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化工设计的意义和作用化工设计是将一个系统（如一个工厂、一个车间或一套装置等）全部用工程制图的方法，描绘成图纸、表格及必要的文字说明。也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。 化工设计的任务在化工生产中，通过运用化工设计方面的知识和方法， 对设备进行评价或者各种指标的评定在科学研究中，从小型试验到中试放大，以至投入工业生产，都离不开设计 在基本建设中，设计是基本建设的首要环节，是现场施工的依据 化工设计的特点：政策性强，技术性强，经济性强，综合性强化工设计的发展趋势：石油化学工业实现了装置大型化、工厂整体化、系统最优化、控制自动化 ，所以，也要有相应的提高幅度。根据项目性质分类装置改造设计，新建项目设计，重建项目设计根据设计性质分类：新技术开发过程设计 ：概念设计，中试设计，基础设计 工程设计：初步设计 ，技术设计（扩大初步设计 ） ，施工图设计 化工厂设计的工作程序：一般的化工设计的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批准后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计。项目建议书：是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括下列内容。 项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义； 产品需求初步预测； 产品方案和拟建规模； 工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）； 资源、主要原材料、燃料和动力的供应； 建厂条件和厂址初步方案； 环境保护； 工厂组织和劳动定员估算； 项目实施规划设想； 投资估算和资金筹措设想； 经济效益和社会效益的初步估算。可行性研究：是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。根据原化工部对“可行性研究报告”的有关规定，可行性研究报告的内容如下：u 总论：包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。u 需求预测：包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。u 产品的生产方案及生产规模u 工艺技术方案：包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。u 原材料、燃料及水电汽的来源与供应。u 建厂条件和厂址选择布局方案。u 公用工程和辅助设施方案u 环境保护及安全卫生。u 工厂组织、劳动定员和人员培训。u 项目实施规划。u 投资估算和资金筹措。u 经济效益评价及社会效益评价。u 结论包括综合评价和研究报告的结论等内容。可行性研究呈报给上级主管部门，当被上级主管部门认可后，便可编写设计任务书以作为设计项目的依据。设计任务书的内容主要包括： 项目设计的目的和依据； 生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则； 矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件； 资源综合利用、环境保护、三废治理的要求； 厂址与占地面积和城市规划的关系； 防空、防震等的要求； 建设工期与进度计划； 投资控制数； 劳动定员及组织管理制度； 经济效益、资金来源、投资回收年限施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。在扩大初步设计与施工图设计两个阶段，有大量的各专业人才参加，到设计文件编制完毕，工作转入了基本建设和试车阶段的时候，就只需少量的各专业设计代表参加了。各专业设计代表的任务就是参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），建成化工装置后要参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。当设计工作全面结束，且试车成功后，应做工程总结，积累经验，以利于设计质量的不断提高。1化工车间（装置）设计是化工厂设计的最基本的内容，设计准备工作：熟悉设计任务书，了解化工设计以及工艺，查阅文献资料，收集第一手资料，2方案设计：这个阶段的任务是确定生产方法和生产流程，它们是整个工艺设计的基础3化工计算：化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内容。要完成的任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。4车间布置设计：这是工艺人员的主要设计任务之一，它也是决定车间面貌的又一个重要设计项目。布置设计的主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。