对化工工艺设计的几点思考进行探讨

对化工工艺设计的几点思考进行探讨

[摘要]：本文通过了解化工工艺设计的理论，总结了化工工艺设计的分类，化工工艺设计的特点，以及化工设计的计算，结合多年的工作实践和经验做了阐述，同时也对未来化工工艺设计的趋势做了探讨。

[关键词]；化工工艺 化工设计 化工现状 化工趋势 中图分类号：tq072 文献标识码：tq 文章编号：1009-914x（2012）26-0317-01 引言

化工行业由于其自身的特殊性，在整个化工设计过程中，我们必须熟悉它的原则和精神，从而贯彻到其中去。把化工工艺设计中的细节进行灵活运用，既符合规范，又不造成对生产的违背。 一、化工工艺设计的定义

化工工艺设计总共包括三个方面：设备布置、工艺流程及管道布置三个方面。就是提出工艺参数让土建专业、设备专业的选择型号、基础，绘制工艺流程图后，根据设备专业及土建专业的图纸定出设备布置图，协调完成，最后配管，管道布置图纸。 二、 化工工艺设计的特点

化工工艺设计一般来说具有新技术含量高、工艺流程独特等特征。

设计基础资料不完整。设计基础资料一般由科研单位根据已有试验数据及有关资料编制而成。

由于没有经过工业化生产的检验和完善， 其数据的可靠性和完整性都不如常规装置。由于化工装置工艺流程一般较独特，包括的设备种类繁多、规格特殊，设备的功能化无论是对非标设备的设计，还是对定型设备的选用都提出了特殊要求。

工作量大，具有总体投资大、设备多、管道多，且处理的物料都较特殊。其管道设计也要作特殊考虑。

设计周期短，为了尽快占领市场、缩短建设周期，化工工艺设计往往要打破正常的设计周期，边开发边设计，边建设边更改设计的现象较普遍。 规模大小不一，一般情况装置的规模有大有小，为节约投资，某些设计不可能完全按照规范规定去做，但有时为了测得所需的工程数据或获得一定的产量，往往也需要较大的规模。 三 化工工艺设计的分类

（1）初步设计。初步设计是精细化工工程设计的第一阶段，它的成果是初步设汁说明书和总概算书。根据基础设计和批准的设计任务书、厂址选择报告，对工程在技术和经济上进行总体研究与计算的具体建设方案。初步设计结果应能满足项目审查和施工推备，材料与设备订货，项目招标等要求，能提供建厂投资依据。 （2）概念设计。概念设计是假象设计，它是按拟建规模工业生产装置进行的，概念设计一般在中试前进行，主要目的是为了检查工艺条件和生产路线是否合理， 确定数据和补充内容以及必要时中试规模和中试目的。

（3）中试设计。中试内容和任务主要是检验小试确定的工艺路

线和条件；试制产品考核的使用性能；考验工艺系统连续运转可靠性；获取设计工艺必需的工艺和工程数据；考察放大致应和检验校正放大模型；考核杂质积累对工艺过程及最终产品质量的影响； 以上内容和业务在检验时可以是全部也可以是部分，视具体情况而定。

（4）基础设计。基础设计是整个技术开发阶段的最终研究成果，目的是提供建设生产装置的一切技术要点。

（5）施工设计。施工设计是依据上级对初步设计的审批意见，将初步设计中确定的设计原则和方案，根据建筑与非标准设备制作的要求，以图样和文字方式招工艺和设备各个组成部分的尺寸，布置和主要施工方法具体化，明确化，并解决初步设计阶段待定的各项问题。

四、 化工工艺计算的方法

化工工艺计算包括物料衡算，能量衡算，物料、能量联合衡算，有效的计算和其它计算.我们可根据物料衡算和能量衡算方程、过程速率方程、物性计算方程，并结合数学运算方法利用计算机高级语言编写这些计算的程序.任何化工工艺过程都是若干基本单元的不同组合.为优化设计方案，我们可将各种基本单元的计算分别编写成相对独立 的单元模块子程序.将这些单元模块按各设计方案进行不同的联接，就可以完成不同工艺流程的计算.由此获得各种自变量变化对因变量影响的信息，从而筛选出最佳的设计方案.基 于 c 语言数据类型丰富、语句精炼灵活、效率高、表达力强以及

