向的图样 工艺流程图分类 工艺流程草图 方案流程图或流程示意图 工艺物料流程图带控制点的工艺流程图工艺管道及仪表流程图 PI图 2 3工艺流程图 第二章工艺流程设计 一 工艺流程草图 方案流程图或流程示意图 表达物料从原料到成品或半成品的工艺过程及所使用的设备和机器 用于设计开始时的工艺方案讨论 可作为下一步工艺流程图设计的基础 工艺流程草图由以下三部分组成 物料流程图例 管线图例 设备一览表 第二章工艺流程设计 一 工艺流程草图 方案流程图或流程示意图 2 3工艺流程图 1 物料流程 1 设备示意图 按照工艺流程顺序画出设备的大致几何形状或画方块图 2 设备流程号 3 物料的全部和动力的一部分流程管线及流向箭头 4 必要的文字注释 2 图例标出管线图例 3 设备一览表包括序号 流程号 设备名称和备注 2 3工艺流程图 一 工艺流程草图 设备画法 用细实线画轮廓 不按比例 但保持相对大小 设备高低及接口位置应基本符合实际情况 各设备间应保留适当距离以布置流程线 同样设备可只画一套 备用设备可省略不画 设备位号及名称的标注表示设备类型的大写英文字母表示设备所在工序及同类设备顺序的数字 设备位号 一 工艺流程草图 2 3工艺流程图 工艺流程线的画法 用粗实线画出主物料的工艺流程线 用箭头标明物料流向并在起始和终了位置注明物料名称 来源和去向 在流程线之间或线与设备间交错 重叠而实际并不相连时 将其中一线断开或曲折绕过 断开处应为线宽的5倍左右 不画图框和标题栏 二 工艺物料流程图 用图形和表格相结合的形式 反映设计中物料衡算和热量衡算结果的图样 画法在方案流程图画法的基础上 增加下列内容 在设备位号及名称下方 加注设备特性数据或参数 在流程起始处以及使物料产生变化的设备后列表注明物料变化前后其组分的名称 流量 摩尔分率等参数及各项的总和 其表格线和指引线用细实线绘制 需画图框和标题栏 图幅大小要符合相关标准 2 3工艺流程图 物料流程图示例 三 带控制点的工艺流程图 2 3工艺流程图 表示工艺参数控制方案的工艺流程图样 图样应表达以下内容 所有的工艺设备工艺物料管线辅助物料管线主要阀门工艺参数测量点及控制方案 五个组成部分 1 物料流程 2 图例 3 设备一览表 4 标题栏 5 图框 三 带控制点的工艺流程图 绘制方法及步骤 1 物料流程1 按照流程 从左到右用细实线画出设备的大致轮廓或示意图 2 各设备之间的高低位置及设备上重要接管口的位置 应大致符合实际情况 3 用粗实线 b 1 0mm 画出主要物料的流程线 在流程线上标明物料流向 并在流程线的起始和终了处注明物料的名称 来源和去向 4 用中实线 b 2 画出其它物料的流程线 画出流向箭头 注明物料名称 5 在流程图的下方或图纸其它显著位置 列出各设备的编号和名称 2 3工艺流程图 2 3工艺流程图 三 带控制点的工艺流程图 将物料流程中画出的有关管线 阀门 设备附件和计量控制仪表等图形用文字予以对照 设备一览表表示出物料流程中所有设备的名称 数量 规格和材料等 列在标题栏上部 由下往上写 标题栏表明图名 设计单位 设计 制图 审核人员 绘图比例和图号等 其长度和设备一览表的长度取齐 图框用粗线条给整个草图以框界 图例 物料流程 图例 设备一览表 标题栏 第二章工艺流程设计 四 管道仪表流程图 PI图 也称施工流程图 作用 是设计 绘制设备布置图和管道布置图的基础 是施工 安装和生产操作时的主要参考依据 内容 设备示意图 带接管口的设备示意图 注写设备位号及名称 管道流程线 带阀门等管件和仪表控制点的管道流程线 注写管道代号 图例及标题栏 绘制依据 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 HG T20519 2009 管道仪表流程图设计规定 HG20559 93 四 管道仪表流程图 PI图 2 3工艺流程图 比例与图幅 1 比例流程图中的设备一般可不按比例绘制 设备的主要轮廓 类别特征及内外部构建型式要表达清楚 标题栏中的 比例 一栏 不予注明 2 图幅一般均采用AO A1图幅 特别简单的可采用A2图幅 