化工過(guò)程工程開(kāi)發(fā)

堵祖蔭

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)和化工工藝流程設(shè)計(jì)系列講座（二）

化工過(guò)程工程開(kāi)發(fā)

堵祖蔭

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

編者按應(yīng)讀者需求，本刊將開(kāi)辟工程技術(shù)系列講座。首次講座為化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)和化工工藝流程設(shè)計(jì)系列，作者長(zhǎng)期從事石油化工的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)踐，對(duì)乙烯工藝、化工熱力學(xué)、化工流程模擬、化工裝置能耗計(jì)算等有深厚的造詣，是乙烯、輕烴生產(chǎn)領(lǐng)域設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)的資深專家。系列講座敘述了化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的基本程序：機(jī)會(huì)研究、小試、概念設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)、中間試驗(yàn)、工藝設(shè)計(jì)包各階段的目的、任務(wù)和內(nèi)容，化工工藝開(kāi)發(fā)放大和化工工藝流程設(shè)計(jì)。文章強(qiáng)調(diào)各開(kāi)發(fā)程序的評(píng)估工作是保證化工技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程沿著正確、健康方向以完成工業(yè)化進(jìn)程的重要環(huán)節(jié)，特別是概念設(shè)計(jì)，是從工程設(shè)計(jì)的視角對(duì)小試進(jìn)行評(píng)估，是指導(dǎo)中試設(shè)計(jì)的重要文件，也是工程公司和研究單位重要的合作和溝通平臺(tái)。該文具有廣泛的可讀性，也請(qǐng)各位同行討論并提出意見(jiàn)和建議。本系列預(yù)設(shè)四講，本篇為第二講。

敘述了化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程研究（工程開(kāi)發(fā)）程序的要求和內(nèi)客。介紹了化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合評(píng)價(jià)和概念設(shè)計(jì)，并對(duì)工程公司在化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)中的地位和作用進(jìn)行了評(píng)述。

化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)；基本程序；工程開(kāi)發(fā)；概念設(shè)計(jì)；中試裝置；工藝設(shè)計(jì)包

1 工程開(kāi)發(fā)（過(guò)程研究）

1.1 工程開(kāi)發(fā)研究的意義和內(nèi)容

（1）盡可能建立一套完整流程的中試裝置

要建設(shè)一個(gè)工業(yè)化的裝置，尤其是大型裝置，僅僅有工藝開(kāi)發(fā)試驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)工藝開(kāi)發(fā)試驗(yàn)是間歇操作的，反應(yīng)器的類型和材質(zhì)也受到限制，全部工藝流程各環(huán)節(jié)使用時(shí)單元過(guò)程有的還不能工業(yè)化，有的數(shù)據(jù)尚不完整，對(duì)于物料循環(huán)使用和回收利用、溶劑的回收、催化劑再生、三廢收集和治理均還沒(méi)有研究，流程和設(shè)備的中長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)也沒(méi)有經(jīng)過(guò)考驗(yàn)，因此要盡可能建立一套完整流程的中試裝置進(jìn)行中間試驗(yàn)，并使中試裝置達(dá)到工業(yè)化水平，以得到可靠數(shù)據(jù)。

（2）關(guān)鍵設(shè)備的放大研究

對(duì)于某些反應(yīng)裝置、傳遞裝置，在有必要時(shí)，可單獨(dú)進(jìn)行放大研究，以取得可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)，使工藝流程先進(jìn)、合理。因此要進(jìn)行放大試驗(yàn)，這種試驗(yàn)我們稱為模型試驗(yàn)。

按前所述，過(guò)程開(kāi)發(fā)研究包括模型試驗(yàn)和中間試驗(yàn)。

1.2 模型試驗(yàn)

模型試驗(yàn)一般都是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的某些重要過(guò)程，特別是反應(yīng)過(guò)程要做放大的工業(yè)模型試驗(yàn)，在模型試驗(yàn)中進(jìn)行綜合性試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容有：考察化工過(guò)程運(yùn)行的最佳條件；考察設(shè)備由傳熱、傳質(zhì)、物料流動(dòng)與混合等工程因素；對(duì)化工過(guò)程的影響，觀察設(shè)備放大后的放大效應(yīng)；尋找產(chǎn)生放大效應(yīng)的原因；測(cè)定放大所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及判據(jù)等。

