2工艺流程设计

一、基本概念二、工艺流程设计方法与步骤三、工艺流程图四、化工典型设备的自控流程第二章工艺流程设计（一）什么叫工艺流程化学加工过程是将一种或几种化工原料，经过一系列的物理和化学的单元操作，最终获得产品。这一系列的单元必须在相应的单元设备里进行，用管道将这些单元设备连接，以便于物料从一个单元设备进到另一个单元设备。为了使物料便于控制，要在设备和相应的位置安装一些测量、显示和控制元件，这些设备、连接的管路和相应的控制元件一起就组成了化工工艺流程。由上可知，由设备、连接的管路和相应的控制元件一起组成的、能使原料获得化工产品的系统，称为化工工艺流程，简称为工艺流程。第一节基本概念工艺流程的形成简例——电解食盐水化盐工序流程图（1）盐水的实验室配制方法(见图)（2）盐水的工业化生产过程(见图)电解食盐水化盐工序流程图（二）工艺流程设计的任务1、确定六项内容(1)确定采用多少生产过程(或工序)来构成由原料制得产品的全过程，以及每个生产过程(或工序)之间如何连接;(2)确定每个生产过程(或工序)的具体任务,即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化和能量变化;(3)确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件;(4)确定控制方案、选用合适的控制仪表;(5)确定三废治理和综合利用方案;(6)确定安全生产措施,例如设置安全阀、阻火器和事故贮槽,危险状况下发出信号、或自动开启放空阀或自动停车联锁等。2、在流程设计的不同阶段,绘制不同的工艺流程图。（三）工艺流程设计的成果1、工艺流程图2、表格:如工艺设备一览表等。(1)方框流程图:在技术路线选定后,工艺流程进行概念设计时完成的一种流程图、不列入设计文件。(2)方案流程图:是一个半图解式工艺流程图,供化工计算时使用,不列入设计文件。(3)工艺物料流程图和带控制点工艺流程图:列入初步设计阶段的设计文件中。(4)管道仪表工艺流程图(PID):表示全部工艺设备、物料管路、阀门、设备的辅助管路和控制仪表的图例、符号等。列入施工图设计阶段的设计文件中。Cl2卤化反应器蒸发器C2H4排放泵蒸馏塔（Ⅰ）热裂解炉喷淋急泠塔冷凝塔蒸馏塔（Ⅱ）C2H4Cl2C2H3ClHCl图：C2H3Cl生产工艺方框流程图（一）生产方法和工艺流程的选择原则（1）先进性技术上的先进和经济上的合理可行。（2）可靠性生产方法和工艺流程是成熟可靠。（3）结合国情①消费水平及各种化工产品的消费趋势。②机械设备及电气仪表的制造能力。③化工原材料及设备用金属村料的供应情况。④环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况。⑤劳动就业与化工生产自动化水平的关系。⑥资金筹措和外汇贮备情况。第二节工艺流程设计方法与步骤原料路线的选择一个工业项目的产品可以从几种原料取，首先遇到的问题就是选择哪种原料。（1）可靠性：必须保证在其服务期限内有足够的、稳定的原料来源。例如若是矿石原料，要看它的储藏量、品位和开采量。凡以经过加工的原材料和部件作为原料的工业项目，最好与供应部门达成协议，以保证供应的可靠性。（2）经济性：在产品成本中，原料价格是一个重要因素。即要对各种原料投入后对单位成本的影响进行详细的分析。原料价格受其供求关系变化的影响很大，要根据供求关系对将来的价格进行预测。（3）合理性：这主要是指对资源的综合利用是否合理。例如煤、石油和天然气为主要起始原料的合理利用问题：在选择原料路线时，适当提高化工用煤的比例；油改煤，以节约石油消耗是合理的。工艺技术路线的选择采用一定的原材料生产某种产品，可能有多种生产方法，每种生产方法所使用的生产设备、生产工具和工艺制造过程各不相同，也就是说，有不同的工艺技术路线。每种工艺技术路线的投资费用和日常操作费用也不相同。把几种不同的工艺技术路线进行技术和经济比较，挑选出最适合的加以采用，就叫做工艺技术路线的选择，简称技术路线选择。选择工艺技术路线的原则是：技术上先进经济上合理选择技术路线时应考虑：①所选择的技术必须是经过全面检验、并能在实践中应用的，以保证建成投产后生产的安全可靠，但也必须避免使用即将过时的技术。②必须与可能得到的主要原料结合起来考虑。如就地取材。③不仅要考虑主要产品，而且要考虑副产品的利用价值的销售。即一项具体技术要按其所产生的全部产品组合来看。若一种供选择的技术以相同的基本原材料投入而得到更广泛的产品组合，那么就应考虑其全部产品的价值。④不选择超过自己技术吸收能力的技术（技术过盈）。⑤从劳动和资金两个角度出发进行各种考虑，以便选择最适合的技术。例如：在缺乏劳动力或劳动力非常昂贵的国家或地区，选择资金相对密集的技术，可能是经济合理的；而在劳动力过剩的国家或地区，节约劳动力的技术就可能会增加必要的投资，因此应选择劳动力相对密集的技术。(二)生产方法和工艺流程确定的步骤确定生产方法，选择工艺流程一般要经过三个阶段。1.搜集资料，调查研究地形、气象、水文、地址、人文地理、原料燃料、动力、交通、施工条件生产方式及其工艺流程——原料路线、操作规程、控制指标、主要设备等物料衡算、热量衡算、设备计算车间布置、非工艺专业资料、及其他与建设项目有关的资料生产方式基础资料工艺资料其他资料搜集设计资料的原则和步骤（1）资料的完整性全面的、完整的资料数据能够反映客观事物的全过程，才能用于设计。（2）资料的正确性正确的资料数据具有再现性，能反映客观事物的本质规律，才能用于设计。（3）资料的适用性科学技术都是有条件依据的，搜集资料要严格注意资料的适用条件。（4）资料的恰当性资料年代的差异会造成技术上的不同，在整理、分析资料时应注意资料恰当性，不可盲目一味追求先进性，要综合考虑整个设计的技术水平与建设项目的投资总额。2.确定方案，落实设备分析各种工艺路线所使用的设备已有定型设备国内设计制造国外进口3.全面分析，对比比较各种工艺路线国内外采用情况及发展趋势产品质量比较生产能力及产品规格原材料及能量消耗建设费用及产品成本三废的产生与治理其他特殊的情况（三）工艺流程设计的方法——以反应过程为核心，以方案比较作决定化工工艺的一般流程原料贮存原料预处理反应或提取产品分离产品精制贮存包装液、气、固及易燃、易爆、腐蚀、剧毒等粉碎.稀释.混合.输送条件催化剂.