且不宜加长或加宽 字高一般采用3mm 5mm和7mm 2 3工艺流程图 四 管道仪表流程图 PI图 绘制方法 设备的表示方法 画法和标注 管道的表示方法 画法和标注 常用物料代号阀门与管件的表示方法 符号 仪表控制点表示方法 符号 标注 功能仪表图例 管道及仪表流程图 四 管道仪表流程图 2 3工艺流程图 1 设备的画法与标注 一般用细实线画出主要轮廓 过大或过小设备可适当缩小和放大 相对位置 一般也按比例绘制 尽可能地符合实际安装情况 有位差要求的设备 要注明其限定尺寸 横向距离可视情况而定 相同系统 或设备 一般应全部画出 只画出一套时 被省略部分的系统 则需用细双点划线绘出矩形框表示 框内注明设备的位号 名称 并绘出引至该套系统 或设备 的一段支管 绘制方法 四 管道仪表流程图 PI图 2 3工艺流程图 设备位号的编法 2 3工艺流程图 2 管道的画法与标注 四 管道仪表流程图 1 工艺物料管道用粗实线绘制 辅助管线用中实线 b 2 仪表用细实线或细虚线 b 3 绘制 线型规定 2 尽量避免穿过设备或使管道交叉 必须交叉时一般采用 竖断横不断 的画法 管道转弯应画成直角 3 管道上取样口 放空口 排液管和液封管等应全部画出 4 管道标注包括管道号 管径和管道等级三部分 绘制方法 2 3工艺流程图 2 管道的标注 管道号 四 管道仪表流程图 横向管线标注在管线的上方 竖向管线则标注在管线的左方 PG0801 50L1B H 物料代号 主项代号 管道顺序号 管道公称直径 管道等级代号 隔热隔声代号 2 3工艺流程图 管道等级符号说明 四 管道仪表流程图 L1B 管道公称压力 顺序号 管道材质类别 公称压力代号H 0 1 0 25MPaK 0 25 0 6MPaL 0 6 1 0MPaM 1 0 1 6MPaN 1 6 2 5MPaP 2 5 4 0MPaQ 4 0 6 4MPaR 6 4 10 0MPaS 10 0 16 0MPaT 16 0 20 0MPaU 20 0 22 0MPaV 22 0 25 0MPaW 25 0 32 0MPa 管道材质类别A 铸铁E 不锈钢B 碳钢F 有色金属C 普通低合金钢G 非金属D 合金钢H 衬里及内防腐 3 阀门等管件的画法 四 管道仪表流程图 2 3工艺流程图 用细实线按照规定的符号画出管道上的阀门及其它管件 3 阀门等管件的画法 2 3工艺流程图 3 阀门等管件的画法 用细实线按照规定的符号画出管道上的阀门及其它管件 表2 7 2 8管道及仪表流程图上的管子 管件 阀门及管道附件的图例 例 蒸汽伴热管道异径管锥形过滤器Y形过滤器截止阀闸阀止回阀隔膜阀 2 3工艺流程图 4 仪表控制点的画法 在相应的管道上用细实线按照规定的符号和代号画出仪表控制点 1 图形符号仪表的图形符号是一个细实线圆圈 直径约10mm 流量检测仪表和检出元件的图形符号 孔板 转子流量计 文丘里管及喷嘴 4 仪表控制点的画法 2 3工艺流程图 表示仪表安装位置的图形符号 表2 11 就地安装仪表 集中仪表盘面 后 安装仪表 就地仪表盘面 后 安装仪表 执行器的图形符号由调节阀和执行机构组合而成常用调节阀图形符号 直通阀 角形阀 蝶阀 三通阀 2 3工艺流程图 执行机构图形符号 气动薄膜执行机构 活塞执行机构 电磁执行机构 S 通用执行机构 执行机构和调节阀组合图形符号示例 气动薄膜调节阀 2 字母代号表示被测变量和仪表功能的字母代号 表2 9 A 分析或报警F 流量H 手动I 电流或指示T 温度或变送P 压力或真空S 开关或联锁 flux radiation TTPRTIFCTISAPIT 被测变量及仪表功能字母组合示例 3 仪表位号由字母代号组合和数字编号组成PI 801序号 两位或三位数字 工段号 或主项号 功能字母代号被测变量字母代号 温度变送 温度指示 温度指示联锁报警 压力记录 流量控制 压力指示变送 仪表功能图例 仪表位号标注方法字母代号填写在圆圈上半圆中 数字编号填写在圆圈下半圆中 后继字母应按 的顺序标注 END 第二章工艺流程设计 复习思考题 1 化工工艺流程设计的主要任务是什么 