工藝流程設(shè)計(jì)

1、第二章 工藝流程設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)　三、工藝流程圖（簡(jiǎn)） 四、典型設(shè)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(shè)計(jì)的任務(wù) 工藝流程設(shè)計(jì)方法,第二章 工藝流程設(shè)計(jì),工藝流程設(shè)計(jì)是化工設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過(guò)工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進(jìn)入到產(chǎn)品輸出的過(guò)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(guò)程和使用的設(shè)備儀表。工藝流程圖集中地概括了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(shè)計(jì)，工藝流程圖，典型設(shè)備的自控方案四個(gè)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(guò)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。,一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則,1. 先進(jìn)性,在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)，應(yīng)該著重考慮以下三項(xiàng)原則：,先進(jìn)性主要指技術(shù)上的先進(jìn)程度和經(jīng)濟(jì)上的合理可行。 技術(shù) 利潤(rùn) 先進(jìn)性的評(píng)價(jià)包括基建投資、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面的內(nèi)容。 應(yīng)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(lái)的生產(chǎn)工廠當(dāng)作試驗(yàn)工廠來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)！ 另外，要考慮原料供給的可靠性，必須保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠的、穩(wěn)定的原料來(lái)源。,3. 合理性（是否符號(hào)國(guó)情）,中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家。在進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)時(shí)，不能單純從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮問(wèn)題，應(yīng)從中國(guó)的具體情況出發(fā)考慮各種具體問(wèn)題。如：國(guó)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(guó)人民的消費(fèi)水平及各種化

5、工產(chǎn)品的消費(fèi)趨勢(shì)。 (2) 中國(guó)化工機(jī)械設(shè)備及電器儀表的制造能力。 (3) 中國(guó)化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設(shè)備用金屬材料的供應(yīng)情況。 (4) 中國(guó)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。 (5) 勞動(dòng)就業(yè)與化工生產(chǎn)自動(dòng)化水平的關(guān)系。 (6) 資金籌措和外幣儲(chǔ)備情況。 上述三項(xiàng)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(guò)全面分析、反復(fù)對(duì)比后選出優(yōu)點(diǎn)較多、符合國(guó)情、切實(shí)可行的技

6、術(shù)路線和工藝流程。,“技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)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(guò)三個(gè)階段：,是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的準(zhǔn)備階段。 有計(jì)劃、有目的地搜集國(guó)內(nèi)外同類(lèi)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(dòng)向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。 掌握國(guó)內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料，僅靠設(shè)計(jì)人員自己搜集是不夠的，還應(yīng)取得技術(shù)信息部門(mén)的配合，有時(shí)還要向咨詢部門(mén)提出咨詢。,2. 落實(shí)設(shè)備,對(duì)各

7、種生產(chǎn)方法中所用的設(shè)備，分清國(guó)內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進(jìn)口的及國(guó)內(nèi)需重新設(shè)計(jì)制造的三種類(lèi)型，并對(duì)設(shè)計(jì)制造單位的技術(shù)力量、加工條件、材料供應(yīng)及設(shè)計(jì)、制造的進(jìn)度加以了解。,3. 全面對(duì)比,對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行全面分析對(duì)比，主要包括以下內(nèi)容：① 各種技術(shù)路線在國(guó)內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢(shì)；② 產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)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(shè)費(fèi)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(duì)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(hào)等產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 化學(xué)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(gè)等級(jí)。（1）優(yōu)級(jí)純?cè)噭?亦稱(chēng)保證試劑，為一級(jí)品，純度高，雜質(zhì)極少，主要用于精密分析和科學(xué)研究，常以GR表示。（2）分析純?cè)噭?亦稱(chēng)分析試劑，為二級(jí)品，純度略低于優(yōu)級(jí)純，雜質(zhì)含量略高于優(yōu)級(jí)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(xué)純?cè)噭?為三級(jí)品，純度較分析純差，但高于實(shí)驗(yàn)試劑，適用于工廠、學(xué)校一般性的分析工作，常以CP表示。（4）實(shí)驗(yàn)試劑 為四級(jí)品，純度比化學(xué)純差，但比工業(yè)品純度高，主要用于一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不能用于分析工作，常以 LR表示。 此外還有：醫(yī)藥級(jí)（MG）、基準(zhǔn)級(jí)（PT）、食品添加劑 （FA）、特定級(jí)（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(xué)特征的規(guī)格說(shuō)明 　　物理或化學(xué)特征的規(guī)格設(shè)

