1、第一章 緒 論2015年8月6日普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)一、 “化工設(shè)計(jì)”課程的主要內(nèi)容主要內(nèi)容、化工流程設(shè)計(jì)及化工工藝計(jì)算；、化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與安全、環(huán)保評(píng)價(jià)。二、“化工設(shè)計(jì)”課程在化學(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué) 中的地位 偏向于“專業(yè)課”，要求大家學(xué)完“化工原理”、“反應(yīng)工程”、“化工熱力學(xué)”、“物理化學(xué)”、“化工設(shè)備基礎(chǔ)”等一系列專業(yè)基礎(chǔ)課后，才能開(kāi)始學(xué)習(xí)本課程。 綜合利用以前所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)，在化工工藝設(shè)計(jì)乃至化工廠設(shè)計(jì)的過(guò)程中綜合運(yùn)用。初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)（設(shè)備選型、平面布置、配管設(shè)計(jì)、機(jī)電儀及土建設(shè)計(jì)；普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)三、 “化工設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)、綜合性（

2、多專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)的綜合與集成）；、實(shí)踐性（面向?qū)嶋H化工工藝設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)的工程運(yùn)用）；四、“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的目的、了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)化工工藝設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)的概念；、掌握化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容、步驟及方法。普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)五、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)石油化工（包括其衍生的有機(jī)化工）煤化工（包括其衍生的有機(jī)化工）無(wú)機(jī)化工精細(xì)化工及中間體化肥工業(yè)農(nóng)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)輕工（造紙、玻璃、塑料、合成橡膠等）染料、油墨、化妝品、清潔劑生物化工普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)六、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容6.1、化工設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)、化工過(guò)程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)四個(gè)名詞之間的聯(lián)系與區(qū)別

3、 化工設(shè)計(jì)是泛稱，在不同場(chǎng)合可分別指稱化工廠設(shè)計(jì)、化工過(guò)程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)，其內(nèi)涵最廣，但意義不明確?；S設(shè)計(jì)化工過(guò)程設(shè)計(jì)（核心）化工廠房建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總圖設(shè)計(jì)，.等非工藝部分設(shè)計(jì)化工工藝設(shè)計(jì)（核心）公用工程設(shè)計(jì)、外管設(shè)計(jì)，等普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)6.2、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容化工過(guò)程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)： 確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)，考慮安全、健康、環(huán)保的因素，確定出一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案?；み^(guò)程設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計(jì)，附帶內(nèi)容是針對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)，對(duì)它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入設(shè)計(jì)和完善。普通

4、高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)6.3、化工過(guò)程設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)化工過(guò)程設(shè)計(jì)發(fā)展方向復(fù)雜大型化工廠的設(shè)計(jì)柔性化工廠的設(shè)計(jì)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)與國(guó)際工程設(shè)計(jì)的接軌我國(guó)化工設(shè)計(jì)院，原來(lái)的專業(yè)部門(mén)進(jìn)行了相應(yīng)的改革調(diào)整。原來(lái)的工藝專業(yè)部工藝專業(yè)部（大部分為化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員）工藝系統(tǒng)專業(yè)部（少量化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員，大量其它輔助專業(yè)）普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì) 工藝專業(yè)部與工藝系統(tǒng)專業(yè)部之間，在設(shè)計(jì)工作過(guò)程中有許多需要交流的條件、文件（“條件表”），有發(fā)出條件的主導(dǎo)專業(yè)，有接收“條件表”的接收專業(yè)。我國(guó)化工設(shè)計(jì)院的專業(yè)種類化學(xué)工程與工藝化工機(jī)械自動(dòng)化及儀表總圖概預(yù)算（工程經(jīng)濟(jì)）建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、

5、給排水、強(qiáng)弱電熱工、環(huán)境工程（環(huán)保）、工業(yè)爐普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)七、計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì) 在20世紀(jì)20年代以前，化工過(guò)程設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)有理論作指導(dǎo)，幾乎是完全憑經(jīng)驗(yàn)。 在20世紀(jì)20年代60年代，化工過(guò)程設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始有化工單元操作理論作指導(dǎo)，可以定量計(jì)算設(shè)計(jì)，但幾乎完全憑手工計(jì)算與繪圖完成設(shè)計(jì)工作。 在20世紀(jì)60年代以后，計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)得到了發(fā)展。計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展化工單元操作等理論的不斷成熟數(shù)學(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)7.1、計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)（優(yōu)點(diǎn)）：、設(shè)計(jì)工作效率高、規(guī)范性好、設(shè)計(jì)水平高（可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)）效率對(duì)比： 一個(gè)

6、年產(chǎn)30萬(wàn)噸的乙烯的工程，如果全憑手工計(jì)算與繪圖，400個(gè)設(shè)計(jì)工程師要花費(fèi)近1年的時(shí)間，才能完成一個(gè)流程方案的設(shè)計(jì)。而借助計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，200個(gè)設(shè)計(jì)工程師花費(fèi)8個(gè)星期，就能完成一個(gè)流程方案。 后者的設(shè)計(jì)工作效率比前者高出10多倍。普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)7.2、計(jì)算機(jī)輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展方向：（1）、單元操作模塊的種類數(shù)；（2）、物性數(shù)據(jù)庫(kù)的大小及數(shù)據(jù)的估算方法；（3）、能處理的流股數(shù)量和組份數(shù)量；（4）、計(jì)算技術(shù)方法（求解方法）；（5）、能處理的流股相態(tài)；（氣、液、固、膠體、電解質(zhì)等）（6）、軟件系統(tǒng)的人性化界面及開(kāi)放程度；（7）、流程圖形輸入及識(shí)別技術(shù)。

7、等等普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)八、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度8.1、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向人類發(fā)展化學(xué)工業(yè)的目的： 滿足人類對(duì)化學(xué)物質(zhì)（分子式、數(shù)量、質(zhì)量、多尺度形態(tài)）的不斷需求。這個(gè)目標(biāo)由化學(xué)家和化學(xué)工程師，在技術(shù)層面上共同完成?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向新物質(zhì)經(jīng)濟(jì)合理的大批量高質(zhì)量柔性化綠色化多尺度其中： 化學(xué)工業(yè)綠色化的含義：以“減量化、再利用、資源化”為基本原則，也就是所謂的“3R”原則。 （Reduce、Recycle、Resource）具體體現(xiàn)在：（1）、減少化工過(guò)程的能耗、物耗；（2）、減少有害物質(zhì)的使用或生成；（3）、減少?gòu)U棄物，并使廢棄物在系統(tǒng)類