当化工计算结束，绘出工艺流程图之后就可以进行车间布置设计，完成之后要绘制平面与立面的车间布置图。设计方法除了常用的摆纸块法之外。现在广泛采用模型设计的方法。5化工管路设计：管路配置设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。应注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。六、提供设计条件设计条件内容包括总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等非工艺专业的设计条件设计条件：是各专业据以进行具体设计工作的依据，因此提好设计条件是确保设计质量的重要一环。七、编制概算书及编制设计文件：概算书是在初步设计阶段编制的车间投资的大概计算，作为银行对基本建设单位贷款的依据。概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。经济是否合理是衡量一项工程设计质量的重要标志。编制概算可以帮助判断和促进设计的经济合理性。 初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后都要编制设计文件。 概算书是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据，内容包括设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。以上仅是车间工艺设计的大体内容，叙述的顺序就是一般的设计工作程序，实际设计过程中，这些工作内容往往是交错进行的。第五节 设计文件工艺专业人员在扩大初步设计阶段和施工图设计阶段应编制说明书和说明书的附图、附表等设计文件。其中车间工艺设计文件是最基本的和最常碰到的。一、扩大初步设计文件扩大初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：设计说明书和说明书的附图、附表。初步设计说明书的内容如下：1设计依据 文件，如计划任务书以及其他批文等。 技术资料，如中试试验报告、调查报告等2设计指导思想和设计原则，设计所遵循的具体方针政策和指导思想。总括各专业的设计原则，如工艺路线的选择、设备的选型和材质选用、自控水平等原则。3产品方案包括：产品名称和性质；产品质量规格；产品规模（吨年）；副产品数量（吨年）；产品包装方式4生产方法和工艺流程 生产方法：扼要说明设计所采用的原料路线和工艺路线。化学反应方程式：写出方程式，注明化学反应名称、主要操作条件。工艺流程：11工艺划分简图，用方块图表示22控制点工艺流程图和流程简述5车间（装置）组成和生产制度 车间（装置）组成。 生产制度，年工作日、操作班制，间歇或连续生产。6原料、中间产品的主要技术规格 原料、辅助原料的主要技术规格。 中间产品及成品的主要技术规格。7工艺计算a) 物料计算 物料计算的基础数据。 物料计算结果以物料平衡图表示，计量单位用小时(h)（连续操作）或每批投料量Kg或M3（分批操作），采用的计量单位在一个项目内要统一。b) 主要工艺设备的选型、化工计算和材料选择 基础数据来源包括物料及热量计算数据、主要化工数据等。 主要工艺设备的工艺计算按流程编号为序进行编写。c) 一般工艺设备以表格形式分类表示计算和选择结果。工艺设备一览表按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。d) 工艺用的水、蒸汽、冷冻用量。e) 分批操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线。7主要原料、动力消耗定额及消耗量8生产控制分析9仪表和自动控制10技术保安、防火及工业卫生11车间布置12公用工程13公用工程14“三废”治理及综合利用15车间维修16土建17车间装置定员18概算19技术经济 包括：投资和产品成本20存在问题及建议21扩大初步设计中必要的附表及附图施工图文件的编制A. 施工图设计文件目录 编制各主项施工图设计时，应编写主项图纸总目录、非定型设备图纸目录和工艺图纸目录。B. 工艺施工图设计文件 工艺设计说明。 工艺设计说明可根据需要按下列各项内容编写。 带控制点工艺流程图（施工流程图）。带控制点工艺流程图应表示出全部工艺设备和物料管路、阀件等，进出设备的辅助管线和工艺及自动仪表的图例、符号。 辅助管路系统图。辅助管路系统图应表示出系统的全部管路。一般在带控制点工艺流程图左上方绘制，如辅助管路系统复杂时，可单独绘制。 首页图。当某一个设计项目（装置）范围较大（如除主要生产厂房或构筑物外，附有生活室、控制室、分析室或有较多的室外其他生产和辅助生产部分），设备布置和管路安装图需分别绘制首页图。 设备布置图。设备布置图包括平面图与剖面图，其内容应表示出全部工艺设备的安装位置和安装标高，以及建筑物、构筑物、操作台等。 设备一览表。根据设备订货分类的要求，分别作出非定型设备表、定型设备表等。 管路布置图。管路布置图包括管路布置平面图和剖面图，其内容表示出全部管路、管件和阀件及其在空间的位置，简单的设备轮廓线及建、构筑物外形。 配管设计模型。作模型设计时，可用配管设计模型代替管路布置图。 管段图。