1、2018年化工設(shè)計(jì)概論期末知識(shí)點(diǎn)總結(jié)“化工設(shè)計(jì)” ：根據(jù)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或過(guò)程設(shè)計(jì)出一個(gè)生產(chǎn)流程，并研究流程的合理性、先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)的可行性，再根據(jù)工藝流程及條件選擇合適的生產(chǎn)設(shè)備、管道及儀表等，進(jìn)行合理的工廠(chǎng)布局設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，工藝專(zhuān)業(yè)與有關(guān)非工藝專(zhuān)業(yè)進(jìn)行密切設(shè)計(jì)合作，最終使這個(gè)工廠(chǎng)建成投產(chǎn)，這種設(shè)計(jì)全過(guò)程稱(chēng)為“化工設(shè)計(jì)”。 什么是化工設(shè)計(jì)？ 化工設(shè)計(jì)是一個(gè)將化工原料轉(zhuǎn)變?yōu)榛ぎa(chǎn)品的規(guī)劃和實(shí)施的過(guò)程。是化工企業(yè)得以建立的必經(jīng)之路，是科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的橋梁和紐帶化工設(shè)計(jì)應(yīng)包括哪些具體內(nèi)容？設(shè)想、化工設(shè)計(jì)、方案實(shí)施根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目性質(zhì)對(duì)化工設(shè)計(jì)進(jìn)行分類(lèi)：（1）新建項(xiàng)目設(shè)計(jì)；（2）重復(fù)

2、建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)：原有工廠(chǎng)的改建和擴(kuò)建設(shè)計(jì)；（3）已有裝置的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)工作程序及內(nèi)容：（1）工藝設(shè)計(jì)：是整個(gè)化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的核心。（2）非工藝設(shè)計(jì)化工設(shè)計(jì)特點(diǎn)：（1）政策性強(qiáng)（2）技術(shù)性強(qiáng)（3）經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)（4）綜合性強(qiáng)（5）規(guī)范多化工設(shè)計(jì)中工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的核心。工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)分為：工藝設(shè)計(jì)和非工藝設(shè)計(jì)兩部分初步設(shè)計(jì)階段的成品：(1)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(2)附表：設(shè)備一覽表，主要材料估算表；(3)附圖：a.物料流程圖b.管道及儀表流程圖c.總平面布置圖d.車(chē)間設(shè)備布置圖e.關(guān)鍵設(shè)備總圖；(4) 附：概算書(shū)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析資料。1.“化工設(shè)計(jì)”的概念。化工設(shè)計(jì)是一個(gè)將化工原料轉(zhuǎn)變?yōu)榛ぎa(chǎn)品的規(guī)劃和實(shí)施

3、的過(guò)程2、國(guó)內(nèi)化工設(shè)計(jì)階段是如何劃分的？一般按工程規(guī)模的大小、工程的重要性、技術(shù)的復(fù)雜性、設(shè)計(jì)水平的高低而分為二個(gè)階段或三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。 凡屬重要的大型企業(yè)，技術(shù)比較復(fù)雜或比較新型的工廠(chǎng)，為了保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，一般可分三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，即初步設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)(又稱(chēng)擴(kuò)大的初步設(shè)計(jì)、擴(kuò)初設(shè)計(jì)）和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。 對(duì)在技術(shù)比較簡(jiǎn)單和比較成熟的，生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠(chǎng)或個(gè)別車(chē)間，以及技術(shù)改造與技術(shù)措施比較成熟的，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，可分為二個(gè)階段設(shè)計(jì)，即技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)二個(gè)階段。 3、車(chē)間工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容？（1）生產(chǎn)方法的選擇 （2）生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)（3）工藝計(jì)算 （4）車(chē)間布置設(shè)計(jì)（5）管路設(shè)計(jì)

