工藝流程設計

1、第二章 工藝流程設計,本章主要內(nèi)容：　一、生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇　二、工藝流程設計　三、工藝流程圖（簡） 四、典型設備的自控方案,本章需要掌握的內(nèi)容：,工藝流程選擇的原則 工藝流程選擇的步驟 工藝流程設計的任務 工藝流程設計方法,第二章 工藝流程設計,工藝流程設計是化工設計中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進入到產(chǎn)品輸出的過程，其中包括物料和能量的變化，物料的流向以及生產(chǎn)

2、中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設備儀表。工藝流程圖集中地概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。本章主要介紹生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇，工藝流程設計，工藝流程圖，典型設備的自控方案四個內(nèi)容。,第一節(jié) 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇,生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可以采用不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)路線而制得；即使采用同一原料，也可采用不同生產(chǎn)路線；同一生產(chǎn)路線中也可以采用不同的工藝流程。 選擇生產(chǎn)路線也就是選擇生產(chǎn)方法，這一步是決定設計質(zhì)量的關(guān)鍵。 本節(jié)主要介

3、紹已有生產(chǎn)路線的工藝流程設計。,一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則,1. 先進性,在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時，應該著重考慮以下三項原則：,先進性主要指技術(shù)上的先進程度和經(jīng)濟上的合理可行。 技術(shù) 利潤 先進性的評價包括基建投資、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動生產(chǎn)率等方面的內(nèi)容。 應選擇物料損耗小、循環(huán)量少、易于回收利用，能量消耗少和利于環(huán)保的生產(chǎn)方法。,,2. 可靠性,可靠性是指所

4、選擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠。 ★不允許把未來的生產(chǎn)工廠當作試驗工廠來進行設計！ 另外，要考慮原料供給的可靠性，必須保證在其服務期限內(nèi)有足夠的、穩(wěn)定的原料來源。,3. 合理性（是否符號國情）,中國是一個發(fā)展中國家。在進行工廠設計時，不能單純從技術(shù)、經(jīng)濟觀點考慮問題，應從中國的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。如：國家資源的合理利用、建廠地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃、“三廢”處理是否可行。 (1) 中國人民的消費水平及各種化

5、工產(chǎn)品的消費趨勢。 (2) 中國化工機械設備及電器儀表的制造能力。 (3) 中國化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設備用金屬材料的供應情況。 (4) 中國環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。 (5) 勞動就業(yè)與化工生產(chǎn)自動化水平的關(guān)系。 (6) 資金籌措和外幣儲備情況。 上述三項原則必須在技術(shù)路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。 經(jīng)過全面分析、反復對比后選出優(yōu)點較多、符合國情、切實可行的技

6、術(shù)路線和工藝流程。,“技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理”,二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟,1. 搜集資料、調(diào)查研究,確定生產(chǎn)方法，選擇工藝流程一般要經(jīng)過三個階段：,是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的準備階段。 有計劃、有目的地搜集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料及各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動向等技術(shù)經(jīng)濟資料。 掌握國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術(shù)信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。,2. 落實設備,對各

7、種生產(chǎn)方法中所用的設備，分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進口的及國內(nèi)需重新設計制造的三種類型，并對設計制造單位的技術(shù)力量、加工條件、材料供應及設計、制造的進度加以了解。,3. 全面對比,對調(diào)研結(jié)果進行全面分析對比，主要包括以下內(nèi)容：① 各種技術(shù)路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢；② 產(chǎn)品的質(zhì)量指標及產(chǎn)品規(guī)格情況；③ 生產(chǎn)能力和工藝技術(shù)條件情況；④ 原材料、能量消耗情況；⑤ 建設費用及產(chǎn)品成本情況；⑥ “三廢”的產(chǎn)生及治理情況；⑦

8、 其他特殊情況。,產(chǎn)品規(guī)格是指對產(chǎn)品特定形式的描述。指介紹產(chǎn)品的成份、性能、品牌、產(chǎn)地、型號等產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 化學試劑的純度較高，根據(jù)純度及雜質(zhì)含量的多少，可將其分為以下幾個等級。（1）優(yōu)級純試劑 亦稱保證試劑，為一級品，純度高，雜質(zhì)極少，主要用于精密分析和科學研究，常以GR表示。（2）分析純試劑 亦稱分析試劑，為二級品，純度略低于優(yōu)級純，雜質(zhì)含量略高于優(yōu)級純，適用于重要分析和一般性研究工作，常以AR表示。（3）化

9、學純試劑 為三級品，純度較分析純差，但高于實驗試劑，適用于工廠、學校一般性的分析工作，常以CP表示。（4）實驗試劑 為四級品，純度比化學純差，但比工業(yè)品純度高，主要用于一般化學實驗，不能用于分析工作，常以 LR表示。 此外還有：醫(yī)藥級（MG）、基準級（PT）、食品添加劑 （FA）、特定級（SG）、生物染色試劑（BS）、生物試劑（BR）、指示劑（IND）、超純（EP ）,物理或化學特征的規(guī)格說明 　　物理或化學特征的規(guī)格設