8、在利用；（4）、盡量將排放的廢棄物轉(zhuǎn)化為可用的再生資源；（5）、盡量延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期。ReduceRecycleResource普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)8.2、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度 在化學(xué)工程領(lǐng)域?qū)嵤┳?cè)工程師制度，在化學(xué)工程師心目中樹(shù)立倫理學(xué)觀念，建立責(zé)任關(guān)懷制度。開(kāi)始逐步成為國(guó)際化學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展大趨勢(shì)。倫理學(xué)理念體現(xiàn)在：（1）、自覺(jué)維護(hù)化工過(guò)程的安全；（2）、自覺(jué)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)；（3）、自覺(jué)節(jié)約資源的意識(shí)；（4）、對(duì)業(yè)主、化工廠操作人員、同事負(fù)責(zé)的精神。責(zé)任關(guān)懷制度的含義：（1）、提高對(duì)安全、健康、環(huán)保、資源的認(rèn)知和行動(dòng)；（2）、充分報(bào)道成績(jī)、行動(dòng)計(jì)劃，但不回避

9、缺陷；（3）、與公眾溝通，并傾聽(tīng)意見(jiàn)的日?；５鹊?。普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)本章結(jié)束普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)第二章 工程設(shè)計(jì)概論2015年8月6日普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)第二章 工程設(shè)計(jì)概論第一節(jié) 化工設(shè)計(jì)的種類 教學(xué)內(nèi)容： 理解概念設(shè)計(jì)、中試設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的概念與內(nèi)容。 重點(diǎn)： 重點(diǎn)是理解概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別與聯(lián)系，特別要掌握國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)與國(guó)外的工藝設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)及詳細(xì)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與區(qū)別?；ぴO(shè)計(jì)1.1化工設(shè)計(jì)的種類一、根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)分類 1、新建項(xiàng)目設(shè)計(jì) 2、重復(fù)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)3、已有裝置的改造設(shè)計(jì)1.1

10、 化工設(shè)計(jì)的種類第二章 工程設(shè)計(jì)概論二、根據(jù)化工過(guò)程開(kāi)發(fā)程序分類 第二章 工程設(shè)計(jì)概論國(guó)外各設(shè)計(jì)階段的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及成品 1、工藝設(shè)計(jì) 與國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類似 (1) 工藝流程圖(PFD)(2) 工藝控制圖(PID)(3) 工藝說(shuō)明書(shū)(4) 物料平衡表(5) 工藝設(shè)備表(6) 工藝數(shù)據(jù)表(7) 安全(8) 布置圖(9) 各專業(yè)設(shè)計(jì)條件 二、根據(jù)化工過(guò)程開(kāi)發(fā)程序分類 1、概念設(shè)計(jì)2、中試設(shè)計(jì)3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)4、工程設(shè)計(jì) 初步設(shè)計(jì)擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì) 第二章 工程設(shè)計(jì)概論第一章 化工廠設(shè)計(jì)概述 教學(xué)內(nèi)容：了解從項(xiàng)目建議書(shū)到投料試車的化工廠設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容和程序。理解項(xiàng)目建議書(shū)、可行性研究、設(shè)什任務(wù)書(shū)、擴(kuò)

11、大初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。重點(diǎn)掌握擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)的內(nèi)容和工作程序。第二節(jié) 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 、項(xiàng)目建議書(shū)項(xiàng)目建議書(shū)是基本建設(shè)程序中最初階段的工作，是對(duì)建議項(xiàng)目的輪廓設(shè)想和立項(xiàng)的先導(dǎo)，是為建設(shè)項(xiàng)目取得資格而提出的建議，是開(kāi)展可行性研究的依據(jù)。第二章 工程設(shè)計(jì)概論項(xiàng)目建議書(shū)的編制內(nèi)容 、項(xiàng)目建設(shè)的目的和意義；、 產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè)； 、產(chǎn)品方案和擬建規(guī)模； 、工藝技術(shù)方案，概述原料路線、生產(chǎn)方法和技術(shù)來(lái)源； 、資源、主要原材料、燃料和動(dòng)力的供應(yīng)

12、； 、建廠條件和廠址初步方案； 、環(huán)境保護(hù)； 、工廠組織和勞動(dòng)定員估算； 、項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃設(shè)想； 、投資估算和資金籌措設(shè)想； 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的初步估算。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 二、可行性研究可行性研究是基本建設(shè)前期工作的重要內(nèi)容，是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目在技術(shù)上、工程和經(jīng)濟(jì)上的先進(jìn)性和合理性進(jìn)行全面分析論證，通過(guò)多方案比較，提出評(píng)價(jià)意見(jiàn)，它起著定項(xiàng)目、定產(chǎn)品、定技術(shù)方案、定廠址、定投資、定建設(shè)進(jìn)度等作用。為上級(jí)機(jī)關(guān)投資決策和編制、審批設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提供可靠的依據(jù)。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 二、可行性研究第二章 工程設(shè)計(jì)概論 可行性研究報(bào)告（按內(nèi)容深度分）初步

13、可行性研究詳細(xì)可行性研究 可行性研究報(bào)告（根據(jù)資金來(lái)源、投資額、重要性）業(yè)主自行委托上級(jí)主管部門(mén)指定可行性研究報(bào)告中需重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)環(huán)節(jié)：、產(chǎn)品方案；、生產(chǎn)規(guī)模；、原料路線選擇；、生產(chǎn)工藝路線的確定；如技術(shù)先進(jìn)性與可行性、生產(chǎn)操作控制方式、能耗及三廢處理等；、廠址選擇；、工廠布置。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 三、編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可行性研究呈報(bào)給上級(jí)主管部門(mén)，當(dāng)被上級(jí)主管部門(mén)認(rèn)可后，便可根據(jù)化工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定編寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，以作為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的依據(jù)。 第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 四、初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)是根據(jù)已批準(zhǔn)的可行性研究報(bào)告，確定全廠性的設(shè)計(jì)原

