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1、第一章 绪论,化学工业的发展历史及覆盖范围化工设计的基本内容计算机辅助设计化学工业绿色化化工设计开发工作,一 化学工业的发展历史及覆盖范围,1 发展历史 古代化学工业：从数千年起人类阳光晒盐、 地下卤水煮盐开始，萌发了古代的化学工业。 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，表明了近代化学工业的形成。 现代化学工业：上世纪40年代起，随着合成橡胶、石油炼制、合成纤维的发展，随着化工单元操作理论的成熟，揭示了现代化学工业的形成。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围,2 覆盖的范围 无机化工：利用无机化学反应生产化工产品的工业部门。 无机盐、无机碱、无机盐、无机肥料、电化
2、学产品、稀有元素等的制造。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围, 有机化工：生产有机小分子化合物的工业部门。 包括煤化工、石油化工、天然气化工。 高分子化工：利用聚合和缩聚反应，生产高分子化合物的工业部门。 常见产品：合成橡胶、塑料、化学纤维、树脂等。,一 化学工业的发展历史及覆盖范围, 精细化工及中间体：特定功能、特定用途、 生产数量小、生产的技术复杂、对产品的质量要求高。 生物化工： 农业生物技术 生物医药 洁净新能源 可再生能源生物加工技术,二 化工设计的基本内容,1 化工设计、化工厂设计、化工过程设计和化工工艺设计的联系和区别：化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过程设计
3、、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。,化工过程设计（核心）,化工厂房建筑、结构设计,总图设计，.等,非工艺部分设计,化工工艺设计（核心）,化工厂设计,公用工程设计、外管设计等,化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。,二 化工设计的基本内容,2 目标与内容； 目标：确定最佳流程及工艺条件，达到最优的投入/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。 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。,二 化工设计的基本内容,3,3、化工过程设计的深化改
4、革,化工过程设计发展方向,复杂大型化工厂的设计,柔性化工厂的设计,自主创新设计,与国际工程设计的接轨,二 化工设计的基本内容,4 化工设计的特点： 政策性强 技术性强 经济型强 综合性强,三 计算机辅助设计,在20世纪20年代以前，化工过程设计几乎没有理论作指导，几乎是完全凭经验。,在20世纪20年代60年代，化工过程设计已经开始有化工单元操作理论作指导，可以定量计算设计，但几乎完全凭手工计算与绘图完成设计工作。,在20世纪60年代以后，计算机辅助化工过程设计得到了发展。,为什么直到20世纪60年代后，在化工设计领域开开始出现计算机辅助化工过程设计呢？,计算机软、硬件技术的发展,化工单元操作等
5、理论的不断成熟,数学计算技术的发展,三 计算机辅助设计,计算机辅助化工过程设计的优势（优点）：,、设计工作效率高,、规范性好,、设计水平高（可进行优化设计）,效率对比： 一个年产30万吨的乙烯的工程，如果全凭手工计算与绘图，400个设计工程师要花费近1年的时间，才能完成一个流程方案的设计。而借助计算机辅助化工过程设计系统，200个设计工程师花费8个星期，就能完成一个流程方案。 后者的设计工作效率比前者高出10多倍。,三 计算机辅助设计,计算辅助化工过程设计软件系统的发展情况：,第一代商品化软件系统,20世纪60年代，以美国各高校联合开发的CHESS软件系统为代表。,Chem. Eng. Sim
6、ulation System,20世纪70年代初，以美国Monsanto公司牵头开发的FLOWTRAN软件系统代表。,第二代商品化软件系统,Flowsheet Translator,第三代商品化软件系统,20世纪80年代，以 ASPEN 和 PROCESS II 两大软件系统代表。,Advanced System for Process Eng.,我国最早由寰球、化工部八院等单位于上世纪90年代率先引进ASPEN软件系统。现在，国内各设计院基本都已经使用ASPEN或Process II软件系统进行计算机辅助化工过程设计。,四 化学工业绿色化,以“减量化、再利用、资源化”为基本原则，也就是所谓的
7、“3R”原则。（Reduce、Recycle、Resource）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。,五 化工设计开发工作,1.实验室研究1）基础研究：指在实验室进行的筛选技术路线和工艺方案，测定有关物性数据及反应热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。 目的：确定原料路线、探索反应的可行性、观察现象、获得感性认识、样品。2）小试：在基础研究的基础上，在实验室建立小型实验装置进行工艺模拟试验。任务：a 验证开发方案的可行性