管段图表示一段管道在空间的位置的图形，也叫做空视图或单线图。 管架和非标准管件图。 管段表。当绘制管段图时，可不单独绘制管段表，其相应内容可填入管段图的附表中去。 管架表。 综合材料表综合材料表应按以下三类材料进行编制。 管口方位图。管口方位图应表示出全部管口、吊耳、支脚及地脚螺栓的方位，并标注管口编号、管口和管径名称。对塔还要表示出地脚螺栓、吊柱、直爬梯和降液管位置。 换热器条件图。工艺流程设计是化工设计中非常重要的环节，它通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料进入到产品输出的过程，其中包括物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。工艺流程设计是工艺设计的核心。在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。工艺流程设计动手最早，而往往又结束最晚。生产方法和工艺流程的选择p 生产同一化工产品即使采用同一原料，也可采用不同生产路线，同一生产路线中也可以采用不同的工艺流程。p 选择生产路线也就是选择生产方法，是决定设计质量的关键。如果某产品有几种不同的生产方法，就应逐个进行分析研究，通过各方面比较，从中筛选一个最好的方法，作为下一步工艺流程设计的依据。生产方法和工艺流程选择的原则1.先进性 先进性主要指技术上的先进和经济上的合理可行，具体包括基建投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面的内容，应选择物料损耗小、循环量少，能量消耗少和回收利用好的生产方法。2.可靠性 可靠性是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。应坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产厂当作试验工厂来进行设计。另外，对生产工艺流程的改革也应采取积极而又慎重的态度，不能有侥幸心理。3.结合国情生产方法和工艺流程确定的步骤搜集资料，调查研究。落实设备。全面对比。全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项： 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；产品的质量情况；生产能力及产品规格；原材料、能量消耗情况；建设费用及产品成本；三废的产生及治理情况；其他特殊情况。工艺流程设计I. 1流程设计的任务. 确定流程各生产过程的具体内容、顺序和 组合方式；II. 是绘制工艺流程图。为了使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产，应按步骤逐步解决以下问题。1确定整个流程的组成2确定每个过程或工序的组成3确定操作条件4控制方案的确定5合理利用原料及能量6制定三废的治理方法7制定安全生产措施工艺流程设计方法首先要看所选定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺还是待开发的新工艺。前者是可以参考借鉴而需要局部改进或局部采用新技术新工艺的问题。后者须针对新开发技术，在设计上称为概念设计。不论哪种情况一般都是将一个工艺流程分为四个重要部分，即原料预处理过程、反应过程、产物的后处理和三废的处理过程。一般的工作方法1以反应过程为中心根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。另外，物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置上增加相应的适当措施。如果反应需要在催化剂存在下进行，就须考虑催化反应的方式和催化剂的选择。一般说确定主反应过程的装置，往往都有文献、资料可供参考，或有中试结果。现有工业化装置可以借鉴、参考，因此并不复杂。2原料预处理过程 在主反应装置已经确定之后，根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等。这就应根据需要采取预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等措施。这些操作过程就需要相应的化工单元操作，加以组合。通常不是一台两台设备或简单过程完成的。原料预处理的化工操作过程是根据原料性质、处理方法而选取不同的装置及不同的输送方式，从而可能设计出不同的流程。3产物的后处理 根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的特点，实际反应过程可能会出现下列情况。 除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物； 由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以及为使反应尽可能完全而有过剩组分。 原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。 