化工設(shè)計教案（全面）

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1、??第一章? 化工廠設(shè)計的內(nèi)容與程序 ?第一節(jié)? 化工設(shè)計的種類 　 化工設(shè)計可根據(jù)項目性質(zhì)分類，也可按設(shè)計性質(zhì)分類。?? 一、根據(jù)項目性質(zhì)分類 （一）新建項目設(shè)計 新建項目設(shè)計包括新產(chǎn)品設(shè)計和采用新工藝或新技術(shù)的產(chǎn)品的設(shè)計。這類設(shè)計往往由開發(fā)研究單位提供基礎(chǔ)設(shè)計，然后由工程研究部門根據(jù)建廠地區(qū)的實際情況作出工程設(shè)計。 （二）重復建設(shè)項目設(shè)計 由于市場需要，有些產(chǎn)品需要再建生產(chǎn)裝置，由于新建廠的具體條件與原廠不同，即算是產(chǎn)品的規(guī)模、規(guī)格及工藝完全相同，還是需要由工程設(shè)計部門進行設(shè)計。 （三）已有裝置的改造設(shè)計 一些老的生產(chǎn)裝置其產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量均不能滿足客戶要求，或者由于技

2、術(shù)原因，原材料和能量消耗過高而缺乏競爭能力，必須對老裝置進行改造，其中包括去掉影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的“瓶頸”，優(yōu)化生產(chǎn)過程操作控制，以及提高能量的綜合利用率和局部的工藝或設(shè)備改造更新等。這類設(shè)計往往由生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計部門進行。 二、根據(jù)設(shè)計性質(zhì)分類 （一）新技術(shù)開發(fā)過程中的設(shè)計 (1)概念設(shè)計?；A(chǔ)研究結(jié)束后，應進行概念設(shè)計。概念設(shè)計的規(guī)模應是工業(yè)化時的最佳規(guī)模。概念設(shè)計是從工程角度出發(fā)進行的一種假想設(shè)計，其作法可參照常規(guī)的工程設(shè)計方法和步驟，設(shè)計工藝流程，進行全系統(tǒng)的物料衡算、熱量衡算和設(shè)備工藝計算，確定工藝操作條件及主要設(shè)備的型式和材質(zhì)，進行參數(shù)的靈敏度和生產(chǎn)安全分析，確定三廢治理措施，

3、計算基建投資、產(chǎn)品成本等主要技術(shù)經(jīng)濟指標。 (2)中試設(shè)計。按照現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)的觀點，中試的主要目的是驗證模型和數(shù)據(jù)，即概念設(shè)計中的一些結(jié)果和設(shè)想通過中試來驗證。 (3)基礎(chǔ)設(shè)計?；A(chǔ)設(shè)計是新技術(shù)開發(fā)的最終成果，它是工程設(shè)計的依據(jù)?；A(chǔ)設(shè)計有些類似于我國的技術(shù)設(shè)計，但又有很大的差別。與技術(shù)設(shè)計不同的是基礎(chǔ)設(shè)計除了一般的工藝條件外，還包括了大量的化學工程方面的數(shù)據(jù)，特別是反應工程方面的數(shù)據(jù)，以及利用這些數(shù)據(jù)進行設(shè)計計算的結(jié)果。 （二）工程設(shè)計 根據(jù)工程的重要性、技術(shù)的復雜性和技術(shù)的成熟程度及計劃任務書的規(guī)定，工程設(shè)計可分為三段設(shè)計、兩段設(shè)計和一段設(shè)計。重要的大型企業(yè)和使用較復雜的技術(shù)時，為

4、了保證設(shè)計質(zhì)量，可以按初步設(shè)計、擴大初步設(shè)計及施工圖設(shè)計三個階段進行。一般技術(shù)比較成熟的大中型工廠或車間的設(shè)計，可按擴大初步設(shè)計和施工圖設(shè)計兩個階段的設(shè)計。技術(shù)上比較簡單、規(guī)模較小的工廠或車間的設(shè)計，可直接進行施工圖設(shè)計，即一個階段的設(shè)計。 1．初步設(shè)計 根據(jù)設(shè)計任務書，對設(shè)計對象進行全面的研究，尋求在技術(shù)上可能、經(jīng)濟上合理的最符合要求的設(shè)計方案。主要是確定全廠性的設(shè)計原則、標準和方案，水、電、汽的供應方式和用量，關(guān)鍵設(shè)備的選型及產(chǎn)品成本、項目投資等重大技術(shù)經(jīng)濟問題。編制初步設(shè)計書，其內(nèi)容和深度能使對方了解設(shè)計方案、投資和基本出處為準。 2．擴大初步設(shè)計 根據(jù)已批準的初步設(shè)計，解決初步

5、設(shè)計中的主要技術(shù)問題，使之明確、細化。編制準確度能滿足控制投資或報價使用的工程概算。 3.施工圖設(shè)計 根據(jù)已批準的擴大初步設(shè)計，結(jié)合建廠地區(qū)條件，在滿足安全、進度及控制投資等前提下開展施工圖設(shè)計，其成品是詳細的施工圖紙和必要的文字說明及工程預算書。???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 第二節(jié)? 化工廠設(shè)計的工作程序 ?一般的化工設(shè)計的工作程序是以基礎(chǔ)設(shè)計為依據(jù)提出項目建議書，經(jīng)上級主管部門認可后寫出可行性研究報告，上級批準后，編寫設(shè)計任務書，進行擴大初步設(shè)計，后者經(jīng)上級主管部門認

6、可后進行施工圖設(shè)計。 一、項目建議書 項目建議書是進行可行性研究和編制設(shè)計任務書的依據(jù)，應包括下列內(nèi)容。 1.項目建設(shè)目的和意義，即項目提出的背景和依據(jù)，投資的必要性及經(jīng)濟意義； 2.產(chǎn)品需求初步預測； 3.產(chǎn)品方案和擬建規(guī)模； 4.工藝技術(shù)方案（原料路線、生產(chǎn)方法和技術(shù)來源）； 5.資源、主要原材料、燃料和動力的供應； 6.建廠條件和廠址初步方案； 7.環(huán)境保護； 8.工廠組織和勞動定員估算； 9.項目實施規(guī)劃設(shè)想； 10.投資估算和資金籌措設(shè)想； 11.經(jīng)濟效益和社會效益的初步估算。 二、可行性研究 可行性研究是以擬建項目進行全面分析及多方面比較，對其是否應該

7、建設(shè)及如何建設(shè)作出論證和評價，為上級機關(guān)投資決策和編制、審批設(shè)計任務書提供可靠的依據(jù)。 根據(jù)原化工部對“可行性研究報告”的有關(guān)規(guī)定，可行性研究報告的內(nèi)容如下。 1.總論。包括項目名稱、進行可行性研究的單位、技術(shù)負責人、可行性研究的依據(jù)、可行性研究的主要內(nèi)容和論據(jù)、評價的結(jié)論性意見、存在問題和建議等，并附上主要技術(shù)經(jīng)濟指標表。 2.需求預測。包括國內(nèi)外需求情況預測和產(chǎn)品的價格分析。 3.產(chǎn)品的生產(chǎn)方案及生產(chǎn)規(guī)模。 4.工藝技術(shù)方案包括工藝技術(shù)方案的選擇、物料平衡和消耗定額、主要設(shè)備的選擇、工藝和設(shè)備擬采用標準化的情況等內(nèi)容。 5.原材料、燃料及水電汽的來源與供應。 6.建廠條件和廠

