工厂设计复习.docx

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工厂设计复习

以下材料仅供参考

第一章绪论

1、工厂设计课程的主要内容

①、化工厂设计及化工工艺设计；

②、化工技术经济分析与评价；

③、计算机辅助化工设计。

2、化学工业发展阶段：

①、古代化学工业：

从数千年前人类阳光晒盐、地下卤水煮盐开始，萌发了古老的化学工业。

②、近代化学工业：

从18世纪中叶，欧洲造纸、玻璃、肥皂的大规模生产开始，表明近代化学工业的形成。

③、现代化学工业：

上世纪40年代开始，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维工业的迅速发展，随着化工单元操作理论的日益成熟，在科学技术和生产规模二个层面上，揭示现代化学工业开始形成。

3、化工过程设计的目标:

确定最佳流程及最佳操作条件，达到最优投入产出比。

在定量计算的基础上，结合专家的经验，考虑安全、健康、环保的因素，确定出一个综合的设计方案。

4、化工过程设计的内容：

其基本核心内容是化工工艺设计，其附带内容是针对化工工艺设计，对它的配套部分如公用工程、外管设计等进行深入设计和完善。

5、化工过程设计发展方向

（1）复杂大型化工厂的设计

（2）柔性化工厂的设计

（3）自主创新设计

（4）与国际工程设计的接轨

我国化工设计院，原来的专业部门进行了相应的改革调整。

PID（ProcessInstrumentDiagram）带控制点的工艺仪表管道流程图

PFD（ProcessFlowsheetDiagram）过程物料流程图

UID（UtilityInstrumentDiagram）公用工程仪表管道流程图

UFD（UtilityFlowsheetDiagram）公用工程物料流程图

6、计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：

①、设计工作效率高②、规范性好③、设计水平高（可进行优化设计）

7、计算机辅助化工过程设计软件系统的发展方向（趋势）：

（1）、单元操作模块的种类数；

（2）、物性数据库的大小及数据的估算方法；

（3）、能处理的流股数量和组份数量；

（4）、计算技术方法（求解方法）；

（5）、能处理的流股相态（气、液、固、胶体、电解质等）；

（6）、软件系统的人性化界面及开放程度；

（7）、流程图形输入及识别技术。

8、化学工业绿色化的含义：

以“减量化、再利用、资源化”为基本原则，具体体现在：

（1）、减少化工过程的能耗、物耗；

（2）、减少有害物质的使用或生成；（3）、减少废弃物，并使废弃物在系统类在利用；（4）、尽量将排放的废弃物转化为可用的再生资源；（5）、尽量延长产品的生命周期。

*9、伦理学理念体现在：

（1）、自觉维护化工过程的安全；

（2）、自觉保护环境的意识；

（3）、自觉节约资源的意识；

（4）、对业主、化工厂操作人员、同事负责的精神。

*10、责任关怀制度的含义：

（1）、提高对安全、健康、环保、资源的认知和行动；

（2）、充分报道成绩、行动计划，但不回避缺陷；

（3）、与公众沟通，并倾听意见的日常化。

等等。

第二章概述

1、基建：

基本建设的简称，一个项目从设想到建成投产的过程。

2、项目建议书：

将收集到的有关项目的资料（信息）整理成文，由某地区、部门、企业向其上级主管部门提出的申请项目投资立项的文件。

3、项目建议书应该包括的主要内容

（1）、项目的背景、意义；

（2）、产品价格和市场需求预测分析；

（3）、产品方案和建设规模；

（4）、工艺技术路线和技术来源；

（5）、原料、燃料、动力、水的供应、运输，产品运输等；

（6）、厂址选择和厂址条件；

（7）、环保方案；

（8）、消防及安全措施；

（9）、工厂定员及人力资源来源；

（10）、投资估算、资金筹措方案；

（11）、基建及投资规划；

（12）、经济效益初步分析与评价；

（13）、结论及建议

4、项目建议书的实质：

想投资该项目的主体，将它前期收集的所有资料（信息），经过加工（初步定量计算、并结合专家经验）处理，按以上主要章节整理成一本文件。

