1、 主講教師：黃宗祥主講教師：黃宗祥 李曹李曹 四川大學高分子科學與工程學院教學內容教學內容： 1 1、化工設計的種類、化工設計的種類 2 2、化工廠設計的工作程序、化工廠設計的工作程序 3 3、化工車間、化工車間( (裝置裝置) )工藝設計的程序及設計內容工藝設計的程序及設計內容 4 4、設計文件、設計文件教學目的教學目的: : 了解化工設計的程序、內容、方法、工程技術人員通了解化工設計的程序、內容、方法、工程技術人員通 過設計，按工藝過設計，按工藝 技術要求將想象內容轉變成現實。技術要求將想象內容轉變成現實。重重 點點: : 化工設計的內容及基礎知識化工設計的內容及基礎知識難難 點點: :

2、與各基礎知識與專業知識的結合點與各基礎知識與專業知識的結合點教學課時教學課時: : 3學時學時教學方法：教學方法： 多媒體講授多媒體講授 化工設計是將一個系統(一個工廠、一個車間或一個 套裝室)按照工廠工藝技術要求,經工程技術人員的創造, 將其全部描繪成的圖紙,表格及必要的文字說明, 即把工 程技術裝備用工程語言表達出來.然后根據這一”語言”, 把這個系統建立起來,并按入運行.或說:設計工作是一項 能將人們的設想和想象轉變成現實的一個重要步驟，通過 學習.我們可以知道化工廠的建設程序,設計程序, 主要設計內容的一些基本概念。概概 述述:化工設計的任務化工設計是以化工廠或化工生產裝置的建設為目的

3、，以技術先進、化工設計是以化工廠或化工生產裝置的建設為目的，以技術先進、生產安全可靠、經濟效益和環境效益優良為目標，設計最佳的原料和生產安全可靠、經濟效益和環境效益優良為目標，設計最佳的原料和工藝技術路線，通過工藝軟件的模擬分析，確定優化的工藝流程、工工藝技術路線，通過工藝軟件的模擬分析，確定優化的工藝流程、工藝條件、設備選型及其他非工藝專業等內容。藝條件、設備選型及其他非工藝專業等內容。化工設計分類化工設計分類一、項目性質分類一、項目性質分類:1、新建項目設計、新建項目設計新產品的研制設計新產品的研制設計,新新工藝、新技術的設工藝、新技術的設計計,這類設計一般由這類設計一般由開發研究單位提供

4、開發研究單位提供基礎設計基礎設計,然后工程然后工程研究部研究部 門根據建廠門根據建廠地區的實際情況作地區的實際情況作出工程設計。出工程設計。因為市場需求大產品需因為市場需求大產品需擴大生產擴大生產,需再建生需再建生產裝室產裝室.由于新廠的由于新廠的具體條件不同具體條件不同(就算就算生產規模、工藝要求生產規模、工藝要求不變不變) 仍需要設計部仍需要設計部門進行設計。門進行設計。3、已有裝置改造 一些老的生產裝置產質量和產量均一些老的生產裝置產質量和產量均不能滿足市場需求不能滿足市場需求, 或者由于技術原因或者由于技術原因,原材料消耗過高而缺競爭能力原材料消耗過高而缺競爭能力,必須必須 對老對老裝

5、置進行改造裝置進行改造,其中包括去掉影響產品產其中包括去掉影響產品產量和質量的量和質量的”瓶頸瓶頸”優化生產過程控制優化生產過程控制操作操作.提高能量的綜合利用率和局部設備提高能量的綜合利用率和局部設備的工藝改造的工藝改造.這類設計往往由生產企業的這類設計往往由生產企業的設計部門進行設計部門進行.( (一一) ) 新技術開發過程中的設計新技術開發過程中的設計 新技術開發過程的設計包括新技術開發過程的設計包括概念設概念設計、中試設計和基礎設計計、中試設計和基礎設計三種。三種。 二、根據設計性質分類二、根據設計性質分類概念設計概念設計 是在基礎研究結束后進行的工作，其規模應是工業化時的最佳規模。從

