第一章：化工過程設(shè)計(jì)概述

1、第一章第一章 化工過程設(shè)計(jì)化工過程設(shè)計(jì)一、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史、化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍及其在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地一、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史、化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍及其在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地位位1、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史化學(xué)工業(yè)歷經(jīng)了古代、近代、現(xiàn)代三個(gè)主要發(fā)展階段。化學(xué)工業(yè)發(fā)展階段、古代化學(xué)工業(yè)：從數(shù)千年前人類陽光曬鹽、地下鹵水煮鹽開始，萌發(fā)了古老的化學(xué)工業(yè)。、近代化學(xué)工業(yè)：從18世紀(jì)中葉，歐洲造紙、玻璃、肥皂的大規(guī)模生產(chǎn)開始，表明近代化學(xué)工業(yè)的形成。、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)：上世紀(jì)40年代開始，隨著合成橡膠、石油煉制、合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，隨著化工單元操作理論的日益成熟，在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模二個(gè)層面上

2、，揭示現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)開始形成。2、化學(xué)工業(yè)屬于過程工業(yè)型制造業(yè)（流程型制造業(yè)）、化學(xué)工業(yè)屬于過程工業(yè)型制造業(yè)（流程型制造業(yè)）現(xiàn)代制造業(yè)離散型制造業(yè) （例如汽車工業(yè)等）過程工業(yè)型制造業(yè)（又稱“流程型制造業(yè)”） （例如化學(xué)工業(yè)、冶金行業(yè)等） 流程型制造業(yè)一般是能耗大戶，也是排放的大戶。其節(jié)能、降耗、減排的任務(wù)十分艱巨。 例如：一個(gè)年產(chǎn)值不過僅例如：一個(gè)年產(chǎn)值不過僅10億元人民幣的合成原料藥制造企億元人民幣的合成原料藥制造企業(yè)，它每天的耗水量可高達(dá)業(yè)，它每天的耗水量可高達(dá)5000立方米。立方米。3、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍 我國化學(xué)工業(yè)的分類與美國、歐盟關(guān)于化學(xué)工業(yè)的范疇有一些區(qū)

3、別，但逐步在接軌，按美國、歐盟的化學(xué)工業(yè)年鑒，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋以下范圍：現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)石油化工（包括其衍生的有機(jī)化工）煤化工（包括其衍生的有機(jī)化工）無機(jī)化工精細(xì)化工及中間體化肥工業(yè)農(nóng)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)輕工（造紙、玻璃、塑料、合成橡膠等）染料、油墨、化妝品、清潔劑生物化工4、化學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地位、化學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中的地位 化學(xué)工業(yè)是所有高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支撐工業(yè)，如能源、電子、信息、生物、化學(xué)工業(yè)是所有高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支撐工業(yè)，如能源、電子、信息、生物、材料等領(lǐng)域，都離不開化學(xué)工業(yè)提供的物質(zhì)支撐。材料等領(lǐng)域，都離不開化學(xué)工業(yè)提供的物質(zhì)支撐。 化學(xué)工業(yè)絕不是所謂的“夕陽工業(yè)”、“夕陽產(chǎn)業(yè)”，它

4、現(xiàn)在仍然正在平穩(wěn)高速的發(fā)展，將來必將持續(xù)快速發(fā)展。 1990年1999年，美國、歐盟化學(xué)工業(yè)的發(fā)展速度是其全部工業(yè)平均增長速度的2.69倍。 美國化學(xué)工業(yè)的規(guī)模一直雄居世界化學(xué)工業(yè)總量的30左右，是美國為數(shù)不多在國際貿(mào)易體系內(nèi)具有貿(mào)易順差的制造業(yè)之一。 在世界500強(qiáng)企業(yè)中，以化工為主或涉足化工領(lǐng)域的企業(yè)為數(shù)不少。二、化工過程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容二、化工過程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1、化工設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)、化工過程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)四個(gè)名詞之間、化工設(shè)計(jì)、化工廠設(shè)計(jì)、化工過程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)四個(gè)名詞之間的聯(lián)系與區(qū)別的聯(lián)系與區(qū)別 化工設(shè)計(jì)是泛稱，在不同場合可分別指稱化工廠設(shè)計(jì)、化工過程設(shè)計(jì)、化工工藝設(shè)計(jì)，其內(nèi)