10、定，是指對產(chǎn)品的性質(zhì)描述，且這些性質(zhì)描述通常就是要檢測的項目，檢測成本較低。 　　以甘油（化學名稱：丙三醇）為例： 外部性質(zhì) 詳細描述 色度（APHA） ≤10 甘油含量% ≥98.5 密度（ρ20）g/ml ≥1.2572 硫酸化灰分% ≤0.01 酸度或堿度 ≤0.064 皂化當量 ≤0.64 氯化物（以Cl計）% ≤0.001,第二節(jié) 工藝流程設計,當生產(chǎn)工藝路線選定之后，即可進行流程設計。它和車間布

11、置設計是決定整個車間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起著決定性的作用。 工藝流程設計是工藝設計的核心，只有在工藝流程確定后，其它各項工作才能陸續(xù)展開。 本節(jié)主要介紹工藝流程設計的任務和方法。,一、工藝流程設計的任務,1. 確定生產(chǎn)流程中各個生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式。,包括兩方面：,2. 繪制工藝流程圖。,設計步驟：,① 確定整個流程的組成；② 確定每個過程或工序的組成；③ 確

12、定工藝操作條件；④ 控制方案的確定；⑤ 合理利用原料及能量；⑥ 制定三廢的治理方法；⑦ 制定安全生產(chǎn)措施。,二、工藝流程設計的方法,首先要看所選定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運行過的成熟工藝，還是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進或局部采用新技術(shù)新工藝的問題。后者需針對新技術(shù)開發(fā)進行概念設計。,工藝流程可分為四大部分：,1. 反應過程,反應器 操作方式（連續(xù)、間歇） 能量供給、移出方式 催化反應,2. 原

13、料預處理,預熱（冷） 汽化 干燥 粉碎篩分,提純精制 混合 配制 壓縮等,在主反應裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應特點，必然對原料提出要求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等 。,是工藝流程設計的核心。根據(jù)反應過程的特點、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來決定：,3. 產(chǎn)物后處理,產(chǎn)物處理（分離凈化）（往往是整個工藝過程中最復雜、最關(guān)鍵的部分）產(chǎn)品處理（作為下一工序原料、篩選、包裝、灌裝、計量、貯存、輸送等 ）未反應物循環(huán)利用（

14、返回反應過程或加工成副產(chǎn)物）副產(chǎn)物處理（設計制備、包裝、貯運等）,4. 三廢處理,三廢：廢氣、廢液、廢渣 所含有害物質(zhì)在排放前應該達到排放標準；盡量綜合利用，變廢為寶；污染問題不解決，不允許投產(chǎn)。 相關(guān)政策法規(guī),其他相關(guān)措施及設計：,確定公用工程的配套措施確定操作條件和控制方案 一個完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投產(chǎn)后的操作條件確定下來，這也是設計要求。這些條件包括整個流程中各個單元設備的物料流量（投料量）、組

15、成、溫度、壓力等，并且提出控制方案（與儀表控制專業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來制定切實可靠的安全生產(chǎn)措施保溫、防腐的設計,方案比較法,前提：保持原始信息不變。即過程的操作參數(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設計者是不能變更的。判據(jù)：產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、工程投資等。此外，也要考慮環(huán)保、安全、占地面積等因素。,第三節(jié) 工藝流程圖（簡）,工藝流程圖是把各個生產(chǎn)單元按照一定的目的要求有機地組合在一

16、起，形成一個完整的生產(chǎn)工藝過程，并用圖形描繪出來。 方案流程圖（工藝流程草圖、流程示意圖） 物料流程圖（PFD） 帶控制點工藝流程圖（管道及儀表流程圖、施工流程圖） 帶控制點的工藝流程圖一般分為初步設計階段的帶控制點工藝流程圖和施工設計階段帶控制點的工藝流程圖，而施工設計階段帶控制點的工藝流程圖也稱管道及儀表流程圖(PI圖)。 一般在基礎(chǔ)工程設計階段應繪制A版PI圖（初版）、B版PI圖（內(nèi)審版）、 C版PI圖（用戶版）及D版P

17、I圖（確認版）；在詳細工程設計階段應繪制E版PI圖（詳1版）、F版PI圖（詳2版）、 G版PI圖（施工版）。,第五節(jié) 典型設備的自控方案,現(xiàn)代化學工業(yè)的特點之一是自動化程度較高。 本節(jié)介紹常用的化工典型設備（泵、壓縮機、換熱器、反應釜）的自控流程。,一、泵類的自控方案,1. 離心泵,2. 容積式泵,往復泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等。 當流量減小時容積式泵的壓力急劇上升，因此不能在容積式泵的出口管道上直接安裝節(jié)流裝置來

18、調(diào)節(jié)流量，通常采用旁路調(diào)節(jié)或改變轉(zhuǎn)速、改變沖程大小來調(diào)節(jié)流量。,旁路調(diào)節(jié),二、壓縮機的自控方案,,,控制閥前后壓差太大，功率損耗大！,三、換熱器的自控方案,1. 載熱體流量控制方案,（一） 無相變時換熱器的自控方案,2. 被控物料流量控制方案,1. 加熱器的溫度控制方案,（二） 有相變時換熱器控制方案,（1）蒸汽流量直接控制方案,（2） 換熱器有效換熱面積控制方案,2. 冷卻器的溫度控制方案,以液氨為冷卻劑為例：,四、反應器的自控方案,