1、化工厂设计概论全册配套最化工厂设计概论全册配套最 完整精品课件完整精品课件 工厂设计概论工厂设计概论 第一章第一章化工过程设计化工过程设计 1.1过程工程过程工程 化工过程：化工过程：化学工业和石油化工等复杂系统的核心部分。 过程工程过程工程：概括了建立和定量地分析整个工厂的工艺过程流 程的全部工作内容，而且要求所建立的过程流程必须是 技术上可行、经济上合理、符合安全条例、易于操作的 实体。 包括：过程开发、过程设计、过程完善。 过程开发过程开发是指过程的概念设计及研究的定向评价。 过程开发过程开发内容有： 1. 研究部门所研究的过程开发及评价。 2.引进技术的过程评价。 3.新过程的基准规模
2、或中试规模的开发。 4. 出于革新的目的对现存过程的综述。 过程设计过程设计：包括预过程设计与最终过程设计。 最终过程设计可提供建立过程所需的全部文件和图纸。 过程完善过程完善：是面对已经建成的化工过程，对它进行过程分 析，找出问题，优化操作策略，改革工程设施，实现挖 潜的目的。 过程工程包括全新过程的建立和老过程的改造两部分。 经济法则是指导过程工作的基本方针之一。 1.2 过程设计过程设计 过程设计：过程设计：指继过程开发研究之后直至完成课题全部设计图 纸的阶段。是总结过程开发阶段的全部信息，进而完成全 部过程的合成方案。 对设计者要求对设计者要求：必须全面掌握过程开发的内容，分清哪些是
3、属于成熟的、有操作经验的技术；哪些是没有经验、不具 备工业实践的技术。 四、五十年代逐级放大；七十年代采用计算机模拟与优化。 优化的目标函数通常是经济指标和能耗指标。 核心目标：核心目标：确定出一个综合优化的设计方案，寻找最佳操作 条件，使其各个方面皆能处于优化状态。 过程设计的主要步骤过程设计的主要步骤 开始开始 1.现有情况：经济考虑和社会需要2. 想法：原 料产品、路线、产量3. 过程合成：概念变化4.流程 选择5.设计基础：变量（迭代变量、设计变量），模 型（过程操作模型、物性模型），过程的公共土程6. 设计方法：非设计变量的初值和收敛方法7.过程设计： 物料和能量衡算、过程流股一览表
4、、过程设备一览表、 公共工程一览表、过程流程图、过程说明、第二定理 分析8.初步经济分析：投资、操作费用，产生吸引力 准则9.经济因素：经济、热力学效率、可操作性、安 全性、环境保护和保健10. 最优化方法：目标函数、 方法-设计变量最优化-返回6 结构最优化-返回3 符合要求 过程设计报告 完成完成 设计工作要点设计工作要点 ( 五个选择 )： 1. 过程的选择：用标准的单元操作实现过程合成是关键。 2. 生产能力的选择 3. 过程结构的选择 4. 过程条件的选择：温度、压力、浓度、停留时间等。 5. 其它条件的选择：设备的初估尺寸、备用件选定、可操 作性、安全性、过程控制、外围设施配置等。
5、 过程设计的基本目标过程设计的基本目标：确定最佳设备单元及其间的最佳组 合；导找最佳操作条件，在此条件下，能使产品以最低 成本，达到所希望的产率。同时还必须考虑安全与环境 保护的必要约束条件。过程设计是一个复杂的问题，不 但要进行定量计算，而且还要处理大量的信息，进行严 密的逻辑推理，引用专家的经验。 过程设计进一步开发的课题有：过程设计进一步开发的课题有： 1. 全流程大系统模拟的数值方法。 2. 过程设计中热物理性质模型。 3. 包括过程控制在内的过程合成。 4. 过程设计中的可操作性分析。 5. 有效能分析评价方法。 6. 专家系统与大系统的优化。 1.3计算机辅助化工过程设计的计算机辅
6、助化工过程设计的 硬件和软件硬件和软件 一、一、硬件硬件 大型计算机、计算机工作站和个人计算机 二、软件二、软件 开发新的模拟系统 第二章第二章 基本建设程序及设计概论基本建设程序及设计概论 2.1基本建设程序基本建设程序 一个工程项目从设想到建成投产阶段称为基本建设阶 段。 分三个时期：分三个时期：投资决策前时期、投资时期、生产时期 。 投资决策前时期（建设前期）投资决策前时期（建设前期）：主要是做好技术经 济分析工作，以选择最佳方案，确保项目建设顺利进行 和取得最佳经济效果。 投资时期（建设时期）投资时期（建设时期）：包括谈判和订立合同、设计 、施工、试运转等阶段。 生产时期生产时期：正式
