教学课件·《化工设计》.ppt

1、第一章第一章 绪绪 论论2015年年8月月6日日普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计一、一、“化工设计化工设计”课程的主要内容课程的主要内容主要内容、化工流程设计及化工工艺计算；、化工技术经济分析与安全、环保评价。二、二、“化工设计化工设计”课程在化学工程与工艺专业教学课程在化学工程与工艺专业教学 中的地位中的地位 偏向于“专业课”，要求大家学完“化工原理”、“反应工程”、“化工热力学”、“物理化学”、“化工设备基础”等一系列专业基础课后，才能开始学习本课程。综合利用以前所学专业基础课知识，在化工工艺设计乃至化工厂设计的过程中综合运用。初步设计及施工图设计（设

2、备选型、平面布置、配管设计、机电仪及土建设计；普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计三、三、“化工设计化工设计”课程的特点课程的特点、综合性综合性（多专业基础课知识的综合与集成）；、实践性实践性（面向实际化工工艺设计、化工厂设计的工程运用）；四、四、“化工设计化工设计”课程教学的目的课程教学的目的、了解国内外有关化工工艺设计、化工厂设计的概念；、掌握化工工艺设计的内容、步骤及方法。普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计五、现代化学工业覆盖的范围五、现代化学工业覆盖的范围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

3、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、清洁剂生物化工普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计六、化工过程设计的基本内容六、化工过程设计的基本内容6.1、化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工、化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联系与区别艺设计四个名词之间的联系与区别 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，其内涵最广，但意义不明确。化工厂设计化工过程设计（核心）化工厂房建筑、结构设计总图设计，.等非工艺部分设计化工工艺设

4、计（核心）公用工程设计、外管设计，等普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计6.2、化工过程设计的目标及内容、化工过程设计的目标及内容化工过程设计的主要目标主要目标：确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。素，确定出一个综合的设计方案。化工过程设计的内容内容：基本核心内容是化工工艺设计，附带内容是针对化工工艺设计，基本核心内容是化工工艺设计，附带内容是针对化工工

5、艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计6.3、化工过程设计的发展趋势、化工过程设计的发展趋势化工过程设计发展方向化工过程设计发展方向复杂大型化工厂的设计柔性化工厂的设计自主创新设计与国际工程设计的接轨我国化工设计院，原来的专业部门进行了相应的改革调整。原来的工艺专业部工艺专业部工艺专业部（大部分为化学工程与工艺专业人员）工艺系统专业部工艺系统专业部（少量化学工程与工艺专业人员，大量其它辅助专业）普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教

6、材 化工设计化工设计 工艺专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过程中有许多需工艺专业部与工艺系统专业部之间，在设计工作过程中有许多需要交流的条件、文件（要交流的条件、文件（“条件表条件表”），有发出条件的），有发出条件的主导专业主导专业，有，有接收接收“条件表条件表”的的接收专业接收专业。我国化工设计院的专业种类化学工程与工艺化工机械自动化及仪表总图概预算（工程经济）建筑、结构、暖通、给排水、强弱电热工、环境工程（环保）、工业炉普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计七、计算机辅助化工过程设计七、计算机辅助化工过程设计 在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没

7、有理论作指导，几乎是完全凭经验。在20世纪20年代60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。计算机软、硬件技术的发展化工单元操作等理论的不断成熟数学计算技术的发展普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计7.1、计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：优势（优点）：、设计工作效率高、规范性好、设计水平高（可进行优化设计）效率对比：一个年产30万吨的乙烯的工程，如果全凭手工计算与绘图，400个设计工程师要花费近1年的时间，才能完成一个流程方案

8、的设计。而借助计算机辅助化工过程设计系统，200个设计工程师花费8个星期，就能完成一个流程方案。后者的设计工作效率比前者高出后者的设计工作效率比前者高出10多倍。多倍。普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计7.2、计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向：、计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向：（1）、单元操作模块的种类数；（2）、物性数据库的大小及数据的估算方法；（3）、能处理的流股数量和组份数量；（4）、计算技术方法（求解方法）；（5）、能处理的流股相态；（气、液、固、胶体、电解质等）（6）、软件系统的人性化界面及开放程度；（7）、流程图形输入及识别技术