产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的4产品的后处理 经过前述分离净化后达到合格的目的产品，有些是下一工序的原料，可加工成其他产品；有些可直接作为商品，往往还须进行后处理工作，如筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等过程。5未反应原料的循环或利用以及副产物的处理6确定“三废”排出物的处理措施7确定公用工程的配套措施8确定操作条件和控制方案9制定切实可靠的安全生产措施10保温、防腐的设计工艺流程设计的基本方法方案比较进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变工艺流程图：把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是工艺流程图。工艺流程图一般有如下几种 全厂总工艺流程图或物料平衡总工艺流程图是在炼油化工厂设计中，为总说明部分提供的全厂流程图样。对综合性化工厂则称全厂物料平衡图。图上各车间（工段）用细实线画成长方框来示意。流程线只画出主要物料，用粗实线表示。流程方向用箭头画在流程线上。图上还注明了车间名称，各车间原料、半成品和成品的名称、平衡数据和来源、去向等。 物料流程图物料流程图是在全厂总工艺流程图基础上，分别表达各车间内部工艺物料流程的图样。在流程上标注出各物料的组分、流量以及设备特性数据等。 工艺管道及仪表流程图工艺管道及仪表流程图是以物料流程图为依据，内容较为详细的一种工艺流程图。在管线和设备上画出配置的某些阀门、管件、自控仪表等的有关符号。工艺流程草图工艺流程草图亦称方案流程图、流程示意图、流程简图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，亦是工艺流程图设计的依据。生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成。 物料流程：设备示意图、流程管线及流向箭头、文字注解。 图例。图例中只须标出管线图例。阀门、仪表等无须标出 设备一览表： 设备一览表也只包括序号、位号、设备名称和备注，有时可省略设备一览表和图框。工艺流程草图是一种示意性的从左至右的展开图。工艺管道及仪表流程图又称施工流程图或带控制点的工艺流程图。工艺管道及仪表流程图是在工艺流程草图和物料流程图的基础上绘制的，它是设备布置和管道布置设计的依据，并可供施工、安装、生产操作时参考。比例与图幅 比例、图幅。设备的表示方法：设备的画法：图形、相对位置、相同系统（或设备）的处理设备的标注、标注的内容、标注的方式管道的表示方法。图上一般应画出所有工艺物料和辅助物料（如蒸汽、冷却水、冷冻盐水等）的管道。管道的标注：标注内容应包括三个组成部分：即管道号、管径和管道等级。 当未采用管道等级及与之配套的材料选用表时，管道标注中的公制管需注外径厚度；对隔热（或隔音）的管道，则将隔热（隔音）代号注在管径之后。离心泵 离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，但也可以使用旁路调节方法，旁路调节耗费能量，但调节阀的尺寸比直接节流的小是它的优点。 在离心泵设有分支路时，即一台泵要分送几支并联管路时，可采用分支调节方案。2.容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等） 当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程。反应釜 进出料管道。釜顶左部为各种原料及试压氮气等进料管道，水和单体自动计量手动遥控进料。在进料总管中部串联一切断阀（球阀），进料完毕后关闭球阀，各管道就形成二道切断阀的密封。安全阀前不能有阀，故它装在切断阀与进口之间。 轴封系统。搅拌轴的密封是釜式反应器的关键问题之一，机械密封是可高而先进的动密封结构，为了保障它的正常工作必须配有液封与冷却系统。密封液罐旁为搅拌电机的运转电流的指示、记录和过载报警回路。 温度控制间歇反应的温度控制是分阶段周期性变化的，热负荷也随着反应时间而变化，这都造成温度控制的困难。为此，设置了热水升温、工业水或冷冻水冷却共三套系统。循环水量大则进出口温差小和传热系数高（流速快），使釜内各点的温度更为均匀，水的流量大还能减少对象的容量滞后。水量恒定可以减少冷却水流量变化这个干扰因素，这些都有助于调节质量的提高。化工过程及过程参数化工计算主要是应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和能量衡算问题。 主要内容包括：化工过程；化工工艺流程；化工过程开发；化工过程基本参数温度、压力、流量、化学组成等基本概念 所谓化工过程，是指由原料经化学处理和物理处理加工成化学产品或中间产品的生产过程。它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干组设备（如反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔，分离器、换热器及输送设备等等）组合而成。物料通过各设备时，完成某种化学或物理处理，最终成为合格的产品。化工过程中的各种设备所进行的主要操作可归纳为下列几类： 1.