模型試驗(yàn)分冷模試驗(yàn)和熱模試驗(yàn)兩種。根據(jù)過(guò)程開(kāi)發(fā)實(shí)際需要對(duì)局部過(guò)程或某些設(shè)備確定必要的熱模和（或）冷模試驗(yàn)。

熱模試驗(yàn)是用實(shí)際生產(chǎn)物料并按實(shí)際操作條件進(jìn)行試驗(yàn)，屬于綜合性試驗(yàn)考察。

冷模試驗(yàn)只研究過(guò)程的物理規(guī)律、不研究化學(xué)反應(yīng)，它可以采用物理性質(zhì)與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)物料相近的惰性物質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，它以模型和原型相似為基礎(chǔ)，運(yùn)用相似原理來(lái)考察設(shè)備內(nèi)物料流動(dòng)和混合，以及傳熱和傳質(zhì)等物理過(guò)程，尋找產(chǎn)生放大效應(yīng)的原因和克制的方法，為過(guò)程放大和建立數(shù)學(xué)模型提供依據(jù)。

模型試驗(yàn)規(guī)模為千克級(jí)單位。

1.3 中間試驗(yàn)（中試）

（1）中試是中間試驗(yàn)的簡(jiǎn)稱，所謂中間試驗(yàn)是介于小試和工業(yè)生產(chǎn)之間的試驗(yàn)。當(dāng)某些開(kāi)發(fā)項(xiàng)目不能采用數(shù)學(xué)模型法放大，或其中有若干研究課題無(wú)法在小試中進(jìn)行，一定要通過(guò)相應(yīng)規(guī)模的裝置才能取得數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)時(shí)需進(jìn)行中試。

中試是在小試完成并通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后，在概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的放大試驗(yàn)工作。其規(guī)模介于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和工業(yè)裝置規(guī)模之間，但具體規(guī)模沒(méi)有明確規(guī)定。對(duì)于精細(xì)化工產(chǎn)品，中試資料按千克級(jí)可滿足需求，而對(duì)許多基本化工產(chǎn)品擴(kuò)試研究所建中試工廠規(guī)模都相當(dāng)可觀，甚至達(dá)到年產(chǎn)數(shù)千噸生產(chǎn)能力。

（2）中試工作必須按工業(yè)化條件進(jìn)行，其主要任務(wù)是：

① 建立一定規(guī)模的放大裝置，對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行全面模擬考察，明確工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)條件及操作、控制方法，并解決長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等工程問(wèn)題，其中，包括對(duì)原料和產(chǎn)品的處置方法、必要的回收循環(huán)工藝，以及對(duì)反應(yīng)器等設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的考察和選擇。

② 驗(yàn)證小試數(shù)據(jù)和規(guī)律，收集更完整、更可靠的各種數(shù)據(jù)，考察放大效應(yīng)以解決工藝放大問(wèn)題，提供編制工藝包和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的技術(shù)資料和數(shù)據(jù)。

③ 考察可達(dá)到的生產(chǎn)指標(biāo)，在可信程度較大的條件下計(jì)算各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以供對(duì)工業(yè)化裝置進(jìn)行最終評(píng)價(jià)。

④ 研究“三廢”處理、生產(chǎn)安全性等問(wèn)題。

⑤ 示范操作，培訓(xùn)技術(shù)工人，研究開(kāi)停車和事故處理方案，獲得生產(chǎn)專門(mén)技能和經(jīng)驗(yàn)。

⑥ 提供一定量產(chǎn)品（大樣），供市場(chǎng)開(kāi)發(fā)工作所需（反應(yīng)器的選型和放大以及隨之而來(lái)的反應(yīng)狀況的研究，是中試研究的基礎(chǔ)）。

⑦ 提出物料綜合利用和“三廢”治理措施。

⑧ 提出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、工藝參數(shù)、物料衡算和能量衡算的數(shù)據(jù)等。