其目的就是要打动上级决策者，让决策人下决心上该项目。

5、可行性研究的定义：

根据国家、地区、行业、部门的经济整体规划或布局，对拟建项目的技术、经济和工程、安全、环保等问题进行详细的研究与分析。

就该项目是否该建、是否缓建、如何建提出建议，为投资决策提供更可靠的依据。

6、计划任务书（设计计划任务书）定义：

由上级主管部门对拟建项目的地点、规模、投资、建设期、劳动定员等问题，下达的“规定性”文件。

它和可行性研究报告一起，共同作为项目的设计依据。

7、化工项目设计的“三段设计（设计的三个阶段）”：

初步设计（基础设计）,扩初设计（扩大的初步设计）,施工图设计（施工设计）

8、工艺包的定义：

工艺包是一个专用的技术名词，特指某个化工产品生产技术方面的全部技术文件的总和。

9、化工工艺设计的内容与步骤

10、内循环优化：

在流程结构不变的前提下，通过修改、调整流程内部的部分设备参数和操作参数，来对流程进行优化设计。

11、外循环优化：

在内循环优化不能满足优化目标的情况下，重新做流程组织，对流程结构进行改头换面的大变动，而达到对流程进行优化设计的目的。

12、设计、技术经济分析、计算机辅助化工设计三者之间的关系：

（1）、设计出一个或几个较优的流程是设计的最终目的；

（2）、技术经济分析是判断流程优劣的依据（标准）；

（3）、计算机辅助化工设计是设计的有力手段。

13、厂址选择是在基建的投资决策阶段必须解决的重要问题，由工艺系统专业部的总图专业牵头完成。

是项目建议书、可行性研究报告中必不可少的内容。

*14、化工厂厂址选址的几个基本原则

1）应符合国家、地区、行业、部门发展大局的需要；

2）应选在原料、燃料、动力充足，运输方便，产品销售便利的地区。

并在公用工程、生活设施有良好基础的地区；

3）化工厂厂址附件应该有良好、充足的水源；（化工类企业对水有强烈的需求依赖）

4）应该注意节约用地及占地种类，并考虑工厂发展的需要；

5）应考虑附近居民的安全与健康，厂址的气候及防灾害能力。

6）避免建在国家或地区的水利、历史、自然、文化等各类保护区。

此外，厂址地方的投资及税收政策、人力资源及成本、管理是否方便、协作关系等社会因素也应综合考虑。

15、厂址选择的基本方法：

方案比较法，评分优选法，最小运输费用法

16、总图布置的定义：

在全面掌握工厂工艺概况的前提下，结合厂区的各种内、外部条件，对化工厂的所有车间在厂址范围内进行合理的布局，以期获得安全、经济的人流及物流流动路线。

17、化工厂总图布置的几条基本原则

1、应尽量考虑生产工艺流程的要求，避免物流交叉，缩短物流路线。

并尽量减少人流和物流的交叉。

2、对公用工程有大需求的车间，应考虑其与外界的联系，并尽量靠近其供应源。

同时遵守“负荷集中”原则。

3、厂区内与外界有大运输量的车间应尽量布置在厂区外缘。

4、厂区内同类型或相似类型的车间应尽量集中布置。

（“同类集中”原则）

5、厂区布置应考虑防火、防爆及卫生健康的要求。

6、工厂布置应考虑工厂、车间发展的需要。

第三章物料衡算与热量衡算

*计算题：

自由度的判断与计算分析（见书例3.7，例3.8，例3.16）

物料衡算的见书例题1，2,3,4,5，6

1、物料衡算（MaterialBalance），简称“MB”

热量衡算（HeatBalance），简称“HB”

能量衡算（EnergyBalance），简称“EB”

物料衡算与能量衡算的联立计算（CombinedBalance），简称“CB”

化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系

（1）MB与HB之间的关系

MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解；

HB一般不能单独求解；（间壁式换热器除外）

当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。

（2）EB与HB之间的关系

流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下：

EB?

