化工工艺设计课程培训教材

3.3.1.1 反应流程优化
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3.2 工艺设计的内容和深度 工艺设计的文件包括三大内容： ● 3.2.1 工艺设计的文件包括三大内容： 文字说明（工艺说明） （1）文字说明（工艺说明） （2）图纸 （3）表格
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文字说明（工艺说明） 3.2.1.1 文字说明（工艺说明） ●工艺设计的范围 设计基础：生产规模、产品方案、原料、 ●设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化 化学品、公用工程燃料规格、 剂、化学品、公用工程燃料规格、产品及副产 品规格 工艺流程说明：生产方法、化学原理、 ●工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流 程叙述。生产过程的主要危险、 程叙述。生产过程的主要危险、危害因素分折 原料、催化剂、 ●原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗 量 公用工程（包括水、 脱盐水、冷冻、 ●公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、 工艺空气、仪表空气、氮气）规格、 工艺空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额 及消耗量
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由专利商提供的： 2.2 由专利商提供的： 除上述与专利商有关的数据外， 除上述与专利商有关的数据外，还需专利 商提供该专利范围内的工艺操作条件、 商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化 收率、控制方案、相关设备条件等。 率、收率、控制方案、相关设备条件等。 工艺所需的物性参数。 2.3 工艺所需的物性参数。
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● 3.2.1.3 表格 物料平衡表：包括物流组成、温度、 ●（1）物料平衡表：包括物流组成、温度、压 状态、流量、密度、焓值、 力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常 热负荷表示在此表中或PFD图上） PFD图上 数（热负荷表示在此表中或PFD图上） 工艺设备数据表：根据设备形式不同， ●（2）工艺设备数据表：根据设备形式不同， 作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、 作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换 热器、工业炉、机泵、搅拌器等。 热器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数 据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、 据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、 设计压力、操作温度、设计温度、材质、 设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动 机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（ 。（各 机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各 设计院均有各种规定的表格) 设计院均有各种规定的表格) ●（3）工艺设备表 本资料来自 ●（4）取样点汇总表 www.m448.com
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变化主要的设计优化变量， （2）变化主要的设计优化变量，如反应的转 化 惰性物质循环的浓度等，确定每组变量： 率、惰性物质循环的浓度等，确定每组变量： 反应和分离系统中主要设备的投资及原材料的 消耗； 消耗；利用夹点分析法确定换热网络和公用工 程消耗的最佳总费用。 程消耗的最佳总费用。 （3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的 3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的 关系，其总费用包括： 关系，其总费用包括：反应和分离系统中的主 要设备的投资费：原材料消耗、 要设备的投资费：原材料消耗、反应与分离系 换热网络和公用工程的各类操作费用。 统、换热网络和公用工程的各类操作费用。 确定最佳条件，并对全流程调优。 （4）确定最佳条件，并对全流程调优。 对其他备选流程重复上述步骤， （5）对其他备选流程重复上述步骤，最后比 本资料来自 www.m448.com 较各流程的总费用，获得最佳流程。 较各流程的总费用，获得最佳流程。
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3.3 工艺设计方案的优化 优化的工艺设计方案应是： ● 优化的工艺设计方案应是： （1）有较好的经济效益和社会效益 （2）工艺技术先进适用 生产安全、可靠、 （3）生产安全、可靠、并有良好的环保 措施
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3.3.1 工艺流程方案优化 洋葱头”模型（由史密斯、 “洋葱头”模型（由史密斯、林霍夫提供 的模型） 的模型）
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三废排放：包括排放地点、排放量、 ●三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建 议处理方法 ●装置定员 另行成册) ●安全备忘录 ( 另行成册 详见 P539~P540 技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册） ●技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）其 主要说明新工艺、新技术、新设备、 主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面 可能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的 技术风险。并提出防范及化解风险建议和措施。 技术风险。并提出防范及化解风险建议和措施。 操作指南（通常为对内使用，另行成册） ●操作指南（通常为对内使用，另行成册） 它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。 它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工 芑系统、管道专业设计的重要依据， 芑系统、管道专业设计的重要依据，其主要内容详见 7.P541~542 7.3.2.18 （1）~（8）节 ） （ ）
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1.1 掌握化工基本理论 1.2 掌握化工工艺设计方法和技能 （1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺 了解工艺设计的任务、设计范围、 设计人员的职责。 设计人员的职责。 （2）掌握化工基本理论的应用 （3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知 识 （4）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以 及工艺设计的质量保证程序。 及工艺设计的质量保证程序。