14、則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方案和重大技術(shù)問(wèn)題，如總工藝流程、生產(chǎn)方法、工廠組成、總圖布置、水電汽的供應(yīng)方式和用量、關(guān)鍵設(shè)備和儀表選型、全廠儲(chǔ)運(yùn)方案、消防、職業(yè)安全衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和綜合利用以及車間或單項(xiàng)工程的工藝流程和專業(yè)設(shè)計(jì)方案等，編制出初步設(shè)計(jì)文件與概算。第二章 工程設(shè)計(jì)概論第二章 工程設(shè)計(jì)概論第二章 工程設(shè)計(jì)概論化工項(xiàng)目基建的設(shè)計(jì)階段 化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)（按設(shè)計(jì)深度）初步設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）擴(kuò)初設(shè)計(jì)（擴(kuò)大的初步設(shè)計(jì)）施工圖設(shè)計(jì)（施工設(shè)計(jì)）（一）、初步設(shè)計(jì) 是設(shè)計(jì)深度最淺的設(shè)計(jì)階段，一般只要求：1、流程圖（PI）圖；2、物料及熱量核算計(jì)算；3、對(duì)土建、公用工程提出要求；4、對(duì)工廠布置（總圖）和車間布置提出要求

15、、建議；5、工程概算；6、初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。這就是所謂的“三段設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)的三個(gè)階段）”第二章 工程設(shè)計(jì)概論化工項(xiàng)目基建的設(shè)計(jì)階段（二）、擴(kuò)初設(shè)計(jì) 在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)工程的關(guān)鍵技術(shù)（主要指關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵工藝）工段，補(bǔ)充以下文件：1、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙；2、關(guān)鍵設(shè)備的布置圖；3、關(guān)鍵工藝工段操作說(shuō)明；4、擴(kuò)初設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。注意： 對(duì)于有設(shè)備創(chuàng)新、工藝技術(shù)創(chuàng)新的化工工程，擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段是十分必要的。 但總體而言，擴(kuò)初設(shè)計(jì)只是從初步設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)的一個(gè)過(guò)渡階段，它還不能指導(dǎo)施工建設(shè)。1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序五、施工圖設(shè)計(jì) 施工圖設(shè)計(jì)是把初步設(shè)計(jì)中確定的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方案，根據(jù)安裝工程或設(shè)備制造的需

16、要，進(jìn)一步具體化。把工程設(shè)計(jì)各個(gè)組成部分的布置和主要施工方法，以圖樣及文字的形式加以確定，并編制設(shè)備、材料明細(xì)表。施工圖設(shè)計(jì)文件是建筑工程施工、設(shè)備及管道安裝、設(shè)備制做及控制工程建設(shè)造價(jià)的依據(jù)，也可以作為生產(chǎn)準(zhǔn)備的依據(jù)。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序五、施工圖設(shè)計(jì)第二章 工程設(shè)計(jì)概論對(duì)化工工藝部分的設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)要出的主要文件：1、PID最終版；2、所有設(shè)備的施工圖；3、平立面布置圖；4、配管圖（配管設(shè)計(jì)圖）；5、施工材料明細(xì)表；6、工程預(yù)算書(shū)；7、施工圖設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。等等。1.2 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序第二章 工程設(shè)計(jì)概論注意： 按項(xiàng)目工程的大小及復(fù)雜程度、上級(jí)主管部門(mén)的要求

17、、設(shè)計(jì)能力等情況，設(shè)計(jì)階段分成三種情況：簡(jiǎn)單工程： 一步直接做施工圖設(shè)計(jì)中等復(fù)雜工程： 初步設(shè)計(jì) 施工圖設(shè)計(jì)復(fù)雜、創(chuàng)新工程： 初步設(shè)計(jì) 擴(kuò)初設(shè)計(jì) 施工圖設(shè)計(jì)最后的落腳點(diǎn)都是施工圖設(shè)計(jì)每步設(shè)計(jì)對(duì)要進(jìn)行嚴(yán)格的審查 化工廠設(shè)計(jì)除了化工工藝設(shè)計(jì)外，還包括工廠總圖設(shè)計(jì)、廠房土建設(shè)計(jì)、公用工程設(shè)計(jì)、外管設(shè)計(jì)等等。 但化工工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)化工廠設(shè)計(jì)的核心?；すに囋O(shè)計(jì)貫穿初步設(shè)計(jì)、擴(kuò)初設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)每個(gè)階段。 一個(gè)化工流程的特性（特點(diǎn)、特征、性能）決定于它內(nèi)部的一些特性參數(shù)：化工流程的特性參數(shù)流程的單元結(jié)構(gòu)參數(shù)單元的種類、數(shù)量單元之間位置關(guān)系物料走向關(guān)鍵單元設(shè)備的特性參數(shù)關(guān)鍵工藝工段的操作參數(shù)第二章 工程設(shè)

18、計(jì)概論化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟第一步：流程組織（過(guò)程合成）第二步：物料衡算及熱量衡算第三步：設(shè)備設(shè)計(jì)及選型第四步：PFD圖物料及熱量平衡圖及PID圖帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的設(shè)計(jì)與繪制第五步：車間流程的平立面布置設(shè)計(jì)第六步：主要材料表及概（預(yù)）算（工藝部分）第七步：對(duì)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析第八步：編寫(xiě)工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)循環(huán)優(yōu)化外循環(huán)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，要做許多回合的優(yōu)化調(diào)整。第二章 工程設(shè)計(jì)概論內(nèi)循環(huán)優(yōu)化： 在流程結(jié)構(gòu)不變的前提下，通過(guò)修改、調(diào)整流程內(nèi)部的部分設(shè)備參數(shù)和操作參數(shù)，來(lái)對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。外循環(huán)優(yōu)化： 在內(nèi)循環(huán)優(yōu)化不能滿足優(yōu)化目標(biāo)的情況下，重新做流程組織，對(duì)流程結(jié)構(gòu)進(jìn)行改頭換面的大變

19、動(dòng)，而達(dá)到對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。內(nèi)循環(huán)優(yōu)化經(jīng)常用于老流程的改造，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)有指導(dǎo)意義。外循環(huán)優(yōu)化經(jīng)常用于新廠設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)多個(gè)流程方案進(jìn)行分析比較。 二層循環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)，工作量巨大，手工設(shè)計(jì)很難完成，只有靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。第二章 工程設(shè)計(jì)概論 從化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟可以看出，設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、計(jì)算機(jī)輔助化工設(shè)計(jì)三者之間的關(guān)系： （1）、設(shè)計(jì)出一個(gè)或幾個(gè)較優(yōu)的流程是設(shè)計(jì)的最終目的； （2）、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是判斷流程優(yōu)劣的依據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)）； （3）、計(jì)算機(jī)輔助化工設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的有力手段。注意： （1）、在PID圖中，關(guān)于管路的信息、控制回路的信息十分豐富。 （2）、根據(jù)設(shè)計(jì)的不同階段，化工工藝

