第1章緒論1 1.1化工設(shè)計(jì)的定義和作用1 1.1.1化工設(shè)計(jì)的定義1 1.1.2化工設(shè)計(jì)的作用1 1.2跨學(xué)科設(shè)計(jì)的構(gòu)思與起源2 1.2.1跨學(xué)科工程設(shè)計(jì)培養(yǎng)的必要性3 1.2.2跨學(xué)科工程設(shè)計(jì)培養(yǎng)的可行性4 1.2.3跨學(xué)科工程設(shè)計(jì)培養(yǎng)的特色5 1.3跨學(xué)科工程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)體系6 1.3.1培養(yǎng)體系的構(gòu)成6 1.3.2工程設(shè)計(jì)階段劃分7 1.3.3工程設(shè)計(jì)各階段的深度要求8 1.3.4化工工藝設(shè)計(jì)要求10 1.3.5過(guò)程裝備設(shè)計(jì)要求12 1.3.6自控工程設(shè)計(jì)要求14 1.3.7安全工程設(shè)計(jì)要求15 1.4責(zé)任關(guān)懷15 1.4.1責(zé)任關(guān)懷的實(shí)施理念16 1.4.2責(zé)任關(guān)懷的指導(dǎo)原則16 1.4.3責(zé)任關(guān)懷的實(shí)施準(zhǔn)則17 思考題17 第2章化工過(guò)程工藝設(shè)計(jì)18 2.1工藝流程設(shè)計(jì)18 2.1.1工藝流程設(shè)計(jì)方法18 2.1.2工藝流程圖的繪制20 2.1.3工藝設(shè)計(jì)包27 2.2物料衡算和能量衡算31 2.2.1物料衡算31 2.2.2能量衡算32 2.3工藝設(shè)備設(shè)計(jì)33 2.3.1化工設(shè)備選型和設(shè)計(jì)原則33 2.3.2化工設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)33 2.3.3化工設(shè)備圖41 2.4車(chē)間布置設(shè)計(jì)42 2.4.1車(chē)間廠房布置設(shè)計(jì)42 2.4.2車(chē)間設(shè)備布置設(shè)計(jì)44 2.5管道布置設(shè)計(jì)46 2.5.1管道設(shè)計(jì)與布置的內(nèi)容46 2.5.2管道及閥門(mén)的選用47 2.5.3管道壓力降計(jì)算47 2.5.4管道熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)47 2.5.5管道的絕熱設(shè)計(jì)48 2.5.6管道的防腐與標(biāo)志48 2.5.7典型設(shè)備的管道布置48 2.5.8管道軸測(cè)圖55 2.5.9管架圖與管件圖55 思考題56 第3章化工過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)57 3.1過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)57 3.1.1壓力容器結(jié)構(gòu)57 3.1.2壓力容器分類(lèi)57 3.1.3壓力容器受壓元件60 3.1.4壓力容器法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)64 3.1.5壓力容器材料67 3.2過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)71 3.2.1內(nèi)壓設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算72 3.2.2外壓設(shè)備的穩(wěn)定性計(jì)算75 3.2.3壓力試驗(yàn)的強(qiáng)度計(jì)算78 3.2.4過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件79 3.3換熱設(shè)備設(shè)計(jì)80 3.3.1管殼式換熱器基本類(lèi)型80 3.3.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)80 3.3.3管殼式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算93 3.4塔設(shè)備設(shè)計(jì)98 3.4.1塔設(shè)備基本類(lèi)型98 3.4.2塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)98 3.4.3塔設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算99 3.4.4裙座殼及地腳螺栓座的設(shè)計(jì)計(jì)算106 3.5儲(chǔ)存設(shè)備設(shè)計(jì)106 3.5.1臥式儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)106 3.5.2臥式儲(chǔ)罐強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算106 3.5.3臥式儲(chǔ)罐用鞍式支座設(shè)計(jì)112 思考題112 第4章化工過(guò)程控制設(shè)計(jì)113 4.1過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)113 4.1.1化工生產(chǎn)過(guò)程控制113 4.1.