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第1章 化工设计概念 1

1.1 设计要求 1

1.2 设计性质和过程 2

1.3 设计种类 5

1.3.1 概念设计 6

1.3.2 中试装置设计 6

1.3.3 基础设计 7

1.3.4 初步设计 9

1.3.5 详细设计 9

1.4 项目组织 9

1.5 设计内容 10

1.5.1 设计原则 10

1.5.2 设计基础 11

1.5.4 带控制点管道流程图 16

1.5.3 物料流程图 16

1.5.5 工艺设备设计 20

1.5.6 设备布置 23

1.5.7 管道工程 25

1.5.8 保温工程 33

1.6 安全与防护 36

1.6.1 毒性 37

1.6.2 燃烧与爆炸 38

1.6.3 噪声 46

第2章 经济分析与评价 48

2.1 装置投资估算 48

2.1.1 投资组成 48

2.1.2 估算种类 50

2.1.3 估算方法 51

2.1.4 费用指数 57

2.2 单元设备价格估算 59

2.2.1 设备质量 60

2.2.2 压力容器 61

2.2.3 塔设备 62

2.2.4 热交换器 65

2.2.5 常压贮槽 66

2.2.6 离心泵 67

2.2.7 工业炉 71

2.2.8 压缩机 72

2.3 总生产成本估算 73

2.3.1 直接生产成本 73

2.3.2 固定费用 75

2.3.3 工厂管理费 76

2.3.4 销售费用 77

2.4 税金和利润 77

2.5 经济评价的几个基本概念和准则 78

2.5.1 现金流通图 79

2.5.2 金钱的时间价值 80

2.5.3 静态评价方法 90

2.5.4 动态评价方法 92

2.6 风险分析 97

2.6.1 不确定因素的存在 97

2.6.2 灵敏度分析 98

2.6.3 风险型决策分析 102

第3章 反应过程 105

3.2 反应过程设计的评价指标 105

3.2 反应器设计的基本方法 106

3.3 在反应系统设计之前必须掌握的知识和信息 108

3.3.1 化学计量学 108

3.3.2 化学热力学 114

3.3.3 化学动力学 119

3.4.1 过程连续或间歇 125

3.4 过程性质和输出输入条件 125

3.3.4 催化反应 125

3.3.5 共性数据 125

3.4.2 原料的预处理 126

3.4.3 目的产品和产品流股数的确定 126

3.5 反应器选型 128

3.5.1 反应器类型 128

3.5.2 反应器选型方法 130

3.5.3 反应器选型判据 131

3.6 主要工艺参数选择 137

3.6.1 温度 138

3.6.2 压力 140

3.6.3 组成 141

3.6.4 转化率 143

3.7 控制反应热的补充方法 143

3.7.1 溶剂蒸发 143

3.7.4 惰性稀释剂 144

3.7.2 出口物料循环 144

3.7.3 催化剂稀释 144

3.8 反应器网格的配置 145

第4章 换热过程 154

4.1 问题的提出 154

4.2 基本概念 154

4.2.1 T-H图 156

4.2.2 挟点及最小公用工程用量 157

4.2.3 栅格图 160

4.3 挟点和最小公用工程用量的求取 161

4.4 挟点特性 163

4.5 最小换热器个数的确定 164

4.6 换热网络的合成 166

4.6.1 热端的合成 169

4.6.2 冷端的合成 170

4.6.4 初始网络的调优 171

4.6.3 初始网络的合成 171

4.6.5 △Tmin的选择 173

4.7 伪挟点方法 173

4.7.1 伪挟点的确定 174

4.7.2 α分配原则 174

4.7.3 实例分析 175

4.7.4 减少流股分割 178

第5章 分离过程 182

5.1 分离过程的热力学效率 182

5.1.1 最小分离功 182

5.1.2 净功耗 184

5.1.3 热力学效率 185

5.2 分离流程的合成 185

5.2.1 分离方案数 185

5.2.2 分离方法的选择 187

5.2.3 分离序列的确定 190

5.3 工艺参数的确定 206

5.3.1 塔压 207

5.3.2 回流比 209

5.3.3 产品纯度或回收率 214

5.3.4 进料的热状态 215

5.4 塔型选择和实际板数的确定 219

5.4.1 塔型选择 219

5.4.2 平衡级计算结果分析 222

5.4.3 理论板数的决定 226

5.4.4 实际板数的决定 227

5.5 分离过程的节能措施 228

5.5.1 多股进料 229

5.5.2 侧线塔 231

5.5.3 中间再沸器或中间冷凝器 235

5.5.4 热泵 237

5.5.5 精馏系统之间的热集成 241

5.5.6 精馏系统与全过程的热集成 244

5.5.7 热与功的集成 248

第6章 流程模拟与优化 253

6.1 流程物料衡算的几个问题 253

6.1.1 计算基准 253

6.1.2 比率系数 254

6.1.3 物流的循环 254

6.1.4 物料的排放 259

