第二章工艺开发与工艺设计概述.ppt

第二章 工艺开发与工艺设计概述 教学重点： 工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容 教学难点： 工艺路线选择的原则及顺序 初步设计及施工设计的基本内容。 2.1工艺过程开发及工艺路线选择 2.2 工艺设计的内容及设计文件 2.3 工艺设计中的全局性问题 过程工业是以装置为中心进行生产的工业,整个生产工艺过程都在装置内完成。生产工艺是过程装置的软件，过程装置是实施生产工艺的硬件，因此一座工厂或一套装置设计的核心是工艺设计，它决定了整个设计的概貌，看一个工厂是否先进，首先看它的工艺是否先进。 2.1工艺过程开发及工艺路线选择 举真实工程实例说明 2.1.1 工艺过程开发程序 信息研究 实验性研究 可行性研究(1) 小试 模型试验 中试 概念设计 可行性研究(3) 可行性研究(2) 初步设计 施工设计 施工 过程研究 工程设计研究 图2-1 过程工业新产品开发的基本步骤 第一阶段：方案的提出 (一)信息研究 必要性:市场对开发产品的需求量，开发产品与国民经济其他部门的关系，市场前景，收益估算，社会效益以及环境污染情况等。 可行性:评估科研水平、社会条件及完成该项目的可能性。 信息研究是开发新产品的第一步。若通过信息研究认为所开发的技术能带来显著的经济效益或重大的社会效益，才值得投资进行研究与开发。否则即可就此终止。 (二)实验性研究 工艺方法：如原料路线、生产路线等研究； 工艺条件：温度、压力、转化率、主副反应特点、催化剂等研究； 物料平衡、能量平衡和生产成本估算； 原材料、半成品和产品的质量的研究； 产品用途。 (三)第一次可行性研究 1、技术上是否可行 原料是否可行、可靠（原料费约等于三分之二生产费用） 技术路线的可靠性（生产安全、操作简便、操作条件弹性大，生产环节少，不易出现故障） 技术路线的先进性（各种技术指标，如转化率、选择率、能耗、设备生产强度、劳动和产率等的高低） 2、经济上是否可行 指投资、人力、生产费用等支出同产品销售的收入作比较，估算可能获得的经济效益和投资回收情况。 3、环境上是否可行 应评估“三废”治理程度及其对环境的影响 *三废——废水、废气、废渣 结论：通过对技术、经济和环境的评估，做出该产品是否值得继续开发的决定。如果行，则转入第二阶段。 第二阶段：方案设计与论证 (一)小试 1、制造样品 在此过程中，对制造工艺、制造条件及控制方法进研究，对原料、产品进行研究，最终编制初步的物料衡算和能量衡算，提出“三废”治理初步方案。 2、与实验性研究比较 理论研究 使用生产时采用的反应器类型 反应器 不一定用生产时采用的原料 使用生产时采用的原料 原料 更小 更大 规模 粗略 细致、具体 工艺条件 实验性研究 小试 结论：小试时，要通过不断改变操作条件提高反应的转化率、选择率等；并试验出分离提纯的初步方法。 (二)概念设计 1、目的 2、内容 把小试成果和工作经验相结合，进行原则流程设计。 技术上，确定流程、工艺条件、主要设备型式、三废治理措施； 经济上，计算基本建设投资和产品成本等主要技术经济指标。 (三)第二次可行性研究 称作方案论证。其内容与第一次可行性研究差不多。在此之前由于有概念设计、物料衡算和能量衡算，对技术、经济的分析就比较准确。可进一步估算工厂规模、投资费用、成本及经济效益等。 第二次可行性研究也要作出开发应该中止或继续的决定。若继续进行，还应对下阶段的工艺和过程的研究提出指导性意见。 第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依据。 第三阶段：方案的审定 (一)模型试验 1、任务 2、内容 对数学模型法建立数学模型； 对部分解析法找出放大规律。 化学反应动力学模型（探讨反应机理，主、付反应）； 流动模型（通过冷模试验进行） ***冷模试验只研究物料的流动过程，而不研究化学反应，所以用空气代气体，水代液体，河沙代固体，并加入示踪剂，监测示踪剂浓度变化，建立数学方程，即流动模型。 (二)中试 1、定义 2、主要任务 3、最终目的 中试即中间试验的简称，介于小试和生产之间，如果生产规模较大，还需要进行若干逐级放大的中试。 考察从小试到中试的放大效应。 带控制点的工艺流程图、工艺参数、物料衡算和能量衡算的数据等。 (三)初步设计 总工艺流程，生产方法，工厂组成，总图布置，水、电、气的供应方式和用量，关键设备及仪表选型，全厂贮远方案，消防、劳动安全与工业卫生，环境保护及综合利用等。 1、定义 2、主要内容 根据中试结果而进行的生产规模的全面设计，是工程研究的终结，也是开发研究成果的表现形式。 举例：四川某聚酯公司的初步