9、。等等普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计八、现代化学工业的发展方向、化学工程伦理学及责八、现代化学工业的发展方向、化学工程伦理学及责任关怀制度任关怀制度8.1、现代化学工业的发展方向、现代化学工业的发展方向人类发展化学工业的目的：人类发展化学工业的目的：满足人类对化学物质（分子式、数量、质量、多尺度形态）的不断需求。这个目标由化学家和化学工程师，在技术层面上共同完成。现代化学工业发展方向新物质经济合理的大批量高质量柔性化绿色化多尺度其中：其中：化学工业绿色化的含义：化学工业绿色化的含义：以“减量化、再利用、资源化减量化、再利用、资源化”为基本原则，也就是所谓

10、的“3R”原则。（Reduce、Recycle、Resource）具体体现在：（1）、减少化工过程的能耗、物耗；（2）、减少有害物质的使用或生成；（3）、减少废弃物，并使废弃物在系统类在利用；（4）、尽量将排放的废弃物转化为可用的再生资源；（5）、尽量延长产品的生命周期。ReduceRecycleResource普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计8.2、化学工程伦理学及责任关怀制度、化学工程伦理学及责任关怀制度 在化学工程领域实施注册工程师制度，在化学工程师心目中树立伦理学观念，建立责任关怀制度。开始逐步成为国际化学工程领域的一个发展大趋势。伦理学理念体现在

11、：伦理学理念体现在：（1）、自觉维护化工过程的安全；（2）、自觉保护环境的意识；（3）、自觉节约资源的意识；（4）、对业主、化工厂操作人员、同事负责的精神。责任关怀制度的含义：责任关怀制度的含义：（1）、提高对安全、健康、环保、资源的认知和行动；（2）、充分报道成绩、行动计划，但不回避缺陷；（3）、与公众沟通，并倾听意见的日常化。等等。普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计本章结束本章结束普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计第二章第二章 工程设计概论工程设计概论2015年年8月月6日日普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五

12、规划教材 化工设计化工设计第二章第二章 工程设计概论工程设计概论第一节第一节 化工设计化工设计的种类的种类 教学内容：教学内容：理解概念设计、中试设计、基础设计与工程设计的概念与内容。重点：重点：重点是理解概念设计、基础设计与工程设计的区别与联系，特别要掌握国内的基础设计、初步设计、施工图设计与国外的工艺设计、基础工程设计及详细工程设计的内容与区别。化工设计化工设计 1.11.1化工设计的种类化工设计的种类 一、根据项目性质分类一、根据项目性质分类 1、新建项目设计 2、重复建设项目设计 3、已有装置的改造设计1.1 化工设计的种类化工设计的种类第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 二、根据

13、化工过程开发程序分类二、根据化工过程开发程序分类 第二章第二章 工程设计概论工程设计概论国外各设计阶段的主要设计内容及成品 1、工艺设计 与国内的基础设计类似 (1)工艺流程图(PFD)(2)工艺控制图(PID)(3)工艺说明书(4)物料平衡表(5)工艺设备表(6)工艺数据表(7)安全(8)布置图(9)各专业设计条件 二、根据化工过程开发程序分类二、根据化工过程开发程序分类 1、概念设计、概念设计 2、中试设计、中试设计 3、基础设计、基础设计 4、工程设计、工程设计 初步设计 扩大初步设计 施工图设计 第二章第二章 工程设计概论工程设计概论第一章第一章 化工厂设计概述化工厂设计概述 教学内容

14、：教学内容：了解从项目建议书到投料试车的化工厂设计工作了解从项目建议书到投料试车的化工厂设计工作的内容和程序。理解项目建议书、可行性研究、的内容和程序。理解项目建议书、可行性研究、设什任务书、扩大初步设计和施工图设计的主要设什任务书、扩大初步设计和施工图设计的主要内容。内容。重点掌握扩大初步设计的内容和工作程序。重点掌握扩大初步设计的内容和工作程序。第二节第二节 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序