6、工用度出發進行的一 種假想設計進行全系統的物料衡算進行全系統的物料衡算和熱量衡算、設備的工和熱量衡算、設備的工藝計算確定工藝操作條藝計算確定工藝操作條件件設計工藝流程設計工藝流程主要設備的選型和材質進行參數的靈進行參數的靈敏度和生產敏度和生產安全性分析安全性分析確定三廢治理措施與確定三廢治理措施與計算基建投資，產計算基建投資，產品成本等技術要求品成本等技術要求經濟指標經濟指標概念設計的作用概念設計的作用: 暴露和提出基礎研究中存在的工藝流暴露和提出基礎研究中存在的工藝流程、主要單元操作、設備結構用材質、過程、主要單元操作、設備結構用材質、過程控制方案及環保安全等方面存在的問題，程控制方案及環保

7、安全等方面存在的問題，并為解決這些問題提供途徑或方案。另一并為解決這些問題提供途徑或方案。另一方面方面,概念設計結合技術經濟評價，概念設計結合技術經濟評價， 應得出應得出開發的新產品或技術是否有工業化價值的開發的新產品或技術是否有工業化價值的結論。結論。2、中試設計：中試設計：按照技術開發的觀點，中試的主要目的按照技術開發的觀點，中試的主要目的是驗證模型和數據，即概念設計中的些結果和設想通是驗證模型和數據，即概念設計中的些結果和設想通過中試來驗證。過中試來驗證。3、基礎設計：基礎設計：是新技術開發的最終成果，是工程設計是新技術開發的最終成果，是工程設計的依據，它有些類似于技術設計，而且又有很大

8、的差的依據，它有些類似于技術設計，而且又有很大的差別。除了一般的工藝條件外，還包括大量的化學工程別。除了一般的工藝條件外，還包括大量的化學工程方向的數據，特別是反應工程方面的數據，還要運用方向的數據，特別是反應工程方面的數據，還要運用系統的理論和算機模擬技術對工藝流程和工藝參數進系統的理論和算機模擬技術對工藝流程和工藝參數進行優化，力求降低定額和產品成本用項目投資，提高行優化，力求降低定額和產品成本用項目投資，提高項目的經項目的經 益。在基礎設計的基礎上，工程單位結合建益。在基礎設計的基礎上，工程單位結合建廠條件作出完整的工程設計。廠條件作出完整的工程設計。 (二二) 工程設計工程設計 工程設

9、計分三段設計、兩段設計和一段工程設計分三段設計、兩段設計和一段設計設計.重要的大型企業和使用較復雜的技術重要的大型企業和使用較復雜的技術時，為了保證設計質量，可時，為了保證設計質量，可 按初步設計、按初步設計、擴大設計及施工圖設計三個階段。一般技擴大設計及施工圖設計三個階段。一般技術比較成熟的大型工廠或車間的設計，可術比較成熟的大型工廠或車間的設計，可按擴大初步設計和施工圖設計兩個階段的按擴大初步設計和施工圖設計兩個階段的設計。技術上比較簡單，規模較小的工廠設計。技術上比較簡單，規模較小的工廠或車間的設計，可直接進行施工圖設計一或車間的設計，可直接進行施工圖設計一個階段進行。個階段進行。 化工

10、廠設計的工作程序圖化工廠設計的工作程序圖開發成果，資源條件產品需求發展規則編寫設計任務書（并經主管部門認可）施工設計，提出預算主管部門進行評價擴大初步設計，提出總概算組織施工，制定開車方案項目建議書主管部門進行篩選可行性研究報告主管部門進行評價終止否是是是終止否投料試車。考核驗正否終止是 根據設計任務書，對設計對象進行全面的研究，尋求在技術上的可能、經濟上合理的最佳方案。 主要是確定全廠性的設計原則、標準和方案、水、電、汽的供應方式和用量，關鍵設備的選型及產品成本、項目投資等重大技術經濟問題。編制初步設計書，其內容和深度能使對方了解設計 方案、投資和基本出處為準。 根據已批準根據已批準的初步設

11、計，解的初步設計，解決初步設計決初步設計 中的中的主要技術問題，主要技術問題，使之明確、細化。使之明確、細化。編制準確度能滿編制準確度能滿足控制投資或報足控制投資或報價使用的工程價使用的工程 概概算。算。 根據已批準的擴根據已批準的擴大初步設計，結合大初步設計，結合建廠地區條件，在建廠地區條件，在滿足安全、進度及滿足安全、進度及控制投資等控制投資等 前提下前提下開展施圖設計，其開展施圖設計，其成品是詳細的施工成品是詳細的施工圖紙和必要的文字圖紙和必要的文字說明及工程預算書。說明及工程預算書。 一、項目建議書一、項目建議書 它是它是進行可行進行可行性研究和性研究和編制設計編制設計任務書的任務書的