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)114 4.1.3串級(jí)控制系統(tǒng)116 4.1.4比值控制系統(tǒng)118 4.1.5前饋控制系統(tǒng)118 4.1.6選擇控制系統(tǒng)119 4.1.7分程控制系統(tǒng)120 4.1.8先進(jìn)控制系統(tǒng)120 4.2精餾塔過(guò)程控制系統(tǒng)121 4.2.1控制目標(biāo)與控制變量122 4.2.2精餾塔的基本控制方案122 4.2.3精餾塔的復(fù)雜控制方案124 4.2.4精餾塔的先進(jìn)控制方案125 4.3化學(xué)反應(yīng)器過(guò)程控制系統(tǒng)126 4.4檢測(cè)與變送系統(tǒng)設(shè)計(jì)127 4.4.1選型原則127 4.4.2溫度測(cè)量?jī)x表的選擇127 4.4.3壓力測(cè)量?jī)x表的選擇128 4.4.4流量測(cè)量?jī)x表的選型129 4.4.5物位測(cè)量?jī)x表的選型129 4.4.6控制閥的選型130 4.5計(jì)算機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)131 4.5.1DCS集散控制系統(tǒng)131 4.5.2DCS控制方案設(shè)計(jì)131 4.5.3控制方案組態(tài)實(shí)現(xiàn)132 4.5.4安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)133 4.6供配電與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)134 4.6.1系統(tǒng)的整體連接134 4.6.2電纜的連接135 4.6.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)136 思考題137 第5章化工過(guò)程安全設(shè)計(jì)138 5.1化工本質(zhì)安全設(shè)計(jì)138 5.1.1本質(zhì)安全設(shè)計(jì)基本策略138 5.1.2本質(zhì)安全設(shè)計(jì)基礎(chǔ)139 5.1.3本質(zhì)安全設(shè)計(jì)原則139 5.2基于風(fēng)險(xiǎn)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)140 5.3化工過(guò)程危險(xiǎn)、有害因素分析141 5.3.1危險(xiǎn)、有害因素141 5.3.2過(guò)程危險(xiǎn)、有害因素分析方法143 5.3.3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)147 5.4過(guò)程安全設(shè)計(jì)149 5.4.1平面布置149 5.4.2工藝裝置安全設(shè)計(jì)153 5.4.3儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施安全設(shè)計(jì)157 5.4.4管道布置161 5.4.5消防設(shè)計(jì)163 5.4.6電氣安全166 5.4.7職業(yè)危害防護(hù)167 5.4.8其他安全設(shè)計(jì)168 思考題168 第6章工藝過(guò)程模擬計(jì)算170 6.1Aspen Plus圖形界面與模型建立170 6.1.1Aspen Plus圖形界面170 6.1.2Aspen Plus模型建立170 6.2分離單元模擬計(jì)算171 6.2.1精餾簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊171 6.2.2精餾嚴(yán)格計(jì)算模塊172 6.2.3萃取計(jì)算模塊175 6.3換熱單元模擬計(jì)算176 6.3.1Heater換熱器176 6.3.2HeatX換熱器177 6.3.3EDR設(shè)計(jì)179 6.4反應(yīng)單元模擬計(jì)算182 6.4.1Rplug模塊輸入183 6.4.2Rplug計(jì)算結(jié)果185 6.5模型分析工具185 6.5.1設(shè)計(jì)規(guī)定185 6.5.2靈敏度分析187 6.6動(dòng)態(tài)流程模擬188 思考題190 第7章醋酸甲酯制醋酸工藝過(guò)程設(shè)計(jì)191 7.1工程概況191 7.1.1工程意義191 7.1.2工程設(shè)計(jì)內(nèi)容191 7.2醋酸甲酯制醋酸工藝的模擬與優(yōu)化192 7.2.1醋酸甲酯制醋酸工藝流程192 7.2.2醋酸甲酯原料規(guī)格及處理要求193 7.2.3熱力學(xué)分析193 