化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中的若干問(wèn)題往往不可能都在小試階段充分暴露，只有留在中試時(shí)加以研究和解決。例如，在管式反應(yīng)器上進(jìn)行的反應(yīng)，小試因設(shè)備尺寸所限，不可能對(duì)氣流均布之類結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究，設(shè)備放大后就要認(rèn)真解決這類關(guān)鍵問(wèn)題。又如，對(duì)氣固催化反應(yīng)中催化劑的篩選工作，一般在小型固定床反應(yīng)器上進(jìn)行，中試才可能研究流化床反應(yīng)器，進(jìn)一步考察反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、散熱等一系列問(wèn)題。

對(duì)于技術(shù)復(fù)雜、利潤(rùn)率低、工業(yè)規(guī)模很大又是技術(shù)全新的化工裝置，可以在中試以后增加半工業(yè)化試驗(yàn)或工業(yè)示范裝置這一環(huán)節(jié)。

1.4 化工中試裝置工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）概述

中間試驗(yàn)是從小試過(guò)渡到工業(yè)裝置的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前在化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中，新的開(kāi)發(fā)方法──數(shù)學(xué)模型法雖已廣泛應(yīng)用，但在有些研究領(lǐng)域內(nèi)，由于反應(yīng)體系的復(fù)雜性，人們還不能達(dá)到全面掌握的程度，因此，有時(shí)還在采用逐級(jí)放大的方法。一般來(lái)說(shuō)，目前不論是哪個(gè)化工研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，不經(jīng)過(guò)中間試驗(yàn)即能獲得建造工業(yè)裝置的全部數(shù)據(jù)的情況是很少見(jiàn)的。即使對(duì)過(guò)程機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究得較為深透一些的過(guò)程，用電子計(jì)算機(jī)模擬雖有成效，但一個(gè)完整的數(shù)學(xué)模型，也要在中試裝置上反復(fù)驗(yàn)證后才能確立。

進(jìn)行中間試驗(yàn)的目的主要是為了考核與修改放大判據(jù)與數(shù)學(xué)模型；考察由小試到中試的“放大效應(yīng)”，研究一些由于各種因素沒(méi)有條件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究的課題，以及進(jìn)行新設(shè)備、新材料、新控制方案的試驗(yàn)。在實(shí)際中，由于中試裝置工業(yè)流程全、投資多、操作費(fèi)用高，因此，正確地選擇工藝方案、合理確定工藝流程，對(duì)簡(jiǎn)化工藝過(guò)程、減少投資、降低操作費(fèi)用、縮短試驗(yàn)周期有重要的意義。

中試裝置具有其自身的特殊性，正是這些特殊性使得它的工藝設(shè)計(jì)與工業(yè)裝置工藝設(shè)計(jì)有許多不同之處。因此，認(rèn)識(shí)其特點(diǎn)、抓住其要領(lǐng)是中試工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（2）中試裝置工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

中試裝置的工藝設(shè)計(jì)與工業(yè)裝置的工藝設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)程序基本相同，二者沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。所不同的是，中間試驗(yàn)是屬于化工開(kāi)發(fā)過(guò)程一個(gè)環(huán)節(jié)，這一獨(dú)特位置又賦予“中試設(shè)計(jì)”特有的含義和特點(diǎn)。

① 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源不同

從開(kāi)發(fā)過(guò)程來(lái)看，中試裝置設(shè)計(jì)是在工業(yè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)之前進(jìn)行的，即：中試設(shè)計(jì)的技術(shù)數(shù)據(jù)一般無(wú)法從生產(chǎn)裝置得到，而主要來(lái)自于小型試驗(yàn)和冷模試驗(yàn)結(jié)果及概念設(shè)計(jì)和預(yù)可行性研究報(bào)告。由此得到的數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)必須作進(jìn)一步篩選和綜合，經(jīng)過(guò)比較、分析、論證后才能得出可信度較高的中試設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)。而工業(yè)裝置工藝設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)，不僅來(lái)源可靠，而且容易得到。

② 追求的目的不同

對(duì)工業(yè)裝置設(shè)計(jì)，主要目標(biāo)是裝置生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)操作達(dá)到預(yù)定控制指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)低耗，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。中試裝置則不同，它追求的目標(biāo)并不是某些確定的生產(chǎn)控制指標(biāo)，而是為了搜尋最優(yōu)目標(biāo)變量而確定的一系列工藝和工程參數(shù)。這些參數(shù)很可能在比較大的范圍內(nèi)發(fā)生變化，故有設(shè)計(jì)參數(shù)不確定性和試驗(yàn)參數(shù)多變性的特點(diǎn)。