15、 第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 、项目建议书、项目建议书 项目建议书项目建议书是基本建设程序中最初阶段的工作，是对建议项目的轮廓设想和立项的先导，是为建设项目取得资格而提出的建议，是开展可行性研究的依据。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 项目建议书的编制内容项目建议书的编制内容 、项目建设的目的和意义；、产品需求初步预测；、产品方案和拟建规模；、工艺技术方案，概述原料路线、生产方法和技术来源；、资源、主要原材料、燃料和动力的供应；、建厂条件和厂址初步方案；、环境保护；、工厂组织和劳动定员估算；、项目实施规划设想；、投资估

16、算和资金筹措设想；经济效益和社会效益的初步估算。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 二、可行性研究二、可行性研究 可行性研究可行性研究是基本建设前期工作的重要内容，是对建设项目在技术上、工程和经济上的先进性和合理性进行全面分析论证，通过多方案比较，提出评价意见，它起着定项目、定产品、定技术方案、定厂址、定投资、定建设进度等作用。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。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 二、可行性研究二、可行性研究第二章第二章 工程设计概论

17、工程设计概论 可行性研究报告可行性研究报告（按内容深度分）初步可行性研究详细可行性研究 可行性研究报告可行性研究报告（根据资金来源、投资额、重要性）业主自行委托上级主管部门指定 可行性研究报告可行性研究报告中需重点关注的几个环节：、产品方案；、生产规模；、原料路线选择；、生产工艺路线的确定；如技术先进性与可行性、生产操作控制方式、能耗及三废处理等；、厂址选择；、工厂布置。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 三、编制设计任务书三、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，便可根据化工厂初步设计文件内容深度规

18、定编写设计任务书，以作为设计项目的依据。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 四、初步设计四、初步设计 初步设计初步设计是根据已批准的可行性研究报告，确定全厂性的设计原则、设计标准、设计方案和重大技术问题，如总工艺流程、生产方法、工厂组成、总图布置、水电汽的供应方式和用量、关键设备和仪表选型、全厂储运方案、消防、职业安全卫生、环境保护和综合利用以及车间或单项工程的工艺流程和专业设计方案等，编制出初步设计文件与概算。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论第二章第二章 工程设计概论工程设计概论第二章第二章 工程设计概论工程设计概论化工项目

19、基建的设计阶段化工项目基建的设计阶段 化工项目设计化工项目设计（按设计深度）初步设计（基础设计）扩初设计（扩大的初步设计）施工图设计（施工设计）（一）、初步设计（一）、初步设计 是设计深度最浅的设计阶段，一般只要求：1、流程图（PI）图；2、物料及热量核算计算；3、对土建、公用工程提出要求；4、对工厂布置（总图）和车间布置提出要求、建议；5、工程概算；6、初步设计说明书。这就是所谓的“三段设计三段设计（设计的三个阶段）”第二章第二章 工程设计概论工程设计概论化工项目基建的设计阶段化工项目基建的设计阶段（二）、扩初设计（二）、扩初设计 在初步设计的基础上，针对工程的关键技术（主要指关键设备、关键

20、工艺）工段，补充以下文件：1、关键设备设计图纸；2、关键设备的布置图；3、关键工艺工段操作说明；4、扩初设计说明书。注意：注意：对于有设备创新、工艺技术创新的化工工程，扩初设计阶段是十分对于有设备创新、工艺技术创新的化工工程，扩初设计阶段是十分必要的。必要的。但总体而言，扩初设计只是从初步设计到施工图设计的一个过渡阶段，它还不能指导施工建设。1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 五、施工图设计五、施工图设计 施工图设计施工图设计是把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据安装工程或设备制造的需要，进一步具体化。把工程设计各个组成部分的布置和主要施工方法，以图样及文字的形式加

21、以确定，并编制设备、材料明细表。施工图设计文件是建筑工程施工、设备及管道安装、设备制做及控制工程建设造价的依据，也可以作为生产准备的依据。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序 五、施工图设计五、施工图设计第二章第二章 工程设计概论工程设计概论对化工工艺部分的设计，施工图设计要出的主要文件：1、PID最终版；2、所有设备的施工图；3、平立面布置图；4、配管图（配管设计图）；5、施工材料明细表；6、工程预算书；7、施工图设计说明书。等等。1.2 1.2 化工厂设计的工作程序化工厂设计的工作程序第二章第二章 工程设计概论工程设计概论注意：注