7、投产后进行生产。 图图2-1：我国现行的基本建设程序我国现行的基本建设程序 建设前期各项准备工作 项目建议书 初步可行性研究 详细可行性研究 初步决策 (三千万以上大型项目) 工程评估 最终决策 设计计划任务书 扩大初步设计 施工图设计 图2-2： 美国现行的基本建设程序 准备工作 投资机会研究 初步可行性研究 技术经济可行性研究 初步决策 评价报告 最终决策 总体设计 施工图设计 2.2项目建议书项目建议书 项目建议书：项目建议书：是投资决策前对建设项目的轮廓设想，主 要是从项目的必要性方面考虑，同时也进行初步分析项目 的可行性。 一、依据一、依据 必须根据国民经济和社会发展的长远规划，结合
8、矿藏、 水利等资源条件和现有生产力分析，在广泛调查、收集资 料、踏勘厂址、弄清建厂的技术经济条件后，提出具体的 项目建议书，向国家有关部门推荐项目。 二、二、作用作用 项目建议书是进行各项准备工作的依据。由各部、各地方 、各企业提出，批准的项目建议书是正式开展可行性研究 、编制计划任务书的依据。 项目建议书经综合部门平衡、筛选后，需要对项目进行可 行性研究论证。 三、三、内容内容 1. 项目建设目的和意义。 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）。 5. 资源、主要原材料、燃料和
9、动力供应。 6. 建厂条件和厂址初步方案。 7. 环境保护。 8. 工厂组织和劳动力定员估算。 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。 2.3可行性研究可行性研究 可行性研究是对一个项目的经济效果及价值的研究。可行 性研究的成果是根据各项调查研究材料进行分析、比较而得出 的。它的证据以大量数据作为基础，这是可行性研究的一大特 点。因此，在可行性研究时，必须搜集各种资料、数据作为开 展工作的前提和条件。 一、可行性研究的主要依据可行性研究的主要依据 1. 根据国家经济建设的方针、政策和长远规划进行可行性研 究。 2. 根据经国家计划部门
10、批准后的项目建议书展开可行性研究 。 3. 经国家正式批准的资源报告和各种有关规划。 4. 可靠的自然、地理、气象、地质、经济、社会等基础资料 。 5. 有关工程技术方面的标准、规范、指标等。 6. 国家公布的用于进行项目评价的有关参数、数据、指标。 二、可行性研究的作用二、可行性研究的作用 可行性研究是基本建设的首要环节，主要作用有： 1. 作为建设项目投资决策和编制计划任务书的依据。 2. 作为向银行申请贷款的依据。 3. 作为与建设项目有关部门商谈合同和协议的依据。 4. 作为建设项目开展初步设计的基础。 5. 作为拟采用新技术、新设备研究计划的依据。 6. 作为安排基本建设计划和开展各
11、项建设前期工作的参 考。 7. 作为环保当局审查建设项目对环境影响的依据。 三、可行性研究的步骤可行性研究的步骤 可行性研究的内容涉及面广，既有工程技术问题，又有经济财 务问题。在进行这项工作时，一般应有：工业经济、市场分析、工 业管理、工艺、设备、土建和财务等方面的人员参加。此外，根据 需要，还可请些其它专业人员（如：地质、土壤、实验室等人员） 短期协助工作。 可行性研究一般分两段：初步可行性研究和可行性研究。 初步可行性研究的目的：分析项目建议书所得出的结论是否正 确，作出是否需要进行下一步可行性研究；是否有发展前景及生命 力；是否应该投资的决定；项目中有哪些重大关键问题还需作专题 性研究
12、。 一般性工程项目只需进行可行性研究，分六个步骤：1.开始筹开始筹 划；划；2.调查研究；调查研究；3.优化和选择方案；优化和选择方案；4.详细研究；详细研究；5.编写可行性编写可行性 研究报告书；研究报告书；6.资金筹措资金筹措 1.开始筹划开始筹划 了解项目提出的背景、可行性研究的主要依据，摸 清委托者的目标和意图，讨论研究项目的范围、界限， 明确研究内容，制订工作计划。 2.调查研究调查研究 主要是实地调查和技术经济研究工作。包括：市场 调查、经济规模研究、原材料、能源、工艺技术、设备 选型、运输条件、外围工程、环境保护和管理人员培训 等，每项调查都要分别作出评价。 3.优化和选择方案优
13、化和选择方案 把前阶段每一项目调查研究的各个不同方面的内容 进行组合，设计出各种可供选择的方案，决定选择方案 的重大原则问题和选择标准，并经过多方案的分析和比 较，推荐最佳方案。对推荐方案进行评价，对放弃的方 案说明理由，对一些方案选择的重大原则问题要与委托 者进行深入的研究。 4.详细研究详细研究 上阶段研究工作的继续和验证。 要对选出的最佳方案进行更详细的分析研究，复查 和核定各项分析材料，明确建设项目的范围、投资、 经营的范围和收入等数据并对建设项目的经济和财务 特性作出评价。经过分析研究，要证明所选方案在设 计和施工方面是可顺利实现的，在财务、经济上是有 利的，是一个令人满意的方案。为