2 化工工艺流程设计应注意和解决哪些问题 3 带控制点的工艺流程图由哪几部分组成 表达的内容有哪些 4 如何绘制管道仪表流程图 5 如何编写设备位号 6 管道标注的内容是什么 7 怎样表示仪表控制点 要求 1 确定整个流程的组成例如合成氨生产工艺己内酰胺生产工艺造气变换铜洗合成煤或油水蒸气加氢氧化羟胺肟化重排苯H2O2H2硝酸 工艺流程设计 工艺流程设计 所需设备小 生产能力大 费用省 操作稳定 易于自控 可以提高生产能力 产品均匀 可提高产品质量 间歇操作适用于下列情况产量较小的贵重产品 且市场需求不稳定 废弃过程中的间歇设备可以利用到新设计中 而转移费又较低 连续操作设备尚未成熟 而间歇操作已经确证可靠 当采用连续操作时 由于反应速率过慢以及物料在设备内停留时间过长而不能获得满意的产品产率和质量的情况 连续操作的优点 工艺流程设计 工艺流程设计 工艺流程设计 实验室制备混酸 工业化制备混酸 混合器 H2SO4 HNO3H2SO4 HNO3 废酸 H2SO4 HNO3 混酸 废酸 原料预处理 预热 冷 汽化干燥粉碎筛分提纯精制混合配制压缩等 工艺流程设计 反应过程中涉及的问题 操作方式 连续 间歇 能量供给 移出方式催化反应 工艺流程设计 产物后处理 产物处理 分离净化 产品处理 作为下一工序原料 筛选 包装 灌装 计量 贮存 输送等 未反应物循环利用 返回反应过程或加工成副产物 副产物处理 设计制备 包装 贮运等 工艺流程设计 三废处理 废气废液废渣所含有害物质在排放前应该达到排放标准 尽量综合利用 变废为宝 污染问题不解决 不允许投产 相关政策法规 工艺流程设计 其他相关措施及设计 确定公用工程的配套措施 确定操作条件和控制方案 制定切实可靠的安全生产措施 保温 防腐的设计 工艺流程设计 A 国家标准推荐两组 建议A3以下 粗用0 5mm 细用0 25mmA3以上 粗用0 7mm 细用0 35mm B 设计使用的线宽没有固定的标准 通常采用 外廓线线宽为0 5 0 8 剖面线 虚线为0 15 0 3 中心线0 15 0 3 修改云0 3 0 5 断开线 双点划线都按照0 15 0 3设置 一般来讲图形大于零号图纸 选上限宽 零号图以内的选下限宽 第三章物料衡算和能量衡算 工艺计算前的准备工作物料衡算能量衡算 本章学习内容 本章学习要求 熟悉工艺计算所需资料的收集方法 掌握物料衡算方法 掌握热量衡算方法 3 1工艺计算前的准备工作 一 工艺性资料的收集 1 物料衡算提纲 生产步骤和化学反应 包括主 付反应 各步骤所需的原料 中间体规格和物理化学性质 成品的规格和物化性质 每批加料量或单位时间进料量 各生产步骤的产率 2 工艺流程图及说明 3 热量计算参数和设备计算数据 H Cp K 等 4 流体输送过程参数 粘度 密度 摩擦系数等 3 1工艺计算前的准备工作 5 传质过程系数 相平衡数据 6 冷冻过程的热力学参数 7 具体的工艺操作条件 温度T 压力P 流量G 8 介质的物性和材质性能 材质数据 腐蚀数据 9 车间平立面布置的参考资料 10 管道设计资料 管道配置 管道材质 架设方式 管件 阀件等 11 环境保护 安全保护等规范和资料 一 工艺性资料的收集 3 1工艺计算前的准备工作 二 工程性资料的收集 1 气象 地质资料 2 公用工程的消耗量 辅助设施能力 3 总图运输 原料输送方式 储存方式 4 上 下水资料 5 配电工程资料 6 仪表自控资料等 三 资料的来源 3 1工艺计算前的准备工作 1 科研单位 研究报告 2 设计单位 设计图纸 设计说明书 3 基建单位 厂址方案 基建工程资料和安装工程资料 4 生产单位 现场操作数据和实际的经济技术指标 车间原始资料 各种生产报表工艺操作规程设备岗位操作法设备维护检修规程及设备维修纪录卡 劳动保护及安全技术规程车间化验室的分析研究资料车间实测数据工厂科室掌握的技改资料供销科的产品目录和样本财务科的产品原料单耗及成本分析资料全厂职工劳动福利的生活资料 5 可行性研究报告 各国文摘和专利 各类工艺书籍 各类调查报告 各种化工过程与设备计算等书籍 4 生产单位 