化工概念设计论文

1第一层：确定间歇还是连续操作

选择所需要的各单元设备和连接方式；确定需要研究的过程替代方案，列出主要设计变量（如原料配比、反应时间、操作温度、压力等）；估计最佳的生产条件；确定最佳的过程方案；在流程图上标出哪些设备应间歇操作，哪些应连续；哪些生产步骤应在一台釜内进行或每一步生产均单独釜进行；为改善装置操作的时间排列，何时采用并联的间歇设备较为有利；需多少台中间贮罐，如何布置；进行工程经济考核决策，如果经济效益不好，存在潜在效益呈负值时，要寻找其他方案或终止项目。

2第二层：确定流程图输入-输出结构（原料-产品）

每一步反应进料在加料前是否需要预处理；副产物是移出还是循环；是否需要采用气体循环和放空；某些反应物是否值得回收并循环；有多少种产品产出；确定输入-输出结构的设计变量（如原料配比、反应时间、操作温度、压力等）以及与之相应的投资变化；进行工程经济考核决策，如果经济效益不好，存在潜在效益呈负值，这时要寻找另外的方案或终止项目。

3第三层：流程图的循环结构

需要多少个反应器系统，反应器系统之间是否涉及分离问题；需要多少物料循环使用；在反应器进料中是否有过量反应物；是否需要气体压缩机和制氮机，费用几何；反应器是绝热操作或用直接加热或冷却，加热或冷却采取何种介质；是否考虑改变平衡转化率，如何改变；反应器费用对经济潜力的影响多大，经济潜力=产品价值-原料费用；最后进行工程经济考核决策，如果经济效益不好，存在潜在效益呈负值，这时要寻找另外的方案或终止项目。

4第四层：分离系统的总体结构

反应器的出料有三种可能：如为液体，需考虑液体分离系统；如为两相混合物，可把化工反应器制成带有相分离功能；如全是蒸汽，需考虑蒸汽回收系统。（1）蒸汽回收系统①确定最佳位置，是在反应器出口直接接冷凝器还是经过一段冷却管路后接冷凝器。②选择最经济的蒸汽回收系统，是依次用循环水冷却—新鲜水冷却—低温水冷却；还是一步到位的直接用低温水冷却。（2）液体分离系统①如果轻组分会污染产品，应该怎样将其去除；②这些轻组分去向应是什么；③是否需要循环与反应物形成共沸物的组分，或是应分割这些共沸物；④蒸馏可以完成哪些分离；⑤采用何种形式的塔，怎样排列顺序；⑥若蒸馏不可行，应怎样完成分离；（3）进行工程经济考核决策，如经济效益不好，存在潜在效益呈负值，这时要寻找其他方案或终止项目。

5第五层：热交换器网络

以能量集成分析为出发点计算换热器网络的最低热量和冷量，热交换器网络其实就是节能设计。使反应系统以最低的加热量和冷却量，并以最低能耗和最少换热器台数来实现最佳的生产目的。其基本过程为：向高于夹点温度的过程供热；向低于夹点温度的过程移出热量；确定换热设备台数；进行工程经济考核决策，如果经济效益不好，存在潜在效益成负值，这时要寻找另外的方案或终止项目。除上述五层分层决策外，还要考虑安全环保方面的制约条件，只有这些全部满足经济考核决策要求，这个项目才是成功的项目。

6结论

成功的概念设计不但可节省大量人力物力，而且可加速新技术的开发进程，提高开发水平和实用价值，是寻找“最佳方案”的重要过程。在复杂苛刻的化工研究工作中，做好概念设计对提高研究质量大有裨益且非常重要。

作者：苗润春 裴洋 单位：沈阳化工研究院设计工程有限公司