化学反应；2.分离或提纯，3.改变温度，4.改变压力，5.混合等。各类操作的作用简述如下。1.化学反应化学反应是整个化工过程的核心2.分离或提纯化工生产中的分离过程就是将两种或两种以上组分的混合物分成纯的或比较纯的组分分离过程通常只是一种物理过程，不发生化学反应。它是利用物质在相变化过程中某些物理性质（如沸点、熔点、溶解度等）的差异来进行的。如蒸馏是基于不同组分挥发度或沸点的不同；结晶是基于熔点或溶解度的不同；溶剂萃取是基于一种物质在两种互不相溶的液体中溶解度的不同等。3.改变温度4.改变压力5.混合 发现一种新的化学反应使之实施于生产或开发一个新的化工过程，从技术角度来考察，它主要决定于下述三类因素： 化学工艺因素反应体系本性、温度、压力、组成、催化剂等操作条件以及体系的反应速度、转化率、循环比等。 化学工程因素体系的物性、相态、传递性质、传热传质方式、物料输送、反应技术、分离技术等。 机械设备、仪表及控制手段设备材料、制造、贮运、安装、维修、检测、备品备件、正常操作及事故处理等。化工过程常用流程图来表示。所谓流程图，就是把生产过程中物料经过的设备按其形状画出示意图，并画出各设备之间的主要物料管线及其流向。简化的流程图可以用方框来表示设备或设备组，称方框流程图。在工艺流程设计中，还有其他类型的流程图，如表明物料量的物料流程图、以装置为单元的装置流程图、以管线为主的管线流程图以及带测量仪表控制点的流程图等。工艺流程图能简明、扼要的表明化工产品的生产工序，看来一目了然。换热器换热器的温度控制方案。 (1)调节换热介质流量，用流体1的流量作调节参数来控制流体2的出口温度。 (2)调节传热面积，适用于蒸汽冷凝换热器，调节阀装在凝液管路上。 (3)分流调节，在用工艺流体作载热体回收热量时或冷却水流量不允许改变时，两个流量都不能调节。此时可利用三通阀使其中一个流体走分路，使部分流体走旁路。 化工过程开发是指一个化学反应从实验室过渡到第一套生产装置的全部过程。化工过程开发，首先是决定子化学反应的可能性、转化率及反应速度是否具有工业价值，产物分离的难易程度以及机械、设备、材料是否可行。当然，最终取决于是否有经济效益。化工过程开发的第一步就是要设计一个流程图。由于化学反应或产物的分离可用不同的方法来完成，因此，设计流程时，必须选择一个安全、可靠、经挤效益高的最佳方案 化工基础数据在化工计算以及化工工艺和设备设计中，必不可少地要用到有关化合物的物性数据。例如，进行化工过程物料与能量衡算时，需要用到密度或比容、沸点、蒸汽压、焓、热容及生成热等等的物性数据；设计一个反应器时，则需要知道化学反应热的数据；计算传热过程时，需要导热系数的数据等等。这些数据习惯上称为“化工基础数据”，它是由物料本身的物理化学性质所决定的。因此，又被称作“物化数据”或“物性数据”。化工基础数据包括很多，现将常用的一些化工基础数据大致归纳成以下几类： 基本物性数据如临界常数（临界压力、临界温度、临界体积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一液平衡关系等。 热力学物性数据如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。 化学反应和热化学数据如反应热、生成热、燃烧热、反应速度常数、活化能，化学平衡常数等。 传递参数如粘度、扩散系数、导热系数等。通常这些数据可用下列方法得到1查手册或文献资料2估算3用实验直接测定物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。物料衡算式1.化工过程的类型 化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。 间歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。 连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。 半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或分批的。 稳定状态操作：整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过程，或称稳定过程。如果操作条件随时间而不断变化的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。连续过程在正常操作期间，操作条件比较稳定，此时属稳定状态操作多在开、停工期间或操作条件变化和出现故障时，则属不稳定状态操作。2.物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。所谓体系就是物料衡算的范围，它可以根据实际需要人为地选定。体系可以是一个设备或几个设备，也可以是一个单元操作或整个化工过程。进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积果量之和。所以，物料衡算的基本关系式应该表示为：列物料衡算式时应注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则平衡式中各项用摩尔/时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数。