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第1章 化工设计概论1

1.1 设计要求1

1.2 设计性质和过程2

1.3 设计种类3

1.3.1 概念设计5

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8

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

1.5.3 物料流程图17

1.5.4 带控制点管道流程图17

1.5.5 工艺设备设计21

1.5.6 设备布置24

1.5.7 管道工程26

1.5.8 保温工程37

1.6 安全与防护40

1.6.1 毒性41

1.6.2 燃烧与爆炸42

1.6.3 噪声52

3.7.2 出口物料循环52

第2章 经济分析与评价54

2.1 装置投资估算54

2.1.1 投资组成54

2.1.2 估算种类56

2.1.3 估算方法57

2.1.4 费用指数65

2.2 单元设备价格估算67

2.2.1 设备质量67

2.2.2 压力容器69

2.2.3 塔设备69

2.2.4 热交换器74

2.2.5 常压贮槽75

2.2.6 离心泵76

2.3 总生产成本估算81

2.3.1 直接生产成本82

2.3.2 固定费用85

2.3.3 工厂管理费85

2.3.4 销售费用86

2.4 税金和利润86

2.4.1 产值86

2.4.2 销售收入87

2.4.3 利润87

2.4.4 税金87

2.5 经济评价的几个基本概念和准则88

2.5.1 现金流通图88

2.5.2 金钱的时间价值89

2.5.3 静态评价方法98

2.5.4 动态评价方法102

第3章 反应过程110

3.1 反应过程设计的评价指标110

3.1.1 转化率110

3.1.2 选择性110

3.1.3 收率111

3.2 反应器设计的基本方法111

3.3 在反应系统设计之前必须掌握的知识和信息114

3.3.1 化学计量学114

3.3.2 化学热力学119

3.3.3 化学动力学124

3.3.4 催化反应130

3.4.1 过程连续或间歇131

3.3.5 共性数据131

3.4 过程性质和输出入条件131

3.4.2 原料的预处理132

3.4.3 目的产品和产品流股数的确定133

3.5 反应器选型135

3.5.1 反应器类型135

3.5.2 反应器选型方法137

3.5.3 反应器选型判据138

3.6 主要工艺参数选择145

3.6.1 温度145

3.6.2 压力148

3.6.3 组成149

3.6.4 转化率151

3.7 控制反应热的补方法152

3.7.1 溶剂蒸发152

3.7.4 惰性稀释剂153

3.7.3 催化剂稀释153

3.8 反应器网络的配置154

第4章 换热过程165

4.1 问题的提出165

4.2 基本概念166

4.2.1 T-H图167

4.2.2 挟点及最小公用工程用量167

4.2.3 栅格图171

4.3 挟点和最小公用工程用量的求取173

4.4 挟点特性175

4.5 最小换热器个数的确定176

4.6 换热网络的合成178

4.6.1 热端的合成182

4.6.2 冷端的合成182

4.6.3 初始网络的合成184

4.6.4 初始网络的调优185

4.6.5 ΔTmin的选择187

第5章 分离过程190

5.1 分离过程的热力学效率190

5.1.1 最小分离功191

5.1.2 净功耗192

5.1.3 热力学效率194

5.2 分离流程的合成194

5.2.1 分离方案数194

5.2.2 分离方法的选择196

5.2.3 分离序列的确定199

5.3 工艺参数的确定218

5.3.1 塔压219

5.3.2 回流比221

5.3.3 产品纯度或回收率227

5.3.4 进料的热状态229

5.4 塔型选择和实际板数的确定233

5.4.1 塔型选择233

5.4.2 平衡级计算结果分析237

5.4.3 理论板数的决定241

5.4.4 实际板数的决定242

5.5 分离过程的节能措施243

5.5.1 多股进料243

5.5.2 侧线塔247

5.5.3 中间再沸器或中间冷凝器251

5.5.4 热泵253

5.5.5 精馏系统之间的热集成258

5.5.6 精馏系统与全过程的热集成262

5.5.7 热与功的集成265

6.1.1 计算基准272

第6章 流程模拟和优化272

6.1 流程物料衡算的几个问题272

6.1.2 比率系数273

6.1.3 物流的循环273

6.1.4 物料的排放280

