1化工概念設計1

1.1化工開發1

1.1.1化工過程的開發1

1.1.2化工開發的特點2

1.1.3過程開發的意義4

1.2概念設計5

1.2.1概念設計的思想5

1.2.2概念設計的方法6

1.2.3間歇與連續反應9

1.2.4過程設計的決策10

1.2.5開發設計的要求12

1.3過程優化14

1.3.1化工過程的改造14

1.3.2過程設計的優化16

1.3.3過程優化的因素18

1.3.4過程要素的影響20

1.4設計概念22

1.4.1規模指數22

1.4.2能源級別22



2設計基礎數據23

2.1基礎數據23

2.1.1化工基礎數據23

2.1.2基礎數據收集24

2.1.3基礎數據示例25

2.2常用數據27

2.2.1基礎物性數據27

2.2.2水與空氣數據47

2.2.3蒸氣壓的數據51

2.2.4熱化學的數據58

2.2.5溶液性質數據89

2.3數據估算97

2.3.1沸點和熔點的估算98

2.3.2臨界參數值的估算101

2.3.3潛熱與比熱容的估算106

2.3.4蒸氣壓和密度估算110



3物料流程設計113

3.1物料流程113

3.1.1設計要求113

3.1.2過程衡算114

3.1.3圖紙要求115

3.1.4流程例圖124

3.2物料衡算125

3.2.1過程分析計算125

3.2.2衡算基本參數126

3.2.3物理過程衡算128

3.2.4反應過程衡算130

3.3熱量衡算132

3.3.1熱量衡算方法133

3.3.2衡算基本參數134

3.3.3衡算計算過程136

3.4計算示例137

3.4.1吸收過程計算137

3.4.2脫硫繫統計算141

3.5設計優化149

3.5.1工藝優化案例149

3.5.2設備優化案例153



4反應部分設計155

4.1反應工程學155

4.1.1反應器的類型156

4.1.2反應器的設計159

4.1.3反應器的控制161

4.2反應動力學162

4.2.1本征反應動力學162

4.2.2表觀反應動力學166

4.2.3停留時間和返混172

4.2.4反應的流動模型173

4.2.5反應動力學方程175

4.3均相化學反應178

4.3.1間歇式反應器178

4.3.2平推流反應器179

4.3.3全混釜式反應器184

4.3.4循環反應器185

4.3.5組合反應器186

4.3.6非等溫能量衡算188

4.4反應器的開發191

4.4.1反應器191

4.4.2預實驗192

4.4.3敏感分析192

4.4.4過程工作193

4.4.5放大判據193

4.4.6冷模試驗193

4.4.7開發試驗194



5分離部分設計195

5.1分離繫統設計195

5.1.1分離繫統結構195

5.1.2液體分離繫統198

5.1.3共沸蒸餾繫統201

5.2分離塔器計算203

5.2.1蒸餾設備設計203

5.2.2分離塔的設計205

5.2.3間歇精餾設計示例207

5.2.4連續精餾設計示例210

5.3分離序列優化216

5.3.1分離的序列216

5.3.2分離的能耗218

5.3.3優化的規則219



6換熱部分設計222

6.1熱量傳遞過程222

6.1.1熱量傳遞方式222

6.1.2換熱器的分類226

6.1.3傳熱設備應用227

6.2換熱設備計算228

6.2.1傳熱過程計算228

6.2.2換熱器的繫列242

6.2.3換熱器的選型244

6.3換熱網絡優化257

6.3.1優化的進展257

6.3.2優化的目標258

6.3.3優化的方法260



7工藝繫統設計264

7.1設計流程264

7.1.1設計要求264

7.1.2圖紙要求266

7.1.3流程圖例271

7.2內容深度273

7.2.1設備的繪制要求273

7.2.2管路的繪制要求274

7.2.3儀表的繪制要求275

7.2.4其他的繪制要求275

7.2.5輔助及公用繫統277

7.3管道設備281

7.3.1管道標注281

7.3.2管道等級282

7.3.3管路表格283

7.3.4管道數據286

7.3.5設備位號295

7.3.6設備表格295

7.4繫統設計298

7.4.1繫統設計壓力和設計溫度298

7.4.2管徑選擇300

7.4.3安全閥的設置與選用303

7.4.4爆破片的設置與選用304

7.4.5限流孔板的設置305

7.4.6阻火器的設置305

7.4.7靜態混合器的設置306

7.4.8疏水閥的設置307

7.4.9管道過濾器的設置308

7.5控制方案308

7.5.1輸送設備308

7.5.2反應設備310