因为反应前后物料中的分子数不守恒。表示无化学反应的连续过程物料流程。图中方框表示一个体系，虚线表示体系边界。共有三个流股，进料F及出料P和W。有两个组分。每个流股的流量及组成如图所示。图中x为质量分数。对于连续不稳定过程，由于该过程内物料量及组成等随时间而变化，因此，物料衡算式须写成以时间为自变量的微分方程，表示体系内在某一瞬时的平衡物料衡算的基本方法1画物料流程简图2计算基准及其选择3物料衡算的步骤搜a) 集计算数据。b) 画出物料流程简图。c) 确定衡算体系。d) 写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。e) 选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。f) 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。g) 将计算结果列成输入输出物料表(物料平衡表)。h) 校核计算结果。无化学反应过程的物料衡算在化工过程中，一些只有物理变化，不发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程都可以根据物料衡算式，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。1简单过程的物料衡算 ：简单过程是指仅有一个设备或一个单元操作或整个过程简化成一个设备的过程。这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程简图中，设备边界就是体系边界。 画物料流程简图 选择基准 列物料衡算式2有多个设备过程的物料衡算对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至无法求解。四、有化学反应过程的物料衡算 反应转化率、选择性及收率等概念 工业化学反应过程中，当反应原料的配比不按化学计量比时，反应物的化学计量数大小可称其为限制反应物与过量反应物。 限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料时，其中以最小化学计量数存在的反应物称为限制反应物。 过量反应物：不按化学计量比配料的原料中，某种反应物的量超过限制反应物完全反应所需的理论量，该反应物称为过量反应物。 过量百分数：过量反应物超过限制反应物所需理论量的部分占所需理论量的百分数。若以从表示过量反应物的摩尔数，Nt表示与限制反应物完全反应所需的摩尔数，则过量百分数即为： 转化率（以x表示）：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。若以NA1、NA2分别表示反应物A输入及输出体系的摩尔数，则反应物A的转化率为一个化学反应，由不同反应物可计算得到不同的转化率。因此，应用时必须指明某个反应物的转化率。若没有指明时，则往往是指限制反应物的转化率。 选择性（以S表示）：反应物反应成目的产物所消耗的量占反应物反应掉的量的百分数。若反应物为A，生成的目的产物为D，Nn表示生成的目的产物D的摩尔数。a、d分别为反应物d与目的产物D的化学计量系数，则选择性为第一节 化工设备选用及工艺设计的一般原则选型和工艺设计的原则如下：(1)合理性。即设备必须满足工艺一般要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。(2)先进性。要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。(3)安全性。要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件附料。(4)经济性。设备投资省，易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用，避免盲目性。泵的选用与设计程序(1)确定泵型。根据工艺条件及泵的特性，首先决定泵的型式再确定泵的尺寸。从被输送物料的基本性质出发，如物料的温度、粘度、挥发性、毒性、化学腐蚀性、溶解性和物料是否均一等因素来确定泵的基本型式。在选择泵的型式时，应以满足工艺要求为主要目标。(2)确定选泵的流量和扬程。 流量的确定和计算。选泵时以最大流量为基础。 扬程的确定和计算。先计算出所需要的扬程，即用来克服两端容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、管件和装置的阻力损失，以及两端（进口和出口）的速度差引起的动能差。(3)确定泵的安装高度。(4)确定泵的台数和备用率(5)校核泵的轴功率。 泵的样本上给定的功率和效率都是用水试验出来的，输送介质不是清水时，应考虑密度、粘度等对泵的流量、扬程性能的影响。(6)确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。(7)选用电动机。(8)填写选泵规格表。一、化工设备图的基本知识 化工设备主要指在化工生产中常用的罐、釜、塔器、换热器、贮槽（罐）等标准和非标准设备。