HB

（3）在HB计算中，压力对焓值的影响

热焓是状态函数，严格而言，它同时与温度和压力有关。

但温度对焓值的影响更加显着。

在压力水平不高且压力变化不大的化工流程中，一般认为焓值只是温度的函数，以简化计算。

2、MB、HB衡算计算的任务：

就是解MB、HB、其它方程组成的方程（组），求解出衡算范围内未知的流股变量和设备单元变量。

3、化工流程的操作状态及其对应的衡算计算基准

（1）、连续生产流程（稳态流程）

特点：

参数是位置的函数，而不随时间而变。

适用情况：

产量大，物系稳定性较好。

衡算计算基准：

时间基准（/s,/h,/d）

（2）、间歇生产流程（动态流程、批处理过程）

特点：

参数不仅是位置的函数，也是时间的函数。

适用情况：

产量小，物系稳定性较差，需要切开批次的过程。

衡算计算基准：

/批（/Batch）

（3）、半间歇半连续生产流程

特点：

间歇操作和连续操作同时出现在一个流程内。

适用情况：

物料流在流程内流量变化大；流程内有些物质稳定性好，有些物质稳定性较差。

4、化工流程的自由度≡流程变量总数－衡算方程数－已知变量数－已知其它关系式数

5、分流器的自由度分析有特殊性

分流器的特点：

①、其所有流股的组成相同；

②、无反应，各流股只是流量不相同

分流器的作用：

将一个流股拆分为几个组成相同、流量不同的分流股，分拆开的流股，一部分回流（recycle），一部分防空（purge）。

分流器单元的MB方程数的特殊性：

无论分流器牵涉到多少种组份，其独立MB方程只有1个。

6、一个流程是弹性设计，必需同时满足以下二个条件：

（1）、流程过程自由度必需是＋1；

（2）、流程的已知流股变量全部是强度性质（没有一个流量变量已知）。

7、计算基础的挑选原则：

（1）、放在自由度最小的单元上；

（2）、附带再考虑计算基准对相邻单元的影响。

*8、“变量置换”的概念：

如果一个流程中只有一个流股的流量已知，而且流程过程自由度为0，那么，可以将这个唯一已知的流股流量先假设为未知，使整个设计条件变成弹性设计，再通过选择弹性设计MB的计算基准，假设另外一个流股的流量已知，而达到简化MB计算的目的。