12、依據，包依據，包括下列內括下列內容：容：1、項目建議書目的和意義，、項目建議書目的和意義，即項目提出的背景和依據。即項目提出的背景和依據。投資的必要性及經濟意義投資的必要性及經濟意義;2、產品需求初步預測、產品需求初步預測;3、產品方案和擬建規模、產品方案和擬建規模;4、工藝技術方案（原料路線、工藝技術方案（原料路線、生產方法和技術來源）生產方法和技術來源）; 它是它是進行可行進行可行性研究和性研究和編制設計編制設計任務書的任務書的依據，包依據，包括下列內括下列內容：容：5、資源、主要原材料、燃料和動力的供應;6、建廠條件和廠址初步方案;7、環境保護;8、工廠組織和勞動定員估算;9、項目實施規

13、劃設想;10、投資效益和社會效益的初 步估算;二、可行性研究二、可行性研究 它是以擬建項目進行全面分析及多方面比較，它是以擬建項目進行全面分析及多方面比較，對其是否應該建設如何建設作出論證和評價，為對其是否應該建設如何建設作出論證和評價，為上級機關投資決策和編制、審批設計任務書提供上級機關投資決策和編制、審批設計任務書提供可靠的依據。可靠的依據。 可行性研究是對項目的技術路線、工藝過程、可行性研究是對項目的技術路線、工藝過程、工程條件和經濟效益及社會效益進行深入細致的工程條件和經濟效益及社會效益進行深入細致的調查研究。其內容包括：調查研究。其內容包括：6、 建廠條件和廠址選擇布局方案。7、 公

14、用工程和輔助設施方案。8、 環境保護用安全衛生9、 工廠組織、勞動定員和人員培訓。10、項目實施規則。11、項目估算和資金籌措。12、經濟效益評價及社會效益評價。13、結論三、編制任務書三、編制任務書 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，便可編寫設計任務書以作為設計項目的依據。 1、項目設計的目的和依據; 2、生產規模、產品地質、生產方法和工藝原則; 3、礦產資源、水文地質、原材料、燃料、動力、供水、運輸等協作條件; 4、資源綜合利用、環境保護、三廢治理的要求; 5、廠址與占地面積和城市規劃的關系; 6、防空、防震等的要求; 7、建設工期與進度計劃; 8、投資控制數; 9、勞

15、動定員及組織管理制度; 10、經濟效益、資金來源、投資回收年限。設計任務書的內容設計任務書的內容 四、擴大設計 原料用量、消耗定額及三廢排放表設計任務書工藝路線與生產方法的確定物料衡算能量衡算設備工藝計算及選型號工藝流程圖設計車間布置設計概算編寫設計說明書工藝流程方框圖物料平衡圖能量消耗綜合表帶控制點工藝流程圖設備一覽表車間平面及裝門面布置圖非定型設備條件表擴大初步設計說明書概算書、投資額及材料表擴大初步設計程序圖五、施工圖設計五、施工圖設計 根據擴大初步設計審批意見，解決擴大初步設計待立的各項問題。并以它作為施工單位編制施工組織設計、編制施工預算和進行施工的依據。其內容與擴大初步設計有較大的

16、變動時，應另行編制修正概算，上報審批單位核準。施工圖設計一般不能隨便改變擴大初步設計。 在施工圖設計的編制過程中，根據擴大設計審批意見加強與基建施工單位的結合，正確貫徹上級的審批精神與原則。 施工圖設計的主要工作內容是在擴大初步設計的基礎上，完善流程圖設計的車間布置設計，進而完成管道配置設計和設備、管路的保溫防腐設計。工藝專業在施工圖設計的主要工作內容工藝圖紙目錄工藝流程圖設備布置圖設備一覽表非定型設備制造圖設備安裝圖管架管件圖管道布置圖設備和管路保溫及防腐設計設備和管路保溫及防腐設計設備管口方位圖非工藝專業在施工設計中的主要工作內容 土建施工圖、供水、供電、給排水、自控儀表線路安裝。除施工圖