为了能完整、正确、清晰地表达这些化工设备，就必须绘制化工设备图。常用的化工设备图有化工设备总图、装配图、部件图、零件图、管口方位图、表格图及预焊接件图。作为施工设计文件的还有工程图、通用图和标准图。1.化工设备图的分类 根据其主次关系、具体表示部位等常作如下分类：(1)总图。表示化工设备以及附属装置的全貌、组成和特性的图样。它应表达设备各主要部分的结构特征、装配连接关系、主要特征尺寸和外形尺寸，并写明技术要求、技术特性等技术资料。(2)装配图。表示化工设备的结构、尺寸、各零部件间的装配连接关系，并写明技术要求和技术特性等技术资料的图样。(3)部件图。表示可拆或不可拆部件的结构形状、尺寸大小、技术要求和技术特性等技术资料的图样。(4)零件图。表示化工设备零件的结构形状、尺寸大小、及加工、热处理、检验等技术资料的图样。(5)管口方位图。管口方位图是化工工程图中特有的一种图纸，是表示化工设备管口方向位置，管口与支座、地脚螺栓的相对位置的简图。(6)表格图。对于那些结构形状相同，尺寸大小不同的化工设备、部件、零件用综合列表的方式表达各自的尺寸大小的图样(7)标准图。经国家有关主管部门批准的标准化或系列化设备、部件或零件的图样。(8)通用图。经过生产考验，结构成熟，能重复使用的系列化设备、部件和零件的图纸。1.化工设备图读图的基本要求通过对化工设备图样的阅读、应达到以下方面的基本要求：了解设备的性能，作用和工作原理；了解各零件之间的装配关系和各零部件的装拆顺序；了解设备各零部件的主要形状、结构和作用、进而了解整个设备的结构；了解设备在设计、制造、检验和安装等方面的技术要求。车间布置设计的原则最大限度地满足工艺生产包括设备维修的要求。有效地利用车间建筑面积（包括空间）和土地。要为车间的技术经济指标、先进合理以及节能等要求创造条件。考虑其他专业对本车间布置的要求。要考虑车间的发展和厂房的扩建。车间中所采取的劳动保护、防腐、防火、防毒、防爆及安全卫生等措施是否符合要求。本车间与其他车间在总平面图上的位置合理，力求使它们之间输送管线最短，联系最方便。考虑建厂地区的气象、地质、水文等条件。人流物流不能交错。（一）车间布置设计的组织 在进行车间布置设计时，各类专业人员须分工协作。工艺专业进行车间布置时，要考虑土建、仪表、电气、暖通等专业与机修、安装、操作等各方面的需要；上述各专业也同时提出各自对车间布置的要求车间平面布置的内容和要求1.车间平面布置的内容 一个较大的化工车间（装置）通常包括下列组成：(1)生产设施包括生产工段、原料和产品仓库、控制室、露天堆场或贮罐区等。(2)生产辅助设施包括除尘通风室、变电配电室、机修仪修室、化验室和贮藏室等。(3)生活行政设施包括车间办公室、工人休息、更衣室、浴室、厕所等。(4)其他特殊用室如劳动保护室保健室等。2.车间平面布置要求(1)适合全厂的总图布置，与其他车间、公用工程系统、运输系统等结合成一个有机整体。(2)保证经济效益，尽量做到占地少、基建和安装费用少、生产成本低。(3)便于生产管理、物料运输，操作维修要方便。(4)生产要安全，并妥善解决防火、防毒、防腐、防爆等问题，必须符合国家的各项有关规定和标准。(5)要考虑将来扩建、增建和改建的余地。一、化工车间管道布置设计的任务(1)确定车间中各个设备的管口方位和与之相连接的管段的接口位置。(2)确定管道的安装连接和铺设、支承方式。(3)确定各管段（包括管道、管件、阀门及控制仪表）在空间的位置。(4)画出管道布置图，表示出车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为管道安装的依据。(5)编制管道综合材料表，包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。二、化工车间管道布置设计的要求(1)符合生产工艺流程的要求，并能满足生产要求；(2)便于操作管理，并能保证安全生产；(3)便于管道的安装和维护；(4)要求整齐美观，并尽量节约材料和投资。管路连接方法管路连接：焊接、法兰连接、螺纹连接。1.阀门的分类 按照阀门的用途和作用分类：切断阀、调节阀、止回阀、分流阀、安全阀。 按照驱动形式分类：手动阀、动力驱动阀、自动阀。 按照公称压力分类：低压阀门、中压阀门、高压阀门。管路的热补偿：自然补偿器、人工补偿器（型补偿器、波纹补偿器）绝缘材料：1.对绝热层材料的要求 热导率低，材料密度合适，有一定强度，吸水率小，化学稳定性好，价格低廉、施工方便2.对于防潮层材料的要求 吸水率小，化学性质稳定，无毒、耐腐蚀，夏季不软化、不起泡，冬季不脆化、不开裂、不脱落3.对于保护材料的要求：有足够的强度 具有防水 防潮 抗大气腐蚀 难燃 使用寿命长毕业设计的选题 选题是关系毕业设计工作质量，也是保证教学基本要求能否落实的重要环节。选题的原则是：1.符合专业培养目标，满足教学基本要求；2.选题能够使学生达到综合运用所学知识，获得比较全面的训练，少数学生可对某些专题进行比较深人的研究；3.提倡选择结合社会及生产实际的课题（或参与教师的科研），要逐步提高设计型题目和“真题真做，题目的比例； 4.选题的分量和难度要适当，在保证达到教学基本要求的前提下，因材施教，既要使大多数学生能够在规定时间内完成规定的设计题目，又能使少数学习优秀的学生得到更好的培和养锻炼。， ，