22、意：按项目工程的大小及复杂程度、上级主管部门的要求、设计能力等情况，设计阶段分成三种情况：简单工程：一步直接做施工图设计中等复杂工程：初步设计 施工图设计复杂、创新工程：初步设计 扩初设计 施工图设计最后的落脚点都是施工图设计每步设计对要进行严格的审查 化工厂设计除了化工工艺设计外，还包括工厂总图设计、厂房土建设计、公用工程设计、外管设计等等。但化工工艺设计是整个化工厂设计的核心。但化工工艺设计是整个化工厂设计的核心。化工工艺设计贯穿初步设计、扩初设计、施工图设计每个阶段。化工工艺设计贯穿初步设计、扩初设计、施工图设计每个阶段。一个化工流程的特性（特点、特征、性能）决定于它内部的一些特性一个化

23、工流程的特性（特点、特征、性能）决定于它内部的一些特性参数：参数：化工流程的特性参数流程的单元结构参数单元的种类、数量单元之间位置关系物料走向关键单元设备的特性参数关键工艺工段的操作参数第二章第二章 工程设计概论工程设计概论化工工艺设计的内容与步骤化工工艺设计的内容与步骤第一步：流程组织（过程合成）第二步：物料衡算及热量衡算第三步：设备设计及选型第四步：PFD图物料及热量平衡图及PID图带控制点的工艺流程图的设计与绘制第五步：车间流程的平立面布置设计第六步：主要材料表及概（预）算（工艺部分）第七步：对流程的技术经济分析第八步：编写工艺设计说明书内循环优化内循环优化外循环优化外循环优化工艺设计不

24、是一蹴而就的，要做许多回合的优化调整。工艺设计不是一蹴而就的，要做许多回合的优化调整。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论内循环优化：内循环优化：在流程结构不变的前提下，通过修改、调整流程内部的部分设备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。外循环优化：外循环优化：在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程结构进行改头换面的大变动，而达到对流程进行优化设计的目的。内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。内循环优化经常用于老流程的改造，并对实验室研究开发有指导意义。外循环优化经常用于新厂设计时，对多个流程方案进行分析比较。外循环优化经常用于新厂设计时，对多

25、个流程方案进行分析比较。二层循环优化设计，工作量巨大，手工设计很难完成，只有靠计算二层循环优化设计，工作量巨大，手工设计很难完成，只有靠计算机辅助设计。机辅助设计。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 从化工工艺设计的内容与步骤可以看出，设计、技术经济分析、计算机辅设计、技术经济分析、计算机辅助化工设计三者之间的关系：助化工设计三者之间的关系：（1）、设计出一个或几个较优的流程是设计的最终目的；（2）、技术经济分析是判断流程优劣的依据（标准）；（3）、计算机辅助化工设计是设计的有力手段。注意：注意：（1）、在）、在PID图中，关于管路的信息、控制回路的信息十分丰富。图中，关于管路的信息、控制

26、回路的信息十分丰富。（2）、根据设计的不同阶段，化工工艺设计的深度也相应变化。）、根据设计的不同阶段，化工工艺设计的深度也相应变化。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.3 1.3 化工设计的内容化工设计的内容 化工工艺设计的内容与程序化工工艺设计的内容与程序有有：1、设计准备。正确、全面地了解建设项目的产品方案、建设规模、生产方法、工艺路线、技术指标等，制定设计进度和工作计划；收集资料；如建厂所需要的设计资料，包括地理条件、气候、地质、原料供应、燃料供应等；生产方法和工艺流程资料、设备设计资料；设备布置和厂房结构资料；管道设计及设计规范性资料等。收集资料一般应遵循资料的“完整性、正确性

27、、适用性、时效性”的原则。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论 1.3 1.3 化工设计的内容化工设计的内容 2工艺流程设计。3工艺计算。4车间布置设计。5化工管路设计。6核审及图纸会签。7编制设计概算书和设计说明书。8设计总结、参加施工和开车。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论第二章第二章 工程设计概论工程设计概论1.4 化工项目（工程）的试生产化工项目（工程）的试生产化工项目（工程）试生产的顺序（步骤）：化工项目（工程）试生产的顺序（步骤）：1、清理现场2、清洗设备及管道（水洗、气冲，并注意清洗顺序）3、设备的单体试车（以水代料）4、整个工程以水代料联动试车5、投入物料进行试试车注意

