1. 概述
1.1 要建設一個(gè)化工廠(chǎng)，必須具有一批化工工藝專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，這批化工工藝專(zhuān)業(yè)技術(shù)人
員必須具備下列基本條件。
? 掌握化工基本理論
如化工熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)（化學(xué)反應工程）。
? 掌握化工工藝設計方法和技能
工藝設計的任務(wù)、設計范圍、工藝設計人員職責。
化工基本理論的應用（化工設計方法）。
工藝設計基本程序（工藝設計技能）。
工藝設計的成品文件（內容及深度）。
工藝設計的質(zhì)量保證程序。
? 熟悉環(huán)保、安全、消防等方面的法規，如：
HG20667-1986 化工建設項目環(huán)境保護設計規定
SH3024-95 石油化工企業(yè)環(huán)境保護設計規范
HG20571-95 化工企業(yè)安全衛生設計規定
SH3047-93 石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛生設計規范
GBJ16-87(2001 版) 建筑設計防火規范
GB50160-92(1999 版) 石油化工企業(yè)設計防火規范
GB50058-92 爆炸和危險性環(huán)境電力裝置設計規范
?一定的工作經(jīng)驗
1.2 化工建設項目階段
1.2.1 建設項目階段的劃分以工程公司為主體，通常分為三個(gè)階段
? 項目前期
項目建議書(shū) → 批準后即為立項
可行性研究報告 → 批準后即可展開(kāi)工程設計
? 工程設計
按國內審批要求分為： 初步設計 → 批準后建設單位即可開(kāi)工。
施工圖設計
按國際常規做法分為： 工藝設計
基礎設計
詳細設計
? 施工、安裝、試車(chē)、性能考核及國家驗收（驗收后工廠(chǎng)投入正常運行）
1.2.2 建設項目階段的劃分以建設單位為主體，通常分為四個(gè)階段
?項目前期
? 工程設計
? 工程建設
?工廠(chǎng)投入生產(chǎn)
2. 工藝設計的內容和深度
2.1 工藝設計的文件包括三大內容：
? 文字說(shuō)明（工藝說(shuō)明）
? 圖紙
? 表格
2.1.1 文字說(shuō)明（工藝說(shuō)明）
? 工藝設計的范圍。
? 設計基礎：生產(chǎn)規模、產(chǎn)品方案、原料，催化劑，化學(xué)品，公用工程燃料規格、
產(chǎn)品及副產(chǎn)品規格。
? 工藝流程說(shuō)明：生產(chǎn)方法、化學(xué)原理、工藝流程敘述。
? 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、氮氣）消耗
定額及消耗量。
? 三廢排放：包括排放點(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）
? 技術(shù)風(fēng)險備忘錄（通常為對內使用，另行成冊）
? 操作指南（通常為對內使用，另行成冊。供工藝系統、配管等專(zhuān)業(yè)使用）
2.1.2 圖紙
? PFD：是 PID 的設計依據，供基礎設計使用（通常分版次逐版深化）。
包括全部工藝設備、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(jìn)出位置。
? 建議設備布置圖：是總圖布置、裝置布置的依據，供基礎設計使用（通常為平面
布置圖）。根據工藝流程的特點(diǎn)和要求進(jìn)行布置。
? PCD：通常是設計院內部設計過(guò)程文件、最終體現在終版 PFD 中（通常由自控專(zhuān)業(yè)
完成）。
2.1.3 表格
? 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（熱負荷表示在此表中或 PFD 圖上）。