《化工工艺设计》讲座 化工工艺设计》
主讲： 主讲：徐谋源
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1.概述 1.概述
化工工艺专业是化工设计的主要专业之 无论是开发新的化工生产过程， 一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计 新的化工装置， 新的化工装置，化工工艺设计是直接关系到化 工装置能否顺利开车、 工装置能否顺利开车、能否到到预计的生产能 力和合格的产品， 力和合格的产品，最终关系到工厂能否获得最 大的经济效益。因此， 大的经济效益。因此，作为化工工艺设计的人 员必须具备下列基本条件： 员必须具备下列基本条件：
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掌握生产、开停车的基本知识、 1.3 掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事 故的能力以及相应的实践经验。 故的能力以及相应的实践经验。 熟悉有关劳动安全卫生、 1.4 熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面 的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规 的法规。 有： GBJ6-87(2001年版 年版) 建筑设计防火规范 GBJ6-87(2001年版) 石油化工企业设计防火规范 50160-92(1999年版 年版） GB 50160-92(1999年版） 爆炸和危险性环境电力装置设计规范 50058GB 50058-92 4 本资料来自 www.m448.comHG20571化工企业安全卫生设计规定 HG20571-95
●（5）装置界区条件表：通常由工艺系统专业 装置界区条件表： 来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、 来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、 产品、副产品、进出界区条件等） 产品、副产品、进出界区条件等） 补充说明： ● 3.2.2 补充说明：化工工艺专业尚需参加前 期工作，主要前期工作有： 期工作，主要前期工作有： 项目建议书：可行性研究报告编制工作。 ●项目建议书：可行性研究报告编制工作。 项目报价书：投标书、 ●项目报价书：投标书、技术文件编制工作 引进项目：包括询价书、投标书的评标、 ●引进项目：包括询价书、投标书的评标、合 同技术附件谈判。 同技术附件谈判。 大中型联合装置总体规划设计。 ●大中型联合装置总体规划设计。
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3、工艺设计的内容和深度
概述： 3.1 概述： 工艺专业是自项目前期的可行性研究阶段 即作为主要专业参加Байду номын сангаас制， 即作为主要专业参加编制，一直贯穿到工程设 计阶段。 计阶段。 在工程设计阶段可分为以下几个阶段： 在工程设计阶段可分为以下几个阶段： 按国内审批要求分为： （1）按国内审批要求分为： 初步设计（批准后建设单位即可开工） ● 初步设计（批准后建设单位即可开工） ● 施工图设计
石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH3047SH3047-93 HG20667化工建设项目环境保护设计规定 HG20667-1986 SH3024石油化工企业环境保护设计规范 SH3024-95 1.5 具有一定的工作经验
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2、工艺设计基础数据
2.1 在工程设计合同书中明确规定的以及业主应 提供的有关数据。 提供的有关数据。 装置的设计能力、操作弹性及年操作日; （1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日; 产品方案及产品、副产品的规格； （2）产品方案及产品、副产品的规格； 建厂地区的气象、水文、地质等条件； （3）建厂地区的气象、水文、地质等条件； 所能提供的公用工程，包括水、 （4）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、 气等规格、数量及进界区条件； 气等规格、数量及进界区条件； 原材料、催化剂、化学品等规格、 （5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指 标及进界区条件； 标及进界区条件；
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● 3.2.1.2 图纸
PFD:是PID的设计依据 的设计依据， ●（1） PFD:是PID的设计依据，供基础设计使 通常分版次逐版深化） 用（通常分版次逐版深化） 包括全部工艺设备、主要物料管道( ●包括全部工艺设备、主要物料管道(表示出 流向、物料号）、主要控制回路、联锁方案、 流向、物料号）、主要控制回路、联锁方案、 ）、主要控制回路 加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。 加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。 建议设备布置图：是总图布置、 ●（2）建议设备布置图：是总图布置、装置布 置的依据，供基础设计使用（ 置的依据，供基础设计使用（通常为平面布 置图） 置图） ●根据工艺流程的特点和要求进行布置。 根据工艺流程的特点和要求进行布置。 PCD:通常是设计院内部设计构成文件 ●（3） PCD:通常是设计院内部设计构成文件 最终体在终版PFD PFD中 通常由自控专业完成） 最终体在终版PFD中（通常由自控专业完成）
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按国际常规做法分为： （2）按国际常规做法分为： 工艺设计（以化工工艺专业为主导专业） ●工艺设计（以化工工艺专业为主导专业） 基础设计（ ●基础设计（以化工工艺系统专业为主导专 业） 详细设计（以管道设计专业为主导专业） ●详细设计（以管道设计专业为主导专业） 在建设单位完成了项目前期工作之后， ● 在建设单位完成了项目前期工作之后，设 计单位即可开展项目的工程设计工作。 计单位即可开展项目的工程设计工作。 在工程设计阶段的工艺设计， ● 在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依 据是经批准的可行性研究报告及其批文、 据是经批准的可行性研究报告及其批文、 总体设计及其批文、 总体设计及其批文、工程设计合同书以及 设计基础资料。 设计基础资料。
反应系统
分离系统
换热网络
公用工程
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洋葱头” ●“洋葱头”模型是工艺流程开发和设计的方法。 洋葱头 模型是工艺流程开发和设计的方法。
●从图中可以十分直观的表示了反应系统的开发
和设计是核心， 和设计是核心，它为分离系统规定了处理物料 的条件， 的条件，而反应和分离系统一起又规定了过程 的冷、热物流的流量和换热的热负荷， 的冷、热物流的流量和换热的热负荷，最后才 是公用工程系统的选择和设计。因此， 是公用工程系统的选择和设计。因此，工艺流 程方案的优化应主要集中在反映和分离系统的 优化。 优化。 对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头” ●对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头”技术开 发概念，其步骤为： 发概念，其步骤为： （1）根据经验规则初步建立反应和分离系统 的流程