14、检验建设项目的效 果和风险，还要进行敏感性分析，表明成本、价格、 销售量、建设工期等不明确因素变化时，对企业收益 所产生的影响。 5.编写可行性研究报告书编写可行性研究报告书 6.资金筹措资金筹措 四、可行性研究报告书的内容 可行性研究的内容，随行业不同有所差异，侧重点各有不同，但其基本内容 是相同的。一般应具备以下内容： 1.总论总论 （1）项目提出的背景（改、扩建项目要说明企业概况）。 包括项目提出的历史背景和过程，项目建议书的主要内容、审批意见，委托 单位的补充说明。 （2）研究工作的依据和范围。 如：项目建议书及其审批意见、可行性研究委托书、环境影响报告书等文件 以及研究工作的范围。
15、（3）研究工作概况。 包括编制过程和调查研究概况，试验课题进展进度及结果，涉外谈判等。 （4）研究结论 内容包括：生产规模、产品方案、质量标准、市场需求、投资评估及经济效 益、厂址概况、主要原料供应、工艺技术路线、环境保护、综合评价等。 （5）建设方案的主要技求经济指标。（见表2-1） （6）存在的问题和建议。 表表2-1主要经济技术指标主要经济技术指标 序号序号指标名称指标名称单位单位指标指标备注备注 1生产规模/a 2产品方案： 其中：外销 /a /a 3生产方法 4工作制度： 全年生产天数 每天工作小时 d h 5主要原材料、燃料年用量/a按主要原材料分列 6主要原材料、燃料、动力 消耗
16、定额 /单位产品按产品品种分类 7全厂综合能耗总量t 标煤/a 8单位产品综合能耗t 标煤/单位产品 表表2-1主要经济技术指标主要经济技术指标(续一续一) 序号序号指标名称指标名称单位单位指标指标备注备注 9公用动力负荷： 用汽负荷：最大 平均 用电负荷： 用水量：最大 平均 用冷负荷：最大 平均 用压缩空气负荷：最大 平均 t/h t/h kw m3/h m3/h kj/h kj/h Nm3/h Nm3/h 10运输量： 其中：运入量 运出量 t/a t/a 11全厂定员总计： 其中：工人 工程技术人员 管理人员 服务人员 人 人 人 人 包括技术管理人员 占全员的百分比 占全员的百分比
17、表表2-1主要经济技术指标主要经济技术指标(续二续二) 序号序号指标名称指标名称单位单位指标指标备注备注 12全厂建筑指标： 占地面积 其中：生产区 生活区 建筑面积 其中：生产区 生活区 生产区建筑系数 生产场地利用系数 m2 m2 m2 m2 m2 % % 13总投资 其中：固定资产投资 流动资金 建设期借款利息 万元 万元 万元 万元 其中：外汇 万美元 外汇 万美元 外汇 万美元 外汇 万美元 14投资指标 单位产品占用固定资产投资元/单位产品 15年总产值 ( 现行价 )万元 表表2-1主要经济技术指标主要经济技术指标(续三续三) 序号序号指标名称指标名称单位单位指标指标备注备注 1
18、6年利税 其中：年利润 年税金 万元 万元 万元 17年总成本万元正常年或生产期年 平均 18财务内部收益率% 19投资回收期 ( 静态 ) 年包括建设期 20借款偿还期年自借款日起算，有 外汇借款的应单列 21外汇净现值万美元 22经济内部收益率% 注： 改建、扩建和技术改造项目应分别列出改、扩建前后各项指标和增效益。 中外合资经营项目指标可根据合资项目的要求增补。 2. 需求预测和拟建规模 （1）市场需求预测 包括：国内外产品概况及发展趋势，国内现有工厂生产能力及 销售预测等。 （2）产品竞争能力及进入国际市场前景 （3）推荐的建设规模及产品方案、发展方向的技术经济比较和 分析 3. 资源
19、、原材料、能源概况 （1）资源评述 说明拟利用的资源所在地的资源现状、开发规划、条件及要求 。 （2）原材料概况及供应条件 包括主要原材料供应的可能性、经济技术的合理性及主要原材 料的种类、规格、质量、供应量、来源、运输方式等。 （3）能源供应情况 说明燃料供应情况、用电负荷及供应情况、水资源利用条件及 评述等。 表表2-2市场供需预测的综合分析市场供需预测的综合分析 序号项 目 以往年份预测年份 1 总需求量： 国内总需求量 国内销售量 未满足需求量 出口量 2 总供应量 国内现有生产能力 进口量 3总需求量超过总供应量 4本项目建议书产量 5其它拟建项目产量 4. 建厂条件及厂址方案 （1