现场操作数据和实际的经济技术指标 3 1工艺计算前的准备工作 3 1工艺计算前的准备工作 四 几本常用的化工设计资料和手册 1 IndustrialChemicals 2 EncyclopediaofChemicalTechnology 3 ScienceandTechnology 4 ChemicalAbstracts C A 5 HandbookofTechnology 6 I C T 国际物理 化学和工艺数值手册 7 化工工艺设计手册 8 材料与零部件手册 3 2物料衡算 对已有的生产设备或装置 利用实际测定的数据 算出另一些不能直接测定的物料量 用此计算结果 对生产情况进行分析 作出判断 提出改进措施 设计一种新的设备或装置 根据设计任务 先作物料衡算 求出进出各设备的物料量 然后再作能量衡算 求出设备或过程的热负荷 从而确定设备尺寸及整个工艺流程 一 物料衡算的目的和依据1 能为化工设计提供基础数据 1 物料消耗定额 2 工艺设备的大小尺寸 3 管道的大小尺寸 4 为能量衡算提供基础数据 2 物料衡算的依据理论依据 质量守恒定律设计任务书 生产量 工艺技术条件 反应转化率 相平衡数据等 物料衡算 物料衡算 二 物料衡算式 1 化工过程的类型间歇操作 连续操作以及半连续操作稳定状态操作和不稳定状态操作 物料衡算 间歇操作过程原料在生产操作开始时一次加入 然后进行反应或其他操作 一直到操作完成后 物料一次排出 即为间歇操作过程 此过程的特点是在整个操作时间内 再无物料进出设备 设备中各部分的组成 条件随时间而不断变化 连续操作过程在整个操作期间 原料不断稳定地输入生产设备 同时不断从设备排出同样数量 总量 的物料 设备的进料和出料是连续流动的 即为连续操作过程 在整个操作期间 设备内各部分组成与条件不随时间而变化 半连续操作过程操作时物料一次输入或分批输入 而出料是连续的 或连续输入物料 而出料是一次或分批的 物料衡算 稳定状态操作过程或称稳定过程整个化工过程的操作条件 如温度 压力 物料量及组成等 不随时间变化 只是设备内不同点有差别 不稳定状态操作过程或称不稳定过程操作条件随时间不断变化 二 物料衡算式 1 化工过程的类型 进料总量 出料总量 损耗量 积累量对于连续稳定过程 进料总量 出料总量 损耗量 二 物料衡算式 2 物料衡算式 物料衡算 物料衡算 二 物料衡算式 例如 物料衡算 对于连续不稳定过程 由于该过程内物料量及组成等随时间而变化 因此 物料衡算式须写成以时间为自变量的微分方程 表示体系内在某一瞬时的平衡 二 物料衡算式 物料衡算 1 搜集计算数据 2 画出物料流程简图 3 确定衡算体系 4 写出化学反应方程式 包括主反应和副反应 标出有用的分子量 5 选择合适的计算基准 并在流程图上注明所选的基准值 6 列出物料衡算式 然后用数学方法求解 7 将计算结果列成输入 输出物料表 物料平衡表 8 校核计算结果 三 物料衡算步骤 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 对于一个连续 稳态过程 可写出下式 式中Fi 第i股物流物质的质量流量 流入系统时取 流出系统时取 xij 第j组分在第i股物流中的摩尔分数 Vjm 第j股组分在第m个化学反应中的化学计量系数 对生成物取 对反应物取 对惰性组分为零 rm 第m个化学反应的反应速率 Nr 过程中所包含的化学反应个数 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 1 非反应过程的物料衡算 例3 1 将含有质量分数 下同 40 的硫酸与98 的浓硫酸混合成为90 的硫酸 要求90 的硫酸流量为1000kg h 各溶液的另一组分为水 试完成其物料衡算 四 连续过程的物料衡算 物料衡算 解 衡算基准为小时 以w表示各股物流的质量流量 混合器总质量平衡W1 W2 W3 1000混合器水平衡0 6W1 0 02W2 0 1W3 100混合器H2SO4质量平衡0 4W1 0 98W2 0 9W3 900 物料衡算 解得W1 138kg h W2 