化工设计 第一章 化工厂设计的内容与程序

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第四节 设计文件
初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完 成后要编制设计文件。设计文件是化工厂设计最终 结果的体现。本节着重介绍化工厂设计时工艺专业 设计文件的内容和格式。
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二、根据化工过程开发程序分类
❖ 化工新技术开发的工作框图见图1-1 ❖ 化工新技术开发过程设计类型：概念设计、中试
设计、基础设计和工程设计。
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二、根据化工过程开发程序分类
1. 概念设计
概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计。 设计工艺流程，给出物料流程图； 进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算； 确定工艺操作条件及主要设备的形式和材质； 生产安全性分析，确定三废治理措施； 估算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。
化工设计
赵云鹏
中国矿业大学化工学院
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第一章 化工厂设计的内容与程序
教学目的与要求：
•掌握化工设计的分类； •掌握化工厂设计的程序和内容； •熟悉化工厂设计的工作程序； •了解化工厂初步设计说明书内容。
重点：
•化工厂设计的分类和程序。
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第一章 化工厂设计的内容与程序
❖ 第一节 化工设计的种类 ❖ 第二节 化工厂设计的工作程序 ❖ 第三节 化工车间工艺设计的程序及内容 ❖ 第四节 设计文件
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二、方案设计
生产流程设计的内容：操作单元选择、设备 选择、操作条件确定、“三废”处理方案选 择等。 生产流程设计的工作历程比较长，从规 划轮廓到完善定型，要经过物料衡算、热量 衡算、设备设计和车间布置设计等过程和技 术经济评价，工作量非常大。
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三、化工计算
化工计算内容：工艺设计中的物料物料衡算、能量 衡算以及设备选型和计算。
扩大初步设计与施工图设计两个阶段：大量的各专 业人才参加；
基本建设和试车阶段：少量的各专业设计代表参加。 各专业的代表的任务：参加基本建设的现场施工和
安装，建成化工装置后要参加试车运转工作，使装 置达到设计所规定的各项指标要求。 所需专业：工艺、设备、土建、水、电、气、自控 及总图等8个专业。
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
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
车间布置设计
车间平面及立面布置图
概算
概算书、投资额及材料表
编写设计说明书
扩大初步设计说明书
图1-3 扩大初步设计程序
是
可行性研究报告
终止
扩大初步设计，提出总概算
否 终止
主管部门进行评价 是
施工设计，提出预算
否 主管部门进行评价
是
终止
组织施工，制定开车方案 投料试车，考核验收
图1-2 化工厂设计的工作程序
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第二节 化工厂设计的工作程序
一、项目建议书 二、 可行性研究 三、 编制设计任务书 四、 扩大初步设计 五、 施工图设计 六、 设计代表工作
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二、根据化工过程开发程序分类
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。 基础设计包括工艺条件，化学工程数据和设计计算结果。 运用系统工程的理论和计算机模拟技术对工艺流程和工
艺参数进行优化。 基础设计中对关键技术有详尽的技术说明和数据。 在基础设计的基础上，工程单位结合建厂条件作出完整
详细工程设计
1.详细配管图 2.管段图(空视图) 3.基础图 4.结构图 5.仪表设计图 6.电气设计图 7.设备制造图 8.其他为施工所 需的各专业全部 设计图纸、文件
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第二节 化工厂设计的工作程序
开发成果，资源条件产品需 求发展规划
编写设计任务书 （并经主管部门认可）
项目建议书
否 主管部门进行筛选
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一、项目建议书
项目建议书是进行可行性研究和编制设计任 务书的依据。内容包括： 1、项目建设目的和意义； 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）；
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一、项目建议书
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。
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二、可行性研究
可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较， 对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，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。
可行性研究的任务是根据国民经济长期规划的要求，对 化工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。
化工计算任务：在计算基础上，绘制物料流程图、 主要设备图和带控制点的工艺流程图。
化工计算要用到大量的基本理论、基本概念和基本 技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。
化工计算必须概念清楚、方法正确、数据齐全可 靠。按步骤进行。
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四、车间布置设计
车间布置设计是工艺人员的主要设计任务之一， 是决定车间面貌的一个重要设计项目。 主要任务：确定整个工艺流程中的全部设备在平面 上和空间中的正确位置，相应地确定厂房或框架的 结构形式。 化工计算结束，绘出工艺流程图，进行车间布置设 计，绘制平面与剖面的车间布置图。 常用方法：摆纸片法和模型设计法。
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第三节 化工车间工艺设计的程序及内容
化工厂组成部分：化工生产车间、辅助生产 装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活 福利设施、“三废”处理设施和场外工程。
化工车间（装置）设计是化工厂设计的核心 部分，而车间（装置）设计的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题是工艺设 计。
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一、设计准备工作
1、熟悉设计任务书； 2、制定设计工作计划； 3、查阅文献资料； 4、收集第一手资料。
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二、根据化工过程开发程序分类
（2）扩大初步设计 ✓ 根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主 要技术问题，使之明确、细化。 ✓ 编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程 概算。
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二、根据化工过程开发程序分类
