本書全面介紹了化工設(shè)計(jì)的原理、手段和方法,包括化工設(shè)計(jì)概述、化工項(xiàng)目建設(shè)的基本程序、主要設(shè)計(jì)任務(wù)、化工過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、物料衡算與能量衡算、工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)、工廠與車間布置設(shè)計(jì)、管道布置設(shè)計(jì)、工藝專業(yè)與非工藝專業(yè)的數(shù)據(jù)交換、安全與環(huán)保和項(xiàng)目概算等內(nèi)容,全書共分11章。
化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),為改善人類的生產(chǎn)和生活作出了突出貢獻(xiàn),創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。化學(xué)工業(yè)是以化學(xué)方法為主導(dǎo),通過物質(zhì)的分離和轉(zhuǎn)化等方法制造大宗化學(xué)品的過程工業(yè),包含石油化工、有機(jī)化工、機(jī)化工、精細(xì)化工、生物化工、能源化工、材料化工、資源化工和環(huán)境化工等諸多領(lǐng)域。作為過程工業(yè)的核心,化學(xué)工業(yè)的許多技術(shù)、方法和裝備可拓展至相關(guān)過程工業(yè);瘜W(xué)工業(yè)是復(fù)雜的工業(yè)體系,隨著資源、環(huán)境、安全等制約因素的增強(qiáng),大量集成現(xiàn)代高新科技以改造傳統(tǒng)工藝及設(shè)備,已經(jīng)成為化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢,這對化工從業(yè)人員、特別是化學(xué)工程師提出了極高的要求。
化工高等教育肩負(fù)著為化學(xué)工業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的重任。設(shè)計(jì)教育是工程教育的核心和精髓,化工設(shè)計(jì)課程是化工類本科生的專業(yè)主干課程。通過課程的學(xué)習(xí),可使學(xué)生掌握將化工廠由設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)理論、方法、程序、手段和工具,養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、勇于創(chuàng)新和敢于擔(dān)當(dāng)?shù)墓こ趟季S和工作態(tài)度。以化工設(shè)計(jì)課程為紐帶,還可對大學(xué)四年所學(xué)各門課程的主要知識點(diǎn)進(jìn)行梳理、串接和復(fù)習(xí),使學(xué)生在走出校門時(shí),成為具有解決復(fù)雜化工問題能力的化學(xué)工程師后備人才。
本書在國家現(xiàn)行法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的框架下,系統(tǒng)介紹了化工設(shè)計(jì)的基本程序、內(nèi)容和方法,所列舉的均為工程實(shí)例,其中不乏作者三十余年工程設(shè)計(jì)的精華和體會。本書采用貼近工程實(shí)踐的文字?jǐn)⑹龊蛢?nèi)容編排方式;注重介紹設(shè)計(jì)的新方法、新軟件和新要求;強(qiáng)調(diào)工程圖在設(shè)計(jì)中的作用,強(qiáng)化工程圖繪制能力的訓(xùn)練;通過大量介紹和引用標(biāo)準(zhǔn),培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成檢索、學(xué)習(xí)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的工作習(xí)慣;ぴO(shè)計(jì)涉及的知識點(diǎn)量多面廣,教材中每一章、甚至每一節(jié)都有可能是一門先修課程的內(nèi)容。對此,作者從啟發(fā)、回顧的角度進(jìn)行簡要敘述,讀者如欲深入了解某方面的知識,還需查閱該領(lǐng)域的文獻(xiàn),這也為終身學(xué)習(xí)能力的養(yǎng)成提供了空間。本書為化工設(shè)計(jì)課程的配套教材,重點(diǎn)在于傳授設(shè)計(jì)方法,所列的數(shù)據(jù)、圖表和實(shí)例僅用于說明書中所述內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)以工程設(shè)計(jì)手冊和設(shè)計(jì)軟件為準(zhǔn),并密切注意資料的更新。
本書由陳礪、王紅林、嚴(yán)宗誠編著,共11章,其中第1、6~8、10章由陳礪編著,第2、5、9、11章由王紅林編著,第3、4章由嚴(yán)宗誠編著,全書由陳礪統(tǒng)稿。胡麗華、韋美姣、吳明月、郭邦晨、吳朔、王利、余希文、秦紅雷、楊凱業(yè)、梁劍斌、彭家志和成貝貝參與了本書的資料收集和數(shù)據(jù)處理工作。在本書的編寫過程中,作者參考了大量文獻(xiàn)資料,在此一并表示感謝。