20、設(shè)計(jì)的深度也相應(yīng)變化。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.3 化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容與程序有：1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。 正確、全面地了解建設(shè)項(xiàng)目的產(chǎn)品方案、建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)方法、工藝路線、技術(shù)指標(biāo)等，制定設(shè)計(jì)進(jìn)度和工作計(jì)劃； 收集資料；如建廠所需要的設(shè)計(jì)資料，包括地理?xiàng)l件、氣候、地質(zhì)、原料供應(yīng)、燃料供應(yīng)等；生產(chǎn)方法和工藝流程資料、設(shè)備設(shè)計(jì)資料；設(shè)備布置和廠房結(jié)構(gòu)資料；管道設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)規(guī)范性資料等。收集資料一般應(yīng)遵循資料的“完整性、正確性、適用性、時(shí)效性”的原則。第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.3 化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容2工藝流程設(shè)計(jì)。3工藝計(jì)算。4車間布置設(shè)計(jì)。5化工管路設(shè)計(jì)。6核審及圖紙會(huì)簽。7編制設(shè)計(jì)概算書(shū)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

21、8設(shè)計(jì)總結(jié)、參加施工和開(kāi)車。第二章 工程設(shè)計(jì)概論第二章 工程設(shè)計(jì)概論1.4 化工項(xiàng)目（工程）的試生產(chǎn)化工項(xiàng)目（工程）試生產(chǎn)的順序（步驟）：1、清理現(xiàn)場(chǎng)2、清洗設(shè)備及管道（水洗、氣沖，并注意清洗順序）3、設(shè)備的單體試車（以水代料）4、整個(gè)工程以水代料聯(lián)動(dòng)試車5、投入物料進(jìn)行試試車注意：期間穿插人員的安全、健康、工藝操作培訓(xùn)。第二章 工程設(shè)計(jì)概論本章結(jié)束第三章 工程流程設(shè)計(jì)2015年8月6日普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容：3.1 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇3.2 工藝流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖3.4 典型設(shè)備的自控方案3.5 工藝流程圖計(jì)算機(jī)繪制軟件簡(jiǎn)介本章重點(diǎn)難點(diǎn)：工藝流程選擇原

22、則和設(shè)計(jì)方法；工藝流程圖的類型及其繪制法；設(shè)備、管道、閥門(mén)與管件、自控方案的表示方法。 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.1 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則 在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)，應(yīng)該著重考慮以下三項(xiàng)原則：1. 先進(jìn)性 2. 可靠性 3. 合理性 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.1 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟確定生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)，通常要經(jīng)過(guò)下列幾個(gè)階段：1. 資料搜集與項(xiàng)目調(diào)研； 2. 生產(chǎn)設(shè)備類型與制造廠商調(diào)研；3. 對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行全面分析對(duì)比 。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.2 工藝流程設(shè)計(jì)一、工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）確定整個(gè)流程的組成 ；（2）確

23、定每個(gè)過(guò)程或工序的組成； （3）確定工藝操作條件； （4）控制方案的確定； （5）原料與能量的合理利用； （6）制定“三廢”處理方案； （7）制定安全生產(chǎn)措施。 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.2 工藝流程設(shè)計(jì)二、工藝流程設(shè)計(jì)的方法 工藝流程設(shè)計(jì)方法，首先要看所確定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運(yùn)行過(guò)的成熟工藝，還是待開(kāi)發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進(jìn)或局部采用新技術(shù)、新工藝的問(wèn)題；后者須針對(duì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。工藝流程分為四大部分：原料預(yù)處理過(guò)程、反應(yīng)過(guò)程、產(chǎn)物的后處理（分離凈化）過(guò)程和“三廢”的處理過(guò)程。 第三章 工程流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）以反應(yīng)過(guò)程為

24、中心 （2）原料預(yù)處理過(guò)程 （3）產(chǎn)物的分離凈化（4）產(chǎn)品的后處理 （5）未反應(yīng)原料的循環(huán)與利用 （6）確定“三廢”排出物的處理措施 （7）確定公用工程的配套措施 （8）確定操作條件和制定控制方案 （9）制定切實(shí)可靠的安全生產(chǎn)措施 （10）保溫、防腐的設(shè)計(jì) 第三章 工程流程設(shè)計(jì)理解工藝流程圖的種類和表達(dá)內(nèi)容和管道儀表流程圖的設(shè)備、管道、管件、閥門(mén)和儀表控制點(diǎn)的表達(dá)方法。重點(diǎn)掌握管道儀表流程圖的設(shè)備、管道、管件、閥門(mén)和儀表控制點(diǎn)的表達(dá)內(nèi)容和方法，以及管道標(biāo)注內(nèi)容和方法。難點(diǎn)是如何確定管道等級(jí)，以及管道標(biāo)注內(nèi)容和表示方法。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 一、工藝流程圖的種類（一） 工藝流程

25、草圖 工藝流程草圖又稱方案流程圖或流程示意圖，是用來(lái)表達(dá)整個(gè)工廠或車間生產(chǎn)流程的圖樣。它是設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)供工藝方案討論常用的流程圖，是工藝流程圖設(shè)計(jì)的依據(jù)。 圖2-1 脫硫系統(tǒng)工藝方案流程圖1一羅茨鼓風(fēng)機(jī)；2一脫硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵；5一空氣鼓風(fēng)機(jī)；6一再生塔；7一除塵塔第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 一、工藝流程圖的種類（二）工藝物料流程圖 工藝物料流程圖是在物料衡算和熱量衡算完成后繪制，是以圖形與表格相結(jié)合的形式來(lái)反映物料衡算和熱量衡算的結(jié)果。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 一、工藝流程圖的種類（三）帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖是一個(gè)工程項(xiàng)目工

26、程設(shè)計(jì)的一個(gè)指導(dǎo)性文件，也是各專業(yè)開(kāi)展設(shè)計(jì)的依據(jù)之一。帶控制點(diǎn)的工藝流程圖應(yīng)畫(huà)出所有工藝設(shè)備、工藝物料管線、輔助物料管線、主要閥門(mén)，以及工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位、物料組成、濃度等)的測(cè)量點(diǎn)，并表示出自動(dòng)控制的方案。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 一、工藝流程圖的種類（四）管道儀表流程圖管道儀表流程圖(PI圖) 是借助統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)和文字代號(hào)，用圖示的方法把建立化工工藝裝置所需的全部設(shè)備、儀表、管道及主要管件，按其各自的功能，為滿足工藝要求和安全、經(jīng)濟(jì)目的而組合起來(lái)，以起到描述工藝裝置結(jié)構(gòu)和功能的作用。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)管道儀

