【正文】 《化工工藝設(shè)計(jì)》講座 主講：徐謀源 化工工藝專業(yè)是化工設(shè)計(jì)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(jì)新的化工裝置，化工工藝設(shè)計(jì)是直接關(guān)系到化工裝置能否順利開車、能否到到預(yù)計(jì)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(jì)效益。因此，作為化工工藝設(shè)計(jì)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(jì)方法和技能 （ 1）了解工藝設(shè)計(jì)的任務(wù)、設(shè)計(jì)范圍、工藝設(shè)計(jì)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(jì)基本程序和相關(guān)專業(yè)的基本知識(shí) （ 4）清楚工藝設(shè)計(jì)成品文件的內(nèi)容和深度以及工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量保證程序。 掌握生產(chǎn)、開停車的基本知識(shí)、分析生產(chǎn)事 故的能力以及相應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 熟悉有關(guān)勞動(dòng)安全衛(wèi)生、消防和環(huán)保等方面 的法規(guī)。與工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的上述諸方面的法規(guī)有： 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GBJ687(2023年版 ) 石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GB 5016092(1999年版） 爆炸和危險(xiǎn)性環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 5005892 化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定 HG2057195 石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范 SH304793 化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定 HG206671986 石油化工企業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范 SH302495 具有一定的工作經(jīng)驗(yàn) 工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 在工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jìn)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) 。 概述： 工藝專業(yè)是自項(xiàng)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(jì)階段。 在工程設(shè)計(jì)階段可分為以下幾個(gè)階段： （ 1）按國(guó)內(nèi)審批要求分為： ● 初步設(shè)計(jì)（批準(zhǔn)后建設(shè)單位即可開工） ● 施工圖設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和深度 （ 2）按國(guó)際常規(guī)做法分為： ●工藝設(shè)計(jì)（以化工工藝專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） ●基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（以化工工藝系統(tǒng)專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） ●詳細(xì)設(shè)計(jì)（以管道設(shè)計(jì)專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)） ● 在建設(shè)單位完成了項(xiàng)目前期工作之后，設(shè)計(jì)單位即可開展項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)工作。 ● 在工程設(shè)計(jì)階段的工藝設(shè)計(jì)，它的主要依據(jù)是經(jīng)批準(zhǔn)的可行性研究報(bào)告及其批文、總體設(shè)計(jì)及其批文、工程設(shè)計(jì)合同書以及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料。 工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和深度 ● 工藝設(shè)計(jì)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 文字說明（工藝說明） ● 工藝設(shè)計(jì)的范圍 ● 設(shè)計(jì)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 ● 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(xiǎn)、危害因素分折 ● 原料、催化劑、化學(xué)品及燃料消耗定額及消耗量 ● 公用工程（包括水、電、汽、脫鹽水、冷凍、工藝空氣、儀表空氣、氮?dú)猓┮?guī)格、消耗定額及消耗量 ~ ● 三廢排放：包括排放地點(diǎn)、排放量、排放組成及建議處理方法 ● 裝置定員 ● 安全備忘錄 ( 另行成冊(cè) ) 詳見 P539~P540 ● 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)備忘錄（通常為對(duì)內(nèi)使用，另行成冊(cè)）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(xiǎn)以及實(shí)現(xiàn)裝置性能指標(biāo)可能出現(xiàn)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。并提出防范及化解風(fēng)險(xiǎn)建議和措施。 ● 操作指南（通常為對(duì)內(nèi)使用，另行成冊(cè)） 它是編制工藝生產(chǎn)操作手冊(cè)的指導(dǎo)性文件。也是工 芑系統(tǒng)、管道專業(yè)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，其主要內(nèi)容詳見 ~542 （ 1） ~（ 8）節(jié) ● 圖紙 ●（ 1） PFD:是 PID的設(shè)計(jì)依據(jù)，供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(hào)）、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(jìn)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(jì)使用（通常為平面布置圖） ● 根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)和要求進(jìn)行布置。 ●（ 3） PCD:通常是設(shè)計(jì)院內(nèi)部設(shè)計(jì)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(jī)泵、攪拌器等。工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表需表示出設(shè)備位號(hào)、介質(zhì)名稱、操作壓力、設(shè)計(jì)壓力、操作溫度、設(shè)計(jì)溫度、材質(zhì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各設(shè)計(jì)院均有各種規(guī)定的表格 ) ●（ 3）工藝設(shè)備表 ●（ 4）取樣點(diǎn)匯總表 ●（ 5）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(jìn)出界區(qū)條件等） ● 補(bǔ)充說明：化工工藝專業(yè)尚需參加前期工作，主要前期工作有： ●項(xiàng)目建議書：可行性研究報(bào)告編制工作。 ●項(xiàng)目報(bào)價(jià)書：投標(biāo)書、技術(shù)文件編制工作 ●引進(jìn)項(xiàng)目：包括詢價(jià)書、投標(biāo)書的評(píng)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(jì)。 工藝設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化 ● 優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)方案應(yīng)是： （ 1）有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 （ 2）工藝技術(shù)先進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)。因此，工藝流程方案的優(yōu)化應(yīng)主要集中在反映和分離系統(tǒng)的優(yōu)化。 ● 對(duì)于史密斯和林霍夫提出的“洋蔥頭”技術(shù)開發(fā)概念，其步驟為： （ 1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(jì)優(yōu)化變量，如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化 率、惰性物