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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