2018年化工设计概论期末知识点总结

2018年化工设计概论期末知识点总结“化工设计”：根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求，工艺专业与有关非工艺专业进行密切设计合作，最终使这个工厂建成投产，这种设计全过程称为“化工设计”。什么是化工设计？化工设计是一个将化工原料转变为化工产品的规划和实施的过程。是化工企业得以建立的必经之路，是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带化工设计应包括哪些具体内容？设想、化工设计、方案实施根据建设项目性质对化工设计进行分类：（1）新建项目设计；（2）重复建设项目设计：原有工厂的改建和扩建设计；（3）已有装置的改扩建设计化工厂设计工作程序及内容：（1）工艺设计：是整个化工厂设计的核心。（2）非工艺设计化工设计特点：（1）政策性强（2）技术性强（3）经济性强（4）综合性强（5）规范多化工设计中工艺设计是整个化工厂设计的核心。工厂的设计分为：工艺设计和非工艺设计两部分初步设计阶段的成品：(1)设计说明书(2)附表：设备一览表，主要材料估算表；(3)附图：a.物料流程图b.管道及仪表流程图c.总平面布置图d.车间设备布置图e.关键设备总图；(4)附：概算书和技术经济分析资料。1.“化工设计”的概念。化工设计是一个将化工原料转变为化工产品的规划和实施的过程2、国内化工设计阶段是如何划分的？一般按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计水平的高低而分为二个阶段或三个阶段进行设计。凡属重要的大型企业，技术比较复杂或比较新型的工厂，为了保证设计质量，一般可分三个阶段进行设计，即初步设计，技术设计(又称扩大的初步设计、扩初设计）和施工图设计三个阶段。对在技术比较简单和比较成熟的，生产规模较小的工厂或个别车间，以及技术改造与技术措施比较成熟的，为了简化设计，缩短设计时间，可分为二个阶段设计，即技术设计和施工图设计二个阶段。3、车间工艺设计内容？（1）生产方法的选择（2）生产工艺流程设计（3）工艺计算（4）车间布置设计（5）管路设计（6）提供设计条件（7）编写设计说明书（8）概（预）算书的编制4、简述化工厂建立的过程。第3章工艺流程设计工艺流程的形成简例——电解食盐水化盐工序流程图（1）盐水的实验室配制方法(见图)（2）盐水的工业化生产过程(见图)在工业生产中，从原料到制成成品各项安排的工序称为工艺流程，工艺流程一般用直观的工艺流程图表达，工艺流程设计是工艺设计的核心。工艺流程设计分为三部分：原料预处理、反应、产品分离与提纯。工艺流程设计的目的和任务目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程任务：（1）确定整个流程的组成（2）确定每个工序或单元操作的组成（3）确定操作条件（4）确定控制方案（5）确定物流和能量的合理利用方案（6）确定“三废”治理方法（7）确定安全生产措施（8）工艺流程的逐步完善（9）在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。工艺物料流程图（PFD）图纸规格A1，A2，管道及仪表流程图（PID）内容：（1）图形（2）标注（3）图例（4）标题栏·、修改栏设备的标注方法1设备分类代号2工序工段或车间代号34设备顺序编号5数量标识符交叉原则：细让粗，横让竖。管道的标注方法：PL-1301-80-B2A-H介质代号、管段代号、公称直径、管道等级、保温等级。放气口应画在管道上方，排液管则画在管道的下方。1.控制离心泵流量的方法有哪些？各有何优缺点？2.哪种泵的出口管道上不能直接安装节流装置来调节流量？为什么？3.有哪些取样流程？它们各用于什么场合？4.管壳式换热设备的自控原理是什么?最常用的控制方法是什么？第四章物料衡算与能量衡算例：一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。