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1、化工设计,第一章 化工厂设计的程序与内容Chart1 The process and content of chemical engineering design,1.1 化工设计的种类1.2 化工厂设计的工作程序1.3 化工车间工艺设计的程序和内容1.4 设计文件的编制1.5 厂址选择与总图布置（补充全局性问题）,本章重点难点：化工设计的种类化工厂设计的工作程序,本章主要内容,1.1 化工设计的种类,分类依据：项目性质、设计性质,一、根据项目性质分类,1.新建项目设计,开发研究单位提供基础设计，工程研究部门根据建厂地区的实际情况做出工程设计。,2.重复建设项目设计,由于市场需要，有些产品需要
2、再建生产装置。由于新建厂的具体条件与原厂不同，即使产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。,3.已有装置改造,改造原因：老装置产品的质量和产量不能满足市场需求，或由于技术原因，原材料消耗过高，缺乏竞争能力。改造内容：去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程和控制操作。改造目的：提高原材料、能量的综合利用率，更新局部工艺和设备。这类设计往往由生产企业的设计部门进行.,1、新技术开发过程的设计包括：概念设计、中试设计、基础设计。,二.根据过程开发程序分类,50年代：,现代：,化工新技术开发工作框图,(1)概念设计,概念设计应用研究进行到一定阶段，从工程角度，参照常规工
3、程设计方法和步骤，按未来工业生产装置规模进行的一种假想设计。,概念设计目的：暴露和提出基础研究中存在的问题，并为解决这些问题提供方案。另外，结合技术经济评价，得出该新产品或新技术是否有工业化价值的结论。,概念设计内容：根据基础研究提供的概念和数据，确定工艺流程；对全系统进行物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件、主要设备型式和材质；确定三废治理措施；计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。,(2)中试装置设计,中试装置的主要任务：,验证基础研究中得到的规律和概念设计中的一些结果和设想；考察从小试到中试的放大效应；研究一些由于各种因素没有条件在实验室进行的课题；进行新设备、新材料、
4、新仪器、新控制方案的试验。,中试装置设计要求：在设计流程、规模和设备结构型式不一定与工业装置完全相同，但必须在实本质上反映工业装置的特性和规律，为基础设计提供基础数据。,(3)基础设计,基础设计一般在研究内容全部完成，并通过鉴定后进行。基础设计是新技术开发的最终研究成果，是工程设计的依据。基础设计包括建设生产装置的一切技术要点。,基础设计主要内容包括：设计基础：依据、技术来源、生产规模、原材料规格等；工艺流程：生产工艺、主要特点、反应原理及工艺参数等；物料流程图和物流表：完成物料衡算；带控制点的管道流程图；设备名称表和设备规格说明书；对工程设计提出要求；设备布置建议图；,装置的操作说明；装置三
5、废的排放；自控设计说明；消耗定额；有关的技术资料、物性数据等；安全技术与劳动保护的说明。,2、工程设计,一段设计：技术上比较简单，规模较小的工厂或车间的设计可直接进行施工图设计。两段设计：一般技术比较成熟的大型工厂或车间的设计按扩大初步设计和施工图设计进行。三段设计：重要的大型企业和使用较复杂的技术时可按初步设计、扩大设计及施工图设计三阶段进行。,根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度，工程设计分三段设计、两段设计和一段设计，由设计单位负责进行。,1)初步设计根据设计任务书，对设计对象进行全面研究，寻求技术上可能、经济上合理、安全适用、三废治理完善的设计方案。确定全厂性的设计原则、标准
6、、方案和水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本，三废治理，项目投资等重大技术经济问题。初步设计阶段应编写初步设计说明书设计成品。,2)扩大初步设计 根据批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之更明确、更具体，能够满足控制投资或报价使用的工程概算的要求。,例如：工艺部分：应有工艺流程图及工艺流程说明、物料流程图和物料表、管道流程图、各车间主要设备的选择说明和计算依据、较为详细的车间平面布置图、设备一览表等。,建筑部分要说明采用的建筑结构、基础工程和施工条件等技术要求。扩大初步设计阶段应编写扩大初步设计说明书及工程概算书。,3)施工图设计根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地