27、表流程圖(PI圖)應(yīng)依據(jù) “化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定” HG20519-92和 “管道儀表流程圖設(shè)計(jì)規(guī)定” HG20559-93的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行繪制。（一）通用設(shè)計(jì)規(guī)定 1、圖紙規(guī)格與圖幅 管道儀表流程圖的圖紙應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并帶有設(shè)計(jì)單位名稱的統(tǒng)一標(biāo)題欄。圖幅應(yīng)采用0號(hào)(A0)標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖紙，也可用1號(hào)(Al)標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖紙。 2、線條與比例 3、文字與字母的標(biāo)注4、圖面布置 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)（二）設(shè)備的表示方法 1、圖形 化工設(shè)備在圖上一般可不按比例、用中線條、按HG 20519.31規(guī)定的設(shè)備和機(jī)械的圖例畫(huà)出能夠顯示設(shè)備形狀特征的

28、主要輪廓，并表示出設(shè)備類別特征以及內(nèi)部、外部構(gòu)件(內(nèi)、外構(gòu)件亦用中線條)。 常用設(shè)備和機(jī)械的圖形畫(huà)法，可參見(jiàn)表2-2，其他設(shè)備可參照畫(huà)出。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)（二）設(shè)備的表示方法 2、設(shè)備的標(biāo)注 （1）標(biāo)注的內(nèi)容 工藝管道儀表流程圖上應(yīng)標(biāo)注設(shè)備位號(hào)及名稱。（2）設(shè)備的位號(hào) 每臺(tái)設(shè)備均有相應(yīng)的位號(hào);設(shè)備位號(hào)由兩部分組成，前部分用大寫(xiě)英文字母表示設(shè)備類別;后部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)備所在位置(工序)及同類設(shè)備的順序，一般數(shù)字為3-4位。例如，圖2-3中的“J101”，由三部分組成：J為設(shè)備類別代號(hào)。（3）標(biāo)注的方式 PI圖上通常要表示兩處設(shè)備位號(hào)，第一

29、處設(shè)備位號(hào)表示在設(shè)備旁，在設(shè)備位號(hào)線上部注寫(xiě)設(shè)備位號(hào)，不注設(shè)備名稱；第二處位號(hào)表示在設(shè)備相對(duì)應(yīng)位置的圖紙上方或下方，在位號(hào)線上部注寫(xiě)設(shè)備位號(hào)，在位號(hào)線下部注寫(xiě)設(shè)備名稱。 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)（三）管道的表示方法1管道的畫(huà)法 2、管道的標(biāo)注第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)（四）閥門(mén)與管件的表示方法第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.3 工藝流程圖 二、管道儀表流程圖(PI圖)（五）儀表控制點(diǎn)的表示方法 管道儀表流程圖上要以規(guī)定的圖形符號(hào)和文字代號(hào)，表示出在設(shè)備、機(jī)械、管道和儀表站上的全部?jī)x表。 表3-11 儀表安裝位置的圖形

30、符號(hào)第三章 工程流程設(shè)計(jì)第四節(jié) 典型設(shè)備的自控方案 理解泵類、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)器及蒸餾塔的自控方案的內(nèi)容和方法，以及自控設(shè)計(jì)條件的內(nèi)容。重點(diǎn)掌握泵類、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)器及蒸餾塔的自控方案。難點(diǎn)是如何確定操縱變量、主變量和副變量，以及控制方案的表達(dá)方法。第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.4 典型設(shè)備的自控方案 一、泵類的自控方案1. 離心泵離心泵的流量調(diào)節(jié)一般是采用出口節(jié)流的方法，如圖3-7(a)。也可以使用旁路調(diào)節(jié)方法(見(jiàn)圖3-7(b)，旁路調(diào)節(jié)耗費(fèi)能量，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)閥的尺寸比直接節(jié)流的小。(a)控制泵的出口閥門(mén)開(kāi)度 (b)控制泵的出口旁路圖3-7 離心泵的拴制方案 第三章 工程流程設(shè)計(jì)2.4

31、典型設(shè)備的自控方案 二、壓縮機(jī)的自控方案 圖3-9 壓縮機(jī)分程控制方案 圖3-10壓縮機(jī)旁路控制方案 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.4 典型設(shè)備的自控方案 三、換熱器的自控方案 (a)改變被控物料流量 (b)改變物料旁路流量圖3-12 控制被控物料流量的控制方案 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.4 典型設(shè)備的自控方案 四、反應(yīng)器的自控方案 (一)釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制 (c)載熱體流量釜溫串級(jí)控制 (d)夾套溫度釜溫串級(jí)控制 (e)釜壓釜溫串級(jí)控制圖3-16 釜式反應(yīng)器的溫度控制方案第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.4 典型設(shè)備的自控方案 四、反應(yīng)器的自控方案(二)固定床反應(yīng)器的溫度控制 (a)用進(jìn)料濃度控制 (b

32、)用進(jìn)料溫度控制 (c) 用進(jìn)料溫度控制 (d)用冷料量控制圖3-17 固定床反應(yīng)器的控制方案 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.4 典型設(shè)備的自控方案 五、蒸餾塔的控制方案(a)提餾段控制方案 (b)精餾段控制方案 圖3-18 蒸餾塔原則控制方案 第三章 工程流程設(shè)計(jì)3.5 工藝流程圖計(jì)算機(jī)繪制軟件簡(jiǎn)介 流程圖繪制軟件常用美國(guó)Autodesk公司的AutoCAD200 x 。利用其本身強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)功能進(jìn)行了AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了很多專業(yè)軟件：例如AspenTech公司Aspen Plus ；加拿大VMG集團(tuán)(Virtual Materials Group) 開(kāi)發(fā)的 VMGSim ；Chemst

33、ations公司的ChemCAD；青島伊科思技術(shù)工程有限公司開(kāi)發(fā)的ECSS化工之星等。繪制管道儀表流程圖還必須使用專門(mén)的軟件，例如：上海尤里卡的PEDS三維配管工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、中科輔龍的PDSOFT三維工廠設(shè)計(jì)軟件等都有繪制管道儀表流程圖的功能，深圳維遠(yuǎn)泰克公司還推出一款專門(mén)用于繪制工藝流程圖的軟件PIDCAD。 第三章 工程流程設(shè)計(jì)第二章 工程設(shè)計(jì)概論本章結(jié)束第四章 物料衡算和熱量衡算2015年8月6日普通高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材 化工設(shè)計(jì)74第一節(jié) 連續(xù)過(guò)程的物料衡算教學(xué)內(nèi)容：結(jié)合具體實(shí)例，理解利用化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程的物料衡算的方法。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)掌握利用化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程的物料