4、（6）提供設(shè)計(jì)條件 （7）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （8）概（預(yù)）算書(shū)的編制 4、簡(jiǎn)述化工廠(chǎng)建立的過(guò)程。第3章 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程的形成簡(jiǎn)例電解食鹽水化鹽工序流程圖（1）鹽水的實(shí)驗(yàn)室配制方法(見(jiàn)圖)（2）鹽水的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程(見(jiàn)圖)在工業(yè)生產(chǎn)中，從原料到制成成品各項(xiàng)安排的工序稱(chēng)為工藝流程，工藝流程一般用直觀的工藝流程圖表達(dá)，工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心。工藝流程設(shè)計(jì)分為三部分：原料預(yù)處理、反應(yīng)、產(chǎn)品分離與提純。工藝流程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)目的：用圖解形式來(lái)表達(dá)整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程任務(wù)：（1）確定整個(gè)流程的組成（2）確定每個(gè)工序或單元操作的組成（3）確定操作條件（4）確定控制方案（5）確定物流和能量的合理利用方

5、案（6）確定“三廢”治理方法（7）確定安全生產(chǎn)措施（8）工藝流程的逐步完善（9）在工藝流程設(shè)計(jì)的不同階段，繪制不同的工藝流程圖。工藝物料流程圖（PFD）圖紙規(guī)格 A1， A2，管道及儀表流程圖（PID）內(nèi)容：（1）圖形（2）標(biāo)注（3）圖例（4）標(biāo)題欄·、修改欄設(shè)備的標(biāo)注方法1設(shè)備分類(lèi)代號(hào) 2工序工段或車(chē)間代號(hào)34設(shè)備順序編號(hào)5數(shù)量標(biāo)識(shí)符 交叉原則：細(xì)讓粗，橫讓豎。管道的標(biāo)注方法：PL-1301-80-B2A-H介質(zhì)代號(hào)、管段代號(hào)、公稱(chēng)直徑、管道等級(jí)、保溫等級(jí)。放氣口應(yīng)畫(huà)在管道上方，排液管則畫(huà)在管道的下方。1.控制離心泵流量的方法有哪些？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？2.哪種泵的出口管道上不能直接安裝

6、節(jié)流裝置來(lái)調(diào)節(jié)流量？為什么？3.有哪些取樣流程？它們各用于什么場(chǎng)合？ 4.管殼式換熱設(shè)備的自控原理是什么? 最常用的控制方法是什么？第四章 物料衡算與能量衡算例： 一種廢酸，組成為23(質(zhì)量)HNO3，57H2SO4和20H2O，加入93的H2SO4及90的濃HNO3，要求混合成27HNO3及60H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。 解：設(shè)x為廢酸量，kg；y為濃H2SO4量，kg；z為濃HNO3量, ；（1）畫(huà)物料流程簡(jiǎn)圖選擇基準(zhǔn):可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合酸的量為基準(zhǔn)，因?yàn)樗姆N酸的組成均已知，選任何一種作基準(zhǔn)計(jì)算都很方便。列物料衡算式，該體系有3種組分，可以列出

7、3個(gè)獨(dú)立方程，所以能求出3個(gè)未知量。基準(zhǔn)：100kg混合酸總物料衡算式  x + y + z=100 (1)H2SO4的衡算式  0.57x + 0.93y=100×0.6=60   (2)HNO3的衡算式  0.23x + 0.90z=100×0.27=27   (3)解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg廢酸 y = 39kg濃H2SO4 z = 19.2kg濃HNO3即由41.8kg廢酸、39kg濃H2SO4和19.2kg濃HNO3可以混合成100kg混合酸。例：有兩個(gè)蒸餾塔的分離裝置，將