17、外，還就附有各部分施工說明，安裝材料表、全廠設備一覽表、綜合材料匯總表、施工圖預算表。六、設計代表工作六、設計代表工作 擴大初步設計與施工圖設計兩個擴大初步設計與施工圖設計兩個階段，有大量的各專業人才參加，到階段，有大量的各專業人才參加，到設計文件編制完畢，工作轉入了基本設計文件編制完畢，工作轉入了基本建設和試車階段的時侯，就只需少量建設和試車階段的時侯，就只需少量的各專業設計代表參加。各專業的各專業設計代表參加。各專業 的代的代表，就是參加基本建設的現場施工和表，就是參加基本建設的現場施工和安裝，建成化工裝置后要參加試車運安裝，建成化工裝置后要參加試車運轉工作，使裝置達到設計所規定的各轉工作

18、，使裝置達到設計所規定的各項指標要求。項指標要求。 化工車間設計是化工廠設計 的最基本內容，初學者必須掌握的基本內容一、設計準備工作 1、熟悉設計任務書 任務書中提出什么要求、必須熟記。2、了解化工設計以及工藝設計包括哪些內容，參照設計進度訂出個人工作劃。3、查閱文獻資料 按要求查閱工藝路線、工藝流程和重點設備有關的文獻料，摘錄筆記，加工整理。4、收集第一手資料 深入現場調查研究。二、方案設計 方案設計就是確定生產方法和生產流程，是整個工藝設計的基礎。這個階段要運用所掌握的各種資料，進行不同生產方法和生產流程的對比分析，通過這一過程可以培養分析、歸納和理論聯系實際的能力。 2、生產流程、生產流

19、程：生產 流程設計 的工作歷程比較長，從規劃輪廓到完善定型，要經過物料衡算、熱量衡算、設備設計和車間布置設計等過程，工作量非常大。目前使用計算機效果較好。 工藝流程設計程序工藝流程設計程序流程流程設計程序設計程序A.A.流程框圖流程框圖B.B.流程示意圖流程示意圖C.C.流程草圖流程草圖D.D.工藝流程圖。工藝流程圖。(1)(1)物料流程圖物料流程圖(PFD(PFD圖圖) )；(2)(2)帶控制點的工藝流程圖帶控制點的工藝流程圖(PID(PID圖圖) )三、化工計算三、化工計算 化工計算主要是物料衡算、熱量衡算、設備選 型三個內容。在以上三種計算的基礎上繪制物料流程圖，主要設備圖，帶控制點工藝

20、流程圖。在此過程中，用到大量的基礎理論知識、基本概念和基本技能（數據處理、計算機應用、繪圖能力等）是理論聯系實際，學會發現問題、分析問題和解決問題、鍛煉獨立工作能力的主要階段。這一階段的工作是一個細致精確的工作，不能出差錯，必須按步驟進行細心校核。物料衡算是工藝設計的基礎。根據所需設計項目的年產量，物料衡算是工藝設計的基礎。根據所需設計項目的年產量，可以計算出：原料的消耗量、副產品量以及輸出過程物料的損耗量及三廢生可以計算出：原料的消耗量、副產品量以及輸出過程物料的損耗量及三廢生成量；成量；計算出蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額；計算出蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額；對生產設備和輔助

21、設備進行選型或設計。對生產設備和輔助設備進行選型或設計。最終，可以確定產品的技術經濟指標以及對項目可行性進行估價。最終，可以確定產品的技術經濟指標以及對項目可行性進行估價。A A. .物料衡算的目的物料衡算的目的(1)(1)原材料消耗定額，判斷是否達到設計要求。原材料消耗定額，判斷是否達到設計要求。(2)(2)各設備的輸入及輸出的物流量和組成。列表，在此基礎上進行設備的選型及設各設備的輸入及輸出的物流量和組成。列表，在此基礎上進行設備的選型及設計，并確定三廢排放位置、數量及組成，有利于進一步提出三廢治理的方法。計，并確定三廢排放位置、數量及組成，有利于進一步提出三廢治理的方法。(3)(3)作為

22、熱量計算的依據。作為熱量計算的依據。(4)(4)根據計算結果繪出物流圖，可進行管路設計及材質選擇，儀表及自控設計等。根據計算結果繪出物流圖，可進行管路設計及材質選擇，儀表及自控設計等。B.B.物料衡算的依據物料衡算的依據(1)(1)設計任務書中確定的技術方案、產品生產能力、年工作時間及操作方法。設計任務書中確定的技術方案、產品生產能力、年工作時間及操作方法。(2)(2)建設單位或研究單位所提供的要求、設計參數及實驗室試驗或中試等數據，建設單位或研究單位所提供的要求、設計參數及實驗室試驗或中試等數據，主要有：主要有：a)a)化工單元過程的主要化學反應方程式、反應物配比、轉化率、選擇性、總收率、化

