化工过程开发与设计-第1章 绪论-kjd

1、版权所有化工过程开发与设计化工过程开发与设计 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 课程性质：新的化工产品或新的化工工艺经由实验室研究、放大试验到工业化生产的全过程为化工产品开发。课程涉及合成、工艺、工程、设备、控制、经济、环保等多种学科知识。内容实用性强，是学生从学习知识到应用知识的桥梁。 课程目的：学生了解新的化工产品开发的过程，掌握新的化工产品开发的方法和相关的知识。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 过程开发 设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计 课程形式 专业必修 32课时 考查参考书 1.于遵宏编，化工过程开发，华东理工大学出版社， 2.郑洁修等编，化工过程开发概要，高等教育

2、出版 社， 3.武汉大学主编，化工过程开发概要，高等教育出版社， 4.陆震维编译，化工过程开发，化学工业出版社，化工过程开发与设计化工过程开发与设计 市场调研与预测2选题和立项3化工过程开发实验中的实验设计与数据处理4物料衡算5能量衡算6化工过程开发与设计概述1目 录化工工艺流程设计7化工过程放大8计算机在化工过程开发与设计中的应用9技术经济评价10化工过程开发与技术转让中的相关问题11化工过程开发与设计化工过程开发与设计 绪论化工过程开发的定义：化工过程开发的定义： 由实验室研究成果（新工艺、新产品等）到实现工业化的科学技术活动。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 绪论化工发展化工发展化工

3、过程开发与设计化工过程开发与设计 现代化学工业石油化工（包括其衍生的有机化工）煤化工（包括其衍生的有机化工）无机化工精细化工及中间体化肥工业农药工业医药工业轻工（造纸、玻璃、塑料、合成橡胶等）染料、油墨、化妆品、清洁剂生物化工化工过程开发与设计化工过程开发与设计 石油化工石油化工 煤化工煤化工化工过程开发与设计化工过程开发与设计 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 医药化工医药化工 生物化工生物化工化工过程开发与设计化工过程开发与设计 化学工业是所有高新技术产业的支撑工业，如能源、化学工业是所有高新技术产业的支撑工业，如能源、电子、信息、生物、材料等领域，都离不开化学工电子、信息、生物、材料

4、等领域，都离不开化学工业提供的物质支撑。业提供的物质支撑。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 从化学工业的发展看，各种新产品、新工艺和新技术，在它们实现工业化之前，大多都是从实验室研究开始的。由于物料处理量等许多条件相差悬殊，实验室研究和化工生产之间存在很大差别，实验室成果往往不能真实反映工业生产的情况。 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 实验室 工业生产实验室实验室工业生产工业生产间歇操作连续操作物料不回收物料回收实验条件精确控制实验条件控制不精确设备容量小，很小考察传质传热等条件设备容量大，对传热传质的影响考察多设备受限设备大，考虑生产诸多条件不

5、考虑设备腐蚀对生产影响必须考虑设备腐蚀对生产影响化工过程开发与设计化工过程开发与设计 绪 论1计算化学工程发展迅速2认识时空多尺度结构及其效应3与产品工程的联系日趋紧密 4绿色化学工程与工业生态园区建设成为化工研发的前沿化工过程开发与设计化工过程开发与设计 绪 论1计算化学工程发展迅速计算流体力学的发展（CFD)数学模型的建立化工过程开发与设计化工过程开发与设计 绪 论过程工业绿色化的其主要内容包括：（1）建立资源（2）原子经济性化学反应处于绿色过程的核心地位，理想的绿色化学反应，即原料中的原子100地转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废弃物的零排放。（3）运用环境化工过程开发与设计化工过

6、程开发与设计 绪 论（4）发展生物转化技术，洁净能源和可再生资源替代技术。（5）模拟自然界物种共生、互生、能量与元素传递循环网络，建立物质分层多级循环优化利用的生态化产业体系。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 化工工艺设计1.2二十一世纪化工过程开发与设计的新发展1.3化工过程开发及工艺路线选择1.1第1章 化工过程开发与设计概述工艺设计中的全局性问题1.4化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1 化工过程开发及工艺路线选择12化工过程开发程序化工过程开发程序工艺路线选择工艺路线选择3可行性研究可行性研究化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.1 化工过程开发程序图图1.1 1.