（3）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。 ✓ 成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工 程预算书。 ✓ 国际习惯将设计阶段分为工艺设计、基础工程 设计和详细工程设计。三种设计主要成品及内 容见表1-1。
（1）初步设计
✓ 根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在 技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。
✓ 主要确定全厂性的设计原则、标准和方案； ✓ 水、电、汽的供应方式和用量; ✓ 关键设备的选型及产品成本、项目投资等。 ✓ 编制初步设计说明书，内容和深度能使对方了解设计方
案、投资和基本出处为准。
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二、方案设计
方案设计就是确定生产方法和生产流程，是整个工 艺设计的基础。
方案设计方法：由于科技的不断发展， 一个产品的 生产可以用不同的原料和不同的生产方法。例如： 合成NH3车间可用煤、油、气三种不同原料的不同的 生产方法制得NH3。 所以需要通过定量的技术经济比较，着重评价 总投资和成本，从而选择一条技术上先进，经济上 合理，安全上可靠，三废得到治理，可以实施的工 艺路线。
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第一节 化工设计的种类
一、根据项目性质分类 二、根据化工过程开发程序分类
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一、根据项目性质分类
新建项目设计 新产品设计； 新工艺或新技术的产品的设计。
重复建设项目设计 市场需要或者设备老化，再建生产装置。
已有装置的改造设计 产品质量和产量不能满足要求； 原材料和能耗过高； 去掉“瓶颈”，优化生产过程操作控制。
设计条件是各专业进行具体设计工作的依据。 认真负责，确保完整性和正确性。
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七、编制概算书及编制设计文件
概算书是在初步设计阶段编制的车间投资的大概 计算。概算主要提供车间建筑、设备及安装工程 费用。经济是否合理是衡量工程设计质量的重要 标志。技术先进性由经济合理性来体现。
编制设计文件是初步设计图设计工作完成的依据， 是设计成果的汇总，是进行大量工作的依据，内 容包括设计说明书、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 ）。
水、运输等协作条件； 4.资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；
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三、编制设计任务书
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。
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四、扩大初步设计
设计任务书
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可行性研究报告的内容
8、节能； 9、环境保护及劳动安全； 10、工厂组织、劳动定员和人员培训； 11、项目实施规划； 12、投资估算和资金筹措； 13、经济效益评价及社会效益评价； 14、结论。
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三、编制设计任务书
设计任务书的内容： 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、供
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二、根据化工过程开发程序分类
2. 中试设计
中试装置设计注意事项 （1） 在满足实验任务和设备仪表和管件选型容 易的条件下，应尽量小； （2）应选在同类生产装置的老厂内； （3） 力求避免全流程，不是全流程试验。 （4）中试装置形式上不一定与工业装置完全相 同， 但应能反映工业装置的特点和规律。
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二、根据化工过程开发程序分类
表1-1 国外各设计阶段的主要设计成品及内容
工艺设计 1.工艺流程图(PFD) 2.工艺控制图(PCD) 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.安全备忘录 8.概略布置图 9.各专业设计条件
基础工程设计 1.管道仪表流程图(PIF) 2.设备计算及分析草图 3.设计规格说明书 4.材料选择 5.请购文件 6.设备布置图 7.管道平面图 8.地下管网图 9.电气单线图
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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，并以它作为施工单位编制 施工组织设计、编制施工预算和进行施工的 依据。
施工图设计的主要工作内容：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。
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五、施工图设计
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五、配管工程设计
配管工程设计的任务：确定装置的全部管线、 阀件、管件、及各种管架的位置、规格尺寸 和材料，以满足工艺生产的要求。
管路配置设计是在工艺流程设计与车间布置 设计的基础上进行，是施工图中最重要的设 计内容。工作量大，图纸和表格多，工作交 叉多。
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六、提供设计条件
设计条件的内容：总图、土建、外管、非定 型设备、自控、电气、电讯、电加热、采吸 通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业 的设计条件。
可行性研究的内容：市场营销情况研究，原料和技术路 线研究，工程条件研究，劳动力来源和费用、人员培训、 项目实施计划研究，资金使用和成本核算研究等。
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可行性研究报告的内容
1、总论； 2、市场预测； 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、建厂条件和厂址选择布局方案； 7、公用工程和辅助设施方案；
工艺专业方面的主要内容：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、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等 等。
非工艺专业方面的主要内容：土建施工图、供水、 供电、给排水、自控仪表线路安装图等。
施工说明和安装材料表。
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六、设计代表工作
概念设计的作用是暴露和提出基础研究中存在的问题，并 为解决这些问题提供途径或方案。评价是否有工业化价值。
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二、根据化工过程开发程序分类
2. 中试设计
中试设计的主要目的是验证模型和数据，即概 念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。 （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。
的工程设计。
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二、根据化工过程开发程序分类
4. 工程设计
工程设计可分为三段设计、两段设计、一段设计。 重要大型企业：初步设计、扩大初步设计、施工
图设计三阶段。 技术比较成熟的大中型工厂：扩大初步设计、施
工图设计两阶段。 技术比较简单、规模较小的工厂：可直接进行施
工图设计。
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二、根据化工过程开发程序分类