7、区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计。根据建筑施工、设备制造及安装工程的需要将初步设计中确定的设计原则和设计方案进一步具体化。此设计阶段的设计成品包括详细的施工图纸，必要的文字说明和工程预算书。,一、工程项目建设程序,一个化工项目从设想到建成投产，分三个阶段：即可行性研究决策阶段、设计阶段、建设阶段。,1.可行性研究决策阶段工作内容：做好技术经济分析，选择最佳技术方案、确保项目顺利进行和获得最佳经济效益。在国外分为机会研究、初步可行性研究、可行性研究、评估和决策；国内包括项目建议书、(预)可行性研究、评估和决策、编制计划任务书等内容。在决策阶段，设计单位最重要的产品是一个详
8、细的可行性研究报告，送政府有关部门或建设单位董事会审查批准。,2.设计阶段根据批准的可行性研究报告，制定设计计划任务书、完成初步设计(基础设计)、施工图设计(详细设计)。设计阶段成果是一套可供施工的图纸和说明文件汇编，作为建设阶段的依据。3.建设阶段根据施工图设计成果，编制基建计划、进行商务和技术谈判，签订合同，施工、生产准备、试车、竣工和验收等。建设阶段，设计单位需配合建设单位施工，进行现场服务，并委派现场设计代表，对施工图设计负责。必要时下达修改通知单，直至竣工验收。,二、化工厂设计的工作程序,在化工基本建设过程中，化工设计单位根据建设单位的委托，按右图基础程序进行工作。,接收委托,编写设
9、计任务书（主管部门认可）,施工图设计，提出预算,扩大初步设计，提出总概算,组织施工，制定开车方案,编制项目建议书,主管部门筛选,可行性研究报告,主管部门评价,终止,否,投料试车，考核验收,是,终止,否,是,主管部门评价,终止,否,是,工程总结，设计回访,厂址选择技术考察环境影响,目的：报呈各级领导部门审批汇总平衡，列入规划建设前期规划。提出：部门或企业(跨地区、跨行业建设项目及影响国计民生的重大项目，由有关部门和地区联合提出项目建议书。编制：由建设单位或建设单位委托专业公司（如有资格的工程公司、咨询公司）完成编制。项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据。,项目建议书对拟建设项目的一个
10、轮廓设想，主要是从建设的必要性来衡量，初步分析和说明建设的可能性。考虑因素：国民经济发展长远规划、地区规划和行业规划、资源情况、设计布局.,(一)项目建议书,1.项目建设的目的和意义；,2.产品需求初步预测;,3.产品方案和拟建规模;,4.工艺技术方案(原料路线、生产方法和技术来源);,6.建厂条件和厂址初步方案;,7.环境保护;,8.工厂组织和劳动定员估算;,9.项目实施规划设想;,5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应;,10.投资效益和社会效益的初步估算;,11.结论与建议。,项目建议书主要内容,（二）可行性研究报告,可行性研究拟议中的投资项目在决定实施以前，对该项目技术上的可行性和先进
11、性，及经济上的合理性和获利性进行调查研究、分析论证好方案选优的工作。,目的：报上级部门批准建设银行贷款依据编制：以批准的项目建议书为依据，由设计单位组织完成。,1.可行性研究报告的内容(1)总论 项目编制的依据和原则；项目的背景、投资的必要性和经济意义；项目的范围；研究结果、主要技术经济指标、结论、存在问题和建议。,(2)需求预测国内外需求情况的调查与预测；国内外现有生产能力、产量及销售情况；产品的销售预测、竞争能力及进入国际市场的前景。,(3)产品的生产方案及生产规模生产规模和装置组成，确定规模的理由；产品方案的选择和对比，包括产品、中间产品和副产品。,(4)工艺技术方案国内外工艺技术概括；
12、工艺技术的对比和选择，新技术的先进性和可靠性；引进技术来源、特点及推荐理由，转让费估算，引进方式及消化吸收建议；,生产工艺流程说明；主要设备选择，如需引进技术应提出国内外设备分交方案；消耗指标。,(5)原材料、燃料及动力供应(6)建厂条件、厂址选择厂址自然、经济、社会、交通运输等条件的概述；几个可供比较方案的比较与论证、选定的理由。,(7)总图、储运、土建和公用工程、辅助设施(8)环境保护及安全、工业卫生本项目三废、粉尘、放射性废物排放情况好治理措施;本项目对环境的影响，并进行评价。,(9)工厂组织、劳动定员和人员培训(10)项目实施规划建设周期的规划，各阶段实施进度及正式投产的时间；建筑安装
13、工作量及施工组织计划、进度表；,(11)投资估算和资金筹措投资估算的原则和依据；单项工程及建设总投资的估算；资金来源(包括人民币和外汇来源)、筹措方式、利率及计息方法、贷款偿还年限及偿还方式。,(12)经济效益评价及社会效益评价产品成本估算，销售收入估算;编制财务计算报表，主要有财务现金流量表、利润表、财务平衡表、借款偿还平衡表；涉外项目还要有外汇流量表和资产负债表。,按规定计算主要评价指标，静态指标有投资利润率、投资利税率、投资收益率、投资净产值率、投资回收期等；动态指标有财务内部收益率、财务净现值、财务外汇净现值、净现值率、投资回收期。清偿能力分析；不确定性分析，包括盈亏平衡分析、敏感性分
14、析、概率分析；方案比较指标，有差额投资收益差额投资回收期、差额内部收益率及现值比较法、年费用比较法等；社会效益评价：如节能、环境、节汇创汇、合理利用资源、就业等,(13)综合评价及结论主要方案的选择和推荐意见；对项目方案从技术和经济、从宏观经济效益与微观经济效益作出结论。,（三）编制设计任务书,可行性研究报告经上级主管部门批准后，即可编写设计任务书项目设计依据。,(1)项目设计的目的和依据；(2)生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则；(3)矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件；(4)资源综合利用、环境保护、三废治理的要求；(5)厂址与占地面积和城市规划的关系；(6)防
