關(guān)于化工工藝的設(shè)計(jì)與合理路線的思考

1、<p>　　關(guān)于化工工藝的設(shè)計(jì)與合理路線的思考</p><p>　　摘要：化工工藝設(shè)計(jì)是化工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到化工企業(yè)的安全生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)。本文分別就化工工藝設(shè)計(jì)理論概述、化工工藝設(shè)計(jì)的特征以及化工工藝設(shè)計(jì)與路線選擇進(jìn)行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：化工工藝；設(shè)計(jì)；路線 </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </

2、p><p>　　一、化工工藝設(shè)計(jì)理論概述 </p><p>　　從理論上分析，化工工藝設(shè)計(jì)分為不同的類別，主要有概念設(shè)計(jì)、中試設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等。它們?cè)诨すに嚨膶?shí)踐中分別發(fā)揮著不同的作用。理論上而言，工藝流程圖是根據(jù)根據(jù)工藝計(jì)算繪制而成的，將其參數(shù)傳給設(shè)備專業(yè)，將其有關(guān)控制方面的參數(shù)傳給自控專業(yè)儀表進(jìn)行選型，進(jìn)而完成最初的設(shè)備布置圖，交由管道部門進(jìn)行管道配置，并制出管道布

3、置圖紙，這就是化工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，化工設(shè)計(jì)人員必須貫徹落實(shí)化工設(shè)計(jì)的基本原則和基本精神，尤其是在細(xì)節(jié)方面。不僅要做到符合設(shè)計(jì)的基本原則和基本精神，還要靈活運(yùn)用到實(shí)際中，不對(duì)生產(chǎn)造成影響，最終達(dá)到安全、高效的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。化工材料根據(jù)不同的危險(xiǎn)程度，共分為五級(jí)，這是由化工產(chǎn)品自身的性質(zhì)和數(shù)量所決定的，并以此危險(xiǎn)程度來確定防火間距和防爆等級(jí)等內(nèi)容。因此，化工生產(chǎn)中，安全永遠(yuǎn)是第一位。 </p><p&g

4、t;　　二、化工工藝設(shè)計(jì)與路線選擇&#160; </p><p>　　1、工藝過程開發(fā)程序 </p><p>　　化工生產(chǎn)是由預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)組成，不同加工工藝可以得到相同產(chǎn)品。這種多方案性源于科學(xué)技術(shù)，深刻地蘊(yùn)含著經(jīng)濟(jì)的盈虧、社會(huì)效益的大小與環(huán)境保護(hù)的優(yōu)劣。而開發(fā)研究就是在基礎(chǔ)應(yīng)用研究及各種科技信息的基礎(chǔ)上，開展新技術(shù)的工藝條件、技術(shù)規(guī)范、工程放大、技術(shù)經(jīng)

5、濟(jì)評(píng)價(jià)等方面的研究，以取得化工生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)、建設(shè)等所需數(shù)據(jù)與資料，為實(shí)現(xiàn)新技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用提供技術(shù)服務(wù)。開發(fā)研究的最終成果是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)?；み^程開發(fā)的步驟，并沒有固定的模式。 </p><p><b>　　2、工藝路線選擇 </b></p><p>　　2.1原料與原料路線的確定&#160; </p><p

6、>　　原料是化工產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)，原料既直接影響到產(chǎn)品的合成工藝路線，又會(huì)帶來有關(guān)原料的資源、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、供應(yīng)、價(jià)格、毒性、安全生產(chǎn)等一系列相關(guān)問題。采用不同的原料與規(guī)格直接影響到產(chǎn)物的生產(chǎn)能力、技術(shù)水平、質(zhì)量、成本、反應(yīng)條件與反應(yīng)裝置、資金的投入與回收等問題。在化工產(chǎn)品的總成本中，因?yàn)樵腺M(fèi)用所占的比例較大(國內(nèi)一般占60%-70%)，所以選擇合理的原料路線十分重要。選擇原料路線必須考慮和滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的生存和發(fā)展的需要。&

7、#160; </p><p>　　2.2工藝路線的選擇&#160; </p><p>　　2.2.1通過對(duì)科技文獻(xiàn)的調(diào)查、分析、比較，確定合理的工藝路線 </p><p>　　進(jìn)行有關(guān)產(chǎn)品工藝路線的選擇需要通過文獻(xiàn)調(diào)研來完成。聯(lián)機(jī)文獻(xiàn)檢索具有及時(shí)性和全面性的特點(diǎn)，可以大大縮短調(diào)查時(shí)間，是有效的調(diào)查手段。根據(jù)調(diào)查所得到的信息，必要時(shí)再通過實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充一些數(shù)據(jù)，進(jìn)行