9、变量置换的目的。

变量置换后，MB计算变成了一个每步都能完全求解顺序序列，大大简化了计算。

第四章流程组织（过程合成）

1、化工流程包括：

原料预处理阶段，反应合成阶段，产物分离阶段。

2、专用地址：

确定性的设计条件与限制

3、流程组织专用地址分配的含义：

在流程组织大框架已经确定的情况下，对有关流股的走向、流股之间的配比（流量调配），以及操作单元的拆分、合并等问题进行综合的考虑。

*4、流程组织的基本原则

（1）重视过程开发实验结果（根本出发点）

（2）尽量确保工程中运用的工艺技术和设备的成熟性

（3）要考虑工程放大的影响

（4）组织流程时，应考虑流程的可操作性，尽量增大流程（尤其是关键设备）的操作弹性

（5）重视流程的运行安全问题

（6）从经济角度，节省流程的固定投资，减少流程的操作费用

（7）重视副产品回收，同步考虑环保因素

5、分离技术的选择基本原则：

（1）以待处理物系的各组份的性质为根本出发点，来挑选分离技术

（2）充分考虑分离过程的投资、成本等经济因素

（3）根据待处理物系的处理量和分离纯度要求，来挑选合适的分离技术

（4）尽量采用技术、设备上成熟的分离技术，避免工程风险

6、分离顺序选择（确定）的基本原则：

（1）根据待处理物系的性质，一般是容易分离的组份，可考虑先分离

（2）相分离可考虑优先进行

（3）含量较多的组份可考虑优先分离

（4）高附加值的产物组份可考虑优先分离

（5）稳定性较差、有毒、有腐蚀、有放射性的组份可考虑优先分离

第五章换热网络

*计算题、窄点运算（参考例4.12）

第六章管道布置设计

*管道布置走向和控制方案说明

1、化工车间管道布置设计的任务

（1）确定设备的管口方位和接口位置。

（2）确定管道的安装连接和铺设、支承方式。

（3）确定各管段（包括管道、管件、阀门及控制仪表）在空间的位置。

（4）画出管道布置图，表示出车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为管道安装的依据。

（5）编制管道综合材料表，包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。

2、化工车间管道布置设计的要求

（1）符合生产工艺流程和生产管理的要求；

（2）便于操作管理，并能保证安全生产；

（3）便于管道的安装和维护；

（4）整齐美观，节约材料和投资。

3、化工车间管道布置设计考虑因素：

（1）物料因素

①输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得铺设在生活间、楼梯、走廊和门等处；

应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置；应将放空管引至指定地点或高过屋面2m以上；有腐蚀性物料的管道，不得铺设在通道上空和并列管线的上方或内侧。

②管道铺设时应有一定的坡度

③真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。

（2）考虑施工、操作及维修

①管道应尽量集中布置在公用管架上，平行走直线，少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启和设备、阀门及管件的安装维修，并列管道的阀门应尽量错开排列。

②支管多的管道应布置在并行管线的外侧，引出支管时，气体管道应从上方引出，液体管道应从下方引出。

③管道应尽量沿墙面铺设，或布置在固定在墙上的管架上，管道与墙面之间的距离以能容纳管件、阀门及方便安装维修为原则。

（3）安全生产

①架空管道与地面的距离除符合工艺要求外，还应便于操作和检修。

②直接埋地或管沟中铺设的管道通过道路时应加套管等加以保护。

③为了防止介质在管内流动产生静电聚集而发生危险，易燃、易爆介质的管道应采取接地措施，以保证安全生产。

④长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题，如在两个固定支架之间设置补偿器和滑动支架。

（4）其他因素

①管道与阀门一般不宜直接支承在设备上。

②距离较近的两设备间的连接管道，不应直连，应用45°或90°弯接。

③管道布置时应兼顾电缆、照明、仪表及采暖通风等其他非工艺管道的布置。

4、管道和管架的立面布置原则

*

（1）当管架下方为通道时

管底距车行道路路面的距离要大于4.5m；

道路为主干道时要大于6m；

人行道上空应大于2.2m；

管廊下有泵时要大于4m。

（2）两层管道的标高相差1.0-1.6m，从总管上引出的支管比总管高或低0.5一0.8m。

大口径管道需要在水平面上转向时，要将它布置在管架最外侧

（3）管架下布置机泵时，其标高应符合机泵布置时的净空要求。

（4）装有孔板的管道宜布置在管架外侧，并尽量靠近柱子。

自动调节阀可靠近柱子布置，并用柱子固定。

若管廊上层设有局部平台或人行道时，常操作或维修的阀门和仪表宜布置在管架上层。

5、化工部门也常用带指引线的长方框表示，将管架的编号和型式写在—个长方格里。

非标准管架应另行提供管架图。

管架配置比较复杂时，也可单独绘制管架布置图。

例如：

*6、管道布置图的阅读

*7、化工流程自控仪表的一些图形符号：

自控参量代号：

T——温度F——流量P——压力或真空度

L——物位C——浓度pH——氢离子浓度

A——分析V——黏度M——搅拌转速

自控功能代号：

I——指示C——控制Q——累积

J——记录X——信号T——调节

L——联锁A——报警　　　R——人工遥控

例如

第七章技术经济与项目评价

1、化工技术经济的定义

“技术经济学”是技术学科和经济学科相互渗透而形成的一门交叉学科。

“技术经济学”不单独地研究某些技术问题，也不是孤立地研究纯经济问题，它研究的是“技术应用在市场经济条件下的经济活动中，所形成的运行规律”。

“化工技术经济学”是“技术经济学”在化学工程领域的运用与发展，是技术经济学的一个分支。

2、化工技术经济的研究对象