34、衡算的方法。難點(diǎn)是衡算基準(zhǔn)的選擇，包括基準(zhǔn)物流的名稱和單位選擇，以及物料平衡方程、摩爾分?jǐn)?shù)約束式及設(shè)備約束式的內(nèi)容和形式。第四章 物料衡算和熱量衡算75一、連續(xù)過(guò)程的物料衡算 一般表示式為： 系統(tǒng)中積累 = 輸入 輸出 + 生成 消耗穩(wěn)態(tài)過(guò)程時(shí) 輸入 = 輸出 生成 + 消耗無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程 輸入 = 輸出 第四章 物料衡算和熱量衡算76物料平衡形式 總平衡式 *總質(zhì)量平衡式 總摩爾平衡式 組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式 組分摩爾平衡式 元素原子平衡式 *元素原子質(zhì)量平衡式 *元素原子摩爾平衡式第四章 物料衡算和熱量衡算77物料衡算的基本步驟 畫(huà)出流程示意圖 列出已知數(shù)據(jù) 列出由物料平衡所需求

35、解的問(wèn)題。 決定系統(tǒng)的邊界 寫(xiě)出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式。第四章 物料衡算和熱量衡算78 約束條件 選擇計(jì)算基準(zhǔn) 進(jìn)行物料平衡計(jì)算 列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核 結(jié)論第四章 物料衡算和熱量衡算79關(guān)于基準(zhǔn) 時(shí)間基準(zhǔn) 連續(xù)（小時(shí)，天） 間歇（釜，批） 質(zhì)量基準(zhǔn) kg，mol， kmol 體積基準(zhǔn) m3（STP） 干濕基準(zhǔn) 干基（不含水），濕基（含水）例：100kg濕物料，其中含水10kg， 按 濕基：含水率為10%； 若按 干基：含水率為 10/（100-10）100%=11.11%第四章 物料衡算和熱量衡算80 C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O每100kmol燃燒產(chǎn)物需要

36、多少摩爾空氣？1.基準(zhǔn)：1kmol原料氣C3H8燃燒用氧 5kmol；實(shí)際供氧 51.25 = 6.25kmol；供給空氣量 29.76kmol； 其中氮?dú)饬?23.51kmol產(chǎn)生：CO2 3kmol； H2O 4kmol； O2 1.25kmol； N2 23.51kmol；合計(jì) 31.76kmol；x = 93.7kmol第四章 物料衡算和熱量衡算812.基準(zhǔn)：1kmol空氣實(shí)際供氧 0.21/1.25=0.168kmol；燃燒C3H3 0.21/（51.25） =0.0336kmol；供給空氣量 1kmol； 其中氮?dú)饬?0.79kmol；產(chǎn)生：CO2 0.101kmol； H2O 0

37、.135kmol； O2 0.042kmol； N2 0.79kmol；合計(jì) 1.068kmol；x = 93.7kmol第四章 物料衡算和熱量衡算82（3）基準(zhǔn)：100kmol煙道氣以元素平衡法：C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2OC平衡 3B = P；H2平衡 4B = Q；O2平衡 0.21A = M + Q/2 + P；N2平衡 0.79A = N；煙道氣總量 N + M + P + Q = 100；過(guò)剩氧氣 0.21A（0.25/1.25）= M解出：空氣量 A = 93.7kmol； C3H8 B = 3.148kmol； N2 N = 74.02kmol； O2 M

38、= 3.935 kmol； CO2 P = 9.445 kmol ； H2O Q = 12.59 kmol。第四章 物料衡算和熱量衡算83物料平衡計(jì)算的條件. 方程式 物料平衡方程式 物流約束式構(gòu)成物流各組分的分率之和等于1=1第四章 物料衡算和熱量衡算842.變量有Ns股物流， Nc個(gè)組分?jǐn)?shù)，Np個(gè)設(shè)備參數(shù)總變量數(shù)： Nv= Ns（Nc +1）+ Np 設(shè)計(jì)變量第四章 物料衡算和熱量衡算85 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 = 選擇性選擇性 = xA = = 第四章 物料衡算和熱量衡算86 收率收率 = 轉(zhuǎn)化率選擇性 =xA = 限制反應(yīng)物 過(guò)量反應(yīng)物第四章 物料衡算和熱量衡算87無(wú)化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 料漿

39、濾餅 90%固體 F1=2000kg/h 過(guò)濾機(jī) F3=？kg/h 10%液體 75%液體 25%固體 濾液 F2=？kg/h 1%固體 99%液體過(guò)濾過(guò)程第四章 物料衡算和熱量衡算88總平衡式 輸入的料漿=輸出的濾液+輸出的濾餅 F1= F2+F3液體平衡式 F1x11= F2x21+F3x31第四章 物料衡算和熱量衡算89精餾過(guò)程 餾出液 F3 乙醇 水 24% F1 料液 苯 75% 乙醇 40% 水 60% F2 苯 乙醇產(chǎn)品 F4=1000kg/h三個(gè)未知數(shù)需三個(gè)方程總物料平衡式 F1+ F2= F3+ F4 組分物料平衡式苯平衡 F2=0.75 F3 水平衡 0.6F1= 0.24

40、F3 醇平衡 （10.6）F1第四章 物料衡算和熱量衡算90二、多單元系統(tǒng) F2 F4 x2B x4B=0.08 x2C x4C=0.72F1=1000mol/hx1B=0.2 單x1C=0.3 元x1D 單 元 F5 x5C F3 x3B=0.025 x5D x3C=0.35 x3D 第四章 物料衡算和熱量衡算每一個(gè)單元列出一組平衡方程式，再列出整個(gè)系統(tǒng)的平衡方程式。91化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算1.直接計(jì)算法甲醇氧化制甲醛：CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O CH3OH CH3OH HCHO 催化反應(yīng)器 2O 空氣 O2 （過(guò)量50%） N2第四章 物料衡算和熱量衡算92輸入：

41、 O2（需要）= 0.5mol； O2（輸入）= 1.50.5 = 0.75mol； N2（輸入）= N2（輸出）= 0.75（79/21） = 2.82mol； 反應(yīng)的CH3OH =0.751 = 0.75mol輸出： HCHO（輸出）= 0.75mol； CH3OH（輸出）= 1 0.75 = 0.25mol； O2（輸出）= 0.75 0.750.5=0.375mol； H2O（輸出）= 0.75mol第四章 物料衡算和熱量衡算932.利用反應(yīng)速率進(jìn)行物料衡算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算式： FC，輸出= FC，輸入+ RC RC= cr c =1，2，n N2 78% CO 20% 1 反應(yīng)