8、含50%苯、30%甲苯和20%（mol%)二甲苯的混合物分成較純的三個(gè)餾分，其流程圖及各流股組成如圖。計(jì)算蒸餾1000mol/h原料所得的流股的量及進(jìn)塔物料的組成。例：甲醇氧化制甲醛，其反應(yīng)過(guò)程為CH3OH + 1/2O2 HCHO + H2O反應(yīng)物及生成物均為氣態(tài)。甲醇的轉(zhuǎn)化率為75，若使用50的過(guò)量空氣，試計(jì)算反應(yīng)后氣體混合物的摩爾組成。解：畫(huà)出流程示意圖，如下圖：基準(zhǔn)：1mol CH3OH CH3OH + 1/2O2 HCHO + H2O根據(jù)反應(yīng)式 需氧0.5 氧入=0.5×1.5=0.75 氮入氮出0.75×(79/21)=2.82反應(yīng)的甲醇量0.75×1

9、=0.75甲醛的出量0.75 甲醇的出量10.75=0.25氧的出量0.750.75×0.5=0.375水的出量0.75計(jì)算結(jié)果如下表：組分 CH3OH HCHO H2O O2 N2 總計(jì) mol 0.250 0.750 0.750 0.375 2.820 4.945摩爾分?jǐn)?shù)（） 5.0 15.2 15.2 7.6 57.0 100.0 例：丙烷充分燃燒時(shí)，要供給的空氣量為理論量的125%，問(wèn)每100mol燃燒產(chǎn)物，需多少mol的空氣？反應(yīng)：C3H8+5O2 - 3CO2+4H2O基準(zhǔn)：100mol煙道氣： 設(shè)：N-煙道氣中N2的mol Q-煙道氣中H2O,mol M-煙道氣中O2的

10、mol A-輸入空氣 mol P-煙道氣中CO2的mol B-輸入丙烷，mol 列平衡式： C平衡：3P=B N2平衡: 0.79A=N H2平衡：4Q=B 過(guò)剩氧氣:0.21A×0.25/1.25=M O2平衡：0.21A=M+P+2Q 煙道氣總量:N+M+P+Q=100 例：某廠(chǎng)用空氣和鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205kg/h鄰二甲苯，4500m3（STP）/h空氣，從反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系可知，生成1mol苯酐需要反應(yīng)掉1mol的鄰二甲苯。經(jīng)化驗(yàn)得到反應(yīng)器出口氣體的組成為：試計(jì)算：1）鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率，苯酐收率；2）苯酐的年產(chǎn)量（年工作日330天）泵的選用與設(shè)計(jì)程序 （1）收集基礎(chǔ)

11、數(shù)據(jù)（2）確定泵的流量和揚(yáng)程（3）選擇泵型及泵的具體型號(hào)（4）核算泵的性能 管殼式換熱器的選用：(1)分析設(shè)計(jì)任務(wù)，匯總設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) (2)設(shè)計(jì)換熱流程(3)選擇換熱器的材質(zhì)(4)確定換熱器類(lèi)型(5)確定冷熱流體的流向(6)計(jì)算平均傳熱溫差Dtm(6)計(jì)算熱負(fù)荷Q(7)估計(jì)污垢熱阻系數(shù)；初算傳熱系數(shù)K(8)初算總傳熱面積A(9) 參照標(biāo)準(zhǔn)系列，初選換熱器(10)校核：校核傳熱系數(shù)、 平均溫差、傳熱面積(11)驗(yàn)算換熱器的壓力降貯罐設(shè)計(jì)的一般程序:(1)匯集工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。(2)選擇容器材料。(3)容器型式的選用。(4)容積計(jì)算：容積計(jì)算是貯罐工藝設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)的核心貯罐容積量(1)原料罐:a.總?cè)萘?/p>

