化工設計概論(第2版)（簡體書）

本書為教育部高等學校化學工程與工藝專業教學指導分委員會推薦教材，詳細介紹了化工設計的基本程式、內容、方法和步驟及工藝設計圖紙的繪製方法、規範、內容和技巧。全書共分12章，主要包括：化工設計基本知識、專案建設的設計程式和內容、工藝流程設計、物料衡算與能量衡算、設備的工藝計算與選型、車間佈置設計、管道設計與佈置、向非工藝專業提供的設計條件、設計概算和技術經濟、設計檔的編制、工廠選址及總佈置設計、電腦輔助化工設計。本書中所引用的代號、符號及圖紙主要選自國家或行業的最新標準。
本書以工藝設計為主線，層次分明、脈絡清晰，密切聯繫實際，內容具有很好的系統性、科學性和實用性。本書可作為高校化學工程與工藝、製藥工程、輕化工等專業的教材，也可作為化工企業職工繼續教育指導書及工程技術人員用書。

化工設計是將一個系統（如一個工廠、一個車間或一套裝置等）的技術方案、工藝過程、生產裝備等轉化為工程語言的過程，是一門綜合性很強的科學。在化學工業基本建設上，化工設計發揮著重要的作用，它是促進國民經濟和社會發展的重要技術經濟活動的組成部分。化工設計知識是化工行業工程技術人員、管理人員的必備知識，化工設計課程已成為高等學校化工及相關專業的一門必修課程。
化工設計課程不同於其他專業理論課程，其主要是面向實際、面向應用、面向當代。
隨著我國經濟的快速發展與改革的不斷深入，各個領域都在與國際接軌。工程設計領域也在快速與國際接軌，設計規範、標準不斷修訂，以滿足我國工程項目設計國際化的要求。目前大多數國內設計院及高校教材引用的化工設計標準是HG20519-92標準，為了適合新形勢的需要，我國已製定了2009版（HG／T 20519-2009）化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定。本次修訂我們引入了化工設計的最新標準，將教材進一步完善，提高系統性，充實內容，以滿足目前我國進行的“卓越工程師教育培養計劃”的需要，以及全國化工設計大賽參考用書的需要。
本次再版是在第一版基礎上進行升級，依然秉持第一版的基本結構特徵和實用性強的優點。本次修訂的主要內容如下。
1.按國家和行業有關法律、法規、標準的新變化，特別按HG／T 20519-2009化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定，進行了全面更新、補充和完善。
2.書中內容盡量採用國際通用名稱及規範，並結合國情，進行全面介紹，引導國內設計規範工作與國際通用做法接軌，以便適應我國化工設計人才培養的需要。
3.增加教學案例，並提高案例的系統性、前後關聯性；圖紙按最新行業標准進行規範，有助於學生系統、規範地接受化工設計教育。
4.對“化工設計”概念進行了精準、科學的定義；結合國內外資料，分別介紹了國內外對設計階段的劃分及設計內容；大篇幅增加了關於工藝流程設計方面的內容，增加了工藝包內容。
5.主要章節增加了本章小結內容，目的在於加強學生對重點知識的掌握；增加了設計經驗介紹，特別是使用Auto CAD軟件進行工藝設計的技巧和經驗，有利於學生設計能力的快速提高。
本書以工藝設計為主線，詳細介紹了化工設計的程序、內容、方法和步驟，工藝流程設計、設備佈置設計及管道佈置設計的內容、原則和方法；較為詳細、規範、系統地介紹了化工樣圖的表示方法。該教材具有以下特點：①貫徹教學計劃和教學大綱，符合化工專業人才培養目標及教學要求，能反映本專業教育教學研究的先進成果和理念，深度適宜；②能完整地表達化工設計課程應包含的知識與技能要求，反映其相互聯繫及發展規律，注重理論知識與實踐技能的有機結合；③符合化學工程與工藝等專業的認知規律，富有啟發性，便於學習，有利於激發學生學習興趣及化工設計能力的培養；④以工藝設計為主線，層次分明，脈絡清晰，密切聯繫實際，實現了系統性、科學性和實用性的有機統一；⑤語言流暢，通俗易懂，敘述生動，圖文配合科學，符號、計算單位符合國家標準；⑥教材中所選圖紙多來自於實際工程項目，圖樣清晰、規範，便於教師、學生及工程技術人員參考。
教材是集作者近二十年來實際化工項目工程設計經驗和理論教學經驗編寫而成，並充分吸收了同類教材的優點。本書可作為高校化學工程與工藝、製藥工程、輕化工、生物化工、能源化工、環境化工等專業的教材，也可作為化工企業職工繼續教育指導書及工程技術人員設計用書。
