化工过程设计

化学工业绿色化的含义： 以“减量化、再利用、资源化”，即“3R”为基本原则。 （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； Reduce Recycle
（3）减少废弃物，并使废弃物在系统内再利用；
（4）尽量将排放的废弃物转化为可用的再生资源；
三、计算机辅助化工过程设计 20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几 乎是完全凭经验。 20世纪20～60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。 20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。 为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域才开始出现计 算机辅助设计呢？ 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
公用工程设计、外管设计，…等
化工厂设计 非工艺部分设计
化工厂房建筑、结构设计 总图设计，….等
化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。
2. 化工过程设计的目标及内容 美国国家顾问团在其“化学工程的新领域”著作中，简明阐述 了化工过程设计的主要目标： 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。 化工过程设计的内容： 其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺 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。
第1章 化工过程设计
4. 化学工业在现代经济体系中的地位
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，都离不开化学工业提供的物质支撑。 化学工业绝不是所谓的“夕阳工业”、“夕阳产业”，它仍 然在平稳高速的发展，将来必将持续快速发展。 1990年～1999年，美国、欧盟化学工业的发展速度是其全部 工业平均增长速度的2.69倍。 美国化学工业一直雄居世界化学工业总量的30％左右，是美 国为数不多在国际贸易体系内具有贸易顺差的制造业之一。 在世界500强企业中，以化工为主或涉足化工领域的企业为数 不少。
计算机辅助化工过程设计的优势（优点）： ① 设计工作效率高
② 规范性好
③ 设计水平高（可进行优化设计）
效率对比：
一个年产30万吨乙烯的工程，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10多倍。
3. 现代化学工业覆盖的范围 我国化学工业的分类与美国、欧盟有一些区别，但逐步在接轨， 按美国、欧盟的化学工业年鉴，现代化学工业覆盖以下范围： 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 现 代 化 学 工 业 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
（5）尽量延长产品的生命周期。
Resource
2. 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： （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： （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。 ……
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（“条件表”），有发出条件的主导专业，有接收 “条件表”的接收专业。 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
第1章 化工过程设计
2. 化学工业属于过程工业型制造业（流程型制造业）
离散型制造业业型制造业（又称 “流程型制造业”）
（例如化学工业、冶金行业等） 流程型制造业一般是能耗大户，也是排放的大户。其节能、 降耗、减排的任务十分艰巨。 例如：一个年产值不过仅10亿元人民币的合成原料药 制造企业，它每天的耗水量可高达5000 m3。
二、化工过程设计的基本内容 1. 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 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。
Chemical Design
英文中没有如此名词！ 化工工艺设计（核心） 化工过程设计（核心）
四、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 1. 现代化学工业的发展方向 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。 新物质 经济合理的大批量 现代化学工业发展方向 高质量 柔性化 绿色化 多尺度
工艺专业部：侧重化工工艺设计 工艺系统专业部：侧重化工过程设计中除了化工工艺设计以外与工 艺有关的内容。
工艺专业部：侧重出PID图、PFD图 工艺系统专业部：侧重出UID图、UFD图 PID（Process Instrument Diagram）带控制点的工艺仪表管道流程图 PFD（Process Flowsheet Diagram）过程物料流程图 UID（Utility Instrument Diagram）公用工程仪表管道流程图 UFD（Utility Flowsheet Diagram）公用工程物料流程图 其中，各种图纸随设计的深入，分成多个版本。
3. 化工过程设计的深化改革 复杂大型化工厂的设计
化工过程设计发展方向 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，对原来的专业部门进行了相应的改革调整。 工艺专业部（多为化学工程与工艺专业人员） 原来的工 艺专业部 工艺系统专业部
（少量化学工程与工艺专业，大量其它辅助专业 人员）
化工设计
Chemical Engineering Design
安徽师范大学
2015/10/28
第1章 化工过程设计
一、化学工业的发展史、化学工业覆盖的范围及其在现代经济体系中的地位
1. 化学工业的发展历史 化学工业历经了古代、近代、现代三个主要发展阶段。 ① 古代化学工业：从数千年前人类阳光晒盐、地下 卤水煮盐开始，萌发了古老的化学工业。 段化 学 工 业 发 展 阶 ② 近代化学工业：从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、 肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。 ③ 现代化学工业：上世纪40年代开始，合成橡胶、 石油炼制、合成纤维工业迅速发展，随着化工单元操 作理论的日益成熟，在科学技术和生产规模二个层面 上，揭示现代化学工业开始形成。
计算辅助化工过程设计软件的发展情况：
第一代商品化软件系统 Chem. Eng. Simulation System
20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。 第二代商品化软件系统
Flowsheet Translator
20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的FLOWTRAN软 件系统为代表。 Advanced System for Process Eng. 第三代商品化软件系统 20世纪80年代，以 ASPEN 和 PROCESS II 两大软件系统为代表。 我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进ASPEN 软件。现在，国内各设计院基本都已经使用ASPEN或Process II软件进行计 算机辅助化工过程设计。
计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：
（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等。