8、工藝設(shè)計(jì)。通過文獻(xiàn)專利的調(diào)查可以掌握一般的技術(shù)動(dòng)向，也可以掌握現(xiàn)有的工藝技術(shù)和不久的將來可能實(shí)現(xiàn)的工藝技術(shù)。在具體的工藝設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)的實(shí)際情況，綜合分析，有所創(chuàng)新。&#160; </p><p>　　2.2.2技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理 </p><p>　　技術(shù)上可行是指項(xiàng)目建設(shè)投資后，能生產(chǎn)出產(chǎn)品，且質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)上合理

9、指生產(chǎn)的產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)效益，這樣工廠才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)有些特殊的產(chǎn)品，為了保證國家需要和人民的利益，主要考慮社會(huì)效益或環(huán)境效益，而經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較少，這種項(xiàng)目也需要建設(shè)，但其只能占工廠建設(shè)的一定比例，是工廠可以承受的，不影響工廠整個(gè)生產(chǎn)。 </p><p>　　2.2.3甲醛工藝路線的比較&#160; </p><p>　　a.采用鐵、鉬催化劑法工藝路線的甲醛裝置生產(chǎn)能力較大，甲醇轉(zhuǎn)化率

10、高于銀催化劑法，可達(dá)95%-99%。甲醇單耗低，不需蒸餾裝置，可以生產(chǎn)高濃度甲醛，甲醛成品中含醇量低，催化劑使用壽命長(zhǎng)，但是鐵、鉬催化劑法生產(chǎn)一次性投資大，電耗高。&#160; </p><p>　　b.銀催化劑法工藝簡(jiǎn)單，投資省，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。產(chǎn)品中甲醇含量少，尾氣中含氫，可以燃燒，但是甲醇的轉(zhuǎn)化率低，單耗高，催化劑壽命短，對(duì)甲醇純度要求高。甲醛成品中甲醇含量高，只能生產(chǎn)低濃度甲醛。銀催化劑法在爆炸上限操

11、作，原料混合氣中甲醇濃度較高，設(shè)備負(fù)荷大，因而建廠投資較低。但由于銀催化劑法在600℃以上高溫反應(yīng)，催化劑銀晶粒容易長(zhǎng)大，加上銀催化劑對(duì)毒物(FeS)極為敏感，因而催化劑壽命短。鐵、鉬催化劑活性高、壽命長(zhǎng)，對(duì)毒物不敏感，單耗低；產(chǎn)品甲醛濃度高，含醇低，特別適用于作樹脂、聚甲醛、脲醛及醫(yī)藥的原料。雖然鐵、銅催化劑法工藝路線一次投資大，但是可以生產(chǎn)高濃度甲醛，在制取甲醛的下游產(chǎn)品時(shí)可以直接利用，不必濃縮，免去了稀醛濃縮增加的設(shè)備及動(dòng)力消耗費(fèi)

12、用，以及對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含酵廢水的處理而花費(fèi)的各項(xiàng)費(fèi)用。就總體效益來講，直接生產(chǎn)濃甲醛比先生產(chǎn)稀甲醛然后再把稀甲醛濃縮成濃甲醛，無論從投資費(fèi)用來講還是從環(huán)境污染與治理來講都合理得多。因此，發(fā)展高濃度甲醛生產(chǎn)是我國甲醛工業(yè)發(fā)展的必由之路，也是加深甲醛下游產(chǎn)品開發(fā)的前提，通過上述的調(diào)查與分析后再進(jìn)行工藝路線的選擇就很容易了。&#160; </p><p>　　2.2.4環(huán)境保護(hù) </p>&l

13、t;p>　　環(huán)境保護(hù)是建設(shè)化工必須重點(diǎn)審查的一項(xiàng)內(nèi)容。我國目前對(duì)環(huán)境保護(hù)十分重視，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防讓新建的化工廠對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，給國家和人民造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，并影響人民的身體健康，為此對(duì)“三廢”污染嚴(yán)重的工藝路線應(yīng)避免采用。工廠排放物必須達(dá)到國家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)境保護(hù)的規(guī)定。&#160; </p><p>　　2.2.5安全生產(chǎn) </p><p>　　安全生產(chǎn)是化工廠生

