第二章 工艺设计概述

第二章 工艺开发与工艺设计概述过程工业是以装置为中心进行生产的工 业，整个生产工艺过程都在装置内完成。生 产工艺是过程装置的软件，过程装置是实施 生产工艺的硬件。因此一座工厂或一套装置 设计的核心是工艺设计，工艺设计决定了整 个设计的概貌。

工艺设计涉及的内容工艺过程的分析综合 工艺路线的选择 经济分析与评价 工艺流程设计 物料衡算 能量衡算 设备的工艺计算与选型 设备的布置设计 管道系统设计等

非工艺设计项目 土建设计 公用工程设计(供电、供热、给 排水、采暖通风) 机修、电修等辅助车间设计 外管设计 工程概算和预算

本章重点工艺过程的开发程序

工艺设计的内容

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择工艺过程开发程序

工艺路线选择

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(1)信息研究 市场前景，收益估算，社会效益以及环境污染 科研水平、社会条件及完成该项目的可能性

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(2)实验性研究

①工艺方法---原料路线和生产路线等的研究； ②工艺条件---转化率、选择率、主副反应的特点、催 化剂、反应条件、产品分离方式等； ③物料平衡、能量平衡和生产成本估算； ④对原材料、半成品和产品的质量进行研究； ⑤产品用途及应用产品质量的研究等。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(3)第一次可行性研究根据信息研究及实验性研究结果对技术、 经济、环境综合的可行性研究。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程 序(3)第一次可行性研究技术可行性研究主要是指原料路线和技术路线的可 行性、可靠性和先进性。 原料路线---来源充足 技术路线---安全、可靠、操作简便、转化率、 选择率、能耗、设备生产强度、劳动生产率等的 高低

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(3)第一次可行性研究

经济可行性研究

投资、人力、生产费用等支出同产品销售的 收入作比较，估计可能获得的经济效益和投资回 收情况。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(3)第一次可行性研究

环境综合的可行性研究 评估“三废”治理程度及其对环境的影 响。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(4)小试目的在于对制造工艺、制造条件及控制方法进行研 究。对原料、产品的质量进行研究。 在小试时，应认真观察，发现新问题，并通过改变 操作方法和工艺条件来保持或提高反应

的转化率和选择 率等。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(5)概念设计(方案设计 )

根据研究提供的概念和数据，确定流程和工艺条 件，主要设备的型式和材料，以及“三废”处理措施 等，最终得出基本建设投资和产品成本等主要技术经 济指标

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(6)第二次可行性研究(方案论证) 进一步估算工厂规模、投资费用、成本 及经济效益

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(7)模型试验 模型试验的任务： 对数学模型法来说是建立数学模型，对部分 解析法来说是找出放大规律。 建立化学反应动力学模型，实验性研究的基 础上进一步探讨化学反应机理，搞清楚哪一些因 素重要，哪一些因素次要，哪一些因素甚至可以 忽略。然后，在这个基础上，进行合理简化，建 立反映实际情况的化学反应动力学模型。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(7)模型试验 模型试验的任务： 建立流动模型是通过冷模试验实现的。冷模 试验的装置较大至少达到实验工厂的规模。冷模 试验只研究传递过程，不研究化学反应，所以叫 做冷模。它可以用空气代替气体，用水代替液体， 用黄沙或某些廉价的颗粒物料代替固体，向气体 或液体注入示踪剂，然后在装置的出口处或装置 的特定部位监测示踪剂浓度的变化，并据此建立 气体或液体物料状况的数学方程，即流动模型。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(7)模型试验 有一些传递过程，如流体在管内的流动、在 颗粒床层中的流动，传热过程和吸收、蒸馏等过 程，它们的放大方法，可以通过准数关联式、物 料衡算式、能量衡算式以及理论计算等来解决， 因此没有必要作冷模试验。 有一些化学反应过程所用的反应器基本上是 理想反应器。理想反应器的流动模型已经作了充 分研究，可以直接引用其数学表达式。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(8)中试 中间试验─介于小试和生产之间的试验。 当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或其中有 若干研究课题无法在小试中进行，一定要通过相应规模的 装置才能取得数据或经验时才需进行中试。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1工艺过程开发程序(8)中试 中间试验─介于小试和生产之间的试验。 当某些开发项目不能采用数学模型法放大，或其中有 若干研究课题无法在小试中进行，一定要通过相应规模的 装置才能取得数据或经验时才需进行中试。

2.1 工艺过程开发及工艺路线选择2.1.1

工艺过程开发程序(8)中试 中试的主要任务： 验证基础研究得到的规律； 考察从小试到中试的放大效应； 研究一些由于各种因素没有条件在实验室进 行研究的课题； 进行新设备、新材料、新仪器、新控制方案 的试验。

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