③ 工藝過(guò)程要求不同

工業(yè)裝置對(duì)工藝過(guò)程完整性要求較高，為了充分利用原料并得到合格工業(yè)產(chǎn)品，工藝過(guò)程的每一部分都是必不可少的。而中試設(shè)計(jì)則要根據(jù)試驗(yàn)工業(yè)的需要，可以是一個(gè)過(guò)程的全流程、或者是局部流程、甚至一個(gè)設(shè)備的設(shè)計(jì)。具體采用什么樣的流程，必須慎重考慮。另外，還要考慮裝置的通用性和可調(diào)性。

④ 自控要求不同

工業(yè)裝置設(shè)計(jì)中自控水平的要求是從整體考慮的，基本上對(duì)全系統(tǒng)都有同樣高的要求。而中試裝置只是為試驗(yàn)服務(wù)，其自控水平根據(jù)試驗(yàn)要求確定。因此，需要進(jìn)行重點(diǎn)試驗(yàn)研究的部分，要采用性能較好、精度較高的控制儀表，選用較先進(jìn)的工藝設(shè)備；對(duì)于非重點(diǎn)試驗(yàn)的部分，如只是為了回收剩余反應(yīng)物、處理副產(chǎn)物及貯存物料所需要的流程，則要盡量簡(jiǎn)化。

⑤ 設(shè)計(jì)裕量選取方法不同

工業(yè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)負(fù)荷變化范圍比較小，一般在比較穩(wěn)定的生產(chǎn)負(fù)荷下運(yùn)行，設(shè)計(jì)中所留的富裕量也是比較小的；而中試裝置則不同，如在做工藝配方試驗(yàn)時(shí)，各種物料的配比要在較大范圍內(nèi)發(fā)生變化，為此，所用機(jī)、泵、儀要與此相匹配，儀表量程、設(shè)備性能參數(shù)上下限值均要覆蓋試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整范圍。又如，在做轉(zhuǎn)化率試驗(yàn)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)化率的不同，供給或移出反應(yīng)器的熱量也不同，要求反應(yīng)器的換熱面積大小與轉(zhuǎn)化率的兩個(gè)極端值相適應(yīng)，換熱面積過(guò)大或過(guò)小都不便于操作。同時(shí)，轉(zhuǎn)化率的變化又使回收系統(tǒng)物料量發(fā)生變化，所以，回收系統(tǒng)的處理能力也應(yīng)與轉(zhuǎn)化率的范圍相適應(yīng)?？梢?jiàn)設(shè)計(jì)富裕量過(guò)小，不能滿足試驗(yàn)要求；過(guò)大，則會(huì)給操作帶來(lái)困難，還使投資增加、動(dòng)力消耗上升。所以，中試裝置設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)富裕量的選取并不是單純以生產(chǎn)能力為依據(jù)，而是主要由試驗(yàn)要求和內(nèi)容所決定。

⑥ 對(duì)關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)的要求不同

在進(jìn)行工程試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、攪拌器型式及轉(zhuǎn)速等也是主要考察和研究的對(duì)象。中試裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，不能象工業(yè)裝置那樣，做成固定不變的結(jié)構(gòu)，而要使其具有一定的靈活性、可拆可換性，以便在關(guān)鍵設(shè)備中取得比較全面的數(shù)據(jù)。比如要檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)的壓力分布、溫度分布和濃度分布時(shí)，在其內(nèi)部必須預(yù)設(shè)較多的檢測(cè)點(diǎn)和取樣點(diǎn)。又如，為了考察設(shè)備內(nèi)某一構(gòu)件對(duì)流型的影響時(shí)，就需要做成便于拆卸和組裝的構(gòu)件。以上這些都會(huì)使關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。因此，有效、合理地設(shè)置儀表檢測(cè)點(diǎn)和內(nèi)部構(gòu)件是工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)者重點(diǎn)考慮的內(nèi)容之一。

