计算机辅助化工设计案例分析

1.计算机辅助化工设计成为设计人员必须掌握的手段。 

本书简单介绍了化工设计的基本方法，系统地介绍了基于SmartPlant P&ID软件、AutoCAD软件的管道仪表流程图的绘制；基于HAZOPkit软件的工艺流程危险与可操作性分析；基于CADWorx软件的三维建模、设备布置和管道布置；基于CAESAR Ⅱ的管道设计。以应用案例的形式分析了：化工设计常用的Aspen Plus软件；管道仪表流程图绘制用的SmartPlant P&ID软件；包括CADWorx、SmartPlant 3D和PDMS在内的三维工厂软件；管道设计计算软件CAESAR Ⅱ。附图包括：工艺方案流程图和管道仪表流程图的图例及其图纸9张。本书适用于化工设计人员使用，可以作为化学工程与工艺、安全工程、过程装备与控制工程、自动化、能源与动力工程、机械工程等专业大学生、研究生参加全国大学生化工设计竞赛、课程设计和毕业设计的教材或参考书，也可以作为技术人员和社会其他读者继续教育的参考书。

刘超锋，郑州轻工业学院，副教授，从事20多年的高等学校教学工作，主讲的课程包括化工设备设计、工程热力学、过程装备维护、过程装备CAD；作为指导教师，指导学生获得全国第7届大学生过程装备实践与创新大赛三等奖。 科研：公开发表期刊论文70多篇，其中EI收录5篇；中国国家知识产权局授权刘超锋发明人的发明专利4项；完成人完成省级科技成果鉴定4项。