14、產(chǎn)管理的重要內(nèi)容。化學(xué)工業(yè)是一個(gè)易發(fā)生火災(zāi)和爆炸的行業(yè)，因此從設(shè)備上、技術(shù)上、管理上應(yīng)對(duì)安全予以保證，嚴(yán)格制定規(guī)章制度、對(duì)工作人員進(jìn)行安全培訓(xùn)是安全生產(chǎn)的重要措施。同樣，對(duì)有毒化工產(chǎn)品或化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒氣體、液體或固體，應(yīng)采用相應(yīng)的措施避免外泄，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。&#160; </p><p>　　三、化工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題&#160; </p><p>　　1、管

15、道設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定&#160; </p><p>　　1.1 管道設(shè)計(jì)壓力的原則&#160; </p><p>　　工作條件下管道溫度組合中最苛刻條件下的壓力和管系中可能碰見的工作壓力，就是管道設(shè)計(jì)壓力。該壓力的設(shè)計(jì)原則是:&#160; </p><p>　　（1）管道設(shè)計(jì)壓力不低于最大工作壓力。&#160; </p&g

16、t;<p>　　（2）裝有安全泄放裝置的管道其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全泄放裝置的開啟壓力（或爆破壓力）。&#160; </p><p>　?。?）所有與設(shè)備相連接的管道，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于所連接設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。&#160; </p><p>　?。?）輸送制冷劑、液化氣等沸點(diǎn)低的介質(zhì)的管道，應(yīng)按閥關(guān)閉或介質(zhì)不流動(dòng)時(shí)介質(zhì)可能達(dá)到的最大飽和蒸汽壓力作為設(shè)計(jì)壓力。&am

17、p;#160; </p><p>　?。?）離心泵出口管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于泵的關(guān)閉壓力。&#160; </p><p>　?。?）往復(fù)泵出口管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于泵出口安全泄放裝置的設(shè)定壓力。 </p><p>　?。?）壓縮機(jī)排出管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于安全泄放裝置的設(shè)定壓力和壓縮機(jī)出口至安全泄放裝置之間最大流量下的壓降之和。&#160; <

18、/p><p>　?。?）裝有安全控制裝置的真空管道設(shè)計(jì)壓力取最大壓差的1.25 倍或0.1MPa 的較小值，并按外壓條件進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于沒有安全控制裝置的真空管道，設(shè)計(jì)壓力取0.1MPa。&#160; </p><p>　　1.2管道設(shè)計(jì)溫度的原則&#160; </p><p>　　工作條件下，管道材料在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下可能到達(dá)的溫度，就是管道設(shè)計(jì)溫度。在正

19、常操作溫度下，加上一定裕量就是工藝專業(yè)確定設(shè)計(jì)溫度的確定方法，以下是裕量的取值原則。&#160; </p><p>　?。?）流體正常操作溫度≤ 300℃時(shí)，裕量不小于30℃。&#160; </p><p>　?。?）流體正常操作溫度>300℃時(shí)，裕量不小于15℃。&#160; </p><p>　?。?）流體溫度低于0℃時(shí)，設(shè)計(jì)溫度等

20、于流體最低溫度。&#160; </p><p>　?。?）室外管道應(yīng)按當(dāng)?shù)囟窘^對(duì)最低氣溫。&#160; </p><p>　　1.3管道材料的選擇&#160; </p><p>　　管道材料選擇要求設(shè)計(jì)人員必須靈活運(yùn)用工程學(xué)、材料學(xué)、腐蝕學(xué)等方面的知識(shí)定性定量綜合判斷。管道材料選擇通常根據(jù)介質(zhì)的特性（腐蝕性、毒性、燃燒性等）和操作條件（溫度

21、、壓力等），按照既適用又經(jīng)濟(jì)的原則來考慮。&#160; </p><p>　　常用材料有鑄鐵（灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）、普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼、高合金鋼、特種合金鋼等。&#160; </p><p>　　2、阻火器的設(shè)計(jì)&#160; </p><p>　　2.1常見的阻火器種類&#160; </p><

22、;p>　　安全防備流體通過時(shí)火焰蔓延和傳播的設(shè)備，就是阻火器。阻火器在化工工藝設(shè)計(jì)中可以按照使用途徑進(jìn)行分類，主要分為阻爆型和阻爆燃型阻火器。按照使用場(chǎng)所進(jìn)行分類，主要分為管道阻火器和防空阻火器。按照結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，主要可以分為波紋型、液封型、版型、充填型、金屬網(wǎng)型阻火器。&#160; </p><p>　　2.2 化工工藝設(shè)計(jì)中的阻火器設(shè)置&#160; </p><p&g