8、址選擇布局方案。 7.公用工程和輔助設(shè)施方案 8.環(huán)境保護及安全衛(wèi)生。 9.工廠組織、勞動定員和人員培訓。 10.項目實施規(guī)劃。 11.投資估算和資金籌措。 12.經(jīng)濟效益評價及社會效益評價。 13.結(jié)論包括綜合評價和研究報告的結(jié)論等內(nèi)容。 三、編制設(shè)計任務書 可行性研究呈報給上級主管部門，當被上級主管部門認可后，便可編寫設(shè)計任務書以作為設(shè)計項目的依據(jù)。設(shè)計任務書的內(nèi)容主要包括： 1.項目設(shè)計的目的和依據(jù)； 2.生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、生產(chǎn)方法或工藝原則； 3.礦產(chǎn)資源、水文地質(zhì)、原材料、燃料、動力、供水、運輸?shù)葏f(xié)作條件； 4.資源綜合利用、環(huán)境保護、三廢治理的要求；

9、5.廠址與占地面積和城市規(guī)劃的關(guān)系； 6.防空、防震等的要求； 7.建設(shè)工期與進度計劃； 8.投資控制數(shù)； 9.勞動定員及組織管理制度； 10.經(jīng)濟效益、資金來源、投資回收年限。 五、施工圖設(shè)計 施工圖設(shè)計的任務是根據(jù)擴大初步設(shè)計審批意見，解決擴大初步設(shè)計階段待定的各項問題，并以它作為施工單位編制施工組織設(shè)計、編制施工預算和進行施工的依據(jù)。 施工圖設(shè)計的主要工作內(nèi)容是在擴大初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，完善流程圖設(shè)計和車間布置設(shè)計，進而完成管道配置設(shè)計和設(shè)備、管路的保溫及防腐設(shè)計。其中工藝專業(yè)方面的主要內(nèi)容包括：工藝圖紙目錄、工藝流程圖、設(shè)備布置圖、設(shè)備一覽表、非定型設(shè)備制造圖、設(shè)備安裝圖

10、、管道布置圖、管架管件圖、設(shè)備管口方位圖、設(shè)備和管路保溫及防腐設(shè)計等；非工藝專業(yè)方面有土建施工圖、供水、供電、給排水、自控儀表線路安裝圖等。 六、設(shè)計代表工作 在擴大初步設(shè)計與施工圖設(shè)計兩個階段，有大量的各專業(yè)人才參加，到設(shè)計文件編制完畢，工作轉(zhuǎn)入了基本建設(shè)和試車階段的時候，就只需少量的各專業(yè)設(shè)計代表參加了。 各專業(yè)設(shè)計代表的任務就是參加基本建設(shè)的現(xiàn)場施工和安裝（必要時修正設(shè)計），建成化工裝置后要參加試車運轉(zhuǎn)工作，使裝置達到設(shè)計所規(guī)定的各項指標要求。 當設(shè)計工作全面結(jié)束，且試車成功后，應做工程總結(jié)，積累經(jīng)驗，以利于設(shè)計質(zhì)量的不斷提高。 ????????????????????????

11、???????????????????????? ? 第三節(jié)? 化工車間（裝置）工藝設(shè)計的程序及設(shè)計內(nèi)容 ? 化工車間（裝置）設(shè)計是化工廠設(shè)計的最基本的內(nèi)容，也是初學者必須首先掌握的。因此，本節(jié)著重介紹化工車間（裝置）工藝設(shè)計內(nèi)容和程序。下面按工作程序介紹車間工藝設(shè)計的內(nèi)容。 一、設(shè)計準備工作 （l）一熟悉設(shè)計任務書。全面深入地正確領(lǐng)會設(shè)計任務書提出什么要求，又提供了什么情況，這都是設(shè)計的依據(jù)，必須熟記、貫徹實施。 （2）了解化工設(shè)計以及工藝設(shè)計包括哪些內(nèi)容，其方法步驟如何。參照設(shè)計進度訂出個人工作計劃。 （3）查閱文獻資料。按照設(shè)計要求，主要查閱與工藝路線、工藝流程和重點設(shè)備

12、有關(guān)的文獻資料，并摘錄筆記。此外，還應對資料數(shù)據(jù)加工處理，對文獻資料數(shù)據(jù)的適用范圍和精確程度應有足夠的估計。 （4）收集第一手資料。深入生產(chǎn)與試驗現(xiàn)場調(diào)查研究，盡可能廣泛地收集齊全可靠的原始數(shù)據(jù)并進行整理，這對搞好整個設(shè)計來說是一項很重要的基礎(chǔ)工作。 二、方案設(shè)計 這個階段的任務是確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，它們是整個工藝設(shè)計的基礎(chǔ)。要求運用所掌握的各種資料，根據(jù)有關(guān)的基本理論進行不同生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程的對比分析。這個階段的工作可以培養(yǎng)分析、歸納和理論聯(lián)系實際的能力。 三、化工計算 化工計算包括工藝設(shè)計中的物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計算三個內(nèi)容。要完成的任務是在這三項計算的基礎(chǔ)上繪

13、制物料流程圖、主要設(shè)備圖和帶控制點工藝流程圖。經(jīng)驗表明，在化工計算階段會用到大量的基本理論、基本概念和基本技能（數(shù)據(jù)處理、計算技能、繪圖能力等）。 四、車間布置設(shè)計 這是工藝人員的主要設(shè)計任務之一，它也是決定車間面貌的又一個重要設(shè)計項目。布置設(shè)計的主要任務是確定整個工藝流程中的全部設(shè)備在平面上和空間中的正確的具體位置，相應地確定廠房或框架的結(jié)構(gòu)型式。 當化工計算結(jié)束，繪出工藝流程圖之后就可以進行車間布置設(shè)計，完成之后要繪制平面與立面的車間布置圖。設(shè)計方法除了常用的擺紙塊法之外．現(xiàn)在廣泛采用模型設(shè)計的方法。 五、化工管路設(shè)計 管路配置設(shè)計的任務是確定裝置的全部管線、閥件、管件及各種管架

14、的位置，以滿足工藝生產(chǎn)的要求。應注意節(jié)約管材，便于操作、檢查和安裝檢修，而且做到整齊美觀。 六、提供設(shè)計條件 設(shè)計條件內(nèi)容包括總圖、土建、外管、非定型設(shè)備、自控、電氣、電訊、電加熱、采暖通風、空調(diào)、給排水、工業(yè)爐等非工藝專業(yè)的設(shè)計條件。 設(shè)計條件是各專業(yè)據(jù)以進行具體設(shè)計工作的依據(jù)，因此提好設(shè)計條件是確保設(shè)計質(zhì)量的重要一環(huán)。為了正確貫徹執(zhí)行各項方針政策和已定的設(shè)計方案，保證設(shè)計質(zhì)量，工藝專業(yè)設(shè)計人員應認真負責地編制各專業(yè)的設(shè)計條件，并確保其完整性和正確性。 七、編制概算書及編制設(shè)計文件 概算書是在初步設(shè)計階段編制的車間投資的大概計算，作為銀行對基本建設(shè)單位貸款的依據(jù)。概算主要提供了車間

15、建筑、設(shè)備及安裝工程費用。經(jīng)濟是否合理是衡量一項工程設(shè)計質(zhì)量的重要標志。編制概算可以幫助判斷和促進設(shè)計的經(jīng)濟合理性。 初步設(shè)計階段與施工圖設(shè)計階段的設(shè)計工作完成后都要編制設(shè)計文件。它是設(shè)計成果的匯總，是進行下一步工作的依據(jù)，內(nèi)容包括設(shè)計說明書、附圖（流程圖、布置圖、設(shè)備圖等）和附表（設(shè)備一覽表、材料匯總表等）。 以上僅是車間工藝設(shè)計的大體內(nèi)容，敘述的順序就是一般的設(shè)計工作程序，實際設(shè)計過程中，這些工作內(nèi)容往往是交錯進行的。 ? 第四節(jié)? 國家和行業(yè)的基本設(shè)計政策和規(guī)范 ? 決定一個具體的化工過程，除考慮其技術(shù)上的可行性外，還必須符合國家的政治、經(jīng)濟政策方針。諸如資源、環(huán)境、能源、勞

16、動保護、工業(yè)布局等因素，并使之獲得最佳的經(jīng)濟效益，同時，化工設(shè)計 還必須遵循國家和行業(yè)的設(shè)計規(guī)范和相關(guān)的政策、法規(guī)。其中主要的例舉如下： 1、化工企業(yè)總圖運輸設(shè)計規(guī)范?? HG/T 20649－1998 2、工礦企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范?? GB 50187－1993 3、石油化工工藝裝置布置設(shè)計通則? SH3011-2000 4、石油化工給水排水管道設(shè)計圖例 SH 3089-1998 5、石油化工管道器材標準（合訂本1996年）SH 3401-3410 6、石油化工管道布置設(shè)計通則? SH3012-2000 7、石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范?? SH3015-2003 ?