6.2 流程模拟的几种方法 262

6.2.1 序贯模块法 262

6.2.2 联立方程法 264

6.2.3 联立模块法 267

6.3 流程模拟软件的用途 268

6.4 流程模拟软件的组成 269

6.4.1 执行程序 269

6.4.2 物性数据库 270

6.4.3 算法子程序 271

6.4.4 成本估算和经济评价 271

6.4.5 单元操作模块 271

6.5 化工过程的自由度分析 273

6.5.1 物流的独立变量数 273

6.5.2 单元模块的自由度 274

6.5.3 流程的自由度 278

6.6 流程模拟的数据输入 280

6.6.1 文件名称 280

6.6.2 单位的选择 280

6.6.3 组分集 280

6.6.4 热力学性质 280

6.6.5 流程 283

6.6.6 进料和循环物流 283

6.6.7 单元模块参数 283

6.6.8 迭代方法和收敛精度 284

6.7.1 物料流程的正确描述 286

6.7 流程模拟计算的几个注意点 286

6.7.2 设计变量的选择 288

6.7.3 设计变量数值的决定 290

6.7.4 逐步扩大流程计算的范围 290

6.7.5 有效地选择单元模块 291

6.8 设计优化的基本概念 292

6.8.1 优化问题的数学表达 292

6.8.2 目标函数 293

6.8.3 决策变量和状态变量 293

6.8.4 等式约束 293

6.8.5 不等式约束 293

6.9 解决最优化问题的几种途径 294

6.9.2 参数灵敏度分析 295

6.9.3 直接优化法 295

6.9.1 案例研究 295

6.9.4 减少待优化的决策变量数 298

第7章 过程控制 305

7.1 控制要求 305

7.1.1 抑制外部扰动的影响 305

7.1.2 使过程在优化的工况下操作 306

7.2 控制系统的设计要点及步骤 307

7.2.1 确定为达到设计要求所需测量的参数 307

7.2.2 选择控制变量 310

7.2.3 确定调节器的调节规律 310

7.3 简单调节系统 312

7.3.1 压力控制 312

7.3.2 液位控制 315

7.3.3 温度控制 318

7.3.4 流量控制 321

7.4.1 串级控制 324

7.4 复杂调节系统 324

7.4.2 分程控制 326

7.4.3 超驰控制 327

7.4.4 选拔控制 328

7.4.5 前馈控制 329

7.5 报警、切断和联锁 330

7.6 安全和操作性能检查 331

第八章 化工过程设计实践 336

案例一 乙烯装置的轻烃分离过程合成 337

8.1 裂解气组成 337

8.2 系统压力 337

8.3 冷冻压缩机各级压力和温度的确定 342

8.3.1 冷剂的选择 342

8.3.2 丙烯冷冻压缩机物料流程图 342

8.3.4 丙烯冷冻压缩机各级入口压力的决定 344

8.3.3 丙烯冷冻压缩机出口压力的决定 344

8.3.5 乙烯冷冻压缩机一级吸入压力的决定 345

8.3.6 乙烯冷冻压缩机的出口压力 345

8.3.7 乙烯冷冻压缩机中间各级压力的决定 345

8.4 裂解气冷却及脱甲烷塔系统过程合成 346

8.4.1 脱甲烷塔压力的决定 346

8.4.2 脱甲烷塔进料股数和温度的决定 348

8.4.3 脱甲烷及进料预冷系统的热量平衡 353

8.4.4 脱甲烷进料冷却系统换热网络的合成 357

8.5 脱碳二系统的设计 383

8.5.1 工艺参数的确定 385

8.5.2 结构优化 395

8.6 脱丙烷系统的设计 412

8.6.1 工艺特性 412

8.6.2 脱丙烷塔工艺设计 412

8.6.3 方案比较 413

8.7 乙烯冷冻压缩机系统设计 416

8.7.1 冷冻负荷 417

8.7.2 流程拓扑表 417

8.7.3 模拟计算结果 419

8.7.4 其他方案的研究 420

8.8 丙烯冷冻压缩机系统设计 422

8.8.1 冷冻负荷 422

8.8.2 流程拓扑表 423

8.8.3 模拟计算结果 425

案例二 环氧丙烷过程概述设计 427

8.9 年产2万吨环氧丙烷概念设计 427

8.9.1 环氧丙烷过程简介 428

8.9.2 现有装置生产情况 428

8.9.3 过程分析和试验 429

8.9.4 小试流程 430

8.9.5 对小试数据的初步评价 431

8.9.6 流程和工艺参数的改进 434

8.9.7 中试装置设计 436

附录 设计文件 439

1.1 设计说明书 439

1.2 操作说明书 439

1.3 分析规程 441

1.4 工艺设备一览表 441

1.5 设备规格说明书 442

1.6 工艺物料流程图(Process Flow Diagram) 442

1.7 带控制点管道流程图(Piping and Instrumentation Diagram) 443

1.8 设备布置图 446

1.9 管道布置图和单线图 446

1.10 管道等级表 446

1.11 配管工程说明 447

附图1 常用设备图例 448

附图2 常用管道附件图例 453