12、：一個(gè)月耗用量b.車(chē)間貯罐：半個(gè)月用量(2)成品罐: 1周的產(chǎn)量(3)中間貯罐:24小時(shí)量(4)計(jì)量罐:1015min或24h量(5)回流罐:515min保有量(6)緩沖罐:下游設(shè)備510min的用量(7)汽化罐:下游設(shè)備3min以上的用量(8)氣柜:兩天的產(chǎn)量板式塔設(shè)計(jì)程序（1）匯總設(shè)計(jì)參數(shù)和物性數(shù)據(jù)。（2）根據(jù)物料特性、分離要求確定塔板結(jié)構(gòu)。（3）進(jìn)行工藝計(jì)算（4）塔徑計(jì)算（5）塔節(jié)上人孔、手孔的確定。（6）塔高確定。（7）塔內(nèi)流體力學(xué)核算，作負(fù)荷性能圖。（8）輔助裝置選型設(shè)計(jì)。（9）繪制塔設(shè)備草圖和設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖，包括支承、開(kāi)口方位、人孔、手孔位置等。第六章 車(chē)間布置設(shè)計(jì)車(chē)間布置設(shè)計(jì)的主

13、要任務(wù)：對(duì)廠(chǎng)房的平、立面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部要求、生產(chǎn)設(shè)備、電氣儀表設(shè)施等按生產(chǎn)流程的要求，在空間上進(jìn)行組合、布置，使布局既滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝、操作、維修、安裝等要求，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用、占地少，整齊美觀。車(chē)間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容：車(chē)間廠(chǎng)房布置，設(shè)備布置1.車(chē)間廠(chǎng)房的整體布置設(shè)計(jì)：（1）生產(chǎn)部門(mén)（2）輔助部門(mén)（3）生活部門(mén)2車(chē)間設(shè)備布置設(shè)計(jì)3繪制車(chē)間布置圖車(chē)間布置設(shè)計(jì)的方法和步驟:1準(zhǔn)備資料2確定各工段的布置方式室外布置（露天布置、半露天布置、框架式布置）優(yōu)點(diǎn)：建筑投資少、用地少省，利于安裝和檢修，通風(fēng)、防火、防爆等。化工廠(chǎng)的設(shè)備布置優(yōu)先考慮露天布置。缺點(diǎn)：操作條件差，自控要求高，受大氣影響等。如大型貯罐、精餾塔、吸收塔、

14、涼水塔、噴淋式冷卻器等設(shè)備如往復(fù)泵、空壓機(jī)、冷凍機(jī)等機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備以及結(jié)晶器、釜式反應(yīng)器等易受氣溫影響的設(shè)備。室內(nèi)布置。優(yōu)點(diǎn)：氣候影響小，勞動(dòng)條件好，適應(yīng)于小型化工裝置、間歇操作、操作頻繁、在氣溫較低的地區(qū)或有特殊要求的設(shè)備。缺點(diǎn)：建筑造價(jià)較高。如往復(fù)泵、空壓機(jī)、冷凍機(jī)等機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備以及結(jié)晶器、釜式反應(yīng)器等易受氣溫影響的設(shè)備。3確定廠(chǎng)房布置和設(shè)備布置方案4繪制車(chē)間布置草圖5繪制車(chē)間設(shè)備布置圖。車(chē)間整體布局根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠(chǎng)區(qū)面積、廠(chǎng)區(qū)地形及地址條件，可采用以下兩種方式布置：(1) 集中式布置(2) 分散式布置。注意：盡可能采用露天化布置（節(jié)省基建投資，加快基建進(jìn)度，降低防火防爆等級(jí)，安全

15、，易改擴(kuò)建等）（1）節(jié)省大量建筑面積（2）節(jié)約土建施工工程量，加快基建進(jìn)度（3）將具有火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備露天化，降低廠(chǎng)房的防火防爆等級(jí)，因而降低廠(chǎng)房造價(jià)。（4）有利于化工生產(chǎn)的防火防爆和防毒（5）廠(chǎng)房的擴(kuò)建和改建具有較大的的靈活性。下列幾種情形，可適當(dāng)考慮使設(shè)備露天布置：(1)生產(chǎn)中不需要經(jīng)常看管的設(shè)備、輔助設(shè)備、對(duì)氣候影響較小的設(shè)備，如吸收塔、氣柜、不動(dòng)液體儲(chǔ)罐、大型儲(chǔ)罐、高位水槽等等。(2)需要大氣來(lái)調(diào)節(jié)溫度、濕度的設(shè)備，如涼水塔、冷卻塔等等。(3)不需要人工操作，高度自動(dòng)化的設(shè)備(4)氣候溫暖，無(wú)酷暑或嚴(yán)寒的地區(qū)。車(chē)間整體平面設(shè)計(jì)方案：(1)直通（I型）管廊長(zhǎng)條布置；(2)L形、T形管