17、第五節(jié) ?設(shè)計文件 ? 工藝專業(yè)人員在擴大初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段應編制說明書和說明書的附圖、附表等設(shè)計文件。其中車間工藝設(shè)計文件是最基本的和最常碰到的，因此，本課程著重介紹車間工藝專業(yè)設(shè)計文件的內(nèi)容和格式。 一、擴大初步設(shè)計文件 擴大初步設(shè)計的設(shè)計文件應包括以下兩部分內(nèi)容：設(shè)計說明書和說明書的附圖、附表?；S（車間）初步設(shè)計說明書內(nèi)容和編寫要求，根據(jù)設(shè)計的范圍（整個工廠，一個車間或一套裝置）、規(guī)模的大小和主管部門的要求而不同，對煉油、化工廠的初步設(shè)計的內(nèi)容和編寫要求，化學工業(yè)部曾有文件規(guī)定。對于一個裝置或一個車間，其初步設(shè)計說明書的內(nèi)容如下。 （一）設(shè)計依據(jù) （1）文件，如

18、計劃任務書以及其他批文等。 （2）技術(shù)資料，如中試試驗報告、調(diào)查報告等。 （二）設(shè)計指導思想和設(shè)計原則 （1）設(shè)計所遵循的具體方針政策和指導思想。 （2）總括各專業(yè)的設(shè)計原則，如工藝路線的選擇、設(shè)備的選型和材質(zhì)選用、自控水平等原則。 （三）產(chǎn)品方案 ①產(chǎn)品名稱和性質(zhì)；②產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格；③產(chǎn)品規(guī)模（噸／年）；④副產(chǎn)品數(shù)量（噸／年）；⑤產(chǎn)品包裝方式。 （四）生產(chǎn)方法和工藝流程 (1)生產(chǎn)方法。扼要說明設(shè)計所采用的原料路線和工藝路線。 (2)化學反應方程式。寫出方程式，注明化學反應名稱、主要操作條件。 (3)工藝流程 ①工藝劃分簡圖，用方塊圖表示。②帶控制點工藝流程圖和流程簡述。

19、帶控制點工藝流程圖應表示出全部工藝設(shè)備、物料管線、閥件、設(shè)備的輔助管路以及工藝和自控儀表圖例、符號。 （五）車間（裝置）組成和生產(chǎn)制度 (1)車間（裝置）組成。 (2)生產(chǎn)制度，年工作日、操作班制，間歇或連續(xù)生產(chǎn)。 （六）原料、中間產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 (1)原料、輔助原料的主要技術(shù)規(guī)格。 (2）中間產(chǎn)品及成品的主要技術(shù)規(guī)格。 （七）工藝計算 1.物料計算 （1）物料計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 （2）物料計算結(jié)果以物料平衡圖表示，計量單位用小時(h)（連續(xù)操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用的計量單位在一個項目內(nèi)要統(tǒng)一。 2.主要工藝設(shè)備的選型、化工計算和材料選擇 (1)

20、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源包括物料及熱量計算數(shù)據(jù)、主要化工數(shù)據(jù)等。 (2)主要工藝設(shè)備的工藝計算按流程編號為序進行編寫。 3.般工藝設(shè)備以表格形式分類表示計算和選擇結(jié)果。 工藝設(shè)備一覽表按非定型工藝設(shè)備和定型工藝設(shè)備兩類編制。 4.工藝用的水、蒸汽、冷凍用量。 5.分批操作的設(shè)備要排列工藝操作時間表和動力負荷曲線。 （八）主要原料、動力消耗定額及消耗量 （九）生產(chǎn)控制分析 （十）儀表和自動控制 （十一）技術(shù)保安、防火及工業(yè)衛(wèi)生 （十二）車間布置 （十三）公用工程 （十四）“三廢”治理及綜合利用 （十五）車間維修 （十六）土建 （十七）車間裝置定員 （十八）概算 （十九）技術(shù)

21、經(jīng)濟 1.投資????????? 2.產(chǎn)品成本 （二十）存在問題及建議 （二十一）擴大初步設(shè)計中必要的附表及附圖 附表：工藝設(shè)備一覽表、自控儀表一覽表、公用工程設(shè)備材料表 附圖：帶控制點工藝流程圖、車間布置圖（平面圖及剖面圖）、關(guān)鍵設(shè)備總圖、建筑平面、立面、剖面圖 二、施工圖文件的編制 (一)施工圖設(shè)計文件目錄 編制各主項施工圖設(shè)計時，應編寫主項圖紙總目錄、非定型設(shè)備圖紙目錄和工藝圖紙目錄。 (二)工藝施工圖設(shè)計文件 (1)工藝設(shè)計說明。工藝設(shè)計說明可根據(jù)需要按下列各項內(nèi)容編寫。 (2)帶控制點工藝流程圖（施工流程圖）。帶控制點工藝流程圖應表示出全部工藝設(shè)備和物料管路、閥

22、件等，進出設(shè)備的輔助管線和工藝及自動儀表的圖例、符號。 (3)輔助管路系統(tǒng)圖。輔助管路系統(tǒng)圖應表示出系統(tǒng)的全部管路。一般在帶控制點工藝流程圖左上方繪制，如輔助管路系統(tǒng)復雜時，可單獨繪制。 (4)首頁圖。當某一個設(shè)計項目（裝置）范圍較大（如除主要生產(chǎn)廠房或構(gòu)筑物外，附有生活室、控制室、分析室或有較多的室外其他生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)部分），設(shè)備布置和管路安裝圖需分別繪制首頁圖。 (5)設(shè)備布置圖。設(shè)備布置圖包括平面圖與剖面圖，其內(nèi)容應表示出全部工藝設(shè)備的安裝位置和安裝標高，以及建筑物、構(gòu)筑物、操作臺等。 (6)設(shè)備一覽表。根據(jù)設(shè)備訂貨分類的要求，分別作出非定型設(shè)備表、定型設(shè)備表等。 (7)管路布

23、置圖。管路布置圖包括管路布置平面圖和剖面圖，其內(nèi)容表示出全部管路、管件和閥件及其在空間的位置，簡單的設(shè)備輪廓線及建、構(gòu)筑物外形。 (8)配管設(shè)計模型。作模型設(shè)計時，可用配管設(shè)計模型代替管路布置圖。 (9)管段圖。管段圖表示一段管道在空間的位置的圖形，也叫做空視圖或單線圖。 (10)管架和非標準管件圖。 (11)管段表。當繪制管段圖時，可不單獨繪制管段表，其相應內(nèi)容可填入管段圖的附表中去。 (12)管架表。 (13)綜合材料表綜合材料表應按以下三類材料進行編制。 (14)管口方位圖。管口方位圖應表示出全部管口、吊耳、支腳及地腳螺栓的方位，并標注管口編號、管口和管徑名稱。對塔還要表示