15、空、防震等的要求；(7)建设工期与进度计划；(8)投资控制数；(9)劳动定员及组织管理制度；(10)经济效益、资金来源、投资回收年限。,设计任务书内容,(四)初步设计,任务：根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上的可能、经济上合理的最佳方案。目的：提供给建设单位和主管部门审查编制：设计单位项目部组织各专业完成，工艺专业总负责。,工作内容：确定全厂性的设计原则、标准和方案及水、电、汽供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题 编制初步设计书说明书，其内容和深度能使对方了解设计 方案、投资和基本出处为准。根据项目的大小，还可能进行扩大初步设计。,扩大初步设
16、计程序图,扩大初步设计的任务：根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。,（五）施工图设计,根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施图设计。目的：提供施工用的施工图纸及说明、工程预算书。编制：设计单位项目计划部组织各专业完成，一般由工艺和配管专业总负责。,施工图设计的工作内容：在扩大初步设计基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温防腐设计。,工艺专业在施工图设计的主要工作内容,工艺图纸目录,工艺流程图,设备布置图,设备一览表,非定型设备制造图,
17、设备安装图,管架管件图,管道布置图,保温及防腐设计,设备管口方位图,（六）现场服务,在向施工单位和建设单位进行设计交底之后，工程建设正式开始，设计工作转入现场服务阶段。设计代表：在设计的各阶段，有大量的各专业人才参加；在基本建设和试车阶段，只需少量的各专业设计代表参加了。设计代表的任务：参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），装置建成后参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。现场服务：一般抽调相关专业设计人员组成现场小分队，并由设计单位委任一名设计代表，负责组织处理现场出现的相关问题，必要时向设计单位汇报请示处理方案。这一阶段最大的工作量是根据现场情况出修改通知单。,（七
18、）试车、考核、验收 工程建成后，要进行吹扫试密、质检验收、投料试车等工作，直到操作正常，生产出合格产品(各项指标满足设计要求），交付建设单位使用，设计工作才告一段落。（八）工程总计、设计回访 设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。为了设计工作的精益求精，设计回访也是一项有着重要意义的工作，设计人员可以向一线操作人员学习很多有价值的知识。,化工设计,工艺设计总图设计设备设计管路设计土建设计电气设计自控设计给排水设计采暖通风设计技术经济,非工艺设计,化工设计是工艺设计人员和非工艺设计人员集体智慧的结晶，各个专业之间紧密联系，同时又有不同的任务和要求。,一
19、、化工设计主要内容,化工工艺设计是主体；工艺设计为其他专业提供设计条件和数据；解决和统一各专业的合理要求，确保设计质量。,化工工艺设计中应参考的“五化原则”：,(1)工厂布置一体化 各生产厂房及辅助厂房尽可能布置在一起，以节省占地。(2)生产装置露天化 化工设备尽量布置在露天，既可改善工作条件，防止有害气体积累，又可节省投资。(3)建（构）筑物轻型化(4)公用工程社会化 水、电、汽供应，铁路进线，机修等尽量利用社会条件，协作进行。(5)引进技术国产化 为了降低投资，锻炼国内的技术力量，在引进国外先进技术时，尽量利用国内的人力和物力资源。,二、化工车间（装置）的工艺设计,(一)设计准备工作1.熟
20、悉设计任务书 全面、深入、正确领会设计任务书提出的要求，及提供的基础资料和数据设计依据。2.了解设计内容、方法、步骤 参照设计进度制订工作计划。3.查阅文献资料 根据设计要求，查阅工艺路线、流程及重点设备方面的文献资料。深刻领会资料中的数据，估计资料数据的适用范围和精确程度。,4.收集第一手资料 深入生产与试验现场调查研究，广泛收集原始数据。,(二)方案设计,方案设计确定生产方法和生产流程，即运用掌握的各种资料，对不同生产方法和生产流程进行对比分析，确定最优方案。,1.生产方法确定一个产品可以采用不同的原料和不同的生产方法。例如：合成NH3可用煤、石油、天然气三种原料。选择时要通过定量的技术经