42、器1 反應(yīng)器2 CO2 2% 4 5 2H2 50% N2 N2CO 50% H2 H2 3 CO CO2 H2O CO2 H2O H2O 第四章 物料衡算和熱量衡算943.元素平衡輸入物流有I股，輸出物流有J股;則物質(zhì)S的凈輸出速率為 Fs =S種物質(zhì)的元素e的凈原子流出速率為物質(zhì)守恒則元素守恒 = 0 e = 1，2，E Ae = 0 e = 1，2，E 為原子系數(shù)第四章 物料衡算和熱量衡算954.以節(jié)點(diǎn)進(jìn)行衡算 分流B B分流A 分流C A 節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn) CFa+Fb=FcFa=Fb+Fc第四章 物料衡算和熱量衡算96第二節(jié) 車間（裝置）的物料衡算 在一個(gè)車間（裝置）中物料的添加和分離比較

43、頻繁，并且經(jīng)常伴隨著化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，部分產(chǎn)品的循環(huán)（如回流），物料衡算比較復(fù)雜。1.單元模塊 計(jì)算步驟: 過(guò)程整體分析; 寫(xiě)出各單元的方程式和約束式; 列出所有的變量，并選好所需的設(shè)計(jì)變量; 應(yīng)用單元模塊法求解聯(lián)立方程組。 第四章 物料衡算和熱量衡算971. 循環(huán)過(guò)程(兩種解法） （1）試差法 估計(jì)循環(huán)流量，并繼續(xù)計(jì)算至循環(huán)回流的那一點(diǎn)。將估計(jì)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，并重新假定一個(gè)估計(jì)值，一直計(jì)算到估計(jì)值與計(jì)算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。（2）代數(shù)法 列出物料平衡方程式，并求解。 一般方程式中以循環(huán)量作為未知數(shù)，應(yīng)用聯(lián)立方程的方法進(jìn)行求解。第四章 物料衡算和熱量衡算98第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量衡算

44、第四章 物料衡算和熱量衡算能量衡算的基本概念 一、能量守恒定律 輸入能量+生成能量= 消耗能量+積累能量+輸出能量 二、能量衡算方程 1.封閉體系 E = Q + W 2.流動(dòng)體系能量輸入速率-能量輸出速率 =能量積累速率99 q w T2 U p2 u2 T1 U2 p1 u1 Z Z2 U1 Z1 第四章 物料衡算和熱量衡算100（2）封閉體系= q + w（3）孤立體系= 0穩(wěn)態(tài)過(guò)程的敞開(kāi)體系= q + w第四章 物料衡算和熱量衡算101三、能量衡算的一般方法 正確繪制系統(tǒng)示意圖，標(biāo)明已知條件和物料狀態(tài)； 確定各組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)； 選擇計(jì)算基準(zhǔn)（大部分在物料衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行）； 同時(shí)，還

45、要選取熱力學(xué)函數(shù)的基準(zhǔn)態(tài)。 列出能量衡算方程式，進(jìn)行求解。第四章 物料衡算和熱量衡算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量衡算一、反應(yīng)熱 在化學(xué)反應(yīng)中放出的熱量取決于反應(yīng)條件。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，純組分、壓力為0.1MPa、溫度為25（并非一定需要），反應(yīng)進(jìn)行時(shí)放出的熱量稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。基準(zhǔn)=-56.68 kJ/mol 102（1）標(biāo)準(zhǔn)生成熱 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由構(gòu)成組成的元素生成1mol組分時(shí)的焓差。任何反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱可以由反應(yīng)物和生成物的生成熱計(jì)算得到。反之，組分的生成熱也可以由反應(yīng)熱計(jì)算得到。由于物質(zhì)本身的熱函是無(wú)法測(cè)定的，一般所能測(cè)定的是物質(zhì)熱函的變化量，因此人為地規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，元素生成熱取為零。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱和

46、生成熱之間的關(guān)系第四章 物料衡算和熱量衡算103（2）標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 組分和氧完全燃燒的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱由燃燒熱計(jì)算反應(yīng)熱的一般表達(dá)式:第四章 物料衡算和熱量衡算104二、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量衡算 簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量平衡： Q1+ Qr+ Qt = Q2 + Q損 物料的熱量用熱容的計(jì)算式為：用熱焓計(jì)算式為：第四章 物料衡算和熱量衡算流 程 示 意 圖例題：有如圖所示的一個(gè)連續(xù)流程，用于稀醋酸的濃縮處理，圖中E代表某種溶劑組分。過(guò)程無(wú)任何化學(xué)反應(yīng)。已知： 1. 產(chǎn)品精餾塔進(jìn)料中的HAc有67.5%從產(chǎn)品流中產(chǎn)出。 2. F1=2.3F11 3. 圖中所有組成均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 要求： 1. 試作此過(guò)程的

47、自由度分析， 列出自由度分析表 2. 指出完整的物料衡算（MB）計(jì)算順序 3. 求解出2號(hào)流股的組成及F2/F9廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔123111085467912基準(zhǔn)后第四章 物料衡算和熱量衡算計(jì)算示例解： 這是一個(gè)只做物料衡算的情況，從流程特點(diǎn)可以看出，整個(gè)流程系統(tǒng)是： 因?yàn)榱?/p>

48、程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，而所有輸入的流股中只含有4種組份，因而可以判定流程中所有流股所含有的組份應(yīng)該4種。 1、7號(hào)流股輸入 流程系統(tǒng) （無(wú)化學(xué)反應(yīng)）9、12號(hào)流股輸出整體第一步、根據(jù)流程的特點(diǎn)，確定流程中所有流股含有的組份數(shù)。求解步驟：第四章 物料衡算和熱量衡算流股號(hào)組份數(shù)123456789101112 3 2 2 3 3 4 2 2 2 4 2 2各流股組份數(shù)一覽表廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4

49、 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔123111085467912第四章 物料衡算和熱量衡算第二步、做流程的自由度分析 流程自由度分析表混合器1萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔混合器2溶劑提留塔過(guò)程O(píng)B（整體）變量總數(shù)MB衡算方程數(shù) 已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度第四章 物料衡算和熱量衡算（1）混合器1及萃取塔的自由度分析混合器1萃取塔變量總數(shù)MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度83212124206廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2

50、E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2）第四章 物料衡算和熱量衡算（2）溶劑提餾塔及整體的自由度分析溶劑提餾塔整體（OB）變量總數(shù)MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度104303114502廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E