第1章Aspen Plus运用分析1

1.1关于Aspen Plus软件的单元操作模型1

1.2关于Aspen Plus软件的工具3

1.2.1Design Spec3

1.2.2Optimization3

1.2.3Sensitivity3

1.2.4Case Study3

1.3关于Aspen Plus软件的界面及其操作4

1.3.1基本操作过程4

1.3.2模拟文件的类型8

1.3.3设计规定工具的操作过程8

1.3.4计算器工具的操作过程9

1.3.5灵敏度分析工具的操作过程10

1.3.6优化工具的操作过程10

1.3.7工况分析工具的操作过程10

1.4关于计算方法11

1.4.1物性方法11

1.4.2收敛算法12

1.4.3过程模拟的解法12

第2章Aspen物性数据估算案例分析14

2.1关于物性数据计算15

2.2关于相平衡数据15

2.3案例分析16

第3章Aspen Plus单元操作计算案例分析22

3.1关于精馏塔22

3.2精馏塔相关案例分析26

3.3关于反应器43

3.4反应器相关案例分析46

3.5关于泵送装置47

3.6泵送装置相关案例分析48

3.7关于混合器49

3.8关于液液分相器49

3.9关于闪蒸装置50

3.10闪蒸装置相关案例分析50

3.11关于列管式换热器54

3.12列管式换热器相关案例分析55

第4章Aspen Plus流程模拟案例分析59

4.1Aspen Plus软件建立的典型流程59

4.1.1多级逆流萃取59

4.1.2萃取精馏分离甲基环己烷和甲苯60

4.1.3二氧化碳捕集60

4.1.4二氯二氢硅反歧化60

4.2案例分析61

4.3流程模拟用于估算溶解度81

4.3.1Mixer RGibbs的方法81

4.3.2Mixer Heater的方法82

第5章管道仪表流程图的绘制84

5.1设备的表示方法85

5.2管道的表示方法88

5.2.1调节阀的管道等级分界89

5.2.2安全阀的管道等级分界89

5.3阀门、管件和管道附件的表示方法90

5.4仪表控制系统及分析取样点的表示方法91

5.4.1监控仪表的图形符号92

5.4.2检测点和仪表连接线的图形符号93

5.4.3执行器的图形符号93

5.4.4仪表的功能标志94

5.4.5仪表位号的表示方法94

5.4.6仪表控制点的表示方法95

5.4.7分析取样点的表示方法95

5.5设备的标注95

5.6管道的标注96

5.7特殊管件和特殊阀门的标注98

5.8尺寸标注99

5.9基于AutoCAD的管道仪表流程图的绘制99

5.9.1图纸要求99

5.9.2绘图过程100

5.9.3图层和线型的定义101

5.9.4文字的定义102

5.9.5图形单位的设置103

5.9.6反复使用、参数值变化的图形的绘制103

5.9.7标题栏的绘制过程106

5.9.8基于VBA的流程图形、设备一览表自动生成107

第6章基于软件的化工工艺流程危险与可操作性分析110

6.1危害事件发生的可能性评价112

6.2危害及影响后果的严重性评价113

6.3风险矩阵113

6.4风险等级114

6.5分析记录表的建立过程114

6.6软件分析前的说明117

6.7项目准备119

6.8节点划分128

6.9开始分析129

6.10输出项目分析报告130

第7章过程工厂三维模型设计软件分析131

7.1关于SP 3D软件132

7.1.1与SmartPlant系列软件的数据集成132

7.1.2过滤器134

7.1.3工作空间结构浏览器135

7.1.4碰撞检查135

7.1.5模块化设计135

7.1.6关于设备模型137

7.2关于PDMS软件138

7.3关于二次开发138

第8章基于CADWorx的设备和钢结构的三维建模141

8.1运行CADWorx Equipment的方式141

8.1.1直接运行的方式141

8.1.2第二种方法是间接运行141

8.1.3两种启动方式的对比142

8.2设备三维建模的思想143

8.3泵类设备的建模143

8.4塔类设备的建模146

8.5卧式换热器的建模148

8.6基于CADWorx Plant Steel的钢结构建模151

8.6.1框架的创建151

8.6.2编辑钢结构细节153

8.6.3添加平板153

8.6.4添加底板154

8.6.5添加楼梯154

8.6.6生成栏杆154

第9章基于CADWorx Plant的装置布置156

9.1装置布置的一般要求156

9.2布置条件157

9.3塔设备的布置157

9.3.1塔设备的布置原则及要求157

9.3.2塔设备的布置158

9.4泵的布置159

9.4.1泵的布置原则及要求159

9.4.2泵的布置159

9.5分离器的布置160

9.5.1卧式容器的布置原则及要求160

9.5.2气液分离器和碘分离器的布置160

9.6换热器的布置161

9.6.1换热器的布置原则及要求161

9.6.2换热器的布置161

9.7钢结构的布置162

9.8在使用CADWorx Plant进行管道布置之前的设置164

9.8.1当前图纸设置165

9.8.2配置设置165

9.8.3等级/尺寸设置165

9.8.4管道设计规则165

9.8.5管线号的设置167

9.9离心泵的进出口附近的管件和阀门的布置过程167

9.10设备布置小结169

第10章CADWorx软件应用案例分析170

10.1关于CADWorx的组件170

10.2关于元件库和等级库170

10.3关于软件操作前的准备171

10.4关于三维建模172

10.5关于设计成果的输出173

10.6关于与CEASAR的数据库共享178

第11章PDMS软件应用案例分析179

11.1关于工程项目的建立181

11.2关于PDMS数据库的建立181

11.3关于数据结构层次与命名183

11.4关于管道布置185

11.5关于暖通空调194

11.6关于照明199

11.7关于成套装置三维设计201

11.8关于设计校核209

11.9关于设计文件的生成209

第12章SmartPlant P&ID软件应用分析211

12.1软件的模块211

12.2绘图过程214

12.3生成报表216

12.4关于SmartPlant P&ID软件的二次开发218

第13章SmartPlant 3D软件应用案例分析224

13.1关于轴线设置225

13.2关于结构设计226

13.3关于设备的创建226

13.4关于管道模型的建立230

13.5关于管道平面布置图的生成及轴测图的抽取235

13.6关于材料统计237

13.7关于电缆敷设240

13.7.1数据库导入240

13.7.2电缆批量建模241

13.7.3电缆敷设241

13.7.4电缆敷设效果242

13.8关于电缆桥架设计243

13.8.1建立桥架数据库243

13.8.2桥架设计244

13.8.3碰撞检查244

13.8.4桥架材料统计245

13.9关于二次开发插件246

13.9.1多功能搜索插件246

13.9.2命令工具集247

13.9.3自动备份工具248

第14章基于CAESAR Ⅱ软件的管道设计优化249

14.1软件的输入输出249

14.2被计算的管道251

14.3单位设置251

14.4具体运算过程257

14.5计算结果分析259

14.6输出云图263

14.7进一步的优化264

第15章CAESARⅡ软件应用案例分析266

15.1建立模型时266

15.2分析计算时267

15.3输出结果及安全评定时268

15.4关于大口径、厚壁管271

15.5关于土壤约束272

15.6关于地震载荷275

15.7关于弹簧支吊架277

15.8关于π型弯优化280

15.9关于管道柔性282

附图286

附图1化工工艺方案流程图的图例286

附图2反应工段的方案流程图288

附图3精馏及脱碘工段方案流程图290

附图4吸收工段的方案流程图292

附图5化工工艺管道仪表流程图的图例294

附图6反应工段的管道仪表流程图296

附图7精馏及脱碘工段的管道仪表流程图(1)298

附图8精馏及脱碘工段的管道仪表流程图(2)300

附图9吸收工段的管道仪表流程图302

参考文献304

 

化工流程行业具有技术领域广、流程问题复杂等的特殊性。目前，针对化工设计，借助计算机辅助的系统化手段，将化工设计内容转化为工程师语言。并且，随着化工设计要求的提高，计算机辅助化工设计成为设计人员必须掌握的手段之一。本书内容全面，以案例式编写，给出的图纸、图样的符号、代号参考有关规范，图文并茂，各章均有设计案例的软件操作，便于读者根据本书介绍的软件操作截图重复这些操作过程，直观地学习相关的知识并便于“学以致用”，解决读者多年来在多本参考书之间所面临的对化工设计领域复杂工程问题无从下手的问题，有利于提高本书的参考价值。本书介绍了化工设计的基本原则和基本方法，系统地介绍了：基于SmartPlant P&ID软件、AutoCAD软件的管道仪表流程图的绘制；基于HAZOPkit软件的工艺流程危险与可操作性分析；基于CADWorx软件的三维建模、设备布置和管道布置；基于CAESAR Ⅱ的管道设计。以应用案例的形式分析了以下软件：化工设计常用的Aspen Plus软件；管道仪表流程图绘制用的SmartPlant P&ID软件；包括CADWorx、SmartPlant 3D和PDMS在内的三维工厂软件；管道设计计算软件CAESAR Ⅱ。附图包括工艺方案流程图和管道仪表流程图的图例及其图纸9张。本书以化工设计人员为主要的读者对象，可以作为化学工程与工艺、安全工程、过程装备与控制工程、自动化、能源与动力工程、机械工程等专业大学生、研究生参加全国大学生化工设计竞赛、课程设计和毕业设计的教材或参考书，也可以作为技术人员和社会其他读者继续教育的参考书。本书由郑州轻工业学院刘超锋编著。在成书过程中，得到郑州轻工业学院相关学院领导的热情鼓励；学生陈振毅、司豪鹏、张满东、赵涌涛、常天文、杜腾飞参与本书的图文输入。此外，本书还参考了大量的文献资料。在此一并致谢！限于作者的水平，难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。编著者2017年10月