8、、完整性。 b 测定收集物化数据。 c 产品分析方法。 d 整理最佳方案，完成概念设计,五 化工设计开发工作,2.收集资料 包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以及围绕工艺过程评价或项目评估所需要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。,五 化工设计开发工作,3.概念设计（预设计）（1）定义：又称预设计、估量设计、设计研究等。根据试验室研究结果，对预定规模的工业生产装置进行假想设计。2）目的 判断研究的工艺条件是否合理 数据是否充分 提出改进方向,五 化工设计开发工作,3）主要内容：工艺路线和工艺方法的说明工艺流程简图简单的物料衡算和能量衡算原材料及其消耗指标主要设备型式
9、预计的“三废”排放量及毒害性投资成本估算中试研究的建议,五 化工设计开发工作,4.技术经济评价它是对开发项目进行技术可靠性和经济合理性的考察，以便对技术方案和开发工作进行决策。 技术经济评价贯穿于开发过程的始终。1）初步评价（立题评价） 是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价。2）中间评价 是在开发过程中，对开发研究的各个阶段结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及在经济上的合理性。3）最终评价（工业化评价或项目评估） 是在技术开发工作后期进行的评价。 目的是为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发研究报告、市场研究报告等技术经济资料。,五 化工设计开发工作,5.模型试验
10、一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备一般比实验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。1）主要内容： 考察化工过程运行的最佳条件；考察设备内传热、传质、物料流动与混合等工程因素对于化工过程的影响；观察设备放大后出现的放大效应；寻找产放大效应的原因，测定放大所需的有关数据或判据等等。从总体看，模型试验考查的重点是工艺和工程问题。,五 化工设计开发工作,2）模型试验方式：冷模试验：采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，单纯考察过程的物理规律。热模试验：用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，在试验设备内化学反应和物理过程同时发生，属综合性试验
11、考察，主要是工艺条件的优化 。,五 化工设计开发工作,6.中试（中间试验工厂）它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试验。是一次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基础设计的依据。1）内容：a 检验小试确定的工艺方案和工艺条件；b 考察工艺系统连续运转的可靠性；c 考察设备放大后所产生的放大效应的程度，分析产生的原因，寻找消除的办法；d 确定检测方法；e 考察物料对设备材质的腐蚀；f 考察物料循环产生的微量杂质积累带来的影响；g 提供一定量的产品供应用考察；h 考察“三废”的生成量、危害程度和治理方法；I 为估算投资和成本，以及建立生产工作岗位的操作规程提供资料
12、。,五 化工设计开发工作,2）中试装置设计任务 验证基础研究得到的规律 考察从小试到中试的放大规律 进行在实验室无法进行的研究项目 3）中试装置设计应注意事项a 在满足下列条件下，应尽量小： 能满足试验任务。 设备、仪表、管件选型容易。b 应选在同类生产装置的老厂内。c 力求避免全流程。d 中试装置形式上不一定与工业装置完全相同，但能反映工业装置的特点和规律。,五 化工设计开发工作,7.基础设计 它是在最终评价获得肯定结论后，根据中试研究结果及有关资料，对工业生产方案及生产装置所进行的原则设计。内容： 设计基础工艺流程说明 物料流程图与物流表 带控制点管道流程图 设备名称表和设备规格书 对工程设计的要求 设备布置建议图 装置的操作说明装置的三废排放点和量 自控设计说明 消耗定额 有关技术资料、物性数据。 安全技术与劳动保护说明,五 化工设计开发工作,8.过程设计（施工图设计）是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术文件。9.建立生产装置依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按工艺要求进行调试、开车和试生产。,