7、1 过程工业新产品开发的基本步骤过程工业新产品开发的基本步骤化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.1 化工过程开发程序1信息研究2实验性研究3第一次可行性研究4小试5概念设计6第二次可行性研究化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.1 化工过程开发程序7模型试验8中试9基础设计10第三次可行性研究11工程设计12施工化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.2 工艺路线选择在选择化工产品的工艺路线时应考虑下面几方面的问题。（1）技术上可行，经济上合理（2）原料路线（3）环境保护（4）公用工程中的水源及电力供应（5）安全生产化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.3 可行

8、性研究1 1可行性研究报告的基本要求可行性研究报告的基本要求（1）化工建设项目可行性研究报告的基本要求（2）可行性研究报告编写中应注意的问题化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.3 可行性研究2 2化工建设项目可行性研究报告的内容化工建设项目可行性研究报告的内容（1）总论（2）需求预测（3）产品的生产方案及生产规模（4）工艺技术方案（5）原材料、燃料及水、电、汽的来源与供应（6）建厂条件及厂址方案、布局方案（7）公用工程和辅助设施方案化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.1.3 可行性研究（8）节能（9）环境保护（10）劳动保护与安全卫生（11）工厂组织、劳动定员和人员培训（12）

9、项目实施规划（13）投资估算和资金筹措（14）经济评价及社会效益评价（15）结论化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2 化工工艺设计12化工工艺设计的内容化工工艺设计的内容化工工艺设计程序与设计文件化工工艺设计程序与设计文件化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.1 化工工艺设计的内容（1）原料路线和技术路线的选择；（2）工艺流程设计；（3）物料计算；（4）能量计算；（5）工艺设备的设计和选型；化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.1 化工工艺设计的内容（6）车间布置设计；（7）化工管路设计；（8）非工艺设计项目的考虑，即由工艺设计人员提出非工艺设计项目的设计条件；（9）编

10、制设计文件；包括编制设计说明书、附图和附表。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.2 化工工艺设计程序与设计文件1 1初步设计的目的与初步设计的主要内容初步设计的目的与初步设计的主要内容(1)总论(2)技术经济(3)总图运输(4)化工工艺(5)空压站、氮氧站、冷冻站 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.2 化工工艺设计程序与设计文件2 2初步设计说明书的附图、附表初步设计说明书的附图、附表（1）工艺物料流程图；（2）带控制点的工艺流程图；（3）设备布置图；（4）设备一览表；（5）物料流程表。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.2 化工工艺设计程序与设计文件3 3施工

11、图设计的主要内容施工图设计的主要内容施工图设计是把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据建筑施工、设备制造及安装工程的需要进一步具体化，满足建筑工程施工、设备及管道安装、设备的制作及自动控制工程等建筑造价的要求。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.2 化工工艺设计程序与设计文件4 4施工图设计的设计文件施工图设计的设计文件（1）工艺设计说明（2）管道仪表流程图（3）辅助管路系统图（4）首页图（5）设备布置图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.2.2 化工工艺设计程序与设计文件（6）设备一览表（7）管路布置图（8）管架和非标准管架图（9）管架表（10）综合材料表（11）设备管口

12、方位图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.3 二十一世纪化工过程开发与设计的新发展12化工过程强化与微化工技术化工过程强化与微化工技术分子计算科学成为化学工程新的生长点分子计算科学成为化学工程新的生长点3绿色过程系统工程发展迅速绿色过程系统工程发展迅速化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.3.1 化工过程强化与微化工技术绿色化学侧重从化学反应本身来消除环境污染、充分利用资源、减少能源消耗；化工过程强化则强调在生产能力不变的情况下，在生产和加工过程中运用新技术和设备，极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力，显著地提升能量效率，大量地减少废物排放。化工过程开发与设计化工过程开发与

13、设计 1.3.2 分子计算科学成为化学工程新的生长点目前化学工业受关注的新技术包括单元操作集成技术、表面及界面技术、膜技术、超临界技术、纳米技术、生物化工技术等。这些技术涉及聚合物、两亲分子、电解质、生物活性分子等复杂物质，临界和超临界、液晶、超导、超微等复杂状态，界面、膜、溶液、催化等复杂现象。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.3.3 绿色过程系统工程发展迅速1层次设计法2人工智能法3夹点分析法4数学规划法5模拟优化法6产品生命周期分析法7. 复合式方法化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.3.3 绿色过程系统工程发展迅速图图1.2 1.2 过程系统和环境之间过程系统和环境之间化

14、工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4 工艺设计中的全局性问题12厂址的选择厂址的选择总图布置与设计总图布置与设计34安全与工业卫生安全与工业卫生公用工程公用工程56电气设计电气设计自动控制自动控制7土建设计土建设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.1 厂址的选择1.1.厂址选择的原则厂址选择的原则(1)厂址应符合国家工业布局，城市或地区的规划要求(2)厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.1 厂址的选择2.2.选厂报告选厂报告（1）新建厂的工艺生产路线及选厂的依据；（2）建厂地区的基本情况；（3）厂址方案及厂址技术条件的比较

15、，并对建设费用及经营费用进行评估；（4）对各个厂址方案的综合分析和结论；（5）当地政府和主管部门对厂址的意见；（6）厂区总平面布置示意图；（7）各项协议文件。 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.2 总图布置与设计1. 总图设计的内容2. 工厂总图布置应遵循的基本原则3. 对总图的要求4. 总平面布置设计的主要技术经济指标化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.2 总图布置与设计表表1-2 1-2 主要技术经济指标主要技术经济指标序号名 称单 位数 量备 注1厂区占地面积m22厂外工程占地面积m23厂区内建、构筑物占地面积m24厂内露天堆场、作业场地占地面积m25道路、停车场占

