十 设计概念[精选].doc

第十章 概念设计与基础设计 很多概念，自己抓重点看。 概念设计和基础设计是化工过程开发的两个重要工程研究步骤。前者在小试之后进行；后者在中试后进行。两者都是编制开发项目的工艺技术方案，但在设计内容的深度和广度上却有许多差别。 第一节 概念设计 概念设计是在评价小试研究成果的基础上依据小试提供的技术信息和所收集的技术经济资料，对开发项目的工业化方案提出的一个初步设想。由于概念设计是在化工过程开发初期提出的。此时，对于开发项目尚未取得深刻认识，所制定的工业化方案只能是粗略的。许多技术经济问题尚有待进一步研究确定。但设计目标与基础设计相同，必须从工业化实施的可行性考虑。 概念设计的主要内容如下。 一、合成工艺流程 实验室研究一般多侧重于化学反应过程，如评选催化剂、优化工艺条件、测定动力学和热力学参数等。至于对反应过程的前处理和后处理工序，在实验室研究中则较少考虑。有时在试验中虽然也涉及物料的分离与提纯操作，但因限于实验室条件，与工业生产的差距均较大。 要把实验室小试取得的研究成果转变成为一种工艺技术方案，就必然要考虑从原料到产品的整个生产过程运行的工艺流程。在工艺流程中不仅要考虑化学反应过程，而且也要考虑反应过程的前处理和后处理工序。尽管此时设计的依据还不够充分，但仍然需要通过理论分析和实践经验提出一个粗略的工艺流程方案。 概念设计的工艺流程一般多以方框图表示。有时在描述各工艺步骤的方框旁边标注该工艺步骤的方法和条件。如果在小试阶段已掌握了较多的技术信息，对于生产方法和生产设备可以大致确定，则可采用以设备型式的示意图来表示的工艺方案流程图。这种流程图比较形象直观；而且可以较准确的表述各工序或设备之间的连接关系。 二、工艺方案说明 工艺方案说明也是概念设计的重要内容，其中包括设计目标，已确定的原料路线和工艺方法，与国内外相同工艺和产品的比较，主要工艺步骤的工艺条件，由初步物料衡算和能量衡算确定的工艺指标，对该工艺路线的先进性、适用性和可靠性的评述，说明存在的问题以及有关投资和成本的粗略估算等等。 用工艺方案说明和工艺流程图相配合，应能说明设计工艺路线的特征和其实施的可行性。 三、提出问题 提出问题一般是在工艺方案说明中单列阐述。它是对设计中的工艺技术方案进行全面的分析和评价后提出的，指明该方案存在的问题和不足。在概念设计阶段，这是很重要的，从分析中可以发现实验室小试研究内容的遗漏或试验结论有误，必须将发现的问题返回小试重新研究；同时也可以发现小试研究不能解决的一些新问题，必须留待以后的模型试验或中试研究来解决，为以后研究内容的确定指明了方向和范围。 四、物料衡算和能量衡算 在概念设计中应粗略地提出一些主要的技术经济指标，如原料的单耗、能耗、投资、成本和盈利等等。这些指标的确定必须通过物料衡算和能量衡算。由于此时收集的计算数据尚不齐全，所进行的物料衡算和能量衡算都只可能是粗略地估算，但计算结果应能作为下一步骤研究或设计的依据。 物料衡算和能量衡算的结果一般也列入设计说明书中。有时还绘制物料的工艺流程图，将各工艺步骤的物料衡算结果注明在工艺流程图的每一个工艺步骤的旁边，以表示该步骤各种物料量的进、出关系和各种物料量沿工艺流程的变化情况。 五、确定主要生产设备 关于设备选型在小试时应把一些主要设备的基本选型提出来，通常是根据小试中的设备选型试验来确定。 在概念设计阶段所能确定的生产设备，主要是化学反应器的型式，至于与化学反应过程相配合的物料的分离与提纯设备、传热设备、流体输送设备，以及蒸发、干燥等其他设备，多数只能凭经验来确定。 设备选型是对化工生产过程所作的一次初步模拟，也是概念设计方案不可缺少的内容之一。尽管此时确定的设备构型在今后深入研究中可能还有变更。但设备选型的指导思想是从生产实际的需要出发来选择的，这项工作已走出了实验室研究的狭小空间，有利于促进实验室研究与工业化生产的结合。 六、设计中试装置 中试通常是在概念设计的基础上进行的，因为概念设计中已提出了中试需要考察的内容和需要通过中试测取的数据。这里所指的中试通常是把模型试验也包括在中试内容之中一起考虑的。故中试装置设计也就成为概念设计的内容。但中试装置设计有时也并不一定作为概念设计的内容之一，而是在概念设计之外单列进行的设计。但中试设计的任务、目标及主要设计依据仍然是来自于概念设计。 以上所述概念设计的内容已体现了实现工业化应当解决的一些技术经济问题。在化工过程开发中起到了承前启后的作用。 对于具体的概念设计，在其内容上也有主次和繁简程度的不同，其取舍主要决定于被开发过程的难易和对该过程的要求，应视具体情况来决定。 例10-1 环氧丙烷生产新工艺的概念设计[2] 解：环氧氯丙烷是生产聚氨酯的原料，其生产方法多采用氯醇法，反应步骤是： (1)次氯酸和丙烯反应生成氯丙醇 HC