16、廊布置;(3)復(fù)雜車(chē)間平面布置。跨度：（寬度）縱向定位軸線(xiàn)間的尺寸。柱距：（長(zhǎng)度）橫向柱列間的尺寸。車(chē)間布置還要考慮廠(chǎng)房安全出入口，一般不應(yīng)少于兩個(gè)。框架或磚混多層廠(chǎng)房，多用 5m、6m，最低 4.5m，每層盡量相同。有爆炸危險(xiǎn)車(chē)間宜采用單層，在廠(chǎng)房?jī)?nèi)可設(shè)置多層操作臺(tái)；如必須設(shè)在多層廠(chǎng)房?jī)?nèi)，應(yīng)布置在廠(chǎng)房頂層。如整個(gè)廠(chǎng)房均有爆炸危險(xiǎn)，則在每層樓板上設(shè)置一定面積的泄爆孔或泄壓面積。設(shè)備布置應(yīng)最大限度采用室內(nèi)露天聯(lián)合布置: (1)溫度不允許有顯著變化的設(shè)備應(yīng)布置在室內(nèi)如反應(yīng)罐、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備、裝有精密度極高儀表的設(shè)備等。(2)不經(jīng)常操作或用自動(dòng)化儀表控制的設(shè)備都可布置在室外如塔、冷凝器、液體原料貯罐、

17、成品貯罐、氣柜等。(3)需大氣調(diào)節(jié)溫度、濕度的設(shè)備應(yīng)露天布置或半露天布置如涼水塔、空氣冷卻器等；(4)有火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備，采用露天布置可降低廠(chǎng)房的耐火等級(jí)。車(chē)間布置設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸和設(shè)備之間的安全距離項(xiàng)目尺寸/m泵與泵的間距不小于0.7泵列與泵列間的距離不小于2.0泵與墻之間的凈距不小于1.2塔與塔的距離 1.02.0貯槽與貯槽間的距離不小于0.40.6換熱器與換熱器間的距離 不小于1.0設(shè)備布置圖（1）一組視圖（2）尺寸和標(biāo)注（3）安裝方位標(biāo)（4）附注說(shuō)明（5）修改欄及標(biāo)題欄（一般采用A1圖紙，繪圖比例通常采用1:100）作業(yè)：1.設(shè)計(jì)繪制以98%硫酸為原料，稀釋生產(chǎn)2000kg/a，30

18、%硫酸的車(chē)間設(shè)備布置圖。 第七章 管道設(shè)計(jì)與布置管道的連接：（1）焊接（2）螺紋連接（3）法蘭連接（4）卡箍連接（5）承插連接常見(jiàn)的管道防腐措施有：管道內(nèi)的襯里防腐、電化學(xué)防腐、使用防腐劑防腐等。管道外多以涂層防腐，以防環(huán)境介質(zhì)的影響。在這些防腐措施中，管道外涂層防腐使用最廣泛，而在涂層防腐中使用最多的是涂料防腐，其主要優(yōu)點(diǎn)是：防腐效果好、施工簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低。常用管道涂色標(biāo)志：水（綠色）；蒸汽（紅色）；主物料管（紅色）。管道敷設(shè)方式可以分為（1）架空敷設(shè)：a.管道成排地集中敷設(shè)在管廊、管架或管墩上。B.管道敷設(shè)在支吊架上。C.某些特殊管道，如有色金屬、玻璃、搪玻璃、塑料管道等，由于其低的強(qiáng)度和高的脆性，因此在支承上要給予特別的考慮。例如將其敷設(shè)在以型鋼組