【正文】 第二章 《 化工工藝設(shè)計 》 化工工藝專業(yè)是化工設(shè)計的主要專業(yè)之一。無論是開發(fā)新的化工生產(chǎn)過程，還是設(shè)計新的化工裝置，化工工藝設(shè)計是直接關(guān)系到化工裝置能否順利開車、能否得到預(yù)計的生產(chǎn)能力和合格的產(chǎn)品，最終關(guān)系到工廠能否獲得最大的經(jīng)濟效益。對于正在運行的化工裝置 ,化工工藝專業(yè)通過工藝分析 ,了解裝置物料和能量消耗情況 ,分析設(shè)備運行中存在的問題 ,可為制定改進方案、降低原料和能量消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及挖掘生產(chǎn)潛力提供依據(jù)。因此，作為化工工藝設(shè)計的人員必須具備下列基本條件： 掌握化工基本理論 掌握化工工藝設(shè)計方法和技能 （ 1）了解工藝設(shè)計的任務(wù)、設(shè)計范圍、工藝設(shè)計人員的職責(zé)。 （ 2）掌握化工基本理論的應(yīng)用 （ 3）熟悉設(shè)計基本程序和相關(guān)專業(yè)的基本知識 （ 4）清楚工藝設(shè)計成品文件的內(nèi)容和深度以及工藝設(shè)計的質(zhì)量保證程序。 掌握生產(chǎn)、開停車的基本知識、分析生產(chǎn)事 故的能力以及相應(yīng)的實踐經(jīng)驗。 熟悉有關(guān)勞動安全衛(wèi)生、消防和環(huán)保等方面 的法規(guī)。與工藝設(shè)計相關(guān)的上述諸方面的法規(guī)有： 建筑設(shè)計防火規(guī)范 GBJ687(2023年版 ) 石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范 GB 5016092(1999年版） 爆炸和危險性環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范 GB 5005892 化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)定 HG2057195 石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范 SH304793 化工建設(shè)項目環(huán)境保護設(shè)計規(guī)定 HG206671986 石油化工企業(yè)環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范 SH302495 具有一定的工作經(jīng)驗 工藝設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 在工程設(shè)計合同書中明確規(guī)定的以及業(yè)主應(yīng) 提供的有關(guān)數(shù)據(jù)。 （ 1）裝置的設(shè)計能力、操作彈性及年操作日 。 （ 2）產(chǎn)品方案及產(chǎn)品、副產(chǎn)品的規(guī)格； （ 3）建廠地區(qū)的氣象、水文、地質(zhì)等條件； （ 4）所能提供的公用工程，包括水、電、汽、 氣等規(guī)格、數(shù)量及進界區(qū)條件； （ 5）原材料、催化劑、化學(xué)品等規(guī)格、消耗指 標(biāo)及進界區(qū)條件； 由專利商提供的： 除上述與專利商有關(guān)的數(shù)據(jù)外，還需專利商提供該專利范圍內(nèi)的工藝操作條件、轉(zhuǎn)化率、收率、控制方案、相關(guān)設(shè)備條件等。 工藝所需的物性參數(shù) 。 工藝專業(yè)是自項目前期的可行性研究階段即作為主要專業(yè)參加編制，一直貫穿到工程設(shè)計階段。 在工程設(shè)計階段可分為以下幾個階段： （ 1）按國內(nèi)審批要求分為： ● 初步設(shè)計（批準(zhǔn)后建設(shè)單位即可開工） ● 施工圖設(shè)計 工藝設(shè)計的內(nèi)容和深度 （ 2）按國際常規(guī)做法分為： ●工藝設(shè)計（以化工工藝專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） ●基礎(chǔ)設(shè)計（以化工工藝系統(tǒng)專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） ●詳細設(shè)計（以管道設(shè)計專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） 在建設(shè)單位完成了項目前期工作之后，設(shè)計單位即可開展項目的工程設(shè)計工作。 