24、出地腳螺栓、吊柱、直爬梯和降液管位置。 (15)換熱器條件圖。? 第二章? 工藝流程設(shè)計 ? 工藝流程設(shè)計是化工設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進入到產(chǎn)品輸出的過程，其中包括物料和能量的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設(shè)備儀表。工藝流程圖集中地概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。 工藝流程設(shè)計是工藝設(shè)計的核心。在整個設(shè)計中，設(shè)備選型、工藝計算、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。只有流程確定后，其他各項工作才能開展，工藝流程設(shè)計涉及各個方面，而各個方面的變化又反過來影響工藝流程設(shè)計，甚至使流程發(fā)生較大的變化。因此，工藝流程設(shè)計動手最早

25、，而往往又結(jié)束最晚。 本章主要介紹生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇，工藝流程設(shè)計，工藝流程圖繪制，典型設(shè)備的自控流程四個內(nèi)容。 ? 第一節(jié)? 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇 ? 生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可以采用不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)路線而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生產(chǎn)路線，同一生產(chǎn)路線中也可以采用不同的工藝流程。 選擇生產(chǎn)路線也就是選擇生產(chǎn)方法，這一步是決定設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵，必須認真對待。如果某產(chǎn)品只有一種生產(chǎn)方法，就無須選擇；若有幾種不同的生產(chǎn)方法，就應逐個進行分析研究，通過各方面比較，從中篩選一個最好的方法，作為下一步工藝流程設(shè)計的依據(jù)。由于我們接觸到的大多數(shù)是已有生產(chǎn)路線的工藝流程設(shè)計，因

26、此，本節(jié)只對上述內(nèi)容作簡要介紹。 一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則 在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時，應考慮以下一些原則。 1．先進性 先進性主要指技術(shù)上的先進和經(jīng)濟上的合理可行，具體包括基建投資、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動生產(chǎn)率等方面的內(nèi)容，應選擇物料損耗小、循環(huán)量少，能量消耗少和回收利用好的生產(chǎn)方法。 2．可靠性 可靠性是指所選擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠。如果采用的技術(shù)不成熟，就會影響工廠正常生產(chǎn)，甚至不能投產(chǎn)，造成極大的浪費。因此，對于尚在試驗階段的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應慎重對待。要防止只考慮新的一面，而忽視不成熟、不穩(wěn)妥的一面。應堅持一切經(jīng)過試驗的原則，不允許把未來的生產(chǎn)

27、廠當作試驗工廠來進行設(shè)計。另外，對生產(chǎn)工藝流程的改革也應采取積極而又慎重的態(tài)度，不能有僥幸心理。 3．結(jié)合國情 中國是一個發(fā)展中的社會主義國家。在進行工廠設(shè)計時，不能單純從技術(shù)觀點考慮問題，應從中國的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。 上述三項原則必須在技術(shù)路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。一種技術(shù)的應用有長處，也有短處。設(shè)計人員必須采取全面分析對比的方法，并根據(jù)建設(shè)項目的具體要求，選擇其中不僅對現(xiàn)在有利，而且對將來也有利的工藝技術(shù)，竭力發(fā)揮有利的一面，設(shè)法減少不利的因素。 比較時要仔細領(lǐng)會設(shè)計任務書提出的各項原則要求，要對收集到的資料進行加工整理，提煉出能夠反映本質(zhì)的、突出主要優(yōu)缺

28、點的數(shù)據(jù)材料，作為比較的依據(jù)。要經(jīng)過全面分析、反復對比后選出優(yōu)點較多、符合國情、切實可行的技術(shù)路線和工藝流程?？偟哪繕耸鞘刮磥淼幕S的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及建廠難易等主要指標達到比較理想的水平。 二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟 確定生產(chǎn)方法，選擇工藝流程一般要經(jīng)過三個階段。 1．搜集資料，調(diào)查研究 這是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的準備階段。在此階段，要根據(jù)建設(shè)項目的產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模，有計劃、有目的地搜集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料，包括技術(shù)路線特點、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以及各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動向等技術(shù)經(jīng)濟資料。掌握國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟的資料，僅靠

29、設(shè)計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術(shù)信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。 2．落實設(shè)備 設(shè)備是完成生產(chǎn)過程的重要條件，是確定技術(shù)路線和工藝流程時必然要涉及到的因素。在搜集資料過程中，必須對設(shè)備予以足夠重視。對各種生產(chǎn)方法中所用的設(shè)備，分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進口的及國內(nèi)需重新設(shè)計制造的三種類型，并對設(shè)計制造單位的技術(shù)力量、加工條件、材料供應及設(shè)計、制造的進度加以了解。 3.全面對比 全面分析對比的內(nèi)容很多，主要比較下列幾項： ①幾種技術(shù)路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢； ②產(chǎn)品的質(zhì)量情況； ③生產(chǎn)能力及產(chǎn)品規(guī)格； ④原材料、能量消耗情況； ⑤建設(shè)費用及產(chǎn)品成本；

30、 ⑥三廢的產(chǎn)生及治理情況； ⑦其他特殊情況。 第二節(jié)? 工藝流程設(shè)計 一、流程設(shè)計的任務 當生產(chǎn)工藝路線選定之后，即可進行流程設(shè)計。它和車間布置設(shè)計是決定整個車間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對設(shè)備設(shè)計和管路設(shè)計等單項設(shè)計也起著決定性的作用。 流程設(shè)計的主要任務包括兩個方面：一是確定生產(chǎn)流程中各個生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式，達到由原料制得所需產(chǎn)品的目的；二是繪制工藝流程圖，要求以圖解的形式表示生產(chǎn)過程中，當原料經(jīng)過各個單元操作過程制得產(chǎn)品時，物料和能量發(fā)生的變化及其流向，以及采用了哪些化工過程和設(shè)備，再進一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。 為了使設(shè)計出來

31、的工藝流程能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和安全生產(chǎn)，應按步驟逐步解決以下問題。 (1) 確定整個流程的組成。工藝流程反映了由原料制得產(chǎn)品的全過程。應確定采用多少生產(chǎn)過程或工序來構(gòu)成全過程，確定每個單元過程的具體任務（即物料通過時要發(fā)生什么物理變化、化學變化以及能量變化），以及每個生產(chǎn)過程或工序之間如何連接。 (2) 確定每個過程或工序的組成。應采用多少和由哪些設(shè)備來完成這一生產(chǎn)過程，以及各種設(shè)備之間應如何連接，弄明確每臺設(shè)備的作用和它的主要工藝參數(shù)。 (3) 確定操作條件。為了使每個過程、每臺設(shè)備正確地起到預定作用，應當確定整個生產(chǎn)工序或每臺設(shè)備的各個不同部位要達到和保持的操作條件。 (4

32、) 控制方案的確定。為了正確實現(xiàn)并保持各生產(chǎn)工序和每臺設(shè)備本身的操作條件，及實現(xiàn)各生產(chǎn)過程之間、各設(shè)備之間的正確聯(lián)系，需要確定正確控制方案，選用合適的控制儀表。 (5) 合理利用原料及能量。計算出整個裝置的技術(shù)經(jīng)濟指標應當合理地確定各個生產(chǎn)過程的效率，得出全裝置的最佳總收率，同時要合理地做好能量回收與綜合利用，降低能耗。據(jù)此確定水、電、蒸汽和燃料的消耗。 (6) 制定三廢的治理方法。除了產(chǎn)品和副產(chǎn)品外，對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于那些暫時無法回收利用的，則須進行妥善處理。 (7) 制定安全生產(chǎn)措施。應當對設(shè)計出來的化工裝置在開車、停車、長期運轉(zhuǎn)以及檢修過程中，可能存在哪些不