10、定，是指對(duì)產(chǎn)品的性質(zhì)描述，且這些性質(zhì)描述通常就是要檢測(cè)的項(xiàng)目，檢測(cè)成本較低。 　　以甘油（化學(xué)名稱(chēng)：丙三醇）為例： 外部性質(zhì) 詳細(xì)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(dāng)量 ≤0.64 氯化物（以Cl計(jì)）% ≤0.001,第二節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì),當(dāng)生產(chǎn)工藝路線選定之后，即可進(jìn)行流程設(shè)計(jì)。它和車(chē)間布

11、置設(shè)計(jì)是決定整個(gè)車(chē)間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)和管路設(shè)計(jì)等單項(xiàng)設(shè)計(jì)也起著決定性的作用。 工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，只有在工藝流程確定后，其它各項(xiàng)工作才能陸續(xù)展開(kāi)。 本節(jié)主要介紹工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法。,一、工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù),1. 確定生產(chǎn)流程中各個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(shè)計(jì)步驟：,① 確定整個(gè)流程的組成；② 確定每個(gè)過(guò)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(shè)計(jì)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(yùn)行過(guò)的成熟工藝，還是待開(kāi)發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進(jìn)或局部采用新技術(shù)新工藝的問(wèn)題。后者需針對(duì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。,工藝流程可分為四大部分：,1. 反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)器 操作方式（連續(xù)、間歇） 能量供給、移出方式 催化反應(yīng),2. 原

13、料預(yù)處理,預(yù)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(yīng)裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，必然對(duì)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(shè)計(jì)的核心。根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來(lái)決定：,3. 產(chǎn)物后處理,產(chǎn)物處理（分離凈化）（往往是整個(gè)工藝過(guò)程中最復(fù)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(jì)量、貯存、輸送等 ）未反應(yīng)物循環(huán)利用（

14、返回反應(yīng)過(guò)程或加工成副產(chǎn)物）副產(chǎn)物處理（設(shè)計(jì)制備、包裝、貯運(yùn)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(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；盡量綜合利用，變廢為寶；污染問(wèn)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(shè)計(jì)：,確定公用工程的配套措施確定操作條件和控制方案 一個(gè)完善的工藝設(shè)計(jì)除了工藝流程等以外，還應(yīng)把投產(chǎn)后的操作條件確定下來(lái)，這也是設(shè)計(jì)要求。這些條件包括整個(gè)流程中各個(gè)單元設(shè)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(zhuān)業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來(lái)制定切實(shí)可靠的安全生產(chǎn)措施保溫、防腐的設(shè)計(jì),方案比較法,前提：保持原始信息不變。即過(guò)程的操作參數(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設(shè)計(jì)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(jiǎn)）,工藝流程圖是把各個(gè)生產(chǎn)單元按照一定的目的要求有機(jī)地組合在一

16、起，形成一個(gè)完整的生產(chǎn)工藝過(guò)程，并用圖形描繪出來(lái)。 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(diǎn)工藝流程圖（管道及儀表流程圖、施工流程圖） 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一般分為初步設(shè)計(jì)階段的帶控制點(diǎn)工藝流程圖和施工設(shè)計(jì)階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，而施工設(shè)計(jì)階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖也稱(chēng)管道及儀表流程圖(PI圖)。 一般在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)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(rèn)版）；在詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)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(shè)備的自控方案,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)之一是自動(dòng)化程度較高。 本節(jié)介紹常用的化工典型設(shè)備（泵、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)釜）的自控流程。,一、泵類(lèi)的自控方案,1. 離心泵,2. 容積式泵,往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等。 當(dāng)流量減小時(shí)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(lái)

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(lái)調(diào)節(jié)流量。,旁路調(diào)節(jié),二、壓縮機(jī)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(wú)相變時(shí)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(shí)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(yīng)器的自控方案,