工藝設(shè)計的內(nèi)容和深度 工藝設(shè)計的依據(jù)是經(jīng)批準(zhǔn)的可行性研究報告、 總體設(shè)計、工程設(shè)計合同書及設(shè)計基礎(chǔ)資料。 制定相應(yīng)的工藝流程，其原則是選擇先進可靠 的工藝技術(shù)路線，進行方案比較，對方案進行優(yōu) 化，確定合理的工藝流程方案，選取合適的工藝 設(shè)備， 在考慮工藝流程方案時，應(yīng)同時考慮到 對廢物的綜合利用方案和必要的治理措施。 進行工藝物料和熱量平衡計算、繪制工藝流程 圖 (PFD)、編制工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表和公用工程平衡 圖，確定公用工程、環(huán)保的設(shè)計原則和排出物治 理的基本原則。 在工藝設(shè)計的過程中，工藝專業(yè)要和外專業(yè) 互提條件，條件表作為重要的技術(shù)文件，是主 導(dǎo)專業(yè)設(shè)計的初步成果，是接受專業(yè)的設(shè)計依 據(jù)。 工藝設(shè)計的文件 包括三大內(nèi)容： (1) 文字說明 (工藝說明 ) ； (2) 圖紙； (3) 表格。 以下介紹工藝設(shè)計所做的主要工作： 文字說明（工藝說明） (1) 工藝設(shè)計的范圍 (2) 設(shè)計基礎(chǔ)：生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、原料、催化劑、化學(xué)品、公用工程燃料規(guī)格、產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格 (3) 工藝流程說明：生產(chǎn)方法、化學(xué)原理、工藝流程敘述。生產(chǎn)過程的主要危險、危害因素分折 (4) 原料、催化劑、化學(xué)品及燃料消耗定額及消耗量 (5) 公用工程（包括水、電、汽、脫鹽水、冷凍、工藝空氣、儀表空氣、氮氣）規(guī)格、消耗定額及消耗量 (6) 三廢排放：包括排放地點、排放量、排放組成及建議的處理方法 (7) 裝置定員 ~ (8) 安全專篇 ( 另行成冊 ) ：它是工藝系統(tǒng)、布置和 管道設(shè)計、儀表、電氣、總圖運輸、采暖通鳳、土建 、環(huán)保、消防等相關(guān)專業(yè)開展設(shè)計依據(jù)之一。它需對 裝置的安全特點作說明。 (9) 技術(shù)風(fēng)險備忘錄（通常為對內(nèi)使用，另行成冊）其 主要說明新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料等方面可 能出現(xiàn)的風(fēng)險以及實現(xiàn)裝置性能指標(biāo)可能出現(xiàn)的技術(shù) 風(fēng)險。并提出防范及化解風(fēng)險建議和措施。 (10) 操作指南（通常為對內(nèi)使用，另行成冊） 它是編制工藝生產(chǎn)操作手冊的指導(dǎo)性文件。也是工 藝系統(tǒng)、管道專業(yè)設(shè)計的重要依據(jù)。 圖紙 （ 1） PFD:供基礎(chǔ)設(shè)計使用（通常分版次逐版深化） 包括全部工藝設(shè)備、主要物料管道 (表示出流向、物料號）、主要控制回路、聯(lián)鎖方案、加熱和冷卻介質(zhì)以及工藝空氣進出位置。 （ 2） 建議設(shè)備布置圖：是總圖布置、裝置布置的依據(jù)，供基礎(chǔ)設(shè)計使用（通常為平面布置圖） 根據(jù)工藝流程的特點和要求進行布置。 （ 3） PCD:通常是設(shè)計院內(nèi)部設(shè)計構(gòu)成文件最終體在終版 PFD中（通常由自控專業(yè)完成） 表格 （ 1）物料平衡表：包括物流組成、溫度、壓力、狀態(tài)、流量、密度、焓值、粘度等理化常數(shù)（熱負(fù)荷表示在此表中或 PFD圖上） （ 2）工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表：根據(jù)設(shè)備形式不同，作用不同以及介質(zhì)不同可分為容器、塔器、換熱器、工業(yè)爐、機泵、攪拌器等。