中試工藝設(shè)計(jì)與工業(yè)裝置工藝設(shè)計(jì)之間的差別，給中試設(shè)計(jì)者提出了如何使中試裝置既能最大限度地滿足試驗(yàn)研究的需要，又能節(jié)省投資、降低操作費(fèi)用的問(wèn)題。

（3）提示

綜上所述，由于中試裝置工藝設(shè)計(jì)與工業(yè)裝置工藝設(shè)計(jì)之間有著很大的差別，這些差別增加了中試裝置設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)也向工藝設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。

① 設(shè)計(jì)者必須充分認(rèn)識(shí)中試裝置設(shè)計(jì)的特殊性，并在工藝方案的確定中圍繞這些特殊性開(kāi)展工作。

② 設(shè)計(jì)者必須把滿足中間試驗(yàn)要求、求得必須的中間試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為中試工藝設(shè)計(jì)的指導(dǎo)依據(jù)。

③ 中試工藝設(shè)計(jì)是化工過(guò)程開(kāi)發(fā)工作的一部分，因此，設(shè)計(jì)人員與研究人員應(yīng)當(dāng)盡早溝通交流，密切合作，在開(kāi)發(fā)工作中應(yīng)善于應(yīng)用和借鑒各自的專業(yè)理論和工程經(jīng)驗(yàn)，以加速開(kāi)發(fā)進(jìn)度及節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

④ 由于中試裝置規(guī)模小、使用時(shí)間短，在設(shè)計(jì)中有些設(shè)計(jì)內(nèi)容常常會(huì)發(fā)生與工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)定不相符的情況。這就要求設(shè)計(jì)者根據(jù)中試裝置的特點(diǎn)，針對(duì)具體情況，采取相應(yīng)的措施，因地制宜，設(shè)計(jì)出既能滿足試驗(yàn)要求，又能滿足衛(wèi)生安全要求的中間試驗(yàn)裝置。

1.5 工藝設(shè)計(jì)包

通過(guò)中試裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)和試驗(yàn)成果驗(yàn)收，對(duì)工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行全面模擬考察，確定了工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)條件及操作、控制方法，解決長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等工程問(wèn)題，并撐握了有關(guān)工程放大規(guī)律和必要的數(shù)據(jù)后，工程公司著手裝置的工藝設(shè)計(jì)包編制工作。

化工裝置的工藝設(shè)計(jì)包是化工工藝開(kāi)發(fā)的最終文件，也是化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)可以轉(zhuǎn)讓的技術(shù)文件，是工程公司進(jìn)行基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)依據(jù)。

工藝專業(yè)是工藝包設(shè)計(jì)階段的核心和主體專業(yè)，應(yīng)編制工藝包設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)并向有關(guān)專業(yè)提出相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)條件。

工藝設(shè)計(jì)包包括化工裝置工藝設(shè)計(jì)包、工藝手冊(cè)和分析化驗(yàn)手冊(cè)，它們的主要內(nèi)容：

（1）化工裝置工藝設(shè)計(jì)包內(nèi)容

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

① 工藝說(shuō)明和工藝流程圖（PFD）

② 物料平衡（工藝總物料平衡和公用工程平衡）

③ 消耗量（原材料、催化劑、化學(xué)品消耗量和公用物料及能量消耗）

④ 界區(qū)條件表

⑤ 衛(wèi)生、安全、環(huán)保說(shuō)明（包括：裝置中危險(xiǎn)物料性質(zhì)及特殊的儲(chǔ)運(yùn)要求，主要衛(wèi)生、安全、環(huán)保要點(diǎn)說(shuō)明，安全泄放系統(tǒng)說(shuō)明和三廢排放說(shuō)明）

⑥ 分析化驗(yàn)項(xiàng)目表

⑦ 工藝管道及儀表流程圖（PID）

⑧ 建議的設(shè)備布置圖及說(shuō)明

⑨ 工藝設(shè)備表

⑩ 工藝設(shè)備（工藝設(shè)備說(shuō)明和工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表）

（2）工藝手冊(cè)