20、）建厂的地理位置、气象、水文、地质、地形条 件和社会经济现状。 （2）交通运输及水、电、汽的现状和发展趋势。 （3）厂址选择和比较意见。 5. 设计方案 （1）全厂总体布置和厂内、外运输方案的比较和选 择。 （2）工艺技术路线和主要设备的比较和选择。 （3）主要工艺技术参数的确定和主要原材料、燃料 、动力消耗指标（应与国内、外先进指标对比）。 （4）全厂土建工程概况及其它公用设施的考虑。 （5）全厂供排水、供电、供热、采暖通风和制冷、 自控仪表设计方案及选型概述等。 6. 环境保护及综合利用 （1）环境历史及现状描述。 （2）建设项目对环境质量影响预测和评价。 （3）三废处理、综合利用、环境保
21、护措施。 （4）环境保护工作投资估算。 7. 劳动保护、安全防护、工业卫生。 （1）说明车间（工段）有害物质概况及采取的技术措施和安全 防护措施。 （2）产品的卫生标准和要求及采取的技术措施和设施的投资估 算等。 8. 企业组织、劳动定员和人员培训。 （1）企业组织系统原则。 （2）全厂定员依据及人员构成分析。 （3）劳动生产率指标。 （4）人员培训等。 9. 项目实施进度的建议。 （1）全厂工程进度计划的建议（包含设计、施工、安装、调试 、试生产）。 （2）分阶段（建设前期、建设期）各项工作及工程实施进度的 建议。 （3）若为涉外工程，应考虑询价、谈判、出国考察、签订合同 、设计联络等进度计
22、划的建议。 10.投资估算和资金筹措 投资估算必须说明固定资产投资的依据、固定资产投资及构成 分析、流动资金的估算和建设资金总额等。 资金筹措包括资金用款计划编制依据、资金来源、筹措方式、 数额和利率估计、偿还方式等。 11.产品成本估算。 包括单位产品成本和总成本、产品成本估算依据（含原材料消 耗定额、价格、各种费用的定额标准、工资、折旧和推销以及其它 费用）和产品成本分析等。 五、 可行性研究应注意的事项可行性研究应注意的事项 1. 可行性研究应具有科学性和独立性 2. 可行性研究的深度需满足要求 3. 承担可行性研究的单位应具备资格和承担责任 承担可行性研究的单位须经国务院有关部委或省、
23、 市、自治区进行资格审查。 承担可行性研究的单位对报告中的各项数据和结论 负责。 委托单位应提交必要的有关文件和数据。 4. 可行性研究报告由建设单位送审。 12.财务及经济评价 财务评价主要是计算项目的内部收益率和资金回收 期（含利润估算、现金流动分析、偿清能力分析、不确 定性分析、外汇平衡分析等）。 经济评价主要包括基础数据调整及原则依据（含固 定资产投资、统动资金、产品价格和销售收入、投入物 价格和经营成本的调整等），项目的外部收益和费用， 经济现金流动分析，不确定性分析，主要经济指标及评 价结论等。 五、 可行性研究应注意的事项可行性研究应注意的事项 1. 可行性研究应具有科学性和独立
24、性 2. 可行性研究的深度需满足要求 3. 承担可行性研究的单位应具备资格和承担责任 承担可行性研究的单位须经国务院有关部委或省、 市、自治区进行资格审查。 承担可行性研究的单位对报告中的各项数据和结论 负责。 委托单位应提交必要的有关文件和数据。 4. 可行性研究报告由建设单位送审。 2.4设计计划任务书设计计划任务书(简称计划任务书或 设计任务书） 一、一、编制设计任务书的内容编制设计任务书的内容 1. 建设目的和内容 2. 建设规模、产品方案、生产方法和工艺原则 3. 矿产资源、水文地质和原材料、燃料、动力、供水 、供电、运输等协作单位。 4. 建设地区或地点、占地面积的估算、地形图等。
25、 5. 资源综合利用和环境保护、“三废” 治理的要求等 。 6. 建厂进度和工期(由何单位设计、施工，何时完工、 试产，何时正式生产等) 。 7. 投资估算和总投资控制数。 8. 劳动力定员控制数、人员培训计划。 9. 要求达到的经济效益。 二、二、编制计划任务书时应注意的问题编制计划任务书时应注意的问题 1. 矿山资源、工程地质、水文资料的勘探、勘察报告 ，要有主管部门的正式批准文件。 2. 主要原材料、燃料、动力等需外部供应的，要有草 签协作意见书或文件。 3. 交通运输、供排水、市政公用设施等要草签协作意 见书或文件。 4. 建设用地要有当地政府同意接受意向性协议书。 5. 环保应有环保