參加本書編寫的有河北科技大學李國庭、陳煥章；南京工業大學崔群；吉林化工學院黃文煥。第1～7章由李國庭、陳煥章編寫，第8～11章由黃文煥、李國庭編寫，第12章由崔群編寫。全書由李國庭統稿，河北醫藥化工設計有限公司邱科鑌在本次修訂過程中做了大量的工作。本書編寫過程中，得到了原河北省石油化工規劃設計院白秀玲高級工程師的悉心指導，在此表示衷心感謝。
《化工設計概論》出版以來，承蒙廣大讀者的關心和愛護，在此謹表衷心感謝，並希望讀者繼續提出寶貴意見，以便使本書不斷地改進和完善。限於編者水平，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。

0緒論
0.1化工項目的建設過程
0.2化工設計在化工建設中的作用
0.3學習化工設計的意義
本章小結
思考與練習題
第1章化工設計基本知識
1.1化工設計的概念
1.2化工設計分類
1.2.1根據建設項目性質對化工設計進行分類
1.2.2按項目開發過程對化工設計進行分類
1.2.3根據設計範圍對化工設計進行分類
1.3化工廠設計工作程序及內容
1.4車間設計工作程序及內容
1.5化工設計的特點
1.6化工設計總原則
本章小結
思考與練習題
第2章項目建設的設計程序和內容
2.1我國傳統設計工作程序及內容
2.1.1設計前期工作步驟與內容
2.1.2初步設計階段工作內容與程序
2.1. 3施工圖設計階段工作內容與程序
2.2我國石油化工裝置設計程序及內容
2.3國際通用設計程序及內容
2.3.1工藝設計階段
2.3.2基礎工程設計階段
2.3.3詳細工程設計階段
2.3.4工程設計步驟
2.3.5相應文件要達到的目標
本章小結
思考與練習題
第3章工藝流程設計
3.1工藝路線選擇
3.1.1選擇原則
3.1.2技術路線和工藝流程確定的步驟
3.2工藝流程設計原則
3.3工藝流程設計任務
3.4工藝流程設計方法
3.5工藝流程的概念設計步驟
3.5.1實驗步驟的流程化
3.5.2根據生產環保需要完善細化工藝流程
3.5.3將方框流程圖轉化為工藝流程簡圖
3.5.4逐步完善得到概念設計的工藝流程圖
3.6初步設計階段的工藝流程設計
3.7施工圖(亦稱詳細工程)設計階段的工藝流程設計
3.8工藝流程圖的繪製
3.8.1方框流程圖和工藝流程草(簡)圖
3.8.2工藝物料流程圖
3.8.3管道及儀表流程圖
3.8.4流程圖繪製步驟
本章小結
思考與練習題
第4章物料衡算與能量衡算
4.1物料衡算
4.1.1物料衡算的概念及分類
4.1.2物料平衡方程
4.1.3物料衡算的基本步驟
4.1.4計算舉例
4.2能量衡算
4.2.1能量衡算的目的
4.2.2能量衡算可以解決的問題
4.2.3能量平衡方程
4.2.4熱量衡算
4.2.5計算舉例
本章小結
思考與練習題
第5章設備的工藝設計與選型
5.1化工設備的工藝設計與選型原則
5.2化工設備工藝設計的主要工作和方法
5.3化工設備的材料和選材原則
5.3.1化工設備使用材料分類概況
5.3.2材料選用的一般原則
5.4泵的設計與選型
5.4.1泵的類型和特點
5.4.2選泵的原則
5.4.3選泵的工作方法和基本程序
5.4.4工業裝置對泵的要求
5.4.5選泵的經驗
5.5氣體輸送及壓縮設備的設計與選型
5.6換熱器的設計與選型
5.6.1換熱器的分類
5.6.2換熱器設計的一般原則
5.6.3管殼式換熱器的設計及選用程序
5.7貯罐容器的設計與選型
5.7.1貯罐的類型
5.7.2貯罐系列
5.7.3貯罐設計的一般程序
5.8塔設備的設計與選型
5.8.1板式塔
5.8.2填料塔
5.9反應器的設計與選型
5.9.1反應器分類與選型
5.9.2反應器的設計要點
5.9.3釜式反應器的結構和設計
5.10液固分離設備的選型
5.10 .1離心機
5.10.2過濾機
5.10.3離心機的選型
5.10.4過濾機的選型
5.11乾燥設備的設計與選型
5.11.1常用乾燥器
5.11.2乾燥設備的選型原則
5.12其他設備和機械的選型
5.12.1起重機械
5.12.2運輸機械
5.12.3加料和計量設備
5.13彙編設備一覽表
本章小結
思考與練習題
第6章車間佈置設計
6.1車間佈置設計的內容及原則方法