① 工藝說(shuō)明

② 正常操作程序

③ 開(kāi)車準(zhǔn)備工作程序

④ 開(kāi)車程序

⑤ 正常停車程序

⑥ 事故處理原則

⑦ 催化劑裝卸

⑧ 采樣

⑨ 工藝危險(xiǎn)因素分析及控制措施

⑩ 環(huán)境保護(hù)

（3）分析化驗(yàn)手冊(cè)

2 化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合評(píng)估和概念設(shè)計(jì)

2.1 化工過(guò)程綜合評(píng)估的基本內(nèi)容

（1）技術(shù)評(píng)價(jià)：技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性和合理性。

（2）技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)：主要是投資回報(bào)率，即利稅和投資比率。

（3）社會(huì)效益評(píng)估：它涉及國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全、國(guó)家全局、稀缺資源、戰(zhàn)備物資、環(huán)境狀況和生態(tài)平衡等。

2.2 化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程和評(píng)價(jià)

（1）化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的工作流程，見(jiàn)圖1。

（2）各個(gè)工作階段以后的評(píng)估工作，是整個(gè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，事關(guān)整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的成敗。忽視這些環(huán)節(jié)，或者在履行這些環(huán)節(jié)時(shí)，工作不到位，過(guò)于粗淺，都會(huì)延誤開(kāi)發(fā)過(guò)程的順利進(jìn)展和造成人力、物力的較大損失。

圖1 化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)工作流程Fig. 1 Work procedure of chemical technology development

2.3 概念設(shè)計(jì)

（1）概念設(shè)計(jì)的目的和要求

概念設(shè)計(jì)是化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行前期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，以確定技術(shù)路線的先進(jìn)性和可靠性。

概念設(shè)計(jì)也是評(píng)價(jià)小試的最重要手段，通過(guò)概念設(shè)計(jì)可以從工程設(shè)計(jì)和建設(shè)工廠的角度發(fā)現(xiàn)小試（工藝研究）中的不足和存在的問(wèn)題，以及對(duì)下一步的過(guò)程研究（模試和（或）中試）是否需要進(jìn)行，哪些工藝步驟是否需要放大試驗(yàn)，弄清在模試和（或）中試中應(yīng)當(dāng)解決的問(wèn)題及應(yīng)當(dāng)弄清的相關(guān)數(shù)據(jù)，并知道必要時(shí)需要小試過(guò)程補(bǔ)充那些數(shù)據(jù)。因此對(duì)工藝研究和試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義。

（2）概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容

概念設(shè)計(jì)是根據(jù)小型試驗(yàn)得到工藝參數(shù)，工藝條件和工藝操作數(shù)據(jù)，利用已有的工程技術(shù)知識(shí)，單元操作和工藝流程模擬能力以及擁有的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和做出的部分假設(shè)，編制出概念中生產(chǎn)廠的工藝流程技術(shù)方案。什么叫概念中生產(chǎn)廠？就是從理論出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有小試數(shù)據(jù)，對(duì)一些未知的工程實(shí)際情況和外在因素作某些假設(shè)的情況下設(shè)想的一定規(guī)模化工廠。對(duì)這種概念工廠要畫(huà)出工藝流程圖并進(jìn)行初步的物料衡算和熱量衡算，確定原材料、規(guī)格、產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)草案，確定關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，列出主要設(shè)備的清單，確定主要控制方案，要對(duì)三廢治理提出初步建議，并對(duì)安全操作和衛(wèi)生要求做出初步規(guī)范，并完成投資及成本估算和初步的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

（3）概念設(shè)計(jì)是保證過(guò)程開(kāi)發(fā)（模試和（或）中試）的試驗(yàn)結(jié)果和獲得的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)滿足編制工藝設(shè)計(jì)包文件要求的重要環(huán)節(jié)，也是保證過(guò)程開(kāi)發(fā)工程化的必要條件。概念設(shè)計(jì)是對(duì)基礎(chǔ)研究（小試）的總結(jié)和鑒定，概念設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與研究的早期結(jié)合，可為化工過(guò)程開(kāi)發(fā)提供準(zhǔn)確信息，形成正確的設(shè)計(jì)思想，由于概念設(shè)計(jì)保證了基礎(chǔ)研究的完整性，可以防止因中試失誤而造成的開(kāi)發(fā)過(guò)程延誤和投資損失。因此開(kāi)展概念設(shè)計(jì)可以避免中試失誤、縮短開(kāi)發(fā)周期，提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量和技術(shù)開(kāi)發(fā)的成功率。因此，概念設(shè)計(jì)一般宜由工程公司具有工廠和裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員承擔(dān)。而對(duì)于規(guī)模小投資回報(bào)率高如精細(xì)化工項(xiàng)目，在無(wú)重大工藝開(kāi)發(fā)放大和工程化課題的情況下，也可由研究開(kāi)發(fā)單位內(nèi)部完成概念設(shè)計(jì)程序。