? 工藝設備數據表：根據設備形式不同、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、攪拌器的等。工藝設備數據表需表示出設備位號、介質(zhì)
名稱(chēng)、操作壓力、設計壓力、操作溫度、設計溫度、材質(zhì)、傳動(dòng)機構、外形尺寸、
特征尺寸及特殊要求。（各設計院均有各種規定的表格）。
? 工藝設備表
? 取樣點(diǎn)匯總表
? 裝置界區條件表：通常由工藝系統專(zhuān)業(yè)來(lái)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)出界區條件等）。
2.2 補充說(shuō)明：化工工藝專(zhuān)業(yè)尚需參加前期工作，主要前期工作有：
? 項目建議書(shū)；可行性報告編制工作。
? 項目報價(jià)書(shū)；投標書(shū)、技術(shù)文件編制工作。
? 引進(jìn)項目：包括詢(xún)價(jià)書(shū)、投標書(shū)的評標、合同技術(shù)附件談判。
? 大中型聯(lián)合裝置總體規劃設計。
3. 工藝設計方法（化工基本理論的應用）
3.1 工藝路線(xiàn)的選擇
? 原料來(lái)源
? 經(jīng)濟效益和社會(huì )效益（生產(chǎn)成本）
? 環(huán)境保護
? 其它，如操作條件、安全、消防、投資、工藝先進(jìn)性，可行性，合理性。
3.2 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）
從圖中可以看出設計的核心是反應系統的設計和開(kāi)發(fā)?！把笫[頭”模型強調過(guò)程開(kāi)發(fā)和
設計的有序和分層性質(zhì)。
? 反應流程優(yōu)化見(jiàn)表-7.4.2（P-544）
反應流程優(yōu)化需要考慮的問(wèn)題較多，問(wèn)題復雜。如反應動(dòng)力學(xué)、反應收率、催化
劑特性、反應歷程、反應途徑。
反應器的最優(yōu)操作條件有如何保證反應溫度、反應壓力、混合要求、換熱要求、
各物料配比、給定條件下的生產(chǎn)成本等等。
? 精餾流程的優(yōu)化
精餾流程如需要分離 R 個(gè)組份，就需要有 R-1 個(gè)精餾塔。
精餾優(yōu)化需要考慮：那種組份為主產(chǎn)品，那種組份為付產(chǎn)品。
產(chǎn)品的規格要求。
精餾流程的優(yōu)化法 1）：試探法，主要規則如下：
優(yōu)先使用普通精餾。
盡量避免減壓操作和使用冷量。
產(chǎn)品數應最少。
腐蝕性、危險性的組份應優(yōu)先分出。
難分離的組分最后分出。
最大量組份應優(yōu)先分出。
塔頂、塔釜產(chǎn)物最好等摩爾分離。
精餾流程的優(yōu)化法 2）：調優(yōu)法
精餾流程的優(yōu)化法 3）：數學(xué)規劃法
?蒸發(fā)流程的優(yōu)化
1）單效、雙效、三效蒸發(fā)。
2）熱泵蒸發(fā)、膜式蒸發(fā)。
3）多級閃蒸。
4）強制循環(huán)蒸發(fā)、自然循環(huán)蒸發(fā)、。
結合蒸發(fā)器的類(lèi)型（標準、懸框、列文、強制循環(huán)蒸發(fā)器）進(jìn)行選擇。
3.3 工藝設備的選擇
? 反應器：
1）連續 1）均相 1）活塞流 （管式）
2）半連續 2）非均相 2）全混釜 （攪拌釜）
3）間歇
以上反應器的選擇要根據物料性質(zhì)、穩定性、反應復雜性、產(chǎn)品規模、反應時(shí)間、溫
度、壓力等因素綜合考慮。
不同類(lèi)型的反應器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用情況見(jiàn) P-547。
氣液相反應器及固相反應器的使用情況見(jiàn) P-548。
固體催化反應器的使用情況見(jiàn)表 7.4.3-3(P-548)。
?氣液傳質(zhì)設備：
1） 板式塔：泡罩、浮閥、篩板等。板式塔塔板流體流向分布類(lèi)型可分為 U 形流，
單溢流，雙溢流等
2） 填料塔：a 拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)等填料。