28、：期间穿插人员的安全、健康、工艺操作培训。第二章第二章 工程设计概论工程设计概论本章结束本章结束第三章第三章 工程流程设计工程流程设计2015年年8月月6日日普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计 本章主要内容：本章主要内容：3.1 生产方法和工艺流程的选择3.2 工艺流程设计3.3 工艺流程图3.4 典型设备的自控方案3.5 工艺流程图计算机绘制软件简介 本章重点难点：本章重点难点：工艺流程选择原则和设计方法；工艺流程图的类型及其绘制法；设备、管道、阀门与管件、自控方案的表示方法。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.13.1 生产方法和工艺流程的选择生

29、产方法和工艺流程的选择 一、生产方法和工艺流程选择的原则一、生产方法和工艺流程选择的原则 在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三项原则：l 1.先进性 l 2.可靠性 l 3.合理性 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.13.1 生产方法和工艺流程的选择生产方法和工艺流程的选择 二二、生产方法和工艺流程确定的步骤、生产方法和工艺流程确定的步骤 确定生产方法和工艺流程时，通常要经过下列几个阶段：1.资料搜集与项目调研；2.生产设备类型与制造厂商调研；3.对调研结果进行全面分析对比。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.2 工艺流程设计工艺流程设计 一、工艺流程设计的任务一、

30、工艺流程设计的任务（1）确定整个流程的组成；（2）确定每个过程或工序的组成；（3）确定工艺操作条件；（4）控制方案的确定；（5）原料与能量的合理利用；（6）制定“三废”处理方案；（7）制定安全生产措施。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.2 工艺流程设计工艺流程设计 二、工艺流程设计的方法二、工艺流程设计的方法 工艺流程设计方法，首先要看所确定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺，还是待开发的新工艺。前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局部采用新技术、新工艺的问题；后者须针对新技术开发进行概念设计。工艺流程分为四大部分工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分

31、离净化）过程和“三废”的处理过程。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：（1）以反应过程为中心（2）原料预处理过程（3）产物的分离净化（4）产品的后处理（5）未反应原料的循环与利用（6）确定“三废”排出物的处理措施（7）确定公用工程的配套措施（8）确定操作条件和制定控制方案（9）制定切实可靠的安全生产措施（10）保温、防腐的设计 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表 控制点的表达方法。重点掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门

32、和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注内容和方法。难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 一、工艺流程图的种类一、工艺流程图的种类（一）（一）工艺流程草图工艺流程草图 l 工艺流程草图工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，是工艺流程图设计的依据。图图2-1 脱硫系统工艺方案流脱硫系统工艺方案流程图程图1一罗茨鼓风机；2一脱硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵；5一空气鼓风机；6一再生塔；7一除尘塔第三章第三章 工程流程设计

33、工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 一、工艺流程图的种类一、工艺流程图的种类（二）工艺物料流程图（二）工艺物料流程图 工艺物料流程图工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 一、工艺流程图的种类一、工艺流程图的种类（三）带控制点的工艺流程图（三）带控制点的工艺流程图 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导性文件，也是各专业开展设计的依据之一。带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助物料管线、主要阀门，以

34、及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制的方案。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 一、工艺流程图的种类一、工艺流程图的种类（四）管道仪表流程图l 管道仪表流程图管道仪表流程图(PI图图)是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、仪表、管道及主要管件，按其各自的功能，为满足工艺要求和安全、经济目的而组合起来，以起到描述工艺装置结构和功能的作用。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)管道仪表流程图管道仪表

35、流程图(PI图图)应依据应依据“化工工艺设计施工图内容和化工工艺设计施工图内容和深度统一规定深度统一规定”HG20519-92和和“管道仪表流程图设计规定管道仪表流程图设计规定”HG20559-93的有关规定进行绘制。的有关规定进行绘制。（一）通用设计规定（一）通用设计规定 1、图纸规格与图幅、图纸规格与图幅 管道仪表流程图的图纸应采用标准规格，管道仪表流程图的图纸应采用标准规格，并带有设计单位名称的统一标题栏。图幅应采用并带有设计单位名称的统一标题栏。图幅应采用0号号(A0)标标准尺寸图纸，也可用准尺寸图纸，也可用1号号(Al)标准尺寸图纸。标准尺寸图纸。2、线条与比例、线条与比例 3、文字