33、安全因素進行認真分析，再遵照國家的各項有關(guān)規(guī)定，結(jié)合以往的經(jīng)驗教訓，制訂出切實可靠的安全措施，例如設(shè)置安全閥、阻火器和事故貯槽等。 二、工藝流程設(shè)計方法 首先要看所選定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運行過的成熟工藝還是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒而需要局部改進或局部采用新技術(shù)新工藝的問題。后者須針對新開發(fā)技術(shù)，在設(shè)計上稱為概念設(shè)計。不論哪種情況一般都是將一個工藝流程分為四個重要部分，即原料預處理過程、反應過程、產(chǎn)物的后處理（分離凈化）和三廢的處理過程。一般的工作方法如下。 (1) 以反應過程為中心。根據(jù)反應過程的特點、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用反應器類型及決定采用連續(xù)操

34、作，還是間歇性操作。有些產(chǎn)品不適合連續(xù)化操作，如同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號產(chǎn)品時，用間歇操作，更為方便。另外，物料反應過程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應裝置上增加相應的適當措施。如果反應需要在催化劑存在下進行，就須考慮催化反應的方式和催化劑的選擇。一般說確定主反應過程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結(jié)果。現(xiàn)有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復雜。 (2) 原料預處理過程。在主反應裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應特點，必然對原料提出要求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等。這就應根據(jù)需要采取預熱（冷）、汽化、干燥、粉碎篩分、提純精制、混合、配制、壓縮等措施。這些操作過程就需要相

35、應的化工單元操作，加以組合。通常不是一臺兩臺設(shè)備或簡單過程完成的。原料預處理的化工操作過程是根據(jù)原料性質(zhì)、處理方法而選取不同的裝置及不同的輸送方式，從而可能設(shè)計出不同的流程。 (3)產(chǎn)物的后處理。根據(jù)反應原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應過程的特點，實際反應過程可能會出現(xiàn)下列情況。 ①除了獲得目的產(chǎn)物外，由于存在副反應，還生成了副產(chǎn)物。 ②由于反應時間等條件的限制或受反應平衡的限制，以及為使反應盡可能完全而有過剩組分。 ③原料中含有的雜質(zhì)往往不是反應需要的，在原料的預處理中并未除凈，因而在反應中將會帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參與反應而生成無用且有害的物質(zhì)。 ④產(chǎn)物的集聚狀態(tài)要求，也增加了

36、后處理過程。某些反應過程是多相的，而最終產(chǎn)物是固態(tài)的。 除上述原因外，還有其他各種各樣原因，相應地要采用各種不同措施進行處理。因此用于產(chǎn)物的凈化、分離的化工單元操作過程，往往是整個工藝過程中最復雜、最關(guān)鍵的部分，有時是制約整個工藝生產(chǎn)能否進行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即保證產(chǎn)品質(zhì)量的極為重要的步驟。因此，如何安排每一個分離凈化的設(shè)備或裝置以及操作步驟，它們之間如何連通，有否達到預期的凈化效果和能力等，都是必須認真考慮的。 (4) 產(chǎn)品的后處理。經(jīng)過前述分離凈化后達到合格的目的產(chǎn)品，有些是下一工序的原料，可加工成其他產(chǎn)品；有些可直接作為商品，往往還須進行后處理工作，如篩選、包裝、灌裝、計量、貯存、輸送等過

37、程。 (5) 未反應原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理。由于反應不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來，一般應循環(huán)回到反應設(shè)備中繼續(xù)參與反應。 (6) 確定“三廢”排出物的處理措施。在生產(chǎn)過程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應盡量綜合利用，變廢為寶，加以回收。無法回收的應妥善處理?！叭龔U”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應該達到排放標準。因此在化工開發(fā)和工程設(shè)計中必須研究和設(shè)計治理方案和流程，要做到“三廢”治理與環(huán)境保護工程、“三廢”治理工藝與主產(chǎn)品工藝同時設(shè)計、同時施工，而且同時投產(chǎn)運行。按照國家有關(guān)規(guī)定，如果污染問題不解決，是不允許投產(chǎn)的。 (7) 確定公用工程的配套措施。在生產(chǎn)工藝

38、流程中必須使用的工藝用水（包括作為原料的軟水、冷卻水、溶劑用水以及洗滌用水等）、蒸汽（原料用汽、加熱用汽、動力用汽及其他用汽等）、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空都是工藝中要考慮的配套設(shè)施。至于生產(chǎn)用電、上下水、空調(diào)、采暖通氣都是應與其他專業(yè)密切配合的。 (8) 確定操作條件和控制方案。一個完善的工藝設(shè)計除了工藝流程等以外，還應把投產(chǎn)后的操作條件確定下來，這也是設(shè)計要求。這些條件包括整個流程中各個單元設(shè)備的物料流量（投料量）、組成、溫度壓力等，并且提出控制方案（與儀表控制專業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來。 (9) 制定切實可靠的安全生產(chǎn)措施。在工藝設(shè)計中要考慮到開停車、長期運轉(zhuǎn)和

39、檢修過程中可能存在各種不安全因素，根據(jù)生產(chǎn)過程中物料性質(zhì)和生產(chǎn)特點，在工藝流程和裝置中，除設(shè)備材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的安全措施外，在流程中應在適宜部位上設(shè)置事故槽、安全閥、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產(chǎn)。 (10) 保溫、防腐的設(shè)計。這是在工藝流程設(shè)計中的最后一項工作，也是施工安裝時最后一道工序。流程中應根據(jù)介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設(shè)備是否需要保溫和防腐。 三、工藝流程設(shè)計的基本方法——方案比較 一個優(yōu)秀的工程設(shè)計只有在多種方案的比較中才能產(chǎn)生。進行方案比較首先要明確判據(jù)，工程上常用的判據(jù)有產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、工程投資等。此外，也要考慮

40、環(huán)保、安全、占地面積等因素。 進行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。這里應強調(diào)指出，過程的操作參數(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設(shè)計者是不能變更的。設(shè)計者只能采用各種工程手段和方法，保證實現(xiàn)工藝規(guī)定的操作參數(shù)。 工業(yè)生產(chǎn)中，一個過程往往可以有多種方法來實現(xiàn)，例如液固混合物的分離，可以用離心、沉降、壓縮和真空過濾等方法；含濕固體的干燥，可以用氣流、雙錐、滾筒、箱式、沸騰等干燥方法，這些也都需要進行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。 第三節(jié)? 工藝流程圖 一、工藝流程圖概述 把各個生產(chǎn)單元按照一定的目的要求，有機地組合在一起，形成一個完整的生產(chǎn)工藝過程，并用圖形描繪出來

41、，即是工藝流程圖。 化工工藝圖中，屬于工藝流程圖性質(zhì)的圖樣有若干種，它們都用來表達工藝生產(chǎn)流程。由于它們的要求各不相同，所以在內(nèi)容、重點和深度方面也不一致，但這些圖樣之間是有密切聯(lián)系的。工藝流程圖一般有如下幾種。 1．全廠總工藝流程圖或物料平衡圖 總工藝流程圖是在煉油化工廠設(shè)計中，為總說明部分提供的全廠流程圖樣。對綜合性化工廠則稱全廠物料平衡圖。圖上各車間（工段）用細實線畫成長方框來示意。流程線只畫出主要物料，用粗實線表示。流程方向用箭頭畫在流程線上。圖上還注明了車間名稱，各車間原料、半成品和成品的名稱、平衡數(shù)據(jù)和來源、去向等。 2．物料流程圖 物料流程圖是在全廠總工藝流程圖基礎(chǔ)上，

42、分別表達各車間內(nèi)部工藝物料流程的圖樣。在流程上標注出各物料的組分、流量以及設(shè)備特性數(shù)據(jù)等。 3．工藝管道及儀表流程圖 工藝管道及儀表流程圖是以物料流程圖為依據(jù)，內(nèi)容較為詳細的一種工藝流程圖。在管線和設(shè)備上畫出配置的某些閥門、管件、自控儀表等的有關(guān)符號。 二、工藝流程草圖 工藝流程草圖亦稱方案流程圖、流程示意圖、流程簡圖，是用來表達整個工廠或車間生產(chǎn)流程的圖樣。它是設(shè)計開始時供工藝方案討論常用的流程圖，亦是工藝流程圖設(shè)計的依據(jù)。 當生產(chǎn)方法確定以后，就可以開始設(shè)計繪制流程草圖。因為它只是為將要進行的物料衡算和部分設(shè)備計算和能量衡算服務的，并不編入設(shè)計文件中，所以繪制時不需在繪圖技術(shù)上多

