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(yīng)進行概念設(shè)計。概念設(shè)計的規(guī)模應(yīng)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)。基礎(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(yīng)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(wù)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(wù)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(yīng)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(yù)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(wù)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(wù)書的依據(jù)，應(yīng)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(yù)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(yīng)； 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(yīng)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(wù)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(yù)測。包括國內(nèi)外需求情況預(yù)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(yīng)。 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(wù)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(wù)書以作為設(shè)計項目的依據(jù)。設(shè)計任務(wù)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(wù)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(yù)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(wù)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(yīng)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(wù)書。全面深入地正確領(lǐng)會設(shè)計任務(wù)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(yīng)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(yīng)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)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(yīng)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(wù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)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(yīng)方程式。寫出方程式，注明化學反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)按以下三類材料進行編制。 (14)管口方位圖。管口方位圖應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)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(yīng)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(yīng)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(wù) 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(wù)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(yīng)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(yīng)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(wù)（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(yīng)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(yīng)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(yù)定作用，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)處理過程、反應(yīng)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(yīng)過程為中心。根據(jù)反應(yīng)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(yīng)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(yīng)過程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應(yīng)裝置上增加相應(yīng)的適當措施。如果反應(yīng)需要在催化劑存在下進行，就須考慮催化反應(yīng)的方式和催化劑的選擇。一般說確定主反應(yīng)過程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結(jié)果?，F(xiàn)有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復雜。 (2) 原料預(yù)處理過程。在主反應(yīng)裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應(yīng)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(yīng)根據(jù)需要采取預(yù)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(yīng)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(yù)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(yīng)原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應(yīng)過程的特點，實際反應(yīng)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(yīng)，還生成了副產(chǎn)物。 ②由于反應(yīng)時間等條件的限制或受反應(yīng)平衡的限制，以及為使反應(yīng)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(yīng)需要的，在原料的預(yù)處理中并未除凈，因而在反應(yīng)中將會帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參與反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yù)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(yīng)原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理。由于反應(yīng)不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來，一般應(yīng)循環(huán)回到反應(yīng)設(shè)備中繼續(xù)參與反應(yīng)。 (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(yīng)盡量綜合利用，變廢為寶，加以回收。無法回收的應(yīng)妥善處理?！叭龔U”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)基本排成一行。 （三）管道的表示方法 圖上一般應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)釜 人工手動控制的間歇反應(yīng)器的PI流程比較簡單。加料、反應(yīng)和出料皆由人工操作控制，主要控制指標是反應(yīng)溫度（壓力）和反應(yīng)時間。 自動控制的間歇反應(yīng)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(yīng)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(yīng)的溫度控制是分階段周期性變化的，熱負荷也隨著反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)；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(yīng)。化學反應(yīng)是整個化工過程的核心。一種化學反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速度、控制或減少副反應(yīng)的可能性等。 2、分離或提純。化工生產(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(yīng)過程常常存在副反應(yīng)、反應(yīng)不完全或使用溶劑等方面原因，使原料經(jīng)反應(yīng)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(yīng)。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(yīng)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(yīng)溫度則需要熱量。而反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物進行換熱，回收部分熱量，然后再將其加熱到反應(yīng)溫度。 4、改變壓力?；瘜W反應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)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)亍⒑侠淼亟M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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的可能性、轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器時，則需要知道化學反應(yīng)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(yīng)和熱化學數(shù)據(jù)—如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)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。可以應(yīng)用物理和化學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(yīng)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(yīng)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(wù)，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(yīng)，因為核反應(yīng)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