由于編者水平有限,時(shí)間倉促,錯漏之處在所難免,懇請讀者批評指正。
編者
2017年1月
第1章緒論/1
1.1化工設(shè)計(jì)概述1
1.1.1現(xiàn)代化學(xué)工程師的能力要求1
1.1.2化工設(shè)計(jì)2
1.1.3化工設(shè)計(jì)課程3
1.2化工項(xiàng)目建設(shè)的基本程序3
1.3主要設(shè)計(jì)任務(wù)5
1.3.1項(xiàng)目建議書5
1.3.2可行性研究6
1.3.3初步設(shè)計(jì)9
1.3.4擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)15
1.3.5施工圖設(shè)計(jì)15
思考及練習(xí)15
主要參考文獻(xiàn)16
第2章化工過程設(shè)計(jì)/17
2.1現(xiàn)代過程工業(yè)17
2.1.1現(xiàn)代加工工業(yè)17
2.1.2化學(xué)工業(yè)17
2.2化工過程結(jié)構(gòu)分析18
2.2.1化工過程的結(jié)構(gòu)18
2.2.2化工過程的分層次分析20
2.3化學(xué)反應(yīng)過程21
2.3.1反應(yīng)路線的選擇21
2.3.2反應(yīng)過程設(shè)計(jì)的評價(jià)指標(biāo)23
2.3.3化學(xué)反應(yīng)中的原子經(jīng)濟(jì)性評價(jià)25
2.4分離過程27
2.4.1分離過程的特征和分類27
2.4.2分離過程選擇28
2.5能量交換過程32
2.5.1流體流動過程的能量分析32
2.5.2傳熱過程的能量分析33
2.5.3分離過程的能量分析33
2.5.4反應(yīng)過程的能量分析36
2.6間歇/半連續(xù)過程37
2.6.1間歇/半連續(xù)過程的特征37
2.6.2間歇過程與連續(xù)過程的比較37
思考及練習(xí)38
主要參考文獻(xiàn)38
第3章計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/39
3.1計(jì)算機(jī)輔助流程模擬39
3.1.1流程穩(wěn)態(tài)模擬與優(yōu)化40
3.1.2過程模擬軟件介紹45
3.1.3流體力學(xué)模擬軟件47
3.2高純度乙醇生產(chǎn)工藝模擬計(jì)算示例49
3.2.1高純度乙醇精餾基本工藝介紹49
3.2.2熱力學(xué)方法選擇50
3.2.3計(jì)算結(jié)果分析50
3.3計(jì)算機(jī)輔助化工制圖55
3.3.1AutoCAD簡介55
3.3.2計(jì)算機(jī)輔助三維圖56
思考及練習(xí)57
主要參考文獻(xiàn)58
第4章物料衡算和能量衡算/59
4.1物料衡算的基本方法59
4.1.1物料衡算的基本概念59
4.1.2無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算66
4.1.3反應(yīng)過程的物料衡算68
4.1.4過程的物料衡算74
4.2能量衡算的基本方法81
4.2.1能量衡算的基本概念82
4.2.2無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算84
4.2.3化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算86
4.2.4過程的能量平衡89
4.3物料衡算和能量衡算中基本數(shù)據(jù)的獲取91
4.3.1基本數(shù)據(jù)的查找92
4.3.2物性數(shù)據(jù)估算94
思考及練習(xí)103
主要參考文獻(xiàn)103
第5章工藝流程設(shè)計(jì)/105
5.1工藝流程設(shè)計(jì)的分類105
5.1.1工藝流程示意圖105
5.1.2工藝流程簡圖106
5.1.3工藝物料流程圖106
5.1.4管道及儀表流程圖107
5.2工藝流程設(shè)計(jì)內(nèi)容110
5.2.1工藝流程設(shè)計(jì)階段劃分110
5.2.2工藝流程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容110
5.3管道及儀表流程圖的繪制111
5.3.1圖面布置與比例111
5.3.2管道及儀表流程圖的繪制要求113
思考及練習(xí)124
主要參考文獻(xiàn)124
第6章設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)/125
6.1設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)原則125
6.2常用材料簡介125
6.3壓力容器127
6.3.1壓力容器的定義127
6.3.2壓力容器的類別、壓力等級和品種劃分128
6.3.3壓力容器的基本結(jié)構(gòu)130
6.3.4壓力容器的應(yīng)力分析130
6.3.5主要設(shè)計(jì)參數(shù)132
6.3.6內(nèi)壓薄壁容器筒體及封頭厚度計(jì)算133
6.3.7壓力容器常用法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)135
6.4標(biāo)準(zhǔn)化通用零部件135