16、地面积m26铁路长度及其占地面积m，m27管线、管沟、管架占地面积m28围墙长度m（1）评价总图设计的合理性与否的技术经济指标化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.2 总图布置与设计续上表续上表序号名 称单 位数 量备 注9厂区内建筑总面积m210厂区内绿化占地面积m211建筑系数%12利用系数%13容积率14绿化（用地）系数%15土石方工程量m2化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.2 总图布置与设计（2）建筑系数 （1-1）（3）利用系数利用系数利用系数= =建筑系数建筑系数+ +管道及管廊占地系数管道及管廊占地系数+ +道路占地系数道路占地系数+ +铁路占地系数铁路占地系

17、数 （1-2）100%建筑物构筑物露天设备露天堆场及操作占地面积占地面积占地面积场地占地面积建筑系数厂区占地面积化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.2 总图布置与设计（4）建筑容积率 建筑容积率建筑容积率= = （1-3）（5）厂区绿化系数 （1-4） （1-5）建筑总面积基地占地面积100%厂区绿化覆盖总面积厂区绿化覆盖面积系数=厂区占地面积100%厂区绿化用地计算总面积厂区绿化用地系数=厂区占地面积化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.3 安全与工业卫生安全安全工业卫生工业卫生（）车间的卫生特征分级（2）车间生产用房的设置规定化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.

18、4 公用工程1供热2供排水3采暖与通风化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计整体设计供电工厂需要收集的基础数据有：1全厂用电要求和设备清单；2供电协议及相关资料；3与气象、水文、地质等相关的资料。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计供电供电供电中的防火防爆供电中的防火防爆（1）爆炸性环境（2）防爆标志（3）防爆电气设备的选型化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计电气设计条件电气设计条件（）电动条件（）照明、避雷条件（）弱电条件化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-31-3爆炸性气体环境分区爆炸性气体环境分

19、区分分 区区含含 义义0区爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所1区在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所2区在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。通常情况下，“短时间”是指持续时间不多于2 个小时表表1-41-4爆炸性气体释放源分级爆炸性气体释放源分级释放源分级释放源分级含含 义义连续级释放源 连续释放或预计长期释放的释放源1级释放源在正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源2级释放源在正常运行时，预计不可能释放，如释放也仅是偶尔和短期释放的释放源化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-51-5爆炸性粉尘环境

20、分区爆炸性粉尘环境分区分分 区区含含 义义20区在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物，或可能形成无法控制和极厚粉尘层的场所及容器内部21区在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。该区域包括，与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘层和正常情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所22区在异常条件下，可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、可燃性粉尘云偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应划为21区化工过程开发与设计化工过

21、程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-61-6爆炸性粉尘释放源分级爆炸性粉尘释放源分级释放源释放源分级分级含含 义义连续级释放源粉尘云持续存在或预计长期或短期经常出现的场所释放1级在正常运行时，预计可能周期性或偶尔释放的释放源释放2级在正常运行时，预计不可能释放，如果释放也仅是偶尔和短期释放的释放源化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-9 1-9 温度组别、设备表面温度和可燃性气体温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系或蒸气的引燃温度之间的关系温度级别温度级别IEC/ EN / IEC/ EN / GB 3836GB 3836设备的最高表面

22、设备的最高表面温度温度/ /可燃性物质的可燃性物质的点燃温度点燃温度/ / 设备安全程度设备安全程度T1450T 450低高T2300450 T 300T3200300 T 200T4135200 T 135T5100135 T 100T685100 T 85化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-10 1-10 爆炸危险区域与防爆型式的关系爆炸危险区域与防爆型式的关系表表1-11 1-11 气体、蒸气分类与电气设备类别的关系气体、蒸气分类与电气设备类别的关系爆炸危险区域爆炸性气体环境0区1区2区可选用的电气设备的防爆型式ia、mad、e、ib、p、o、q、mbn气体

23、、蒸气的类别ABC电气设备的类别A、B、CB、CC化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-12 1-12 粉尘爆炸环境电气设备的选型粉尘爆炸环境电气设备的选型防粉尘点燃防粉尘点燃设备类型设备类型粉尘类型粉尘类型危险场所分区危险场所分区2020区或区或2121区区2222区区A导电性DIP A20或DIP A21DIP A21(IP6X)非导电性DIP A20或DIP A21 DIP A22或DIP A21B导电性DIP B20或DIP B21DIP B21非导电性DIP B20或DIP B21 DIP B22或DIP B21化工过程开发与设计化工过程开发与设计 1.4.5 电气设计表表1-13 1-13 用电设备表用电设备表序 号流 程位 号设 备名 称介 质名 称环 境介 质负 荷等 级数 量正反转要 求控制连锁 要 求防 护要 求计 算轴 功 率常用备 用电 动 设 备操 作 情 况备注型号防爆标志容量/KW相数 电压/V成套或单机供应立式或卧