23、工單元過程的主要化學反應方程式、反應物配比、轉化率、選擇性、總收率、催化劑狀態及加入配比量、催化劑是否回收使用、安全性能催化劑狀態及加入配比量、催化劑是否回收使用、安全性能( (爆炸上下限爆炸上下限) )等。等。b)b)原料及產品的分離方式，各步的回收率，采用物料分離劑時，加入分離劑的配比。原料及產品的分離方式，各步的回收率，采用物料分離劑時，加入分離劑的配比。c)c)特殊化學品的物性，如沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。特殊化學品的物性，如沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。C.C.物料衡算基準物料衡算基準(1)(1)時間基準時間基準(2)(2)質量基準質量基準(3)(3)體積基準體積基準(4)(

24、4)干濕基準干濕基準D D. .物料衡算程序物料衡算程序(1)(1)確定衡算的對象、體系與環境，并畫出計算對象的草圖。確定衡算的對象、體系與環境，并畫出計算對象的草圖。(2)(2)確定計算任務。確定計算任務。(3)(3)確定過程所涉及的組分。確定過程所涉及的組分。(4)(4)對物流流股進行編號，并標注物流變量。對物流流股進行編號，并標注物流變量。(5)(5)收集數據資料。收集數據資料。a)a)生產規模和生產時間。生產規模和生產時間。b)b)有關的定額和技術指標。有關的定額和技術指標。c)c)原輔材料、產品、中間產品的規格。原輔材料、產品、中間產品的規格。d)d)與過程有關的物理化學參數。與過程

25、有關的物理化學參數。(6)(6)列出物料衡算方程。列出物料衡算方程。(7)(7)列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其他相關約束式列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其他相關約束式。約束式有：歸。約束式有：歸一化方程、恒沸組成、相平衡數據、化學平衡方程、回流比、相比等。一化方程、恒沸組成、相平衡數據、化學平衡方程、回流比、相比等。(8)(8)整理計算結果。整理計算結果。(9)(9)繪制物料流程圖。繪制物料流程圖。四、車間布置設計四、車間布置設計 這是工藝人員的主要設計任務之一，它也是決定車間面貌的又一個重要設計項目。主要任務是確定整個設計 中的全部設備的框架在平面上和空間中的具體位置，確定廠房的框

26、架結構形式。它對生產的正常進行和經濟指標都有重要影響，同時為土建、暖通、電氣、自控、給排水、外管等專業開展設計提供重要依據。五、化工管道設計五、化工管道設計 管道配置設計的任務是確定裝置的全部管線、閥件、管件及各種管架的位置，以滿足工藝生產的要求。注意的問題是：節約管材，便于操作、檢查和安裝檢修，而且做到整齊美觀。這項設計是在工藝流程設計與車間布置設計的基礎上進行的，是施工圖中最大重要的設計內容。工作量非常大，需要繪制大量的圖紙，匯編大量表格，并與非專業交叉的工作多，往返頻繁，要求細致、周到密切協同。六、提供設計條件六、提供設計條件 完成一項設計需提供的條件包括：總圖、土建、外管、非定型設備、

27、自控、電氣、電訊、電加熱、采暖通風、空調、給排水、工業爐等非工藝專業的設計條件。因此，工藝人員應在政策和已定的方案下，保證質量，認真負責地編制提出各專業的設計條件，并確保其完整正確性。七、編制概算及編制設計文件七、編制概算及編制設計文件 概算書是設計階段編制的車間投資大概預算，是作為銀行對基建投資的依據，主要提供車間建筑、安裝和設備工程費用。技術的先進性是經濟上合理的前提，做到既經濟節約又合理可行是概算的工作中心。 編制設計文件是初步設計圖設計工作完成后的依據，是設計成果的匯總，是進行大量工作的依據，內容包括設計說明書、附圖（流程圖、布置圖、設備圖等 ）和附表（設備一覽表、材料匯總表等 ）。要求做到內容正確嚴謹、重點突出、概念清楚、調理性強、完整易懂、對圖紙要求消滅錯誤，整潔清楚，圖面布局合理，考慮施工、安裝、生產和維修的需要，能滿足工藝生產要求。第四節第四節 設計文件設計文件 工藝人員在設計工作中主要的設計文件是擴大初步設計與施工圖文件，下面簡要介紹上兩項的內容與格式：一、擴大初步設計文件 包括兩部分：即設計說明書