36、与字母的标注、文字与字母的标注 4、图面布置、图面布置 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)（二）设备的表示方法（二）设备的表示方法 1、图形、图形 化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按HG 20519.31规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件(内、外构件内、外构件亦用中线条亦用中线条)。常用设备和机械的图形画法

37、，可参见表常用设备和机械的图形画法，可参见表2-2，其他设备可参照，其他设备可参照画出。画出。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)（二）设备的表示方法（二）设备的表示方法 2、设备的标注、设备的标注（1）标注的内容）标注的内容 工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。（2）设备的位号）设备的位号 每台设备均有相应的位号每台设备均有相应的位号;设备位号由两部分组成，前设备位号由两部分组成，前部分用大写英文字母表示设备类别部分用大写英文字母表示设备类别;后部分用阿拉伯数字表

38、示设备所在位后部分用阿拉伯数字表示设备所在位置置(工序工序)及同类设备的顺序，一般数字为及同类设备的顺序，一般数字为3-4位。位。例如，图例如，图2-3中的中的“J101”，由三部分组成：，由三部分组成：J为设备类别代号。为设备类别代号。（3）标注的方式）标注的方式 PI图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表示在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处示在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部注写设备位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部

39、注写设备位号，在位号线下部注写设备名称。位号，在位号线下部注写设备名称。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)（三）管道的表示方法（三）管道的表示方法 1管道的画法管道的画法 2、管道的标注、管道的标注第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)（四）阀门与管件的表示方法（四）阀门与管件的表示方法第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.3 工艺流程图工艺流程图 二、管道仪表流程图二、管道仪表流程图(PI图图)（五）仪表控制点的表示方法（五

40、）仪表控制点的表示方法 管道仪表流程图上要以规定的图形符号和文字代号，表示出在设备、机械、管道和仪表站上的全部仪表。表3-11 仪表安装位置的图形符号第三章第三章 工程流程设计工程流程设计第四节第四节 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控设计条件的内容。重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。难点是如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 一、泵类的自控方案一、泵类的自控方案 1.离心泵 离心泵的流量调节

41、一般是采用出口节流的方法，如图3-7(a)。也可以使用旁路调节方法(见图3-7(b)，旁路调节耗费能量，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。(a)控制泵的出口阀门开度 (b)控制泵的出口旁路图3-7 离心泵的拴制方案 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 2.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 二、压缩机的自控方案二、压缩机的自控方案 图3-9 压缩机分程控制方案 图3-10压缩机旁路控制方案 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 三、换热器的自控方案三、换热器的自控方案(a)改变被控物料流量 (b)改变物料旁路流量图3-12 控制被控物

42、料流量的控制方案 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 四、反应器的自控方案四、反应器的自控方案 (一)釜式反应器的温度自动控制(c)载热体流量釜温串级控制 (d)夹套温度釜温串级控制(e)釜压釜温串级控制图3-16 釜式反应器的温度控制方案第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 四、反应器的自控方案四、反应器的自控方案(二)固定床反应器的温度控制 (a)用进料浓度控制 (b)用进料温度控制 (c)用进料温度控制(d)用冷料量控制图3-17 固定床反应器的控制方案 第三章第三章 工程流程设计工程流程设

43、计 3.4 典型设备的自控方案典型设备的自控方案 五、蒸馏塔的控制方案五、蒸馏塔的控制方案(a)提馏段控制方案 (b)精馏段控制方案 图3-18 蒸馏塔原则控制方案 第三章第三章 工程流程设计工程流程设计 3.5 3.5 工艺流程图计算机绘制软件简介工艺流程图计算机绘制软件简介 流程图绘制软件常用美国Autodesk公司的AutoCAD200 x。利用其本身强大的开发功能进行了AutoCAD的二次开发，出现了很多专业软件：l 例如AspenTech公司Aspen Plus；l 加拿大VMG集团(Virtual Materials Group)开发的 VMGSim；Chemstations公司的