862kg h可列出物料衡算表 四 连续过程的物料衡算 例3 1 例3 1物料衡算表 解 以1000mol h90 H2SO4 物料衡算 连续常压精馏塔进料为含苯 质量分数 下同 38 wt 和甲苯62 的混合溶液 要求馏出液中能回收原料中97 的苯 釜残液中含苯不高于2 进料流量为20000kg h 求馏出液和釜残液的流量和组成 并填写精馏塔物料平衡表 四 连续过程的物料衡算 例3 2 解 思路由已知条件可以获得xFB xWB xDB F 然后求得W D 作全塔总质量衡算得F D W作全塔苯的质量衡算得FxFB DxDB WxWB 以下标B代表苯 物料衡算 例3 2 已知进料中苯的质量分数为38 这样进料中苯的摩尔分数为 已知釜残液中苯的质量分数为2 这样釜残液中苯的摩尔分数为 四 连续过程的物料衡算 解 进料液平均相对分子质量 解 已知进料流量为20000kg h则进塔原料的摩尔流量为 依题意 馏出液中能回收原料中97 的苯 所以有 DxDB 232 2 0 4196 0 97 94 51kmol h 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 物料衡算 将已知数据代入上述质量衡算方程得232 2 W D232 2 0 4196 94 51 0 02351W解得W 124 2kmol hD 108kmol h列出精馏塔物料平衡表如下 四 连续过程的物料衡算 解 物料衡算 2 反应过程的物料衡算 四 连续过程的物料衡算 例3 3 在化学反应器中 利用乙烯部分氧化制取环氧乙烷 是将乙烯在过量空气存在条件下通过银催化剂进行反应 主反应r12C2H4 O22C2H4O 同时存在副反应r2C2H4 3O22CO2 2H2O 如果进料物质的流量为1000mol h 进料中含C2H4摩尔分数10 乙烯的转化率为25 生成产物C2H4的选择性为80 计算反应器出口物流的流量与组成 四 连续过程的物料衡算 物料衡算 解 利用化学反应速度求解 组分编号组分C2H4O2N2C2H4OCO2H2O编号123456 计算简图 如图3 1所示r1r2 催化反应器 1 F1 x11 x12 x13 F2 2 x21x22x23x24x25x26 方程与约束式 物料平衡方程根据 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 解 方程与约束式 C2H4 O2 N2 C2H4OCO2 H2O 物料平衡方程 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 摩尔分数约束式 解 方程与约束式 设备约束式 根据转化率与选择性 得 转化率表达式 选择性表达式 空气中氧与氮具有固定的比例 1 2 3 物料衡算 四 连续过程的物料衡算 Nv 16 2个流量 9个摩尔分数 2个反应速率 3个设备参数 方程组的数量Ne 6 2 3设计变量的数量Nd Nv Ne 16 11 5由题意取 解 4 变量分析 为一组设计变量 其值分别为 F1 1000mol h 方程式 1 与式 3 中只含两个未知数可首先求解 当解出与后 反应器的进口工况均为已知 经变换后 其余9个方程可变为以及为未知数的线性方程组 其求解甚易 解得以上9个未知数后 则可由算得全部出口物流参数 四 连续过程的物料衡算 解 求解方程组 物料衡算 物料衡算 五 车间 装置 的物料衡算 例3 4 乙烯与氯气反应生产氯乙烯的过程如下图 在各反应器中发生如下反应 A 氯化反应 C2H4 Cl2 C2H4Cl2DCE收率98 DCE 二氯乙烷 物料衡算 五 车间 装置 的物料衡算 B 次氯化 C2H4 2HCl 0 5O2 C2H4Cl2 H2ODCE以乙烯为基准的收率为95 以HCl为基准的收率为90 C 热裂解 C2H4Cl2 C2H3Cl VCM HClVCM的收率为99 HCl的收率为99 5 设VCM产量为12500kg h 试求Cl2 C2H4流量及HCl的循环量 五 车间 装置 的物料衡算 1 联立代数方程法 解 已知