7.2.4反應(yīng)動(dòng)力學(xué)196 7.2.5醋酸甲酯制醋酸工藝參數(shù)的優(yōu)化196 7.3醋酸甲酯制醋酸工藝包設(shè)計(jì)201 7.3.1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)201 7.3.2工藝說(shuō)明203 7.3.3物料平衡210 7.3.4消耗量210 7.3.5界區(qū)條件表211 7.3.6衛(wèi)生、安全、環(huán)保說(shuō)明211 7.3.7分析化驗(yàn)項(xiàng)目表212 7.3.8工藝管道及儀表流程圖（P&ID）217 7.3.9建議的設(shè)備布置圖及說(shuō)明217 7.3.10工藝設(shè)備表223 7.3.11工藝設(shè)備225 7.3.12自控儀表238 7.3.13安全閥規(guī)格書(shū)240 思考題245 第8章醋酸甲酯制醋酸過(guò)程裝備設(shè)計(jì)246 8.1設(shè)備布置設(shè)計(jì)246 8.1.1設(shè)計(jì)一般要求246 8.1.2設(shè)備布置圖247 8.2管道布置設(shè)計(jì)248 8.2.1設(shè)計(jì)一般要求248 8.2.2管道布置圖250 8.3換熱設(shè)備設(shè)計(jì)250 8.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)250 8.3.2強(qiáng)度計(jì)算253 8.3.3施工圖繪制257 8.4塔設(shè)備設(shè)計(jì)257 8.4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)257 8.4.2強(qiáng)度計(jì)算259 8.4.3施工圖繪制263 8.5儲(chǔ)存設(shè)備設(shè)計(jì)263 8.5.1催化精餾塔回流罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)263 8.5.2強(qiáng)度計(jì)算263 8.5.3施工圖繪制266 8.6工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)267 8.6.1裝置投資預(yù)算267 8.6.2生產(chǎn)成本估算268 8.6.3盈虧平衡分析268 思考題269 第9章醋酸甲酯制醋酸過(guò)程控制設(shè)計(jì)270 9.1控制方案設(shè)計(jì)270 9.1.1控制目標(biāo)與要求270 9.1.2靈敏板位置確定270 9.1.3控制自由度分析270 9.1.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法271 9.1.5廠級(jí)過(guò)程控制方案的設(shè)計(jì)272 9.2醋酸甲酯水解工藝控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬274 9.2.1Aspen穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)274 9.2.2穩(wěn)態(tài)模擬轉(zhuǎn)到動(dòng)態(tài)模擬274 9.2.3控制方案1的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)276 9.3DCS控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)279 9.3.1浙大中控DCS軟件279 9.3.2I/O點(diǎn)設(shè)置279 9.3.3控制方案的組態(tài)實(shí)現(xiàn)281 9.3.4監(jiān)控組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)282 9.3.5組態(tài)調(diào)試284 思考題285 第10章醋酸甲酯制醋酸過(guò)程安全設(shè)計(jì)286 10.1工藝危險(xiǎn)、有害因素辨識(shí)286 10.1.1物料的危險(xiǎn)性286 10.1.2生產(chǎn)工藝的危險(xiǎn)性288 10.1.3設(shè)備裝置的危險(xiǎn)性288 10.2工藝安全風(fēng)險(xiǎn)分析289 10.3安全防護(hù)措施293 10.3.1防爆設(shè)計(jì)293 10.3.2防火設(shè)計(jì)293 10.3.3可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)294 10.3.4工藝防雷、防靜電設(shè)計(jì)294 10.3.5控制與安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)295 10.3.6設(shè)備、設(shè)施的安全防護(hù)設(shè)計(jì)295 10.3.7警示標(biāo)志設(shè)置295 思考題296 參考文獻(xiàn)297 附錄醋酸甲酯制醋酸過(guò)程裝備設(shè)計(jì)圖樣298