43、花費時間，而要把主要精力用于工藝技術(shù)問題上。在繪制流程草圖時尚未進行定量計算，因而它只是定性地標出由原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的變化，流向順序以及生產(chǎn)中采用的各種化工單元及設(shè)備。 生產(chǎn)工藝流程草圖一般由物料流程、圖例和設(shè)備一覽表等三個部分組成。 1．物料流程 (1) 設(shè)備示意圖。圖中的設(shè)備只畫出大致輪廓和示意結(jié)構(gòu)，甚至畫一個方框代替也可以。設(shè)備的相對位置高低也不要求準確，備用設(shè)備在流程草圖中一般省略不畫。但設(shè)備一般都要編號，并在圖紙空白處按編號順序集中列出設(shè)備名稱。 (2) 流程管線及流向箭頭。流程草圖中應畫出全部物料管線和一部分動力管線（如水、蒸汽、壓縮空氣和真空等）。物料管線用粗實線畫出，動力

44、管線用中粗實線畫出。在管線上用箭頭表示物料的流向。 (3) 文字注解 ①在流程圖的下方或圖紙的其他空白處列出各設(shè)備的編號和名稱。 ②在管線的上方或右方用文字注明物料的名稱。 ③在流程線的起始和終了處注明物料的名稱來源及去向。 2．圖例 圖例中只須標出管線圖例。閥門、儀表等無須標出。 3．設(shè)備一覽表 設(shè)備一覽表也只包括序號、位號、設(shè)備名稱和備注，有時可省略設(shè)備一覽表和圖框。工藝流程草圖是一種示意性的從左至右的展開圖。 三、工藝管道及儀表流程圖 工藝管道及儀表流程圖又稱施工流程圖或帶控制點的工藝流程圖。與之配套的尚有輔助管道及儀表流程圖、公用系統(tǒng)管道及儀表流程圖。它是由工藝人員

45、和自控人員合作進行繪制的，在初步設(shè)計和施工圖設(shè)計中都要提供這種圖樣。 工藝管道及儀表流程圖是在工藝流程草圖和物料流程圖的基礎(chǔ)上繪制的，它是設(shè)備布置和管道布置設(shè)計的依據(jù)，并可供施工、安裝、生產(chǎn)操作時參考。 （一）比例與圖幅 工藝管道及儀表流程圖可以車間（裝置）或工段（分區(qū)或工序）為主項進行繪制，原則上一個主項繪一張圖解，如圖2-4所示即以一個工段為主項繪制的圖樣。若流程復雜，一個主項也可以分成數(shù)張（或分系統(tǒng)）繪制但仍算一張圖樣，且需使用同一個圖號，但要注明各是該圖號圖紙總張數(shù)的第幾張。必要時也可適當縮小比例進行繪制。 (1) 比例。圖上的設(shè)備圖形及其高低間相對位置大致按1:100或1:2

46、00的比例進行繪制，流程簡單時也有用1:50的比例。整個圖形因展開等種種關(guān)系，實際上并不全按比例繪制，因此在標題欄中的“比例”一欄，不予注明。 (2) 圖幅。由于圖樣采用展開圖形式，圖形多呈長條形，因而以前的圖紙幅面常采用標準幅面加長的規(guī)格。加長后的長度以方便閱讀為宜。近年來，考慮到圖樣繪讀使用和底圖檔案保管的方便，有關(guān)標準已有統(tǒng)一規(guī)定，一般均采用A1圖幅，特別簡單的可采用A2圖幅，且不宜加長或加寬。 （二）設(shè)備的表示方法 1.設(shè)備的畫法 (1)圖形?；ぴO(shè)備在圖上一般按比例用細實線（b/3）繪制，畫出能夠顯示形狀特征的主要輪廓。 (2)相對位置。設(shè)備間的高低和樓面高低的相對位置，一

47、般也按比例繪制。低于地面的需相應畫在地平線以下，盡可能地符合實際安裝情況。對于有位差要求的設(shè)備，還要注明其限定尺寸。 (3)相同系統(tǒng)（或設(shè)備）的處理。兩個或兩個以上相同的系統(tǒng)（或設(shè)備），一般應全部畫出。只畫出一套時，被省略部分的系統(tǒng)，則需用細雙點劃線繪出矩形框表示?？騼?nèi)注明設(shè)備的位號、名稱，并繪出引至該套系統(tǒng)（或設(shè)備）的一段支管。 2.設(shè)備的標注 (1)標注的內(nèi)容。設(shè)備在圖上應標注位號及名稱。 (2)標注的方式。設(shè)備的位號、名稱一般標注在相應設(shè)備的圖形上方或下方，即在圖紙的上端及下端兩處，各設(shè)備在橫向之間的標注方式應基本排成一行。 （三）管道的表示方法 圖上一般應畫出所有工藝物料和

48、輔助物料（如蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水等）的管道。當輔助管道系統(tǒng)比較簡單時，可將其總管繪制在流程圖的上方，其支管則下引至有關(guān)設(shè)備；當輔助管道系統(tǒng)比較復雜時，待工藝管道布置設(shè)計完成后，另繪輔助管道及儀表流程圖予以補充，此時流程圖上只繪出與設(shè)備相連接位置的一段輔助管道（有時包括操作所需要的閥口等），如圖2-4所示。圖上各支管與總管連接的先后位置應與管道布置圖一致。公用管道比較復雜的系統(tǒng)，通常還需另繪公用系統(tǒng)管道及儀表流程圖。 1．管道的畫法 管道畫法的原則規(guī)定可參閱國家標準和化工行業(yè)有關(guān)規(guī)定。 2.管道的標注 每段管道上都票有相應的標注，一般橫向管線標注在管線的上方，豎向管線則標注在管線的左方

49、；若標注位置不夠時，可將標注中的部分內(nèi)容移至管線下方或右方。不得已時，也可用指引線引出標注。標注內(nèi)容應包括三個組成部分：即管道號、管徑和管道等級。 當未采用管道等級及與之配套的材料選用表時，管道標注中的公制管需注外徑×厚度；對隔熱（或隔音）的管道，則將隔熱（隔音）代號注在管徑之后。 （四）閥門與管件的表示方法 (1)圖形符號 (2)字母代號表示被測變量和儀表功能的字母代號。 (3)儀表位號在檢測控制系統(tǒng)中，一個回路中的每一個儀表（或元件）都應標注儀表位號。 在管道及儀表流程圖中，標注儀表位號一的方法是將字母代號填寫在圓圈的上半部分，數(shù)字編號填寫在圓圈的下半部分。 ?????