可移植性好等优点，以上各计算模块程序，均采用 c 语言编写，并编译成可执行文件 （.e x e ），把这 些可执行文件加人到 c a d 的集成环境中。

五、对化工工艺设计的建议

1、要能体现降低能耗。许多人将能源成本作为生产总成本中一个重要的构成部分，但是一般并非如此。分离需解决的重点是能量消耗大和基建投资高两个方面。降低能耗及其相关投资的课题研究常常颇为见效，例如应用超临界流体于许多大型分离装置。当前的研究表明，一些系统的能源费用可以低于许多常用的技术，诸如蒸馏、恒沸蒸馏和萃取。能耗的降低是工艺工程设计和研究的重要内容。hen 分析提供了一个简单的手段，使整个过程中的热流变为可视的，从而弄清各种不同物流和热流可以进行热交换，以减少对加热和致冷的能量需要。通过hen 分析可以达到最小的能量利用和交换器数量。hen 分析已经用于一些工艺过程设计软件包，可在新装置设计中应用，也可在现有装置的改进中应用。在分离范围内，许多研究工作都在寻找替代蒸馏的方法以达到节能的目的。但这方面的效果不很大，因为要改变就要花费基建投资，这常常难以与节能所降低的成本平衡；另一方面，蒸馏也有不少改进技术既可节能又省投资。蒸馏塔的串联是节能的主要措施，串联中将一塔的顶端汽流作为另一塔的热源，这种操作与多重蒸发类似，但是应用中需要完善解决工艺过程的控制问题，包括工艺控制技术和实时组份传感器等，同时需要重视这种串联塔的关键问题。

2、要能体现降低基本建设投资。化学工业是资本密集型产业，除非有化学的重大突破使主要产品的生产工艺得到更新升级、用新装置生产代替原有生产工艺具有优良的经济特性，一般都是通过现有装置改造、解决瓶颈问题、扩大产能来达到改进和提高的目的，因为这样可以节约基本建设投资。通过工艺过程强化、减少设备尺寸，可以显著地节约投资。但是，有两个因素影响其实施： ①径向缩小设备需要投资于自旋的转子，而且自旋采用电力，因而要增加能源费用； ②标准蒸馏塔的辅助件，如冷凝器、管道和控制系统等一般不需变动。这两个因素使higee 设备只在少数装置上应用。改变蒸馏塔的填料装填结构也可以带效益，提高能力，改进分离效率。另一条途径是减少工艺过程中的设备台数，将几种功能在一台设备中完成，如醋酸甲酯和mtbe、tame等生产中应用蒸馏反应器即是实例。在醋酸甲酯工艺中，由于将反应与分离结合起来，因此避免了几种共沸物的形成，从而显著简化了分离工序。此外，膜反应器对受化学平衡限制的反应十分有利，可以有选择性地将一种产物从反应物料中移出，从而在通常的化学平衡条件下提高了转化率。对工艺过程序列和工艺选择技术在今后数十年内将是增长和发展甚快的序列，应用了一些称之为结构相关技术，如结构、状态、空间表达和工艺过程图（p2graphs） 等。其中工艺过程图可以迅速地进行计算机化，可以类似寻求最佳化方案的方法。随着时间的推移，这些技术将结合其他分离技术发展，如吸附、膜和萃取等，在工艺过程中进行推理组合，在经济上取得最优化的结果。

结束语

化工设备类型繁多，工艺设计千变万化。当前的工艺过程设计应用应该拓展，但需要将研究开发中的试验结果与设计建设结合起来。传统方式是当研究开发出新的工艺过程时，应定期与设计者对话，当达到中试阶段才形成一个试验性的软件包，一些工艺过程设计活动才开始，最后使此试验性软件包完善，以完成进一步的技术设计。新方式首先开发一个带有物料和能量平衡的流程、一个热力学软件包、研究容器的设备尺寸和制作一个简单的经济模型。其中有不少推测和估算，但目的是将试验计划能尽快地涉及此工艺的关键技术和经济问题。

总之，未来化工工艺设计要紧跟时代发展也要理论和实际有机结合起来，只有这样才能发挥其巨大的功效。