26、部门鉴定意见。 6. 采用新技术、新工艺要有可用于工程建设的鉴定书 。 7. 建设资金来源应可靠。 所有设计计划任务书应报上级有关部门批准后方可 进行下一步工作。 2.5设计阶段设计阶段 按工程规模的大小、技术复杂程度和有无设计经验而 分为：三阶段设计、二阶段设计、一次完成设计三种。 凡是重大工程项目，技术要求严格，工艺流程复杂 ，设计又往往缺乏经验，为了保证设计质量，一般采用 三阶段设计。即：初步设计、技术设计、施工图设计。 技术成熟的中小型工程，为了简比设计步骤，缩短 设计时间，可以按二阶段设计进行。 （二阶段设计有两种：一种情况是分为技术设计和施工 图设计的二阶段设计；另一种是将初步设计
27、与技术设计 合并为扩大初步设计和施工图设计的二阶段设计。） 技术既简单又成熟的小型工程或个别生产车间可以 一次完成设计。 此外，对一些大型化工联合企业，为了解决总体部 署和开发问题，还要进行总体规划设计或总体设计。 一、一、初步设计初步设计 根据设计任务书，对设计的项目进行全面分析研 究，不断完善，力求设计出技术先进、安全适用、经济 合理和“三废” 治理得以解决的最佳设计。 内容包括：1.总论；2.技术经济；3.总平面布置及运输 ；4. 工艺设计；5. 建筑设计；6. 给排水设计；7. 供电设 计；8.供汽设计（供热）；9.生产控制设计；10.综合利用 、“三废”治理措施和评价等。 深度应满足
28、如下要求：1.设计方案的比较、选择和确 定2.主要设备材料的订货和生产安排；3. 土地征用；4. 建 设投资的控制；5.施工图设计的进行；6. 施工组织设计的 编制；7. 施工准备和生产准备等。 二、技术设计二、技术设计 根据已批准的初步设计，解决初步设计中无法解决 的一些技术问题。 内容与初步设计相同，主要任务如下： 1. 特殊工艺流程方面的试验、研究和确定。 2. 新型设备的试验、制造和确定。 3. 重要代用材料的试验和确定。 4. 某些技术复杂，需要慎重对待的问题的研究和确定 。 三、扩大初步设计三、扩大初步设计 所承担的任务要能满足初步设计和技术设计两阶段 的要求。其内容深度可浅于或同
29、于技术设计，而深于初 步设计。 四、施工图设计四、施工图设计 主要任务是：完成正确、完善和尽可能详尽的各 类施工、安装图纸以及工程概算书，是进行施工的依据 。 内容包括：1. 带控制点的工艺流程图；2. 厂房平 (立 ) 面布置图；3. 设备制造图、安装图；4. 土建施工图；5. 供电、供热、给排水、仪表控制线路和弱电装置线路安 装图等等；以及设备一览表和施工说明等。 深度应满足：1. 设备材料的安排；2. 各种非标准设 备的制造；3. 土建、安装工程的要求；4. 施工、安装预 算的编制。 五、设计工作程序 扩初设计阶段的工作程序扩初设计阶段的工作程序 1. 各专业作设计准备，由工艺专业作开工
30、报告。 2. 讨论设计方案，选定工艺路线，设计生产流程。 3. 工艺向有关专业提出条件和要求，进行协调，确定有关方案。 4. 完成各专业的具体工作。 5. 审核、会签己完成的设计文件和图纸，解决漏失、重复、碰撞 等问题。 6. 编制初步设计总概算，论证设计的经济合理性。 7. 审定设计文件，报送上级审批。 施工图设计阶段的工作程序施工图设计阶段的工作程序 设计准备、方案确定、各专业互提设计条件并相互协商和返回 设计条件，设计文件和图纸的编制和校核，有关图纸会签，修证概 算，设计文件和图纸归档入库和管理工作等。 2.6施工、安装、试产、验收、交付生施工、安装、试产、验收、交付生 产产 建设项目筹
31、建单位（甲方）、设计单位（乙方）、 施工单位（丙方）共同完成。 竣工项目验收交接后，应迅速办理固定资产交换使 用的转账手续，加强固定资产的管理。 化工厂设计概论 第三章 第三章第三章 化工工艺设计化工工艺设计 化工工艺设计是化工厂设计的核心，有两层意义： 一是任何化工工程设计都是首先从工艺设计开始， 最后以工艺设计结束；二是其它非工艺设计在整个设计 过程中要服从工艺设计，同时工艺设计又要考虑和尊重 其它各专业的特点和合理要求。 工艺设计是关系整个工程设计成败优劣的关键。 非工艺设计非工艺设计：交通运输设计、土建设计、公用工程(供电 、供热、给排水、采暖通风等)设计、机修、电修等辅助 车间设计、
32、外管设计、工程概算和预算等。 一、工艺设计的内容包括：一、工艺设计的内容包括： 1. 设计方案的确定。 2. 生产工艺流程设计。 3. 物料衡算。 4. 热量衡算。 5. 工艺设备的设计和选型。 6. 车间厂房布置设计。 7. 工艺设计与非工艺设计的条件和相互关系。 8. 化工管路设计。 9. 设计说明书的编写。 10.概算书的编写。 二、设计准备二、设计准备 1. 熟悉设计任务和要求 2. 制订工作计划 3. 查阅文献资料 4. 现场调查研究，收集生产实际资料 5. 进行市场调查和预测 第一节第一节 设计方案的确定设计方案的确定 在确定设计方案时，应考虑下述问题： 1. 生产工艺路线（生产方