7.5.3精餾設備313

7.5.4傳熱設備315



8設備布置設計319

8.1設備布置319

8.1.1設計要求319

8.1.2圖紙要求320

8.1.3布置圖例321

8.2內容深度325

8.2.1繪制的要求325

8.2.2內容與標注325

8.2.3其他要求328

8.3布置設計330

8.3.1布置的要點330

8.3.2淨距與淨空331

8.3.3平臺與梯子333

8.3.4其他要求335

8.3.5醫藥潔淨廠房設計337

8.4布置規定338

8.4.1泵的布置338

8.4.2塔的布置340

8.4.3換熱器的布置341

8.4.4空冷器的布置343

8.4.5臥式容器的布置345

8.4.6立式容器和反應器的布置345

8.4.7加熱爐的布置346

8.4.8離心式壓縮機的布置347

8.4.9往復式壓縮機的布置349

8.4.10裝置內管廊的布置349

8.4.11回轉窯的布置351

8.4.12罐區的布置352

8.4.13火炬、煙囪的布置354

8.4.14裝置布置設計規定355

8.4.15靜電接地設計規定359



附錄361

1. 部分計量單位換算361

2.幾何圖形計算公式361

3.金屬的防腐蝕性能368

4.工程勘察設計收費標準373

5. 設計基礎資料收集提綱375

6.《化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定第1部分：一般要求》（HG 20519.1—2009）（摘錄）389

7.《石油化工裝置工藝設計包》內容規定（SHSG 052—2003）(摘錄)391



參考文獻397

前言

《化工過程開發設計》(第二版)在版的基礎上進行修訂,是化工開發設計人員的實用工具書,具有實用性強的特點,著重考慮使用者的方便,包括化工概念設計、設計基礎數據、物料流程設計、反應部分設計、分離部分設計、換熱部分設計、工藝繫統設計和設備布置設計等資料,以及按化工的習慣進行物質性質收集估算、物料衡算、熱量衡算和設備選型計算。本次修訂修正了版的部分錯誤,增加了設計概念(包括規模指數和能源級別)和傳熱計算實例,由於標準規範的更新重新編寫了設備布置內容,更便於技術開發人員的使用。

化工過程開發設計是化工原始創新的源泉,也是化工行業技術進步的動力。一個新產品或新技術首先從概念設計開始,完成實驗室的基本實驗工作後要進行工業化,這涉及工藝流程的設計,要考慮到規模指數,也就是產能和投資的關繫,這是確定產業規模的基礎。在確定工藝流程過程中要考慮節能和環保,這就要涉及能源級別如何合理使用,因為能耗影響到產品的成本和市場競爭力。本書對過程設計進行定性優化,如工藝設計中慎用壓縮機的原則等,希望對化工、石化、醫藥等行業從事研究開發設計的工程技術人員編制工藝軟件包有所幫助。

參與本次修訂的人員包括李思凡、孫佳利、尹曄東、劉旭輝、張德生、杜涵雯、呂文昱、徐振海、呂鳳翔、闫振利、劉明等,在此表示感謝!



編者徐寶東

2019年1月23日







版前言

《化工過程開發設計》是化工開發設計人員的實用工具書，具有實用性強的特點，著重考慮使用者的方便，包括化工概念設計、設計基礎數據、物料流程設計、反應部分設計、分離部分設計、換熱部分設計、工藝繫統設計和設備布置設計等資料，以及按化工的習慣進行物質性質收集估算、物料衡算、熱量衡算和設備選型計算。編輯人員本著科學嚴謹、不斷進步的精神，完成了相關的編輯工作，希望對化工、石化、醫藥等行業從事研究開發設計的工程技術人員編制工藝軟件包有所幫助。

各行各業的發展都離不開化學工業，不斷開發化工新技術、新設備、新工藝、新產品，加快化學工業的現代化步伐，對於促進國民經濟的快速發展有重要意義。化工過程開發設計是化工原始創新的源泉。目前關於化工設計方面的書的版本很多，有工藝設計、設備設計、管道設計等專項手冊。本書不但包括了化工工藝、設備、管道設計的各項內容，而且從概念設計開始一直到設備管道的布置，不僅有數據計算方法、設備選型要求，而且還有設計深度和繪圖要求，是化工技術開發人員很實用的工具書。

本書由徐寶東主編，李思凡主審，第1章化工概念設計由徐寶東編寫，第2章設計基礎數據由王澎濤編寫，第3章物料流程設計由劉富婷編寫，第4章反應部分設計由徐寶東編寫，第5章分離部分設計由周曉猛編寫，第6章換熱部分設計由程治方編寫，第7章工藝繫統設計由李思凡編寫，第8章設備布置設計由李思凡編寫，附錄由呼遼遼編寫。參與本書編寫和給予支持的還有趙志、李淑華、董萬森、劉程、楊曉燕、鄒鴻岷、竇一文、楊會娥、畢永軍、伍明、杜涵雯、王亞慧、孫佳利、尹曄東、李薇、劉旭輝、林永利、姜罘宇、呂文昱、徐振海、張德生、呂鳳翔、闫振利、劉明、劉新、藺向陽、張效峰、宋炯亮、譚茜等，在此表示感謝！



編者

2013年10月30日