化工设计——以大学生化工设计竞赛为案例

三位主编老师均从事十年以上有关化工设计教学工作。 苏国栋老师在巨化集团公司企业挂职锻炼三年，2008年后从事化工厂设计工作，2012年开始指导大学生化工设计竞赛，指导浙江省大学生化工设计竞赛连续8年获得一等奖以上，三次获得前三名，指导全国大学生化工设计竞赛连续四年获得一等奖以上，2020年获得特等奖。 刘华彦老师就职于浙江工业大学，博士，副教授，指导浙江省大学生化工设计竞赛连续15年获得一等奖以上，15次获得前三名，指导全国大学生化工设计竞赛连续15年获得特等奖。 李正辉老师，就职于宁波工程，博士，副教授。指导浙江省大学生化工设计竞赛连续13年获得一等奖以上，8次获得前三名，指导全国大学生化工设计竞赛连续8年获得一等奖以上，3次获得特等奖。

第1章 化工设计概述 001
1.1 化工工程设计的意义 001
1.2 化工设计项目的工作程序 002
1.2.1 项目建议书 004
1.2.2 可行性研究 004
1.2.3 初步设计说明书 005
1.2.4 计算机辅助化工设计 005
1.2.5 工程设计图纸 005
1.3 可行性研究报告概述 006
1.3.1 可行性研究报告的规范 006
1.3.2 可行性研究报告的内容 007
1.3.3 各部分内容的逻辑关系 008
1.4 初步设计说明书概述 009
1.4.1 初步设计说明书规范 009
1.4.2 初步设计说明书的主要内容 009
1.4.3 各部分内容的逻辑关系 013
1.5 计算机辅助化工设计 013
1.5.1 计算机辅助过程设计 013
1.5.2 计算机辅助过程控制设计 014
1.5.3 计算机辅助过程设备设计 015
1.5.4 计算机辅助工厂设计 016
第2章 化工设计路线选择及工艺流程设计 017
2.1 工艺流程设计概述 017
2.2 建设规模与产品方案比选 019
2.2.1 政策与规划 019
2.2.2 市场调研 020
2.2.3 建设规模与产品方案 020
2.2.4 具体实例 021
2.3 化工技术路线选择的依据 023
2.3.1 基本原则 023
2.3.2 调研与比较 024
2.4 计算机辅助工艺流程模拟 025
2.4.1 物料衡算 025
2.4.2 能量衡算 026
2.4.3 Aspen流程模拟步骤 027
2.5 技术路线选择实例 028
2.5.1 常用异丙醇的生产工艺技术方案 028
2.5.2 投资比较 033
2.5.3 原料消耗比较 034
2.5.4 转化率比较 036
2.5.5 能耗比较 036
2.5.6 本质安全 038
2.5.7 本质环保 039
2.5.8 流程繁简比较 040
2.5.9 异丙醇合成工艺比选汇总 044
2.6 工艺流程的组织与设计 046
2.6.1 反应网络的分析与合成及反应过程与反应器系统设计 047
2.6.2 分离序列的分析及分离与循环系统设计 048
2.6.3 换热网络及公用工程设计 050
第3章 化工设备选型与设计 051
3.1 换热器设备的设计 051
3.1.1 换热器的常见类型 051
3.1.2 换热器选型的基本原则 053
3.1.3 换热器设计模拟 057
3.1.4 典型换热器设计实例 057
3.2 塔设备的设计 069
3.2.1 塔设备的类型 069
3.2.2 塔设备选型的基本原则 070
3.2.3 分离过程设计模拟 072
3.2.4 板式塔的结构设计与校核 075
3.2.5 填料塔的结构设计与校核 083
3.2.6 典型塔器设计实例 091
3.3 反应器设备的设计 120
3.3.1 反应器分类与基本特性：均相反应与反应器，非均相反应与反应器 120
3.3.2 选型的基本原则 124
3.3.3 反应器设计模拟 130
3.3.4 典型反应器设计实例 132
3.4 新型过程设备的设计 150
3.4.1 新型分离过程设备 150
3.4.2 新型换热过程设备 163
3.4.3 新型反应过程设备 169
第4章 节能与环保 176
4.1 工厂常用公用工程 176