反应条件或提取条件分离方式及分离工艺条件精制的方式与工艺条件干燥方式与干燥工艺条件包装.贮存1.以反应过程为中心（1）定反应器:根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。有些产品不适合连续化操作，如同一生产装置生产多品种或多牌号产品时，用间歇操作，更为方便。物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置上增加相应的适当措施。如果反应需要在催化剂存在下进行，就须考虑催化反应的方式和催化剂的选择。一般说确定主反应过程的装置，往往都有文献、资料可供参考，或有中试结果。现有工业化装置可以借鉴、参考，因此并不复杂。(2)设计原料预处理过程根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等，以保证反应过程的实现。原料预处理过程：固体：粉碎、溶解---目数、浓度、纯度液体：配制、混合---浓度、均一气体：配比、压缩---浓度、输送原料预处理过程可以牵涉到：粉碎、筛分、配制、混合、压缩、提纯等单元操作。这些操作过程主要根据原料的性质及处理方法选择不同的装置进行组合。因此，设计的工艺流程就有所不同。(3)设计产物的后处理过程根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的特点，实际反应过程可能会出现下列情况:①除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物。②由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以及为使反应尽可能完全而有过剩组分。③原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。④产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的。因此用于产物的净化、分离的化工单元操作过程，往往是整个工艺过程中最复杂、最关键的部分。产品分离固液分离---过滤、离心液液分离---蒸发、精馏、萃取气液分离---吸收产品分离牵涉到的单元过程：过滤、离心、蒸发、精馏、萃取、吸收等单元操作过程。这些单元操作过程，同样应根据被分离产物的特征，设计与之相适应的单元过程。产品精制对产物进一步纯化，以满足产品的质量要求。液体---精馏、浓缩、结晶固体---重结晶气体---吸收产品精制牵涉到的单元过程：精馏、浓缩、结晶、重结晶等单元操作过程。这些单元操作过程，同样应根据产品的质量要求，设计与之相适应的单元过程。(4)设计产品的后处理过程经精制后的产物，成为最终的产品还需要干燥、包装、储运等过程。固体---干燥、包装液体---灌装气体---灌装储运包装过程牵涉到的单元操作过程有：干燥、计量、包装等过程，应根据产品的特性进行设计工艺过程。(5)设计未反应原料的循环或利用以及副产物的处理由于反应不是全部，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。(6)确定“三废”排出物的处理措施在生产过程中，不得不排放的各种废气、废液和废渣，应尽量综合利用，变废为宝，加以回收。无法回收的应妥善处理。“三废”中如含有有害物质，在排放前应该达到排放标准。因此在化工开发和工程设计中必须研究和设计治理方案和流程，要做到“三废”治理与环境保护工程、“三废”治理工艺与主产品工艺同时设计、同时施工，而且同时投产运行。按照国家有关规定，如果污染问题不解决，是不允许投产的。(7)确定公用工程的配套措施在生产工艺流程中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水以及洗涤用水等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。至于生产用电、上下水、空调、采暖通气都是应与其他专业密切配合的。(8)确定操作条件和控制方案一个完善的工艺设计除了工艺流程等以外，还应把投产后的操作条件确定下来，这也是设计要求。这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量（投料量）、组成、温度压力等，并且提出控制方案（与仪表控制专业密切配合）以确保能稳定地生产出合格产品来。(9)制定切实可靠的安全生产措施在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能存在各种不安全因素，根据生产过程中物料性质和生产特点，在工艺流程和装置中，除设备材质和结构的安全措施外，在流程中应在适宜部位上设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保证安全生产。(10)保温、防腐的设计这是在工艺流程设计中的最后一项工作，也是施工安装时最后一道工序。流程中应根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况决定管道和设备是否需要保温和防腐。2.以方案比较作决定工业生产中，一个过程往往可以有多种方法来实现，例如液固混合物的分离，可以用离心、沉降、压缩和真空过滤等方法；含湿固体的干燥，可以用气流、双锥、滚筒、箱式、沸腾等干燥方法，这些也都需要进行方案比较，因地制宜地选择一种最佳工程方案。一个优秀的工程设计要在多种方案的比较中才能产生。进行方案比较首先要明确判据，工程上常用的判据有产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变。过程操作参数如温度、压力、流速、流量等原始信息，设计者是不能变更的。设计者只能采用各种工程手段和方法，保证实现工艺规定的操作参数。（四）工艺流程设计的步骤1.搜集资料，调查研究2.确定生产线数目3.确定操作方式4.确定主要生产过程5.确定辅助过程6.合理确定操作条件7.考虑流程的弹性和进行设备设计8.确定控制系统9.逐步完善和简化所设计的流程10.对多种流程设计方案进行比较,选出最优方案1.搜集资料，调查研究要根据建设项目的产品方案及生产规模，有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以