必威体育精装版工业设计基础工业化学教案.ppt

第五章 工艺设计基础 化工工艺设计是化工过程设计的核心，其目的是：确定生产过程的工艺条件和相关设备的一系列工程技术问题，具体地体现施工建厂的总体要求。 按照目的的不同，化工设计可分为两类，一类是过程开发中的概念设计、中试设计、基础设计。另一类是以建厂为目标的工程设计，包括初步设计、技术设计、施工设计。基础设计是过程开发的成果形式，是一项专利技术。在深度上，基础设计与初步设计相当，在内容上后者比前者广泛。 第一节 过程开发设计 一、概念设计 概念设计是在评价小试研究结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。其目的一是评价过程研究成果，从工程研究角度向过程研究提出要求；二是为经济评价提供素材与依据，展示开发对象的经济前景。有时，概念设计的基础是理论思维的成果或概念、观念。 概念设计主要包括以下内容。 1、合成工艺流程 实验室研究一般多侧重于化学反应过程，对反应过程的前后处理工序，则考虑较少。要把实验室取得的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。尽管此时设计的依据不构充分，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方案一般以方框图表示。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达各工序或设备之间的连接关系。 2、工艺方案说明 工艺方案说明包括设计目标，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。 用工艺方案说明和工艺流程相配合，应能说明设计工艺路线的特征和其实施的可行性。 3、提出问题 提出问题一般是在工艺方案说明中单列阐述。它是多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。 4、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、成本和赢利等。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还不齐全，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。 5、确定主要生产设备 关于设备选型在小试是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。 设备选型是概念设计方案不能缺少的内容之一。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的狭小空间，有利于促进实验室研究与工艺化生产的结合。 二、中试设计 中试通常是在概念设计的基础上进行的，中试设计的任务、目标及主要设计依据是来自于概念设计。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。 中试是过程研究的一个重要环节，其工艺装置介于小型工艺试验与工业装置之间，是工程开发与研究的基础。 中试装置的设计除了满足必须中间试验的主要目的外，中试设计面临的主要问题是资金的投入与时间两个问题。中试规模越大，越完整，试验时间越长，实验内容越广，向工程研究提供的信息也越可靠，但周期也越长，代价也越高。因此，在中试设计时要先作一些粗略的估计，然后再确定中试规模及完整性。只要允许，应尽可能做得小些。 中试装置用的仪表应尽量与大型装置用的一致，测量点数目、控制范围及仪表精度远远超过工业装置的要求。 3、基础设计 基础设计是在中试之后进行的详细工艺方案设计。它的任务是检验中试成果和完成工业设计中的基础内容。在化工过程开发的基础设计阶段，已经到了开发工作后期，此时所取得的技术经济信息应已经完全，而设计的内容则远比概念设计全面和准确。基础设计的内容如下： （1）设计说明：包括设计依据，技术来源，生产规模，原材料规格，辅助材料要求，产品规格及环境条件等； （2）工艺流程图和流程说明：流程说明包括物