4.2 过程能耗计算 178
4.2.1 综合能耗 178
4.2.2 单位产品能耗 180
4.2.3 万元产值综合能耗 181
4.2.4 单位产品能耗比较 181
4.3 过程热集成——换热网络设计 182
4.3.1 原始工艺流股提取及能耗分析 183
4.3.2 相变潜热的利用 184
4.3.3 改进工艺流股的提取与分析 185
4.3.4 换热网络设计 186
4.4 化工节能技术 187
4.5 工业“三废” 188
4.5.1 “三废”概念 188
4.5.2 “三废”装置 189
4.5.3 “三废”排放量 189
4.5.4 “三废”来源与组成 190
4.5.5 “三废”排放方式 190
4.5.6 “三废”处理方案 191
4.6 常见“三废”处理方案实例 194
4.6.1 实例废气处理方案分析 194
4.6.2 实例废液处理方案分析 195
4.6.3 实例废固处理方案分析 197
4.7 碳中和与碳达峰 198
4.7.1 碳达峰和碳中和的定义及世界碳中和目标提出情况 199
4.7.2 国内碳达峰与碳中和基本情况 200
4.7.3 化工产业碳达峰与碳中和基本情况 201
4.7.4 碳中和的举措 202
第5章 自动控制与安全 207
5.1 单元控制逻辑方案实例 207
5.1.1 泵单元控制逻辑方案实例 207
5.1.2 压缩机的控制方案 208
5.1.3 换热器的控制方案 209
5.1.4 塔设备的控制方案 212
5.1.5 反应器的控制方案 214
5.1.6 储罐的基本控制方案 215
5.2 安全仪表系统（SIS） 217
5.2.1 基本概念 217
5.2.2 系统基本结构 219
5.2.3 设计基本原则 219
5.3 本质安全 221
5.3.1 基本概念与基本原理 221
5.3.2 过程的生命周期 222
5.3.3 本质安全原理的应用 222
5.4 危险化学品重大危险源辨识与安全措施 223
5.4.1 重大危险源辨识分析 223
5.4.2 环境风险评价项目实例 226
5.4.3 危险性分析与可操作性研究（HAZOP） 228
5.4.4 安全对策措施及建议 231
5.5 消防措施 235
5.5.1 安全疏散通道 235
5.5.2 消防通道 237
5.5.3 事故应急池 237
5.5.4 消防水池 238
5.5.5 火灾危险性类别划分 238
第6章 总平面布置、车间布置与配管 240
6.1 总平面布置标准规范与基本原则 240
6.1.1 化工厂总平面布置的基本原则和方法 240
6.1.2 遵循的法律法规、标准规范 244
6.1.3 总平面布置图技术指标 252
6.1.4 布局与安全间距 254
6.1.5 总平面布置实例 256
6.2 车间设备平立面布置的标准规范与基本原则 261
6.2.1 遵循的法律法规、标准规范 261
6.2.2 车间设备平立面布置实例 266
6.3 配管的标准规范与基本原则 269
6.3.1 遵循的法律法规、标准规范 269
6.3.2 管道布置实例 276
第7章 经济分析与财务评价
7.1 概述 278
7.1.1 经济评价原则 278
7.1.2 经济评价方法 279
7.1.3 经济评价结果与分析 280
7.2 财务评价 281
7.2.1 财务评价基础数据 281
7.2.2 财务评价报表与指标 287
7.2.3 不确定性与风险分析 291
7.3 国民经济评价 292
7.3.1 国民经济评价基础数据 292
7.3.2 国民经济评价报表与指标 294
7.4 经济评价案例 295
7.4.1 成本费用 295
7.4.2 销售收入估算 299
7.4.3 税金估算 300
7.4.4 税后利润估算 301
7.4.5 投资回收期分析 301
7.4.6 财务内部收益分析 303
7.4.7 财务净现值估算 305
7.4.8 权益投资内部收益分析 307
7.4.9 借款偿还期分析 308
7.4.10 敏感性分析 308
7.4.11 盈亏平衡分析 310
7.4.12 财务评价结论 311
参考文献