51、 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2）第四章 物料衡算和熱量衡算（3）溶劑回收塔及產(chǎn)品精餾塔的自由度分析溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔變量總數(shù)MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度73301 62211廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E

52、 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2）第四章 物料衡算和熱量衡算（4）混合器2及過(guò)程的自由度分析混合器2自由度附加關(guān)系式數(shù)10已知變量數(shù)MB衡算方程數(shù)31變量總數(shù)過(guò)程82303廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E 98.8%H2O

53、1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2）第四章 物料衡算和熱量衡算（5）整體與過(guò)程自由度分析之間的區(qū)別 整體：又稱“總體”，意指只考慮進(jìn)出系統(tǒng)的流股，不考慮流程內(nèi)部的中間流股?！癘verall Balance”，簡(jiǎn)稱“OB”。 過(guò)程：與整體的區(qū)別在于，過(guò)程不僅包括進(jìn)出系統(tǒng)的流股，還要包括流程的所有中間流股。第四章 物料衡算和熱量衡算 流程自由度分

54、析結(jié)果一覽表混合器1萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔混合器2溶劑提留塔過(guò)程O(píng)B（整體）變量總數(shù)MB衡算方程數(shù) 已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)原自由度8321+212420+67330+16221+18230+310430+33118 102+111450+2 一個(gè)正確（設(shè)計(jì)條件給得恰好）的化工流程，其“過(guò)程”一欄中的自由度必須是0，而且其它單元（包括虛擬的OB）的自由度必須都0。 而且整體只是一個(gè)虛擬的單元，看一個(gè)化工流程設(shè)計(jì)條件給得正確與否，不能只看整體的自由度分析結(jié)果，而應(yīng)該看過(guò)程的自由度分析結(jié)果。要特別注意過(guò)程自由度分析時(shí)，MB方程的加和性、附加關(guān)系式的加和性。第四章 物料衡算和熱量衡算 本例題的過(guò)程

55、自由度為1，那么肯定不能通過(guò)MB計(jì)算確定流程中所有流股變量的唯一解。問(wèn)題：這個(gè)例題是不是出錯(cuò)了？ 全部流程設(shè)計(jì)條件中，已知的流股變量中，只有組成變量，而沒(méi)有一個(gè)流量變量已知。也就是說(shuō)，該流程所有設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)只有“強(qiáng)度”性質(zhì)的數(shù)據(jù)，而沒(méi)有一個(gè)“容量”性質(zhì)的數(shù)據(jù)已知。在這種情況下，該流程設(shè)計(jì)條件很有可能是所謂的“彈性設(shè)計(jì)”?；亓鞒虉D第四章 物料衡算和熱量衡算針對(duì)彈性設(shè)計(jì)流程的自由度分析時(shí)應(yīng)該注意：1、流程是否是彈性設(shè)計(jì)？一個(gè)流程是彈性設(shè)計(jì)，必需同時(shí)滿足以下二個(gè)條件：（1）、流程過(guò)程自由度必需是1；（2）、流程的已知流股變量全部是強(qiáng)度性質(zhì)（沒(méi)有一個(gè)流量變量已知）。2、針對(duì)彈性設(shè)計(jì)，做衡算計(jì)算時(shí)，就要

56、假設(shè)一個(gè)流股的流量已知，將某一個(gè)流股的流量賦一個(gè)值，這個(gè)流股的假設(shè)流量就稱為彈性設(shè)計(jì)流程的計(jì)算基準(zhǔn)。3、計(jì)算基礎(chǔ)的挑選原則： （1）、放在自由度最小的單元上； （2）、附帶再考慮計(jì)算基準(zhǔn)對(duì)相鄰單元的影響。針對(duì)本例題，計(jì)算基準(zhǔn)選誰(shuí)（假設(shè)哪個(gè)流股的流量值）？第四章 物料衡算和熱量衡算 流程自由度分析表（假設(shè)F10已知）+2+1+3+3+1+1+6+1自由度計(jì)算基準(zhǔn)20330061新自由度02001001附加關(guān)系式數(shù)510332322已知變量數(shù)418 422343MB衡算方程數(shù)113110867128變量總數(shù)OB過(guò)程溶劑提留塔混合器2產(chǎn)品精餾塔溶劑回收塔萃取塔混合器1本例題最優(yōu)選擇F10已知，將F1

57、0作為計(jì)算基準(zhǔn)。111這樣，該設(shè)計(jì)變成了有唯一確定解的正確設(shè)計(jì)了。第四章 物料衡算和熱量衡算 求解完溶劑回收塔和產(chǎn)品精餾塔后。 01438混合器1萃取塔2自由度0附加關(guān)系式數(shù)4已知變量數(shù)2MB衡算方程數(shù)8 變量總數(shù)混合器2OB 更新自由度分析表（updating analysis table of freedom degree）460112401144廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混

58、合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2） 將對(duì)OB、萃取塔、混合器1和混合器2的自由度產(chǎn)生影響。第四章 物料衡算和熱量衡算 求解完混合器1后。整體（OB）萃取塔變量總數(shù) MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度更新自由度分析表470012401171廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2%混合器2E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn)

59、料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2） 將對(duì)OB、萃取塔產(chǎn)生影響。第四章 物料衡算和熱量衡算 求解完整體（OB）后，將對(duì)混合器2、溶劑提餾塔的物料衡算產(chǎn)生影響?；旌掀?溶劑提餾塔變量總數(shù) MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度更新自由度分析表25011040 860廢 料E 0.1%HACH2OH2SO4 HAC 24%循環(huán)流HAC 60%H2O 40%E 98.8%H2O 1.2

60、%混合器2E 98.8%H2O 1.2%E 7%HACH2OH2SO4進(jìn) 料HAC 30H2O 69.8%H2SO4 0.2%混合器1E 99%H2O 1產(chǎn)品流HAC 99%H2O 1%萃取塔溶劑回收塔產(chǎn)品精餾塔溶劑提餾塔1（3）2（3）3（3）11（2）10（2）8（2）5（2）4（4）6（2）7（2）9（4）12（2） 但只有溶劑提餾塔的自由度將變成零。所以，這時(shí)應(yīng)該求解溶劑提餾塔，而且是完全求解。 第四章 物料衡算和熱量衡算 求解完溶劑提餾塔后，將對(duì)混合器2、萃取塔的物料衡算產(chǎn)生影響?；旌掀?萃取塔變量總數(shù) MB衡算方程數(shù)已知變量數(shù)附加關(guān)系式數(shù)自由度更新自由度分析表2600 8廢 料E