6.1.1車間佈置設計的依據
6.1.2車間佈置設計的內容
6.1.3車間佈置設計的原則
6.1. 4車間佈置設計的方法和步驟
6.2車間的整體佈置設計
6.2.1廠房的平面佈置
6.2.2廠房的立面佈置
6.2.3廠房的建築結構
6.2.4車間廠房佈置設計時須注意的問題
6.3設備佈置設計
6.3.1生產工藝對設備佈置的要求
6.3.2安全及衛生對設備佈置的要求
6.3.3操作條件對設備佈置的要求
6.3.4設備安裝及檢修對設備佈置的要求
6.3.5廠房建築對設備佈置的要求
6.3.6車間輔助室及生活室的佈置
6.3.7車間佈置要整齊美觀
6.3.8建築要求
6.4常用設備的佈置
6.4.1反應器
6.4.2混合設備
6.4.3蒸發設備
6.4.4結晶器
6.4.5容器
6.4.6加熱爐
6.4.7塔類設備
6.4.8換熱器
6.4.9泵、風機等運轉設備
6.4.10過濾機
6.4.11乾燥器
6.4.12氣體淨化設備
6.4.13運輸設備
6.4.14罐區
6.4.15控制室
6.4.16主管廊
6.5設備佈置圖的繪製
6.5.1設備佈置圖的內容
6.5.2設備佈置圖的繪製方法
6.5 .3設備佈置圖的繪圖步驟
6.6設備安裝圖
本章小結
思考與練習題
第7章管道設計與佈置
7.1管道設計與佈置的內容
7.2管道及閥門的選用
7.2.1基本概念
7.2.2管道
7.2.3常用閥門
7.2.4常用管件
7.2.5法蘭、法蘭蓋、緊固件及墊片
7.3管道壓力降計算
7.3.1直管阻力H1計算
7.3.2局部阻力H2計算
7.4管道熱補償設計
7.4. 1管道的熱變形與熱應力計算
7.4.2管道熱補償設計
7.5管道的絕熱設計
7.5.1絕熱範圍
7.5.2絕熱結構
7.5.3管道熱力計算的基本任務
7.5.4管道絕熱計算
7.6化工管道的防腐與標誌
7.6.1管道防腐
7.6.2管道標誌
7.7管道佈置設計
7.7.1管道佈置設計的內容
7.7.2管道佈置設計的依據
7.7.3管道佈置設計的基本要求
7.7.4管道佈置設計的一般原則
7.7.5管道敷設方式
7.8常用設備的管道佈置
7.8.1泵的管道佈置
7.8 .2換熱器的管道佈置
7.8.3容器的管道佈置
7.8.4塔的管道佈置
7.8.5管廊上的管道佈置
7.8.6其他管道佈置
7.9管道佈置圖的繪製
7.9.1管道佈置圖的內容
7.9.2管道佈置圖的繪製要求
7.9.3管道佈置圖的繪製
7.10管道軸測圖
7.10.1管道軸測圖要求的圖示內容
7.10.2管道軸測圖的圖示方法
7.10.3管道軸測圖的尺寸及其標註
7.11管架圖與管件圖
7.11.1管架圖
7.11.2管件圖
7.12管口方位圖
7.12.1管口方位圖的作用與內容
7.12.2管口方位圖的畫法
7.13管段表及綜合材料表
本章小結
思考與練習題
第8章向非工藝專業提供的設計條件
8.1土建設計條件
8.1.1化工建築基本知識
8.1.2工藝專業向土建設計提供的條件
8.2非定型設備設計條件
8.3變配電及電氣設計條件
8.3.1變配電
8.3.2電氣設計條件
8.4自動控制設計條件
8.5給排水及暖通條件
8.5.1供水設計條件
8.5.2排水設計條件
8.5.3采暖通風設計條件
8.6供熱及冷凍設計條件
8.6.1供熱系統條件
8.6.2冷凍系統條件
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思考與練習題
第9章設計概算和技術經濟
9.1設計概算
9.1.1概算的內容
9.1.2概算費用的分類
9.1.3概算的編制依據
9.1.4概算的編制辦法
9.2技術經濟
9.2.1投資估算
9.2.2產品生產成本估算
9.2.3經濟評價
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思考與練習題
第10章設計文件的編制
10.1初步設計階段設計文件的編制
10.1.1設計說明書的編制內容
10.1.2設計說明書的附圖和附表
10.2施工圖設計文件的編制
10.2.1施工圖設計圖紙目錄
10.2.2工藝專業施工圖設計技術文件
10.2.3設計文件歸檔
本章小結
思考與練習題
第11章工廠選址及總佈置設計
11.1廠址選擇
11.1.1工廠選址的指導方針