50、第四節(jié)? 典型設(shè)備的自控流程 本節(jié)介紹常用的化工典型設(shè)備（泵、換熱器、反應釜、蒸餾塔）的自控流程。 一、泵 1．離心泵 離心泵的流量調(diào)節(jié)一般是采用出口節(jié)流的方法，但也可以使用旁路調(diào)節(jié)方法，旁路調(diào)節(jié)耗費能量，但調(diào)節(jié)閥的尺寸比直接節(jié)流的小是它的優(yōu)點。 在離心泵設(shè)有分支路時，即一臺泵要分送幾支并聯(lián)管路時，可采用分支調(diào)節(jié)方案。 2．容積式泵（往復泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等） 當流量減小時容積式泵的壓力急劇上升，因此不能在容積式泵的出口管道上直接安裝節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)流量，通常采用旁路調(diào)節(jié)或改變轉(zhuǎn)速、改變沖程大小來調(diào)節(jié)流程。 3．真空泵 真空泵可采用吸入支路調(diào)節(jié)和吸入管阻力調(diào)節(jié)的方案。

51、 二、換熱器 換熱器的溫度控制方案。 (1)調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)流量，用流體1的流量作調(diào)節(jié)參數(shù)來控制流體2的出口溫度。 (2)調(diào)節(jié)傳熱面積，適用于蒸汽冷凝換熱器，調(diào)節(jié)閥裝在凝液管路上。 (3)分流調(diào)節(jié)，在用工藝流體作載熱體回收熱量時或冷卻水流量不允許改變時，兩個流量都不能調(diào)節(jié)。此時可利用三通閥使其中一個流體走分路，使部分流體走旁路。 三、反應釜 人工手動控制的間歇反應器的PI流程比較簡單。加料、反應和出料皆由人工操作控制，主要控制指標是反應溫度（壓力）和反應時間。 自動控制的間歇反應器的PI流程要復雜得多，控制質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率都要高得多。 1．進出料管道 釜頂左部為各種原料及試壓氮氣

52、等進料管道，水和單體自動計量手動遙控進料。在進料總管中部串聯(lián)一切斷閥（球閥），進料完畢后關(guān)閉球閥，各管道就形成二道切斷閥的密封。安全閥前不能有閥，故它裝在切斷閥與進口之間。 2.軸封系統(tǒng) 攪拌軸的密封是釜式反應器的關(guān)鍵問題之一，機械密封是可高而先進的動密封結(jié)構(gòu)，為了保障它的正常工作必須配有液封與冷卻系統(tǒng)。 密封液罐旁為攪拌電機的運轉(zhuǎn)電流的指示、記錄和過載報警回路。 3．溫度控制 間歇反應的溫度控制是分階段周期性變化的，熱負荷也隨著反應時間而變化，這都造成溫度控制的困難。為此，設(shè)置了熱水升溫、工業(yè)水或冷凍水冷卻共三套系統(tǒng)。 循環(huán)水量大則進出口溫差小和傳熱系數(shù)高（流速快），使釜內(nèi)各點的

53、溫度更為均勻，水的流量大還能減少對象的容量滯后。水量恒定可以減少冷卻水流量變化這個干擾因素，這些都有助于調(diào)節(jié)質(zhì)量的提高。 四、蒸餾塔 蒸餾是化工廠應用極為廣泛的傳質(zhì)過程。以下將簡單討論蒸餾塔的基本控制方案及管道儀表流程實例。 （一）蒸餾塔的基本控制方案 蒸餾塔的控制方案很多，但基本形式通常只有兩種。 (1)按精餾段指標控制取精餾段某點成分或溫度為被調(diào)參數(shù)，而以回流量壇、餾出液量D或塔內(nèi)蒸氣量VB作為調(diào)節(jié)參數(shù)。 (2)按提餾段指標控制當對釜液的成分要求較之對餾出液為高時，例如塔底為主要產(chǎn)品時，常用此方案。如對塔頂和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量要求相近，又是液相進料，也往往采用此方案。 （二）塔頂

54、的流程與調(diào)節(jié)方案 前面所講的只是原則性的控制方案，具體的方案可按塔頂、塔底及進料系統(tǒng)分別考慮。塔頂方案的基本要求是：把出塔蒸氣的絕大部分冷凝下來，把不凝性氣體排走；調(diào)節(jié)LR和D的流量和保持塔內(nèi)壓力穩(wěn)定。 （三）塔底的流程與調(diào)節(jié)方案 ????????????????????????????????????????????????? 第三章? 化工計算 第一節(jié)? 化工過程及過程參數(shù)? 化工計算主要是應用守恒定律來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題。在進行計算時，必須熟悉有關(guān)化工過程的一些術(shù)語及基礎(chǔ)知識。例如，對合成氨或環(huán)氧乙烷生產(chǎn)過程作物料衡算和能量衡算，則首先需要了解有關(guān)合成氨或環(huán)

55、氧乙烷生產(chǎn)的基本原理、生產(chǎn)方法和工藝流程，然后，才能以示意圖的形式表示出整個化工過程的主要設(shè)備及全部進、出物流，并選定所需溫度、壓力或物料組成等條件，再逐一進行計算。由此可見，必須具有化工過程方面的基礎(chǔ)知識，才能進行物料和能量衡算。 主要內(nèi)容包括： l??????????? 化工過程； l??????????? 化工工藝流程； l??????????? 化工過程開發(fā)； l??????????? 化工過程基本參數(shù)——溫度、壓力、流量、化學組成等基本概念。 1－1?? 化工過程 所謂化工過程，是指由原料經(jīng)化學處理和物理處理加工成化學產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。它包括許多工序，每個工序又

56、由若干個或若干組設(shè)備（如反應器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔，分離器、換熱器及輸送設(shè)備等等）組合而成。物料通過各設(shè)備時，完成某種化學或物理處理，最終成為合格的產(chǎn)品。 化工過程中的各種設(shè)備所進行的主要操作可歸納為下列幾類：1.化學反應；2.分離或提純，3.改變溫度，4.改變壓力，5.混合等。各類操作的作用簡述如下。 1、化學反應?；瘜W反應是整個化工過程的核心。一種化學反應是否能在工業(yè)上付諸實現(xiàn)取決于許多因素，如平衡收率（即反應系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)時，加入的原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的數(shù)量）、反應速度、控制或減少副反應的可能性等。 2、分離或提純?；どa(chǎn)中的分離過程就是將兩種或兩種以上組分的混合物分成純的或比較

57、純的組分。由于生產(chǎn)中的化學反應過程常常存在副反應、反應不完全或使用溶劑等方面原因，使原料經(jīng)反應后得到的產(chǎn)物往往不是一種純的產(chǎn)物，而是幾種組分的混合物，必須經(jīng)分離或提純后，才能成為較純的產(chǎn)品。 分離過程通常只是一種物理過程，不發(fā)生化學反應。它是利用物質(zhì)在相變化過程中某些物理性質(zhì)（如沸點、熔點、溶解度等）的差異來進行的。如蒸餾是基于不同組分揮發(fā)度或沸點的不同；結(jié)晶是基于熔點或溶解度的不同；溶劑萃取是基于一種物質(zhì)在兩種互不相溶的液體中溶解度的不同等。 3、改變溫度?；瘜W反應速度和收率、物質(zhì)的相態(tài)變化（如蒸氣的冷凝、液體的氣化或凝固、固體的熔化等）以及物質(zhì)的其他物理性質(zhì)變化（如粘度、溶解度、表面張

58、力等）等均與溫度有密切的關(guān)系，改變溫度可調(diào)節(jié)以上各性質(zhì)達到所需的要求。 物質(zhì)的加熱都要消耗能量。所以，回收熱量使熱量充分利用，是化工廠提高經(jīng)濟效益的一個重要措施。例如，要將原科加熱到反應溫度則需要熱量。而反應器排出的是熱的產(chǎn)物，此部分熱量可回收利用，這就可以把原料先與熱的反應產(chǎn)物進行換熱，回收部分熱量，然后再將其加熱到反應溫度。 4、改變壓力?；瘜W反應的反應物或生成物中如有氣體時，改變壓力對平衡收率有影響。例如，合成氨反應N2＋3H2＝2NH3，壓力增高，氨的平衡產(chǎn)率就增加。除此之外物質(zhì)的相態(tài)變化，如蒸氣冷凝或液體氣化等與壓力亦有密切關(guān)系。當用泵或壓縮機輸送流體時，壓力用于克服設(shè)備和管線中

