第1章緒論1 1.1化工設(shè)計的定義和作用1 1.1.1化工設(shè)計的定義1 1.1.2化工設(shè)計的作用1 1.2跨學(xué)科設(shè)計的構(gòu)思與起源2 1.2.1跨學(xué)科工程設(shè)計培養(yǎng)的必要性3 1.2.2跨學(xué)科工程設(shè)計培養(yǎng)的可行性4 1.2.3跨學(xué)科工程設(shè)計培養(yǎng)的特色5 1.3跨學(xué)科工程設(shè)計的培養(yǎng)體系6 1.3.1培養(yǎng)體系的構(gòu)成6 1.3.2工程設(shè)計階段劃分7 1.3.3工程設(shè)計各階段的深度要求8 1.3.4化工工藝設(shè)計要求10 1.3.5過程裝備設(shè)計要求12 1.3.6自控工程設(shè)計要求14 1.3.7安全工程設(shè)計要求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章化工過程工藝設(shè)計18 2.1工藝流程設(shè)計18 2.1.1工藝流程設(shè)計方法18 2.1.2工藝流程圖的繪制20 2.1.3工藝設(shè)計包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33 2.3.1化工設(shè)備選型和設(shè)計原則33 2.3.2化工設(shè)備的選型和設(shè)計33 2.3.3化工設(shè)備圖41 2.4車間布置設(shè)計42 2.4.1車間廠房布置設(shè)計42 2.4.2車間設(shè)備布置設(shè)計44 2.5管道布置設(shè)計46 2.5.1管道設(shè)計與布置的內(nèi)容46 2.5.2管道及閥門的選用47 2.5.3管道壓力降計算47 2.5.4管道熱補(bǔ)償設(shè)計47 2.5.5管道的絕熱設(shè)計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管道軸測圖55 2.5.9管架圖與管件圖55 思考題56 第3章化工過程設(shè)備設(shè)計57 3.1過程設(shè)備設(shè)計基礎(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過程設(shè)備強(qiáng)度與穩(wěn)定性設(shè)計71 3.2.1內(nèi)壓設(shè)備的強(qiáng)度計算72 3.2.2外壓設(shè)備的穩(wěn)定性計算75 3.2.3壓力試驗(yàn)的強(qiáng)度計算78 3.2.4過程設(shè)備強(qiáng)度計算軟件79 3.3換熱設(shè)備設(shè)計80 3.3.1管殼式換熱器基本類型80 3.3.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計80 3.3.3管殼式換熱器設(shè)計計算93 3.4塔設(shè)備設(shè)計98 3.4.1塔設(shè)備基本類型98 3.4.2塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計98 3.4.3塔設(shè)備設(shè)計計算99 3.4.4裙座殼及地腳螺栓座的設(shè)計計算106 3.5儲存設(shè)備設(shè)計106 3.5.1臥式儲罐基本結(jié)構(gòu)106 3.5.2臥式儲罐強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算106 3.5.3臥式儲罐用鞍式支座設(shè)計112 思考題112 第4章化工過程控制設(shè)計113 4.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計113 4.1.1化工生產(chǎn)過程控制113 4.1.2簡單控制系統(tǒng)114 4.1.3串級控制系統(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)器過程控制系統(tǒng)126 4.4檢測與變送系統(tǒng)設(shè)計127 4.4.1選型原則127 4.4.2溫度測量儀表的選擇127 4.4.3壓力測量儀表的選擇128 4.4.4流量測量儀表的選型129 4.4.5物位測量儀表的選型129 4.4.6控制閥的選型130 4.5計算機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計131 4.5.1DCS集散控制系統(tǒng)131 4.5.2DCS控制方案設(shè)計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133 4.6供配電與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計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136 思考題137 第5章化工過程安全設(shè)計138 5.1化工本質(zhì)安全設(shè)計138 5.1.1本質(zhì)安全設(shè)計基本策略138 5.1.2本質(zhì)安全設(shè)計基礎(chǔ)139 5.1.3本質(zhì)安全設(shè)計原則139 5.2基于風(fēng)險的簡化設(shè)計140 5.3化工過程危險、有害因素分析141 5.3.1危險、有害因素141 5.3.2過程危險、有害因素分析方法143 5.3.3風(fēng)險評價147 5.4過程安全設(shè)計149 5.4.1平面布置149 5.4.2工藝裝置安全設(shè)計153 5.4.3儲運(yùn)設(shè)施安全設(shè)計157 5.4.4管道布置161 5.4.5消防設(shè)計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168 思考題168 第6章工藝過程模擬計算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分離單元模擬計算171 6.2.1精餾簡捷計算模塊171 6.2.2精餾嚴(yán)格計算模塊172 6.2.3萃取計算模塊175 6.3換熱單元模擬計算176 6.3.1Heater換熱器176 6.3.2HeatX換熱器177 6.3.3EDR設(shè)計179 6.4反應(yīng)單元模擬計算182 6.4.1Rplug模塊輸入183 6.4.2Rplug計算結(jié)果185 6.5模型分析工具185 6.5.1設(shè)計規(guī)定185 6.5.2靈敏度分析187 6.6動態(tài)流程模擬188 思考題190 第7章醋酸甲酯制醋酸工藝過程設(shè)計191 7.1工程概況191 7.1.1工程意義191 7.1.2工程設(shè)計內(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201 7.3.1設(shè)計基礎(chǔ)201 7.3.2工藝說明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240 思考題245 第8章醋酸甲酯制醋酸過程裝備設(shè)計246 8.1設(shè)備布置設(shè)計246 8.1.1設(shè)計一般要求246 8.1.2設(shè)備布置圖247 8.2管道布置設(shè)計248 8.2.1設(shè)計一般要求248 8.2.2管道布置圖250 8.3換熱設(shè)備設(shè)計250 8.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計250 8.3.2強(qiáng)度計算253 8.3.3施工圖繪制257 8.4塔設(shè)備設(shè)計257 8.4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計257 8.4.2強(qiáng)度計算259 8.4.3施工圖繪制263 8.5儲存設(shè)備設(shè)計263 8.5.1催化精餾塔回流罐結(jié)構(gòu)設(shè)計263 8.5.2強(qiáng)度計算263 8.5.3施工圖繪制266 8.6工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價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程控制設(shè)計270 9.1控制方案設(shè)計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)計方法271 9.1.5廠級過程控制方案的設(shè)計272 9.2醋酸甲酯水解工藝控制系統(tǒng)動態(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)到動態(tài)模擬274 9.2.3控制方案1的動態(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)畫面設(shè)計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程安全設(shè)計286 10.1工藝危險、有害因素辨識286 10.1.1物料的危險性286 10.1.2生產(chǎn)工藝的危險性288 10.1.3設(shè)備裝置的危險性288 10.2工藝安全風(fēng)險分析289 10.3安全防護(hù)措施293 10.3.1防爆設(shè)計293 10.3.2防火設(shè)計293 10.3.3可燃?xì)怏w檢測報警系統(tǒng)設(shè)計294 10.3.4工藝防雷、防靜電設(shè)計294 10.3.5控制與安全聯(lián)鎖設(shè)計295 10.3.6設(shè)備、設(shè)施的安全防護(hù)設(shè)計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程裝備設(shè)計圖樣298