33、法）的选择 要对各种工艺路线进行周密的比较，选用技术先进、经济合理 和“三废” 得以治理的工艺路线，使项目投产能达到高产、低耗、 优质和安全的生产工况。包括： 生产方法的选择： 技术上先进 性与可能性的比较； 技术经济指标的比较； 三废治理措施。 2. 原料来源和生产规模的确定 3. 原料与产品规格和物化常数 4. 生产控制方式 5. 生产厂房型式 6. 厂房结构 7. 电气控制 8. 能量回收利用 9. 投资估算 第二节第二节生产工艺流程设计生产工艺流程设计 生产工艺流程示意图 分三阶段 生产工艺流程草图 生产工艺流程图 一、一、生产工艺流程示意图生产工艺流程示意图 主要任务主要任务：定性的
34、表示出原料转变为产品的路线和顺序，以及要采用的 各料单元操作和主要设备。 目标：目标：根据生产要求、建设投资、生产运行费用，利 于安全，方便操 作，简化流程，减少三废排放等问题进行综合考虑，反复比较，以确定生产 的具体步骤，优化单元操作和设备。 连续化生产的优点连续化生产的优点：1. 连续化生产的设备布置比较紧凑，占地面积小， 可节省建设投资。其次是操作方便，可以降低操作人员的劳动强度。2. 连续 化操作稳定，容易实现自动控制，并能提高生产能力。3. 产品成份均匀，可 以保证产品质量的稳定，提高产品质量。 采用间歇式生产的场合采用间歇式生产的场合：1. 小批量的精细化工产品，市场需求不稳定，
35、或者生产该产品时可以在一台设备中进行几个生产过程者。2. 采用一台设备 可以生产多种产品或可以降低生产费用者。3. 由于数据不全或其它技术问题 ，连续 操作尚未成熟，而 间歇式操作设备己证实安全可靠。4. 当采用连续 化生产时，由于其中某些过程反应太慢，使物料停留时间过长而影响其它设 备效率者。 物料流程图 生产工艺流程示意图 图例 设备一览表 物料流程图：设备示意图，设备流程号，物料管线、流向 和动力部分。 图 例 ：只要求标出管线图例。 设备一览表：序号、流程号、设备名称、估价、备注等。 二、生产工艺流程草图生产工艺流程草图 在生产工艺流程示意图的基础上，通过物料衡算、能量衡算、设 备设计
36、计算，然后确定生产工艺流程草图。 通过物料衡算可以确定：1. 选定计量设备和贮存设备的容积和 数量。2. 选定属于容积型的定型设备的型号、规格和数量。3. 决定 属于容积型的非定型设备的型式、台数和主要尺寸。 通过能量衡算可以进一步确定化工单元设备的主要工艺参数。 草图内容：物料流程、图例、设备一览表、图签、图框。 物料流程要求：1. 厂房各层地平线和标高。2. 设备示意图（比例1： 100绘制）。3. 设备流程号。4. 物料和动力管线和流向。5. 管线上的 主要阀门等。6. 流程中的设备及管路附件。7. 必要的计量器具和控 制仪表。8. 必要的文字说明 图例：是将物料流程中画出的有关管线、阀
37、门、设备附件计量器具 和控制仪表等图形注明各称。 设备一览表：是表示出物料流程中所有设备的名称、型号数量、规 格、材料、重量等。 图签：注明图名、设计单位、设计、制图、审核人员、绘图比例和 图号等。 图框：采用粗线条，给整个工艺流程草图以框界。 三、生产工艺流程图（生产工艺流程图（带控制点的工艺流程图） 其内容类同于草图，但更全面、完整和合理，是经 过多次反复逐项核查，确认无误后得出的工艺设计成果 ，编入设计文件，供上级审查批准和今后施工设计之用 。 第三节第三节 物料衡算物料衡算 一、物料衡算的作用一、物料衡算的作用 作用：是化工工艺计算的重要部分。 依据：物质质量守恒定律。 二、物料衡算的
38、方法和步骤物料衡算的方法和步骤 稳定连续生产 带物料循环 化工生产方式 间歇生产 不带物料循环 半连续半间歇 1. 物料衡算的步骤 画出物料衡算流程示意图 列出化学反应式 确定物料衡算范围和计算项目 收集数据 选准计算基准 进行物料衡算 整理和校核计算结果 绘制物料流程图 2. 物料衡算式 总物料衡算式： 输入的物料量 = 输出的物料量 + 积累的物料量 有化学反应时，对任一组分： 输入的物料量 反应生成或消耗的物料量 = 输出的物料量+ 积累的物料量 三、无化学反应时的物料衡算无化学反应时的物料衡算 F，xfi 过程 P，xpi W，xwi 可建立的方程有： 总物料衡算式： F = P +