解：设x为废酸量，kg；y为浓H2SO4量，kg；z为浓HNO3量,㎏；（1）画物料流程简图⑵选择基准:可以选废酸或浓酸的量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。⑶列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出3个未知量。基准：100kg混合酸总物料衡算式x+y+z=100(1)H2SO4的衡算式0.57x+0.93y=100×0.6=60(2)HNO3的衡算式0.23x+0.90z=100×0.27=27(3)解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg废酸y=39kg浓H2SO4z=19.2kg浓HNO3即由41.8kg废酸、39kg浓H2SO4和19.2kg浓HNO3可以混合成100kg混合酸。例：有两个蒸馏塔的分离装置，将含50%苯、30%甲苯和20%（mol%)二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股组成如图。计算蒸馏1000mol/h原料所得的流股的量及进塔Ⅱ物料的组成。泵P反应器R换热器E压缩机、风机C容器V塔T常用设备类别代号主物料线粗实线0.6~0.9mm辅物料线中粗线0.3~0.5mm设备、仪表细实线0.15~0.25mm管道流程线例：甲醇氧化制甲醛，其反应过程为CH3OH+1/2O2→HCHO+H2O反应物及生成物均为气态。甲醇的转化率为75％，若使用50％的过量空气，试计算反应后气体混合物的摩尔组成。解：画出流程示意图，如下图：基准：1molCH3OHCH3OH+1/2O2→HCHO+H2O根据反应式需氧＝0.5氧入=0.5×1.5=0.75氮入＝氮出＝0.75×(79/21)=2.82反应的甲醇量＝0.75×1=0.75甲醛的出量＝0.75甲醇的出量＝1－0.75=0.25氧的出量＝0.75－0.75×0.5=0.375水的出量＝0.75计算结果如下表：组分CH3OHHCHOH2OO2N2总计mol0.2500.7500.7500.3752.8204.945摩尔分数（％）5.015.215.27.657.0100.0例：丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，问每100mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应：C3H8+5O2--------3CO2+4H2O基准：100mol烟道气：设：N-烟道气中N2的molQ-烟道气中H2O,molM-烟道气中O2的molA-输入空气molP-烟道气中CO2的molB-输入丙烷，mol列平衡式：C平衡：3P=BN2平衡:0.79A=NH2平衡：4Q=B过剩氧气:0.21A×0.25/1.25=MO2平衡：0.21A=M+P+2Q烟道气总量:N+M+P+Q=100例：某厂用空气和邻二甲苯生产苯酐。原料流量为：205kg/h邻二甲苯，4500m3（STP）/h空气，从反应的计量关系可知，生成1mol苯酐需要反应掉1mol的邻二甲苯。经化验得到反应器出口气体的组成为：试计算：1）邻二甲苯的转化率，苯酐收率；2）苯酐的年产量（年工作日330天）泵的选用与设计程序（1）收集基础数据（2）确定泵的流量和扬程（3）选择泵型及泵的具体型号（4）核算泵的性能管壳式换热器的选用：(1)分析设计任务，汇总设计数据(2)设计换热流程(3)选择换热器的材质(4)确定换热器类型(5)确定冷热流体的流向(6)计算平均传热温差tm(6)计算热负荷Q(7)估计污垢热阻系数；初算传热系数K(8)初算总传热面积A(9)参照标准系列，初选换热器(10)校核：校核传热系数、平均温差、传热面积(11)验算换热器的压力降贮罐设计的一般程序:(1)汇集工艺设计数据。(2)选择容器材料。(3)容器型式的选用。(4)容积计算：容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心贮罐容积量(1)原料罐:a.总容量：一个月耗用量b.