程序设计 (化工)

在化学工程中，工艺设计是为材料的所需物理和/或化学转化选择和排序单元。 程序设计 (化工) 是化学工程的核心，它可以被认为是该领域的顶峰，汇集了该领域的所有组成部分。

程序设计（化工）可以是新设施的设计，也可以是现有设施的修改或扩展。 设计从概念层面开始，最终以制造和施工计划的形式结束。

程序设计（化工）不同于设备设计，后者在精神上更接近于单元操作的设计。 流程通常包括许多单元操作。

程序设计（化工）文档用于定义设计，并确保设计组件适合在一起。 它们有助于与参与设计的其他工程师、外部监管机构、设备供应商和建筑承包商交流想法和计划。

按照详细程度递增的顺序，流程设计文档包括：

• 块流图 (BFD)：非常简单的图表，由指示主要物质或能量流的矩形和线条组成。
• 工艺流程图 (PFD)：通常是主要单元操作的更复杂的图表以及流程图。 它们通常包括物料平衡，有时还包括能量平衡，显示典型或设计流量、流组成以及流和设备压力和温度。
• 管道和仪表图 (P&ID)：显示每条管道以及管道等级（碳钢或不锈钢）和管道尺寸（直径）的图表。 他们还展示了阀门以及仪器位置和过程控制方案。
• 规范：所有主要设备项目的书面设计要求。

程序设计（化工）人员通常编写有关如何启动、操作和关闭过程的操作手册。 他们还经常制定事故计划和过程操作对环境的预测。

文件在工艺设施建造后保存，以供操作人员参考。 当计划对设施进行修改时，这些文件也很有用。

开发过程文件的主要方法是过程流程图。

在设计任何化学工艺装置时，需要考虑几个因素。 一旦定义了产品纯度、产量和吞吐率，就可以开始设计概念化和考虑。

设计可能努力包括的目标：

• 吞吐率
• 工艺产量
• 产品纯度

约束包括：

• 资本成本：构建端到端流程的预算或投资金额。
• 可用空间：用于建造工厂的土地面积。
• 安全问题：对工业事故或危险化学品的风险分析的考虑。
• 环境影响以及预计的污水和排放量
• 废物生产/回收：管理作为过程副产品产生的废物，以免危害周围环境。
• 运营和维护成本：代表工厂运营的可变成本。

设计师可能包括的其他因素包括：

• 可靠性
• 冗余
• 灵活性
• 原料的预期变化和产品的允许变化。

设计师通常不会从头开始，特别是对于复杂的项目。 通常，工程师有可用的中试工厂数据或来自全面运营设施的数据。

其他信息来源包括工艺许可方提供的专有设计标准、已发表的科学数据、实验室实验以及原料和公用事业供应商。

设计从过程综合开始——选择技术和工业单元的组合以实现目标。 当其他工程师和利益相关者在每个阶段签字时，更详细的设计会继续进行：从概念设计到详细设计。

仿真软件经常被设计工程师使用。 仿真可以识别设计中的弱点，并允许工程师选择更好的替代方案。 然而，工程师在设计流程时仍然依赖启发式方法、直觉和经验。 人类的创造力是复杂设计中的一个元素。