39、W 各组分衡算式： Fxf1= Pxp1+Wxw1 Fx f2= Px f2+Wx w2 Fx fn= Px fn+Wx wn 摩尔分率： xf1 + xf2 + xfn = 1 即 xfi = 1 xp1 + xp2 + xpn = 1 即 xpi = 1 xw1 + xw2 +xwn = 1 即 xwi = 1 1. 简单过程的物料衡算简单过程的物料衡算 例例1：一种废酸，组成为23 (wt) HNO3，57H2SO4和20H2O，加入 93的浓硫酸及90的浓硝酸，要求混合成含27HNO3及60H2SO4的 混合酸，计算生产100kg混合酸所需废酸及加入浓酸的量。 解：解：以100kg混合
40、酸为计算基准，所需各种酸量分别为： x：废酸的量kg，y：浓硫酸的量kg，z：浓硝酸量kg。 z kg y kg HNO3 0.90 H2SO4 0.93 H2O 0.10 H2O 0.07 废酸 x kg 混合酸 100kg HNO3 0.23 混合过程 HNO3 0.27 H2SO4 0.57 H2SO4 0.60 H2O 0.20 H2O 0.13 可列计算式有： 总物料衡算式： x + y + z = 100 (1) H2SO4衡算式： 0.57x + 0.93y = 1000.60 = 60 (2) HNO3衡算式： 0.23x + 0.90z = 1000.27 = 27 (3)
41、解(1) 、(2) 、(3) 方程得： x = 41.8 kg废酸，y = 39 kg浓硫酸，z = 19.2 kg浓硝酸。 用水量验算结果： 总水量 = 41.80.2 +390.07 +19.20.10 = 13 kg 与混合酸中水量（1000.13=13kg）相同，计算正确。 例例2：需要制备富氧湿空气。把空气、纯氧和水通入蒸发室，水在蒸发 室中汽化。出蒸发室的气体经分析含1.5的水(mol) ，水的流量为 0.0012m3/h，纯氧的流量 (kmol/h) 为空气流量的五分之一，计算所有未 知数及组成。 解：解：以水流量0.0012m3/h 为计算基准 设：Q 空气流量 kmol/h
42、F 富氧湿空气流量kmol/h 0.2Q 纯氧流量kmol/h x 富氧湿空气含氧量mol分率 物料流程简图： 富氧湿空气 F kmol/h O2 0.2Q kmol/h H2O 0.015 蒸发过程 O2 x 空气 Q kmol/h N2 1-0.015-x O2 0.21 H2O 0.0012 m3/h N2 0.79 W kmol/h kmol/h 水衡算： (1) 总物衡： (2) 氮衡算： (3) 解(1) 、(2) 、(3) 式，得： F = 4.444 kmol/h Q = 3.648 kmol/h x = 0.337=33.7 06667. 0 18 1 10000012. 0
43、W 06667.0015.0 FW FWQQ2 .0 )985. 0(79. 0 xFQ 例3. 含20(wt) 丙酮与80空气的混合气进吸收塔，塔顶喷水吸收丙 酮。吸收塔出口气体含丙酮3，塔底得到含丙酮10的水溶液50 kg，计算进吸收塔气体的量。 解：物料流程图如右 y kg 水 基准：50kg10的丙酮溶液 丙酮 3 溶液中： 空气 97 吸 丙酮 5010= 5kg 收 水 50-5 = 45 kg 过 衡算式： 程 丙酮 0.2x = 0.03y + 5 x kg 50 kg 空气 0.8x = 0.97y 丙酮20 10丙 解上述两方程： 空气10 酮水溶液 x = 28.52 k
44、g y = 22.52 kg 进料中丙酮：0.20 x=0.2028.52=5.70 kg 出料气中丙酮：5.7-5 = 0.7 kg 或 0.03y = 0.0323.52=0.7 kg 2. 2. 有多个设备过程的物料衡算有多个设备过程的物料衡算 A B C 例4：有两个蒸馏塔的分离装置，将含50苯，30甲苯和20(mol ) 二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图如下，计算1000kg/h 进料所得各流股的量。 S2 mol/h B 0.03 B0.95T0.95 T 0.03 X 0.02 X 0.02 S4 mol/h 1000mol/h B 0.50 S3 mol/h T 0.