5、涵最廣，但意義不明確。Chemical Design英文中沒有如此名詞！化工廠設(shè)計(jì)化工過程設(shè)計(jì)（核心）化工廠房建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總圖設(shè)計(jì)，.等非工藝部分設(shè)計(jì)化工工藝設(shè)計(jì)（核心）公用工程設(shè)計(jì)、外管設(shè)計(jì)，等化工過程設(shè)計(jì)是針對化工工藝設(shè)計(jì)的深入、配套與完善?；み^程設(shè)計(jì)是針對化工工藝設(shè)計(jì)的深入、配套與完善。2、化工過程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容、化工過程設(shè)計(jì)的目標(biāo)及內(nèi)容 美國國家顧問團(tuán)在其“化學(xué)工程的新領(lǐng)域”著作中，簡明闡述了化工過程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)主要目標(biāo)： 確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計(jì)算確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)，考慮安全、健康

6、、環(huán)保的因素，確定出一的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)，考慮安全、健康、環(huán)保的因素，確定出一個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案。個(gè)綜合的設(shè)計(jì)方案?；み^程設(shè)計(jì)的內(nèi)容內(nèi)容： 其基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計(jì)，其附帶內(nèi)容是針對化工工藝設(shè)計(jì)，對其基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計(jì)，其附帶內(nèi)容是針對化工工藝設(shè)計(jì)，對它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入設(shè)計(jì)和完善。它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計(jì)等進(jìn)行深入設(shè)計(jì)和完善。3、化工過程設(shè)計(jì)的深化改革、化工過程設(shè)計(jì)的深化改革化工過程設(shè)計(jì)發(fā)展方向化工過程設(shè)計(jì)發(fā)展方向復(fù)雜大型化工廠的設(shè)計(jì)柔性化工廠的設(shè)計(jì)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)與國際工程設(shè)計(jì)的接軌我國化工設(shè)計(jì)院，原來的專業(yè)部門進(jìn)行了相應(yīng)的改革調(diào)整。原來的工藝專

7、業(yè)部工藝專業(yè)部工藝專業(yè)部（大部分為化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員）工藝系統(tǒng)專業(yè)部工藝系統(tǒng)專業(yè)部（少量化學(xué)工程與工藝專業(yè)人員，大量其它輔助專業(yè)）工藝專業(yè)部：側(cè)重化工工藝設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)專業(yè)部：側(cè)重化工過程設(shè)計(jì)中除了化工工藝設(shè)計(jì)以外與工藝有關(guān)的內(nèi)容工藝專業(yè)部工藝專業(yè)部：側(cè)重出PID圖、PFD圖工藝系統(tǒng)專業(yè)部工藝系統(tǒng)專業(yè)部：側(cè)重出UID圖、UFD圖PID （Process Instrument Diagram） 帶控制點(diǎn)的工藝儀表管道流程圖PFD （Process Flowsheet Diagram） 過程物料流程圖UID （Utility Instrument Diagram） 公用工程儀表管道流程圖UFD

8、（Utility Flowsheet Diagram） 公用工程物料流程圖其中，各種圖紙隨設(shè)計(jì)的深入，分成多個(gè)版本。其中，各種圖紙隨設(shè)計(jì)的深入，分成多個(gè)版本。 工藝專業(yè)部與工藝系統(tǒng)專業(yè)部之間，在設(shè)計(jì)工作過程中有許多需要交流的條件、工藝專業(yè)部與工藝系統(tǒng)專業(yè)部之間，在設(shè)計(jì)工作過程中有許多需要交流的條件、文件（文件（“條件表?xiàng)l件表”），有發(fā)出條件的），有發(fā)出條件的主導(dǎo)專業(yè)主導(dǎo)專業(yè)，有接收，有接收“條件表?xiàng)l件表”的的接收專業(yè)接收專業(yè)。我國化工設(shè)計(jì)院的專業(yè)種類化學(xué)工程與工藝化工機(jī)械自動(dòng)化及儀表總圖概預(yù)算（工程經(jīng)濟(jì)）建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、強(qiáng)弱電熱工、環(huán)境工程（環(huán)保）、工業(yè)爐三、計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)三