3 工程公司在化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中的地位作用

從“化工過(guò)程工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)”（圖1）典型化工過(guò)程開(kāi)發(fā)基本程序和化工企業(yè)建設(shè)項(xiàng)目各主要階段關(guān)系表看出。工程公司不但是化工過(guò)程工程開(kāi)發(fā)的執(zhí)行、實(shí)施單位，而且是化工過(guò)程技術(shù)開(kāi)發(fā)單位的執(zhí)行或合作單位。

工程公司一般沒(méi)有試驗(yàn)室和試驗(yàn)裝備，對(duì)化學(xué)反應(yīng)不可能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)研究和過(guò)程研究，但對(duì)分離、提純過(guò)程（一般不包括化學(xué)反應(yīng)），在取得可靠的相平衡數(shù)據(jù)以后，憑籍成熟的分離過(guò)程理論和化工過(guò)程模擬以及計(jì)算機(jī)流體力學(xué)（CFD）的運(yùn)用和長(zhǎng)期積累的工程經(jīng)驗(yàn)、資源，就可能用數(shù)學(xué)模擬法直接放大到工業(yè)裝置。

因此，在一般情況下，一個(gè)新的化工裝置的開(kāi)發(fā)，可以由研究開(kāi)發(fā)單位和工程公司合作完成，即研究開(kāi)發(fā)單位負(fù)責(zé)反應(yīng)過(guò)程的基礎(chǔ)研究和過(guò)程研究，由工程公司負(fù)責(zé)分離、提純過(guò)程的基礎(chǔ)研究和過(guò)程研究，并共同完成工藝設(shè)計(jì)包。

當(dāng)然，工程公司在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可以采用更深的介入方式，即科研單位在完成基礎(chǔ)研究（小試）以后，由工程公司完成概念設(shè)計(jì)，對(duì)小試的完善化和優(yōu)化中試技術(shù)方案，并進(jìn)行中試裝置工程設(shè)計(jì)，最終和研究開(kāi)發(fā)單位共同完成反應(yīng)部分工藝設(shè)計(jì)包的編制。

工程公司作為化工過(guò)程工程開(kāi)發(fā)的執(zhí)行、實(shí)施單位，通過(guò)概念設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)與研究、工藝與工程上的早期結(jié)合，使化工過(guò)程開(kāi)發(fā)每一步都把實(shí)現(xiàn)工業(yè)化作為主要目標(biāo)。

更為詳盡的探討可查閱相關(guān)文獻(xiàn)[1]～[6]。

[1]吳德榮. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè). 上冊(cè)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[2]黃英，王艷麗. 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3]陳聲宗，等. 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]韓東冰，王文華，趙旗. 化工開(kāi)發(fā)與工程設(shè)計(jì)概論[M]，北京：中國(guó)石化出版社，2010.

[5]白幸民，化工中試裝置工藝設(shè)計(jì)方案的確定[J]. 蘭化科技，1997.3.

[6]SHSG-052—2003. 石油化工裝置工藝設(shè)計(jì)包內(nèi)容規(guī)定[S].

Engineering Development of Chemical Technology Industrialization

Du Zuyin
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

In this article, the requirements and content of engineering development in chemical technology industrialization (process study) were described. The conceptual design and comprehensive appraisal for the development of chemical process technologies were introduced, and status and effect of engineering company in chemical technology development were discussed.

development of chemical process technology;conceptual design;model experiment; pilot plant; process design package

TQ 021

：A

：2095-817X（2017）02-0001-006

2016-02-14

堵祖蔭（1937—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事石油化工規(guī)劃、設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。