45、30 B x3B S5 mol/h X 0.20 T x3T B 0.0045 X1-x3B-x3TT0.43 X 0.5655 解：该系统可列三组方程 体系A ：总物料 1000 = S2+S3 (塔) 苯 10000.50 = 0.95S2 + x3BS3 甲苯 10000.30 = 0.03S2 + x3TS3 体系B：总物料 S3 = S4 + S5 (塔) 苯 x3BS3 = 0.03S4 + 0.0045S5 甲苯 x3TS3 = 0.95S4 + 0.43S5 体系C：总物料 1000 = S2 + S4 + S5 (全部) 苯 10000.5 = 0.95S2 + 0.03S4
46、 + 0.0045S5 甲苯 10000.3 = 0.03S2 + 0.95S4 + 0.43S5 以上述九个方程中取六个独立方程，联立求解，得： S2 = 520 mol/h S3 = 480 mol/h S4 = 150 mol/h S5 = 330 mol/h x3B = 0.0125 x3T = 0.5925 x3X = 0.3950 四、有化学反应过程的物料衡算 1.基本术语基本术语 限制反应物：限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料时，其中以最小化 学计量数存在的反应物。 过量反应物：过量反应物：不按化学计量比配料的原料中，超过限制反应物完全 反应所需理论量的反应物。 过量百分
47、数：过量百分数：过量反应物超过限制反应物所需理论量的部分占所需 理论量的百分数。 过量 转化率：转化率：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。 %100% t ts N NN %100 1 21 A AA A N NN x 转化率：转化率：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。 选择性选择性：反应物生成目的产物所消耗的量占反应物反应掉的量的百 分数。 aA + bB = cC + dD 收率：收率：目的产物的量除以反应物的量 转化率、选择性、收率三者之间的关系： %100 1 21 A AA A N NN x %100 21 AA d NN d a N S %100 1 A D D N d
48、 a N Y SxY 2.简单反应过程的求解方法简单反应过程的求解方法 直接求解法 例5：1000kg对硝基氯苯ClC6H4NO2用含20游离SO3的发烟硫酸磺 化，规定反应经点时，废酸中含SO3 7(假定反应转化率100) 。反应式如下： ClC6H4NO2 + SO3 ClC6H3(SO3H)NO2 试计算： 20SO3的发烟硫酸用量。 废酸生成量。 对硝基氯苯磺酸生成量。 解：1kmol对硝基氯苯为计算基准 x为20 SO3的发烟硫酸用量，kg ClC6H4NO2 ClC6H3(SO3H)NO2 SO3 H H2 2SOSO4 4 分子量 157.5 237.5 80 98 输人量：1k
49、mol对硝基氯苯磺化消耗 SO3 1kmol = 80kg 1kmol对硝基氯苯 = 157.5kg 发烟硫酸 xkg 其中 SO3 0.2x kg 硫酸 0.8x kg 输出量：对硝基氯苯磺酸 1kmol = 237.5kg 废酸 其中 SO3 0.2x 80 kg 硫酸 0.8x 己知废酸含SO3 7 解得：x = 572 kg 1000kg对硝基氯苯磺化需要： 20SO3的发烟硫酸用量： kg 废酸生成量： kg 对硝基氯苯磺酸生成量： kg %7 8 .0)802 .0( 802 .0 xx x 3632572 5.157 1000 3124)80572( 5 .157 1000 15
50、085 .237 5 .157 1000 元素衡算法元素衡算法 输入 (某种元素)数量 = 输出 (同种元素)数量 例6：甲烷、乙烷与水蒸汽用镍催化剂进行转化反应，生成氢气，反 应器出口气体组成 (干基) 为： 组分 CH4 C2H6 CO CO2 H2 mol% 4.6 2.5 18.6 4.6 89.7 假定原料中只含CH4、C2H6两种碳氢化合物，则求这两种气体的mol 比，每1000 Nm3原料气需多少kg蒸汽参加反应？ 解： CH4 M=？kmol CH4 4.6 C2H6 2.5 C2H6 E=？kmol CO 18.6 CO2 4.6 反应过程 H2 69.7 水蒸气 S=？km