工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表需表示出設(shè)備位號、介質(zhì)名稱、操作壓力、設(shè)計壓力、操作溫度、設(shè)計溫度、材質(zhì)、傳動機構(gòu)、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各設(shè)計院均有各種規(guī)定的表格 ) （ 3）取樣點匯總表 （ 4）裝置界區(qū)條件表：通常由工藝系統(tǒng)專業(yè)來完善并最終發(fā)表（包括原材料、公用工程、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、進出界區(qū)條件等） 化工工藝專業(yè)尚需參加前期工作，主要前期工作有： ●項目建議書：可行性研究報告編制工作。 ●項目報價書：投標(biāo)書、技術(shù)文件編制工作 ●引進項目：包括詢價書、投標(biāo)書的評標(biāo)、合同技術(shù)附件談判。 ●大中型聯(lián)合裝置總體規(guī)劃設(shè)計。 工藝設(shè)計方案的優(yōu)化 ● 優(yōu)化的工藝設(shè)計方案應(yīng)是： （ 1）有較好的經(jīng)濟效益和社會效益 （ 2）工藝技術(shù)先進適用 （ 3）生產(chǎn)安全、可靠、并有良好的環(huán)保措施 公用工程 換熱網(wǎng)絡(luò) 分離系統(tǒng) 反應(yīng)系統(tǒng) 工藝流程方案優(yōu)化 “ 洋蔥頭 ” 模型（由史密斯、林霍夫提供的模型） ● “洋蔥頭 ” 模型是工藝流程開發(fā)和設(shè)計的方法。 ●從圖中可以十分直觀的表示了反應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計是核心，它為分離系統(tǒng)規(guī)定了處理物料的條件，而反應(yīng)和分離系統(tǒng)一起又規(guī)定了過程的冷、熱物流的流量和換熱的熱負(fù)荷，最后才是公用工程系統(tǒng)的選擇和設(shè)計。 ● “ 洋蔥頭 ” 模型強調(diào)了過程開發(fā)和設(shè)計的有序和分層性質(zhì)，也表明了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的開發(fā)是關(guān)鍵，因此工藝流程方案的優(yōu)化應(yīng)主要集中在反應(yīng)和分離系統(tǒng)的優(yōu)化，一旦確定了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的設(shè)計，即能對換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程系統(tǒng)進行設(shè)計，有效地開發(fā)和設(shè)計出全過程最優(yōu)或接近最優(yōu)的流程。對此史密斯和林霍夫提出的 “ 洋蔥頭 ” 設(shè)計開發(fā)概念，其步驟為： （ 1）根據(jù)經(jīng)驗規(guī)則初步建立反應(yīng)和分離系統(tǒng)的流程。 (2)變化主要的設(shè)計優(yōu)化變量，如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、惰性物質(zhì)循環(huán)的濃度等，確定每組變量： 反應(yīng)和分離系統(tǒng)中主要設(shè)備的投資及原材料的消耗； 利用夾點分析法確定換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的最佳總費用。 (3)建立全過程總費用與主要優(yōu)化變量之間的關(guān)系，其總費用包括： 反應(yīng)和分離系統(tǒng)中的主要設(shè)備的投資費； 原材料消耗和除換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程之外的反應(yīng)與分離系統(tǒng)的操作費用； 換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的各類操作費用。 確定最佳條件，并對全流程調(diào)優(yōu)。 對其他備選流程重復(fù)上述步驟，最后比較各流程的總費用，獲得最佳流程。 反應(yīng)流程優(yōu)化 反應(yīng)流程優(yōu)化需要考慮的問題較多，問題復(fù)雜。如反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)收率、