b 散堆、規整填料。
c 實(shí)體填料、絲網(wǎng)填料。
以上傳質(zhì)設備的選擇要根據分離難易程度、壓降大小、真空（熱敏性物料）、物料性質(zhì)、
投資情況、腐蝕情況、物料清潔情況、安全要求、彈性大小、發(fā)泡等情況選擇。(見(jiàn) P-549)
? 傳熱設備：
按功能分：冷卻器、冷凝器、加熱器、換熱器、再沸器、蒸汽發(fā)生器、過(guò)熱器、
廢熱鍋爐等。
按結構型式分：采用二物流換熱的換熱器從結構上分有以下 5 種型式：
A.管殼式（固定管板式、浮頭式、填料函式、U 型管式）
B.板式（板翅式、螺旋板式、傘板式、波紋板式）
C.管式（空冷器、套管式、噴淋管式、箱管式）
D.液膜式（升降膜式、刮板薄膜式、離心薄膜式）
E.其它型式（板殼式、熱管式）
以上型式換熱器的選擇依據是：
A.固定管板式換熱器
固定管板式換熱器即兩端管板和殼體連接成一體，由于殼程不易檢修和清洗，因
此選用固定管板式換熱器時(shí)，殼方流體應是較清潔且不易結垢的物料；兩流體溫差較
大（大于 60℃）時(shí)應考慮熱補償，兩流體溫差不易大于 120℃。
B.浮頭式換熱器
該換熱器殼程易清洗，但內墊片易滲漏，適用于需要補償熱膨脹的換熱器，兩流
體溫差大于 120℃。
C.U 型管式換熱器
該換熱器制造、安裝方便，造價(jià)較低，管程耐高壓，但結構不緊湊。適用于高溫
和高壓的場(chǎng)合，且管內流體必須潔凈。
D.板式換熱器
板翅式：緊湊、效率高、可多股物料同時(shí)換熱。使用溫度不大于 150℃。
螺旋板式：可用于帶顆粒物料，物位利用好。不易檢修。
傘板式：制造簡(jiǎn)單、緊湊、易清洗，使用溫度不大于 150℃，使用壓力不大于
0.12MPa。
波紋板式：緊湊、效率高、易清洗，使用溫度不大于 150℃，使用壓力不大于
0.15MPa。
E.空冷器的選擇依據
a.空氣入口溫度（即設計溫度）低于 38℃。
b.熱流體的出口溫度高于 50～65℃，并允許有一定的波動(dòng)范圍（3～5℃）。
c.對數平均溫差大于 40℃。
d.流體接近溫度（即熱流體的出口溫度與冷流體入口溫度之差）至少大于 15℃。
e.管內給熱系數小于 2325.6W/(m2.K)。
f.冷卻水的污垢系數大于 0.0002(m2.K)/W。
g.水源較遠，取水費用大。
h.熱流體的凝固點(diǎn)較低(小于 0℃)。
? 化工用泵：
根據物料性質(zhì)、物料的腐蝕性、易燃易爆、有毒、高溫、高壓、低溫、粘度大小、揮
發(fā)性、固體顆粒等因素綜合考慮，此外還要考慮泵的安全性、可靠性和密封等要求。見(jiàn)表
7.4.5-3（P-553）
? 容器（儲罐）：
根據物料性質(zhì)、物料的腐蝕性、易燃易爆、有毒、高溫、高壓、低溫、粘度大小、揮
發(fā)性、固體顆粒等因素綜合考慮。
壓力容器分類(lèi)見(jiàn)表 7.4.5-5（P-557）。
4. 工藝設計工作程序
5. 設備設計壓力和設計溫度的確定
5.1 壓力：
?正常操作（工作）壓力
?最高工作壓力
設計壓力的選取見(jiàn)表 7.6.1 “設備設計壓力一覽表”（P-561）。
5.2 溫度：
? 正常操作溫度
?最高操作溫度
設計溫度的選取見(jiàn)表 7.6.2“設備設計溫度選取表”（P-562）。
6. 過(guò)程控制方案的確定
6.1 過(guò)程控制方案確定的原則
? 保證裝置運行的平穩、生產(chǎn)安全、控制簡(jiǎn)單適用。
? 用單回路簡(jiǎn)單控制系統可以解決的，決不要用復雜的控制系統。
6.2 過(guò)程控制的分類(lèi)
?壓力
? 溫度
? 流量
? 物位
? 化學(xué)成分和物性數據
6.3 選用控制儀表的要求
? 準確可靠
? 靈敏度高
? 反應迅速
? 滯后小
? 使用維護方便
? 價(jià)格便宜
6.4 典型化工單元的控制方案
6.4.1 反應
? 反應控制的要求
達到規定的轉化率、產(chǎn)品濃度。
處理量平穩。
當出現不正常工況時(shí)，能報警、聯(lián)鎖或自動(dòng)選擇性調節系統。