6.5化工過程常見設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型137
6.5.1液體輸送設(shè)備137
6.5.2氣體輸送、壓縮、真空設(shè)備141
6.5.3固體輸送設(shè)備144
6.5.4非均相分離設(shè)備145
6.5.5熱交換器149
6.5.6反應(yīng)器156
6.5.7塔器160
6.5.8貯罐162
6.5.9干燥設(shè)備164
6.6化工設(shè)備圖165
6.6.1化工設(shè)備圖概述165
6.6.2設(shè)備裝配圖166
6.6.3部件裝配圖168
6.6.4零件圖169
思考及練習(xí)169
主要參考文獻(xiàn)169
第7章工廠與車間布置設(shè)計(jì)/171
7.1工廠布置171
7.1.1化工廠選址171
7.1.2化工廠總平面布置174
7.1.3總圖的繪制179
7.2車間布置181
7.2.1車間布置概述181
7.2.2車間廠房布置設(shè)計(jì)181
7.2.3車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)189
7.2.4設(shè)備布置圖的繪制196
7.3相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)205
思考及練習(xí)205
主要參考文獻(xiàn)206
第8章管道布置設(shè)計(jì)/207
8.1管道布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容207
8.2管道器材207
8.2.1管道207
8.2.2管道連接210
8.2.3管件213
8.2.4閥門213
8.2.5管道用小型設(shè)備219
8.2.6管道支(吊)架220
8.3管路計(jì)算223
8.3.1管路計(jì)算基礎(chǔ)223
8.3.2流動阻力224
8.3.3管徑估算226
8.4隔熱與管道熱補(bǔ)償227
8.4.1隔熱設(shè)計(jì)227
8.4.2管道熱補(bǔ)償231
8.5管道布置232
8.5.1管道布置的類型232
8.5.2布置原則234
8.6管道布置圖238
8.6.1繪制前的準(zhǔn)備238
8.6.2管道布置圖的內(nèi)容238
8.7管道軸測圖245
8.7.1管道軸測圖的內(nèi)容246
8.7.2管道軸測圖的表示方法246
思考及練習(xí)249
主要參考文獻(xiàn)249
第9章工藝專業(yè)與非工藝專業(yè)的數(shù)據(jù)交換/250
9.1工藝專業(yè)與非工藝專業(yè)的關(guān)系250
9.2土建設(shè)計(jì)條件250
9.3公用工程設(shè)計(jì)條件251
9.4儀表控制設(shè)計(jì)條件252
9.5電氣設(shè)計(jì)條件252
9.6設(shè)備設(shè)計(jì)條件252
9.7配管設(shè)計(jì)條件253
思考及練習(xí)253
主要參考文獻(xiàn)254
第10章安全與環(huán)保/255
10.1安全與環(huán)保概述255
10.2化工建設(shè)項(xiàng)目安全評價(jià)256
10.2.1安全評價(jià)的目的和內(nèi)容256
10.2.2安全評價(jià)的分類257
10.2.3安全評價(jià)的依據(jù)257
10.2.4對安全評價(jià)機(jī)構(gòu)和人員的要求259
10.2.5安全預(yù)評價(jià)259
10.2.6安全驗(yàn)收評價(jià)260
10.3化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)261
10.3.1環(huán)境影響評價(jià)的目的261
10.3.2環(huán)境影響評價(jià)的工作程序261
10.3.3建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)的分類261
10.3.4化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)依據(jù)263
10.3.5設(shè)計(jì)與建設(shè)單位應(yīng)提供的資料263
10.3.6環(huán)境影響報(bào)告書263
思考及練習(xí)264
主要參考文獻(xiàn)264
第11章項(xiàng)目概算/265
11.1工程項(xiàng)目的估算與概算265
11.1.1可行性研究投資估算265
11.1.2工程設(shè)計(jì)概算266
11.2經(jīng)濟(jì)評價(jià)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)266
11.2.1資金的時(shí)間價(jià)值266
11.2.2資金的等效值計(jì)算266
11.2.3項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)269
11.3項(xiàng)目概算編制276
11.3.1項(xiàng)目概算編制的原則和依據(jù)276
11.3.2項(xiàng)目概算的編制方法277
11.3.3工程概算書的內(nèi)容278
思考及練習(xí)279
主要參考文獻(xiàn)279