21、济比较、评价总投资和成本，从而选择一条技术上先进、经济上合理、安全可靠、三废得到处理，而且又是因地制宜可以实施的生产方法（工艺路线）。,2.生产流程 生产流程设计的工作历程比较长，从规划轮廓到完善定型，要经过物料衡算、热量衡算、设备设计和车间布置设计等过程，工作量非常大。目前使用计算机效果较好。,(三)化工计算,化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。在计算基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图经验表明，在化工计算阶段会用到大量的基本理论、基本概念和基本技能（数据处理、计算技能、绘图能力等）。,(四)车间布置设计,车间布置设计是决定车间面貌的一个重要
22、设计项目；车间布置设计的任务确定整个设计中全部设备的框架在平面上和空间中的具体位置，确定厂房的框架结构形式。车间布置设计完成之后要绘制平面与立面的车间布置图。,(五)化工管路设计（配管工程设计）,管路配置设计是在工艺流程设计与车间布置设计的基础上进行的，是施工图中最大重要的设计内容。管路配置设计的任务根据工艺生产要求，确定装置全部管线、阀件、管件及各种管架的位置。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。,提供其他各专业的设计条件；设计条件内容包括：总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件。,(六)提供设计条
23、件,(七)编制概算书及编制设计文件,概算书是设计阶段编制的车间投资大概预算，是作为银行对基建投资的依据，主要提供车间建筑、安装和设备工程费用。编制概算可以帮助判断和促进设计的经济合理性。,编制设计文件：初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计文件。它是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据。设计文件内容包括：设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。,1.4 设计文件的编制,本节重点介绍车间工艺专业设计文件的内容和格式。包括初步设计阶段和施工图设计阶段。,一、初步设计文件 包括设计说明书和附图、附表两部分。,1.设计依据(1)文件，如设计计
24、划任务及其他上级主管部门的批文等；(2)技术资料，如中试试验报告、调查报告等。,2.设计指导思想和设计原则(1)设计所遵循的具体方针政策和指导思想。(2)包括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。,3.产品方案 产品名称和性质；产品质量规格；产品规模(吨/年)；副产品数量(吨/年)；产品包装方式。,4.生产方法和工艺流程(1)生产方法。即采用的原料路线和工艺路线。(2)化学反应方程式。注明化学反应名称、主要操作条件。(3)工艺流程 工艺简图，用方块图表示。带控制点工艺流程图和流程简述。带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备、物料管线、阀件、设备的辅助管路以及
25、工艺和自控仪表图例、符号。,5.车间（装置）组成和生产制度(1)车间（装置）组成。(2)生产制度，年工作日、操作班制，间歇或连续生产。,6.原料、中间产品的主要技术规格(1)原料、辅助原料的主要技术规格。(2)中间产品及成品的主要技术规格。,7.工艺计算 物料计算 物料计算的基础数据；物料计算结果以物料平衡图表示，采用的计量单位要统一。,主要工艺设备的选型、计算和选材 基础数据来源包括物料及热量计算数据、主要化工数据等。主要工艺设备的工艺计算按流程编号为序进行编写。一般工艺设备 以表格形式分类表示计算和选择结果。工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。8.
26、主要原料、动力消耗定额及消耗量9.生产控制分析10.仪表和自动控制（方案体现在流程图上，设备列表）11.技术保安、防火及工业卫生,12.车间布置（车间布置说明及设备平面图与剖面图）13.公用工程（水、电、蒸汽等）14.“三废”治理及综合利用15.车间维修（人员、设备）16.土建（设计说明、图、表）17.车间装置定员18.概算19.技术经济(1)投资(2)产品成本,20.存在问题及建议21.扩大初步设计中必要的附表及附图附表：工艺设备一览表 自控仪表一览表 公用工程设备材料表附图：带控制点工艺流程图 车间布置图（平面图及剖面图）关键设备总图 建筑平面、立面、剖面图,二、施工图设计文件的编制,1.
27、施工图设计文件目录 编制各主项施工图设计时，应编写主项图纸总目录、非定型设备图纸目录和工艺图纸目录。,2.工艺施工图设计文件(1)工艺设计说明。(2)带控制点工艺流程图（施工流程图）。带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备和物料管路、阀件等，进出设备的辅助管线和工艺及自动仪表的图例、符号。(3)辅助管路系统图。(4)首页图。,(5)设备布置图。(6)设备一览表。(7)管路布置图。(8)配管设计模型。(9)管段图。(10)管架和非标准管件图。(11)管段表。(12)管架表。(13)综合材料表。(14)管口方位图。(15)换热器条件图。,1.5 厂址选择与总图布置（补充全局性问题）,5.2 化工厂总图布置,