? 反應控制方案
以反應轉化率為控制變量 見(jiàn)圖 7.7.3-1（P-564）。
以反應工藝狀態(tài)變量為控制對象 見(jiàn)圖 7.7.3-2（P-565）。
6.4.2 精餾
精餾是常見(jiàn)的液液分離方法，精餾控制主要目的是達到規定的分離要求。主要變
量有進(jìn)料量、組成、溫度、操作壓力、冷卻和加熱介質(zhì)、壓力及溫度的變換。精餾控
制可分為：
? 按精餾段指標的控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-3（P-566）。
? 按提餾段指標的控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-4（P-567）。
? 塔頂壓力控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-5（P-568）。
真空度控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-6（P-569）。
? 其它控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-7（P-569）。
6.4.3 傳熱設備
? 控制載體的流量 見(jiàn)圖 7.7.3-8（P-570）。
? 控制傳熱面積 見(jiàn)圖 7.7.3-9（P-570）。
? 控制載體的氣化溫度 見(jiàn)圖 7.7.3-10（P-571）。
? 工藝介質(zhì)旁路控制 見(jiàn)圖 7.7.3-11（P-571）。
6.4.4 流體輸送設備
? 離心泵控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-12（P-572）。
? 改變轉速的控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-13（P-572）。
? 往復泵(位移式旋轉泵)的控制方案 見(jiàn)圖 7.7.3-14（P-572）。
7. 能耗計算
目前人類(lèi)面臨的共同任務(wù)是保護資源、減少環(huán)境污染、維護生態(tài)平衡、實(shí)現可持續發(fā)
展?；どa(chǎn)中傳熱過(guò)程是經(jīng)常的發(fā)生的事，因此合理使用能源，節約能源消耗是每個(gè)化
工工藝設計人員應盡的職責。
過(guò)程能量分析的常用方法有：夾點(diǎn)分析法和三環(huán)節能量分析法
7.1 夾點(diǎn)分析法
將需要優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò )用冷、熱流復合線(xiàn)表示在溫焓圖（T-H 圖）上，熱流復合線(xiàn)位于
冷流上方，冷、熱流體的復合線(xiàn)中間垂直距離最短處稱(chēng)為夾點(diǎn)，其溫差△Tmin 稱(chēng)為夾點(diǎn)溫
差。
夾點(diǎn)分析法應遵循三個(gè)原則：
?盡量避免有熱流體通過(guò)夾點(diǎn)
? 夾點(diǎn)上方避免引入公用設施冷卻物流
?夾點(diǎn)下方避免引入公用設施加熱物流
7.2 三環(huán)節能量分析法
重點(diǎn)研究熱能在化工裝置的利用，從下述三個(gè)環(huán)節出發(fā)：
?能量轉換
? 能量利用
? 能量回收
夾點(diǎn)分析法和三環(huán)節能量分析法實(shí)際應用可參考有關(guān)文獻資料。
8. 與工藝設計相關(guān)的基本知識
與工藝設計相關(guān)的基本知識包括消防、勞動(dòng)安全衛生、環(huán)境保護三個(gè)方面，必須遵守
國家相關(guān)的標準、法規。
8.1 消防 見(jiàn) P-577～591
8.2 安全 見(jiàn) P-591～594
8.3 環(huán)保 見(jiàn) P-594～601
? 廢氣
? 廢水（廢液）
? 廢固
? 噪音
? 放射性
? 排放總量控制
聯(lián)系客服