6.2 流程模拟的几种方法283

6.2.1 序贯模块法283

6.2.2 联立方程法285

6.2.3 联立模块法288

6.3 流程模拟软件的用途289

6.4 流程模拟软件的组成291

6.4.1 执行程序291

6.4.2 物性数据库292

6.4.4 成本估算和经济评价293

6.4.5 单元操作模块293

6.4.3 算法子程序293

6.5 化工过程的自由度分析295

6.5.1 物流的独立变量数295

6.5.2 单元模块的自由度296

6.5.3 流程的自由度298

6.6 流程模拟的数据输入301

6.6.1 文件名称301

6.6.2 单位的选择302

6.6.3 组分集302

6.6.4 热力学性质302

6.6.5 流程305

6.6.6 进料和循环物流305

6.6.7 单元模块参数305

6.6.8 迭代方法和收敛精度306

6.7 流程模拟计算的几个注意点308

6.7.1 物料流程的正确描述308

6.7.2 设计变量的选择311

6.7.3 设计变量数值的决定313

6.7.4 逐步扩大流程计算的范围314

6.7.5 有效地选择单元模块315

6.8 设计优化的基本概念315

6.8.1 优化问题的数学表达316

6.8.2 目标函数317

6.8.3 决策变量和状态变量317

6.8.4 等式约束317

6.8.5 不等式约束317

6.9 解决最优化问题的几种途径318

6.9.1 案例研究319

6.9.2 参数灵敏度分析319

6.9.3 直接优化法320

6.9.4 减少决策变量数323

7.1.1 抑制外部扰动的影响331

第7章 过程控制331

7.1 控制要求331

7.1.2 使过程在优化的工况下操作333

7.2 控制系统的设计要点及步骤333

7.2.1 确定为达到设计要求所需测量的参数333

7.2.2 选择控制变量337

7.2.3 确定调节器的调节规律337

7.3 简单调节系统340

7.3.1 压力控制340

7.3.2 液位控制343

7.3.3 温度控制347

7.3.4 流量控制351

7.4 复杂调节系统354

7.4.1 串级控制355

7.4.2 分程控制355

7.4.3 超弛控制357

7.4.4 选拔控制358

7.4.5 前馈控制360

7.5 报警、切断和联锁361

7.6 安全和操作性能检查362

第8章 物性数据368

8.1 沸点370

8.2 临界性质372

8.3 密度377

8.3.1 液体密度377

8.3.2 气体和蒸汽379

8.4 热容380

8.4.1 固体和液体的热容380

8.4.2 气体383

8.5 汽化潜热388

8.6 熔融热和溶解热391

8.7 生成热392

8.8 偏心因子398

8.9 溶解度参数398

8.10 蒸汽压399

8.10.1 安托因方程399

8.10.2 用两个参照物质估算蒸汽压400

8.10.3 Lee-Kesler法402

8.11 相平衡数据402

8.11.1 气液平衡数据406

8.11.2 威尔逊(Wilson)常数的估算409

8.11.3 烃类化合物的K值410

8.1l.4 高压下的气液平衡410

8.11.5 液-液平衡410

8.11.6 气体的溶解度411

8.12 导热系数411

8.12.3 气体412

8.12.1 固体412

8.12.2 液体412

8.12.4 混合物413

8.13 粘度413

8.13.1 液体413

8.13.2 气体416

8.14 表面张力417

8.15 扩散系数419

8.15.1 气体419

8.15.2 液体420

附录1 设计文件426

1.1 设计说明书426

1.2 操作说明书427

1.3 分析规程428

1.4 工艺设备一览表428

1.6 工艺物料流程图(Process Flow Diagram)429

1.5 设备规格说明书429

1.7 带控制点管道流程图(Piping and lnstrumentation Diagram)431

1.8 设备布置图434

1.9 管道布置图和单线图(Isomer)434

1.10 管道等级表434

1.11 配管工程说明435

附图1 常用设备图例437

附图2 常用管道附件图例442

附录2 三废排放规定445

附表2-1 车间空气中有害物质的最高允许浓度445

附表2-2 十二类有害物质的排放标准450

附表2-3 工业“废水”最高允许排放浓度(在装置或装置处理设备排出口)452

附表2-4 工业“废水”最高允许排放浓度(在工厂的排出口)453

附表2-5 污水中抑制生物处理的有害物质允许浓度453