59、的阻力。 5、混合。混合是與分離相反的一個過程。在化工生產(chǎn)中，常常需要將兩種或兩種以上物質(zhì)混合在一起。通常，混合不消耗能量，只有為了加速混合使用攪拌器時，才消耗少量能量。 化工過程中的每一個設(shè)備進行上述一種或幾種操作。設(shè)計化工過程，就是設(shè)計以上一系列操作，將其適當?shù)?、合理地組合起來，以改變原料的化學和物理性質(zhì)，使之能夠生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。把完成這些操作的設(shè)備串連組合起來，就成為一個化工過程。 通常，發(fā)現(xiàn)一種新的化學反應使之實施于生產(chǎn)或開發(fā)一個新的化工過程，從技術(shù)角度來考察，它主要決定于下述三類因素： （1）化學工藝因素——反應體系本性、溫度、壓力、組成、催化劑等操作條件以及體系的反應速度、

60、轉(zhuǎn)化率、循環(huán)比等。 （2）化學工程因素——體系的物性、相態(tài)、熱性質(zhì)、傳遞性質(zhì)、傳熱傳質(zhì)方式、物料（流體及固體）輸送、反應技術(shù)、分離技術(shù)等。 （3）機械設(shè)備、儀表及控制手段——設(shè)備材料、制造、貯運、安裝、維修、檢測、備品備件、正常操作及事故處理等。 應該指出，在決定化工過程時，上述諸因素是密切相關(guān)的，其中不少因素還是互相矛盾和制約的。需要對過程進行分析實行最優(yōu)化，其中包括很多單個過程的最優(yōu)化，最后使過程的總費用為最低。 但是，決定一個具體的化工過程，除考慮其技術(shù)上的可行性外，還必須符合國家的政治、經(jīng)濟政策方針。諸如資源、環(huán)境、能源、勞動保護、工業(yè)布局等因素，并使之獲得最佳的經(jīng)濟效益。

61、? 1－2?? 化工工藝流程 化工過程常用流程圖來表示。所謂流程圖，就是把生產(chǎn)過程中物料經(jīng)過的設(shè)備按其形狀畫出示意圖，并畫出各設(shè)備之間的主要物料管線及其流向。簡化的流程圖可以用方框來表示設(shè)備或設(shè)備組，稱方框流程圖。在工藝流程設(shè)計中，還有其他類型的流程圖，如表明物料量的物料流程圖、以裝置為單元的裝置流程圖、以管線為主的管線流程圖以及帶測量儀表控制點的流程圖等。 工藝流程圖能簡明、扼要的表明化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，看來一目了然。從工藝流程圖可以初步了解生產(chǎn)方法、生產(chǎn)過程以及各主要物料的來龍去脈。在解物料和能量衡算題時，也需要用圖來表示各設(shè)備之間的物料關(guān)系。因此，學會用流程圖來表達化工過程，對工程

62、技術(shù)人員是一項基本訓練。 ? 1－3?? 化工過程開發(fā) 化工過程開發(fā)是指一個化學反應從實驗室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全部過程。 化工過程開發(fā)，首先是決定子化學反應的可能性、轉(zhuǎn)化率及反應速度是否具有工業(yè)價值，產(chǎn)物分離的難易程度以及機械、設(shè)備、材料是否可行。當然，最終取決于是否有經(jīng)濟效益。 化工過程開發(fā)的第一步就是要設(shè)計一個流程圖。由于化學反應或產(chǎn)物的分離可用不同的方法來完成，因此，設(shè)計流程時，必須選擇一個安全、可靠、經(jīng)擠效益高的最佳方案。 ? 1－4?? 過程參數(shù) 在化工生產(chǎn)過程中，能影響過程運行和狀態(tài)的物理量，如溫度、壓力、流量及物料的百分組成或濃度等，在指定條件下它的數(shù)值恒定，

63、條件改變其數(shù)值也隨之變化，這些物理量稱為過程參數(shù)。這些參數(shù)也常作為控制生產(chǎn)過程的主要指標。 進行化工計算時，上述參數(shù)是基本數(shù)據(jù)，可以直接測定。對一些不易直接測定的參數(shù)，可找出與容易測定的參數(shù)之間的關(guān)系，通過計算求得，有時也可以根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)選定。 主要介紹溫度、壓力、流量及物料的百分組成或濃度等參數(shù)的基本概念及計算方法。 ??????????????????????????????????????????????? 第二節(jié) 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)? 在化工計算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計中，必不可少地要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。例如，進行化工過程物料與能量衡算時，需要用到密度或比容、沸點、蒸汽壓、燴、

64、熱容及生成熱等等的物性數(shù)據(jù)；設(shè)計一個反應器時，則需要知道化學反應熱的數(shù)據(jù)；計算傳熱過程時，需要導熱系數(shù)的數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)習慣上稱為“化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”，它是由物料本身的物理化學性質(zhì)所決定的。因此，又被稱作“物化數(shù)據(jù)”或“物性數(shù)據(jù)”。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括很多，現(xiàn)將常用的一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大致歸納成以下幾類： (1) 基本物性數(shù)據(jù)—如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。 (2 )熱力學物性數(shù)據(jù)—如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。 (3) 化學反應和熱化學數(shù)據(jù)—如反應熱、生成熱、燃燒熱、反應速度常數(shù)、活化能，化學平衡

65、常數(shù)等。 (4) 傳遞參數(shù)—如粘度、擴散系數(shù)、導熱系數(shù)等。 通常這些數(shù)據(jù)可用下列方法得到： 1、查手冊或文獻資料 有關(guān)常用物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)，前人已系統(tǒng)地進行歸納總結(jié)，從表格或圖的形式表示。這些致?lián)蓮挠嘘P(guān)的化學化工類手冊或?qū)I(yè)性的化工手冊中查到。 2、估算?？梢詰梦锢砗突瘜W的一些基本定律計算各種物質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)。 3、用實驗直接測定。 以上三種數(shù)據(jù)來源，從手冊或文獻中查得數(shù)據(jù)最方便，但往往有時數(shù)據(jù)不夠完整，有時也會出現(xiàn)一些錯誤。用一些理論的、半經(jīng)驗的和經(jīng)驗的公式估算，也是一種簡便的方法。當手冊或文獻中無法查得時，可以進行估算。直接用實驗測定得到的數(shù)據(jù)最可靠，只是實驗比較費時間又花錢

66、。但是，如果查不到有關(guān)數(shù)據(jù)，而用公式估算得到的結(jié)果精度又不夠時，則必須用實驗進行測定。 近年來，隨著電子計算機的迅速發(fā)展，應用計算機儲存、檢索和推算物性數(shù)據(jù)日益增多。一些大型化工企業(yè)、研究部門和高等院校都相應建立了物性數(shù)據(jù)庫，以便于通過計算機自動檢索或估算所要求的數(shù)據(jù)，而不必自行查找或計算，大大節(jié)省了時間和精力。 ? 第三節(jié) 物料衡算? 物料衡算是化工計算中最基本、也是最重要的內(nèi)容之一，它是能量衡算的基礎(chǔ)。一般在物料衡算之后，才能計算所需要提供或移走的能量。通常，物料衡算有兩種情況，一種是對已有的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，利用實際測定的數(shù)據(jù)，算出另一些不能直接測定的物料量。用此計算結(jié)果，對生產(chǎn)情況進行分析、作出判斷、提出改進措施。另一種是設(shè)計一種新的設(shè)備或裝置，根據(jù)設(shè)計任務，先作物料衡算，求出進出各設(shè)備的物料量，然后再作能量衡算，求出設(shè)備或過程的熱負荷，從而確定設(shè)備尺寸及整個工藝流程。 物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個孤立物系中，不論物質(zhì)發(fā)生任何變化，它的質(zhì)量始終不變（不包括核反應，因為核反應能量變化非常大，此定律不適用）。 ? 3－1?? 物料衡算式 1、化工過程的類