化工设计概论汇编

化工设计概论

绪论

化工是化学工艺、化学工业、化学工程等的简称。凡运用化学方法改变物质组成、结构或和成新物质的，都属于化工生产技术，也称化学工艺。化工设计是把一项化工工程从设想变成现实的一个建设环节，化工设计的核心是化工工艺设计。

第1章化工设计程序和内容

全部设计过程划分为两大设计阶段：基础设计、工程设计。

工程设计分为三个阶段：工艺设计、基础工程设计、详细工程设计。

第2章工艺流程设计

化工工艺流程

原料

原料贮存、原料预处理、反应、产品分离、产品精制、包装和运输

产品

工艺路线流程化一般工作方法：

主反应过程、原料准备过程和投料方式流程、产物净化分离过程、产品计量包装或后处理工艺过程、副产物处理的工艺过程、“三废”排出物的综合治理流程、确定动力使用和公用工程的配套。

2.3 工艺流程图的绘制

2.3.1 方框流程图和工艺流程简图（block flowsheet、simiplified flowsheet） 2.3.2 工艺物料流程图（process flowsheet diagram）

2.3.3 管道及仪表流程图（piping and instrument diagram）

设备分类代号、物料代号、管道材质代号、隔热及隔声代号、测量参数代号、仪表功能代号、管道工程压力等级代号。

常用管道图示符号、测量点图形符号、仪表安装位置图形符号。

管道标注内容包括四部分：

管道号、管径、管道等级、隔热或隔声

管道号包括：物料代号、主项代号、管道分段顺序号。

管道等级号包括：管道工程压力等级代号、顺序号、管道材质代号。

泵的流量控制方案：（1）出口节流控制；（2）旁路控制。

换热器的温度控制方案：

（1）调节换热介质的流量；

（2）调节换热面积（适用于蒸汽冷凝换热器）；

（3）旁路调节。

第3章物料衡算和能量衡算

3.1 物料衡算

在化工过程中，物料平衡是指在单位时间你进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。

物料平衡方程

列物料平衡式时应特别注意下列事项：

（1）物料平衡是指质量平衡，而不是体积或物质的量平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项以摩尔/小时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数，因为反应前后中的各元素原子数守恒。

（2）对于无化学反应体系能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流离得组分数。

（3）在写平衡方程时，要尽量使方程中所包含的未知数最少。

物料衡算的基本步骤：

（1）画出工艺流程示意图；

（2）列出化学反应方程式；

（3）确定计算任务；

（4）收集数据资料；

（5）选择计算基准；

（6）建立物料平衡方程，计算、整理、校核。

（7）绘制物料流程图，填写正式物料衡算表

消耗定额：生产每吨合格产品需要的原料、辅助原料及试剂等的消耗量。

第4章设备的工艺设计和选型

4.1 设备工艺设计与选型原则及方法

化工工程设计的主体：工艺设计、设备选型。

化工设备从总体上分为：

定型设备（标准设备）；非定型设备（非标准设备）。

设备的主要工艺设计参数：

泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度。

换热器：热负荷、换热面积、冷热载体的种类、冷热流体的流量、温度、压力。

风机：风量、风压。

反应器：反应器类型、进出口物料的流量组成温度压力、催化剂种类规格数量性能参数、反应器内换热装置的形式和热负荷、热载体的准类数量压力温度、反应器的主要尺寸。

4.2 化工设备的材料和选材原则

4.3 泵的设计和选型

按泵作用于液体的原理可将泵分为叶片式和容积式两大类。

叶片式泵：离心泵、轴流泵、旋涡泵。

容积式泵：往复泵、转子泵。

泵的技术指标

（1）型号；（2）扬程；（3）流量；（4）必需气蚀余量；（5）功率和效率。

液下泵：经常安装在液体贮槽内，对轴封要求不高，适于输送化工过程中各种腐蚀性液体，泄漏的液体仍流入贮槽内，既节省了空间又改善了操作环境，其缺点是效率不高。

屏蔽泵：一种无泄漏泵，叶轮和电机连为一个整体并密封在同一个泵壳内，不需要轴封。所以成为无密封泵。在化工生产中常输送易燃、易爆、剧毒的液体，

缺点是效率较低。

轴流泵：利用高速旋转的螺旋桨将液体推进而达到输送的目的，适用于大体积流量、低扬程的场合。

4.4 气体输送、压缩设备的设计与选型

气体输送、压缩设备按出口压力和用途可分为以下5类：

（1）通风机简称风机，压力在0.115MPa以下，压缩比为1—1.15。通风机可分为轴流风机和离心风机。

（2）鼓风机压力为0.115—0.4MPa，压缩比小于4。鼓风机可分为罗茨鼓风机和离心鼓风机。

（3）压缩机压力大于0.4MPa，压缩比大于4，压缩机分为活塞式、离心式、螺杆式、往复式。

（4）制冷机为低温用户提供冷量。

（5）真空泵用于减压。

在化工生产中，轴流式通风机在空冷器和冷却水塔的通风方面的应用很广泛。

罗茨鼓风机的风量与风机转速成正比。

螺杆式压缩机依靠两个螺旋形转子相互啮合进行气体压缩的。在汽缸中平行放置两个高速回转、按一定传动比相互啮合的螺旋形转子，形成进气、压缩、排气过程。

螺杆式压缩机与往复式压缩机一样，同属于容积型压缩机，就运动形式而言，压缩机的转子和离心式压缩机一样作高速运动，所以螺杆式压缩机兼有活塞式压缩机和离心式压缩机的特点。螺杆式压缩机没有往复运动部件，不存在不平衡惯性力，所以螺杆式压缩机的设备基础要求低；螺杆式压缩机具有强制输气的特点，即排气几乎不受排气压力的影响；螺杆式压缩机在较宽的工作范围内仍能保持较高的效率，没有离心式压缩机在小排气量时喘振和大排气量时扼流的现象。

螺杆式压缩机适用于中低压及中小排气量，如干式螺杆压缩机，排气量范围为3—500m3/min，排气压力小于1.0MPa，喷油螺杆压缩机，排气量范围为5—100m3/min，排气压力小于1.7MPa。