9、、計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì) 在20世紀(jì)20年代以前，化工過程設(shè)計(jì)幾乎沒有理論作指導(dǎo)，幾乎是完全憑經(jīng)驗(yàn)。 在20世紀(jì)20年代60年代，化工過程設(shè)計(jì)已經(jīng)開始有化工單元操作理論作指導(dǎo)，可以定量計(jì)算設(shè)計(jì)，但幾乎完全憑手工計(jì)算與繪圖完成設(shè)計(jì)工作。 在20世紀(jì)60年代以后，計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)得到了發(fā)展。 為什么直到20世紀(jì)60年代后，在化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域開開始出現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)呢？計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展化工單元操作等理論的不斷成熟數(shù)學(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展計(jì)算輔助化工過程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展情況：計(jì)算輔助化工過程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展情況：第一代商品化軟件系統(tǒng)20世紀(jì)60年代，以美國各高校聯(lián)合開發(fā)的CHESS軟件

10、系統(tǒng)為代表。Chem. Eng. Simulation System 20世紀(jì)70年代初，以美國Monsanto公司牽頭開發(fā)的FLOWTRAN軟件系統(tǒng)代表。第二代商品化軟件系統(tǒng)Flowsheet Translator第三代商品化軟件系統(tǒng) 20世紀(jì)80年代，以 ASPEN 和 PROCESS II 兩大軟件系統(tǒng)代表。Advanced System for Process Eng. 我國最早由寰球、化工部八院等單位于上世紀(jì)90年代率先引進(jìn)ASPEN軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)在，國內(nèi)各設(shè)計(jì)院基本都已經(jīng)使用ASPEN或Process II軟件系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)。 天津大學(xué)擁有正版的ASPEN和Proce

11、ss II 軟件系統(tǒng)（教學(xué)版）。計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展方向（趨勢）：計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的發(fā)展方向（趨勢）：（1）、單元操作模塊的種類數(shù)；（2）、物性數(shù)據(jù)庫的大小及數(shù)據(jù)的估算方法；（3）、能處理的流股數(shù)量和組份數(shù)量；（4）、計(jì)算技術(shù)方法（求解方法）；（5）、能處理的流股相態(tài)； （氣、液、固、膠體、電解質(zhì)等）（6）、軟件系統(tǒng)的人性化界面及開放程度；（7）、流程圖形輸入及識(shí)別技術(shù)。等等計(jì)算機(jī)輔助化工過程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢（優(yōu)點(diǎn)）：優(yōu)勢（優(yōu)點(diǎn)）：、設(shè)計(jì)工作效率高、規(guī)范性好、設(shè)計(jì)水平高（可進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)）四、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度四、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向、

12、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度1、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向人類發(fā)展化學(xué)工業(yè)的目的：人類發(fā)展化學(xué)工業(yè)的目的： 滿足人類對化學(xué)物質(zhì)（分子式、數(shù)量、質(zhì)量、多尺度形態(tài)）的不斷需求。這個(gè)目標(biāo)由化學(xué)家和化學(xué)工程師，在技術(shù)層面上共同完成?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向新物質(zhì)經(jīng)濟(jì)合理的大批量高質(zhì)量柔性化綠色化多尺度其中： 化學(xué)工業(yè)綠色化的含義：化學(xué)工業(yè)綠色化的含義：以“減量化、再利用、資源化減量化、再利用、資源化”為基本原則，也就是所謂的“3R”原則。 （Reduce、Recycle、Resource）具體體現(xiàn)在：（1）、減少化工過程的能耗、物耗；（2）、減少有害物質(zhì)的使用或生成；（3）、減少廢棄物，并使廢棄物在系統(tǒng)類在利用；（4）、盡量將排放的廢棄物轉(zhuǎn)化為可用的再生資源；（5）、盡量延長產(chǎn)品的生命周期。ReduceRecycleResource2、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度 在化學(xué)工程領(lǐng)域?qū)嵤┳怨こ處熤贫?，在化學(xué)工程師心目中樹立倫理學(xué)觀念，建立責(zé)任關(guān)懷制度。開始逐步