44、ChemCAD；l 青岛伊科思技术工程有限公司开发的ECSS化工之星等。绘制管道仪表流程图还必须使用专门的软件，例如：绘制管道仪表流程图还必须使用专门的软件，例如：l 上海尤里卡的PEDS三维配管工程设计系统、l 中科辅龙的PDSOFT三维工厂设计软件等都有绘制管道仪表流程图的功能，l 深圳维远泰克公司还推出一款专门用于绘制工艺流程图的软件PIDCAD。第三章第三章 工程流程设计工程流程设计第二章第二章 工程设计概论工程设计概论本章结束本章结束第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算2015年年8月月6日日普通高等学校十二五规划教材普通高等学校十二五规划教材 化工设计化工设计74第一

45、节 连续过程的物料衡算 教学内容：教学内容：结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。重点和难点：重点和难点：重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约束式及设备约束式的内容和形式。第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算75一、一、连续过程的物料衡算连续过程的物料衡算 一般表示式为：系统中积累=输入 输出+生成 消耗稳态过程时 输入=输出 生成+消耗无化学反应的稳态过程 输入=输出 第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算76物料平衡形式 总平衡式 *总质量平

46、衡式 总摩尔平衡式 组分平衡式 组分质量平衡式 组分摩尔平衡式 元素原子平衡式 *元素原子质量平衡式 *元素原子摩尔平衡式第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算77物料衡算的基本步骤 画出流程示意图 列出已知数据 列出由物料平衡所需求解的问题。决定系统的边界 写出主、副产品的化学反应方程式。第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算78 约束条件 选择计算基准 进行物料平衡计算 列出物料和能量平衡表，并进行校核 结论第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算79关于基准 时间基准 连续（小时，天）间歇（釜，批）质量基准 kg，mol，kmol 体积基准 m3（STP

47、）干湿基准 干基（不含水），湿基（含水）例：100kg湿物料，其中含水10kg，按 湿基：含水率为10%；若按 干基：含水率为 10/（100-10）100%=11.11%第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算80 C3H8+5O2=3CO2+4H2O每100kmol燃烧产物需要多少摩尔空气？1.基准：1kmol原料气C3H8燃烧用氧 5kmol；实际供氧 51.25=6.25kmol；供给空气量 29.76kmol；其中氮气量 23.51kmol产生：CO2 3kmol；H2O 4kmol；O2 1.25kmol；N2 23.51kmol；合计 31.76kmol；x=76.31

48、76.29100=93.7kmol第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算812.基准：1kmol空气实际供氧 0.21/1.25=0.168kmol；燃烧C3H3 0.21/（51.25）=0.0336kmol；供给空气量 1kmol；其中氮气量 0.79kmol；产生：CO2 0.101kmol；H2O 0.135kmol；O2 0.042kmol；N2 0.79kmol；合计 1.068kmol；x=068.1100=93.7kmol第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算82（3）基准：100kmol烟道气以元素平衡法：C3H8+5O2=3CO2+4H2OC平衡 3

49、B=P；H2平衡 4B=Q；O2平衡 0.21A=M+Q/2+P；N2平衡 0.79A=N；烟道气总量 N+M+P+Q=100；过剩氧气 0.21A（0.25/1.25）=M解出：空气量 A=93.7kmol；C3H8 B=3.148kmol；N2 N=74.02kmol；O2 M=3.935 kmol；CO2 P=9.445 kmol；H2O Q=12.59 kmol。第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算83物料平衡计算的条件.方程式 物料平衡方程式 物流约束式构成物流各组分的分率之和等于1jx=1第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算842.变量有Ns股物流，Nc

50、个组分数，Np个设备参数总变量数：Nv=Ns（Nc+1）+Np 设计变量第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算85 转化率转化率=反应物的进料量反应物的反应量00AAAnnn 选择性选择性=%100原料的反应量反应物量生成目的产物所消耗的anncnnAACC/)(/)(00 xA=第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算86 收率收率=转化率选择性 =反应物的进料量反应物量生成目的产物所消耗的ancnnACC/)(00=xA=限制反应物 过量反应物第四章第四章 物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算87无化学反应的物料衡算 料浆 滤饼 90%固体 F1=2000kg/h 过