车间贮罐：半个月用量(2)成品罐:1周的产量(3)中间贮罐:24小时量(4)计量罐:10~15min或2~4h量(5)回流罐:5~15min保有量(6)缓冲罐:下游设备5~10min的用量(7)汽化罐:下游设备3min以上的用量(8)气柜:两天的产量板式塔设计程序（1）汇总设计参数和物性数据。（2）根据物料特性、分离要求确定塔板结构。（3）进行工艺计算（4）塔径计算（5）塔节上人孔、手孔的确定。（6）塔高确定。（7）塔内流体力学核算，作负荷性能图。（8）辅助装置选型设计。（9）绘制塔设备草图和设备设计条件图，包括支承、开口方位、人孔、手孔位置等。第六章车间布置设计车间布置设计的主要任务：对厂房的平、立面结构、内部要求、生产设备、电气仪表设施等按生产流程的要求，在空间上进行组合、布置，使布局既满足生产工艺、操作、维修、安装等要求，又经济实用、占地少，整齐美观。车间布置设计的内容：车间厂房布置，设备布置1.车间厂房的整体布置设计：（1）生产部门（2）辅助部门（3）生活部门2．车间设备布置设计3．绘制车间布置图车间布置设计的方法和步骤:1．准备资料2．确定各工段的布置方式①室外布置（露天布置、半露天布置、框架式布置）优点：建筑投资少、用地少省，利于安装和检修，通风、防火、防爆等。化工厂的设备布置优先考虑露天布置。缺点：操作条件差，自控要求高，受大气影响等。如大型贮罐、精馏塔、吸收塔、凉水塔、喷淋式冷却器等设备如往复泵、空压机、冷冻机等机械传动设备以及结晶器、釜式反应器等易受气温影响的设备。②室内布置。优点：气候影响小，劳动条件好，适应于小型化工装置、间歇操作、操作频繁、在气温较低的地区或有特殊要求的设备。缺点：建筑造价较高。如往复泵、空压机、冷冻机等机械传动设备以及结晶器、釜式反应器等易受气温影响的设备。3．确定厂房布置和设备布置方案4．绘制车间布置草图5．绘制车间设备布置图。车间整体布局根据生产规模、生产特点、厂区面积、厂区地形及地址条件，可采用以下两种方式布置：(1)集中式布置(2)分散式布置。注意：尽可能采用露天化布置（节省基建投资，加快基建进度，降低防火防爆等级，安全，易改扩建等）（1）节省大量建筑面积（2）节约土建施工工程量，加快基建进度（3）将具有火灾及爆炸危险的设备露天化，降低厂房的防火防爆等级，因而降低厂房造价。（4）有利于化工生产的防火防爆和防毒（5）厂房的扩建和改建具有较大的的灵活性。下列几种情形，可适当考虑使设备露天布置：(1)生产中不需要经常看管的设备、辅助设备、对气候影响较小的设备，如吸收塔、气柜、不动液体储罐、大型储罐、高位水槽等等。(2)需要大气来调节温度、湿度的设备，如凉水塔、冷却塔等等。(3)不需要人工操作，高度自动化的设备(4)气候温暖，无酷暑或严寒的地区。车间整体平面设计方案：(1)直通（I型）管廊长条布置；(2)L形、T形管廊布置;(3)复杂车间平面布置。跨度：（宽度）纵向定位轴线间的尺寸。柱距：（长度）横向柱列间的尺寸。车间布置还要考虑厂房安全出入口，一般不应少于两个。框架或砖混多层厂房，多用5m、6m，最低≮4.5m，每层尽量相同。有爆炸危险车间宜采用单层，在厂房内可设置多层操作台；如必须设在多层厂房内，应布置在厂房顶层。如整个厂房均有爆炸危险，则在每层楼板上设置一定面积的泄爆孔或泄压面积。设备布置应最大限度采用室内露天联合布置:(1)温度不允许有显著变化的设备应布置在室内——如反应罐、机械传动设备、装有精密度极高仪表的设备等。(2)不经常操作或用自动化仪表控制的设备都可布置在室外——如塔、冷凝器、液体原料贮罐、成品贮罐、气柜等。(3)需大气调节温度、湿度的设备应露天布置或半露天布置——如凉水塔、空气冷却器等；(4)有火灾及爆炸危险的设备，采用露天布置可降低厂房的耐火等级。车间布置设计的有关尺寸和设备之间的安全距离项目尺寸/m泵与泵的间距不小于0.7泵列与泵列间的距离不小于2.0泵与墙之间的净距不小于1.2塔与塔的距离1.0~2.0贮槽与贮槽间的距离不小于0.4～0.6换热器与换热器间的距离不小于1.0设备布置图（1）一组视图（2）尺寸和标注（3）安装方位标（4）附注说明（5）修改栏及标题栏（一般采用A1