11.1.2工廠選址的一般要求
11.2廠址選擇的程序
11.2.1準備工作階段
11.2. 2現場勘查工作階段
11.2.3編制廠址選擇報告階段
11.3廠址方案比較
11.3.1廠址方案比較的重要性
11.3.2廠址方案比較的內容
11.4廠址選擇報告
11.4.1廠址選擇報告的基本內容
11.4.2有關附件資料
11.5工廠總平面設計
11.5.1工廠總平面設計內容
11.5.2總平面佈置原則及方法
11.5.3工廠分區
11.5.4平面佈置
11.5.5豎向佈置
11.5.6管廊佈置
11.6總平面佈置圖內容
11.6.1圖紙內容
11.6.2總平面設計主要技術經濟指標
11.6.3實例
本章小結
思考與練習題
第12章計算機輔助化工設計
12.1化工設計軟件概述
12.1.1化工設計軟件主要作用
12.1.2常用化工設計軟件
12.2化工流程模擬軟件
12.2.1化工流程模擬軟件用途
12.2.2穩態模擬和動態模擬
12.2.3常用化工流程模擬軟件簡介
12.3化工裝置及系統設計軟件
12.3.1換熱器設計軟件
12.3.2換熱流程與PINCH
12.3.3管網計算軟件
12.3.4CFD軟件
12.4化工裝置佈置設計軟件
12.4.1設備佈置設計軟件
12.4.2管道應力計算軟件
12.4.34D模型技術
12.5計算機繪圖軟件
12.5.1常用的製圖軟件
12.5.2AutoCAD基礎知識
12.5.3AutoCAD繪製工藝流程圖
12.5.4AutoCAD繪製設備佈置圖
本章小結
附錄
附錄1管道及儀表流程圖中的縮寫
附錄2管道及儀表流程圖中設備、機器圖例
附錄3管道及儀表流程圖中管道、管件、閥門及管道附件圖例
附錄4管道佈置圖和軸測圖上管子、管件、閥門及管道特殊件圖例
附錄5設備佈置圖圖例及簡化畫法
附錄6工廠總佈置圖圖例
附錄7首頁圖（見374～375之間的插頁）
附錄8管道、管件及閥門等的重要結構參數
參考文獻

2．1．3施工圖設計階段工作內容與程序
施工圖設計階段要全面完成並提供全套施工圖紙、進行散裝材料最終統計、完成材料訂貨任務、並審查確認供貨廠商圖紙等工作，完成施工圖設計階段的任務，即標誌整個工程設計階段結束。
（1）施工圖設計階段的目的
施工圖設計在初步設計經審批後進行，它所產生的設計文件是工程施工安裝的依據，主要目的是為施工服務。施工圖是全部施工的依據，用於進行建築安裝工程、設備安裝、管道敷設及標準和非定型設備、裝置和金屬結構的製造。
（2）施工圖設計階段的基本要求
①應根據已審定的初步設計方案進行設計和安排，在設計過程中，如有原則性的改變，需報上級機關或建設單位同意，方能進行。
②據以進行設備訂貨和各種設備材料的安排。
③據以進行化工非定型設備製造和其他設備製造、加工。
④據以進行施工準備和施工預算。
⑤據以滿足土建施工和設備、設施、儀表、電氣、管道、機械等就位及安裝工程要求。
⑥具有施工階段和安裝的全部圖紙和施工方法說明等。
（3）施工圖設計階段設計內容
施工圖設計的主要內容是根據批准的初步設計文件及主要設備情況進行詳細設計計算，繪製施工圖紙並編制有關施工說明，據以指導施工。向非工藝專業提供設計條件和提出設計要求，完善初步設計中提出的工藝流程設計、設備佈置設計，進而完成管道佈置設計和設備、管道的保溫及防腐設計等，完成施工圖設計文件。施工圖設計的詳細內容包括：圖紙目錄、施工圖設計說明、管道及儀表流程圖、設備佈置圖、設備圖、管道佈置圖、工藝設備安裝圖、設備管口方位圖、設備一覽表、工藝管道一覽表、管架表、管道安裝材料匯總表、管架安裝材料匯總表、工藝設備安裝材料匯總表、工藝設備保溫工程量表、工藝管道保溫工程量表等。
如果對初步設計的某些內容必須進行修改時，應詳細說明修改的理由和原因，但有些主要內容如生產規模、產品方案、工藝流程、主要設備、建築面積和標準、定員等，須報請原來審批初步設計的機關批准後才能據以修改。
（4）施工圖設計階段工作程序
按設計工作的程序，施工圖設計階段一般應分以下幾個步驟進行。
①根據審批初步設計會議的批复文件，即行修改和復核工藝流程和生產技術經濟指標；並將建設單位提供的設備訂貨合同副本、設備安裝圖紙和技術說明書作為施工圖設計的依據。施工圖階段的開工報告亦可參照初步設計開工報告提綱編制，但應根據具體情況進行適當刪減或補充。
……