23、t;　　輸送的混合氣體如果具體爆轟或者爆燃性、氣體具有自行分解導(dǎo)致爆炸引起火焰蔓延、連接明火設(shè)備減壓后的管道，都必須在指定位置安裝阻火器。&#160; </p><p>　　2.3化工工藝設(shè)計(jì)中的阻火器選用原則&#160; </p><p>　　化工工藝設(shè)計(jì)中的阻火器選擇，要根據(jù)使用場(chǎng)所決定選擇管道阻火器還是防空阻火器； 根據(jù)潛在點(diǎn)火源的方向和設(shè)置位置，決定使用單向阻火器還

24、是雙向阻火器；根據(jù)蒸汽的爆炸分級(jí)MESG或工藝氣體，確定選擇阻火元件的允許間隙要小于蒸汽的MESG值或工藝氣體的M ESG值；要根據(jù)阻火器入口的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗x擇阻轟還是爆燃阻火器。&#160; </p><p>　　3、安全閥的設(shè)計(jì)&#160; </p><p>　　3.1安全閥的分類&#160; </p><p>　　誘導(dǎo)閥或彈簧作用控制的

25、閥門，就是化工工藝設(shè)計(jì)中的安全閥?；すに囋O(shè)計(jì)中的安全閥按照安全閥的國標(biāo)分類，可以分為帶動(dòng)力輔助裝置式、直接荷載式、先導(dǎo)式、帶補(bǔ)充再和式。按照閥片開啟高度可以分為微啟式和全啟式。按照結(jié)構(gòu)可以分為帶散熱片和不帶散熱片、帶扳手和不帶扳手、平衡和不平衡、封閉和不封閉彈簧式安全閥。按照平和內(nèi)壓方式不同還可以分為，先導(dǎo)式、彈簧式、杠桿式安全閥。&#160; </p><p>　　3.2 安全泄放裝置（安全閥、爆破片

26、裝置）設(shè)置場(chǎng)所&#160; </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)壓力小于外部壓力源的壓力，出口可能被關(guān)斷或堵塞的設(shè)備和管道系統(tǒng)；&#160; </p><p>　?。?）出口可能被關(guān)斷的容積式泵和壓縮機(jī)的出口管道；&#160; </p><p>　　（3）因冷卻水或回流中斷，或再沸器輸入熱量過多而引起超壓的蒸餾塔頂?shù)臍庀喙艿溃?amp;#160;

27、 </p><p>　　（4）因不凝氣體積聚產(chǎn)生超壓的設(shè)備和管道系統(tǒng)；&#160; </p><p>　?。?）加熱爐出口管道中切斷閥或調(diào)節(jié)閥的上游管道；&#160; </p><p>　?。?）因兩端切斷閥關(guān)閉，受環(huán)境溫度、陽光照射或伴熱影響面產(chǎn)生熱膨脹或汽化的管道系統(tǒng)；&#160; </p><p>　　（7）放熱

28、反應(yīng)可能失控的反應(yīng)器出口處切斷閥上游的管道系統(tǒng)；&#160; </p><p>　?。?）凝汽式汽輪機(jī)的蒸汽管道出口；&#160; </p><p>　?。?）蒸汽發(fā)生器等產(chǎn)汽設(shè)備的出口管道；&#160; </p><p>　　（10）低沸點(diǎn)液體（液化氣等）容器的出口管。&#160; </p><p>　　3.

29、3 安全閥壓力的設(shè)定&#160; </p><p>　　化工工藝設(shè)計(jì)中，當(dāng)只安裝一個(gè)安全閥時(shí)，安全閥壓力要在小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的前提下，不大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的20kPa和10%中的較大者；當(dāng)安裝多個(gè)安全閥時(shí)，必須保證有一個(gè)安全閥壓力不大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，其余安全閥設(shè)計(jì)壓力小于系統(tǒng)壓力的5%，統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的，且安全閥最大泄放壓力均應(yīng)不大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的30kPa或12% 中的較大者。為防止火災(zāi)事故發(fā)生而安裝的安全泄

30、放裝置，且最大泄放壓力應(yīng)不大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的16%。&#160; </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　化工工藝設(shè)計(jì)是化工設(shè)計(jì)的核心，在整個(gè)設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用。我們必須了解化工工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，充分考慮化工工藝設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題，重視安全危險(xiǎn)問題和設(shè)備安裝設(shè)計(jì)問題，保證化工工藝設(shè)計(jì)的安全性，保證化工工藝設(shè)計(jì)的完善性，從而更好地