3工艺流程设计

DesignofChemicalEngineering化工设计1化工设计DesignofChemicalEngineeringDesignofChemicalEngineering化工设计2第三章工艺流程设计•生产方法和工艺流程的选择•工艺流程设计•工艺流程图•典型设备的自控流程DesignofChemicalEngineering化工设计3学习目的和要求：目的：本部分是化工设计最重要的基础内容之一，工艺流程反映了化工生产由原料到产品输出的过程。要求：熟悉工艺方案的选择原则及确定步骤；了解工艺流程设计的任务；掌握工艺流程图包括的内容：比例与图幅、设备的表示方法、管道的表示方法、阀门与管件的表示方法、仪表控制点的表示方法；掌握工艺流程图的绘制方法及阅读。DesignofChemicalEngineering化工设计4§3-1生产方法和工艺流程的选择一、生产方法和工艺流程选择的原则1．先进性2．可靠性3．结合国情DesignofChemicalEngineering化工设计5工艺流程设计中考虑的问题：（1）中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势。（2）中国化工机械设备及电气仪表的制造能力。（3）中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属材料的供应情况。（4）中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况。安全生产。（5）劳动就业与化工生产自动化水平的关系。（6）资金筹措情况。DesignofChemicalEngineering化工设计6(1)服从国家近期和远期经济发展规划目标,执行党和国家的各种方针政策。(2)严格遵守法律、法规、标准、规范和技术规定。(3)重视国土资源的合理配置利用,资源的综合利用。(4)重视企业的经济效益的同时,还应注意社会效益。(5)重视产品的国内、国际市场的调查和预测发展趋势。设计思想的基本观点DesignofChemicalEngineering化工设计7(6)化工厂设计要符合经济规模,而不是规模经济。(7)设计者应是先进技术的组织者和推广。(8)采用的技术装备应尽量提高国产化率。(9)尽量降低原材料、燃料消耗,降低能耗,减少人员,降低产品成本,提高劳动生产率。(10)工厂设计要设法减少投资。(11)搞好工厂环境保护,保持生态环境良好,重视劳动保护和安全卫生。(12)便于实现工厂现代化经营管理。DesignofChemicalEngineering化工设计8二、生产方法和工艺流程确定的步骤1．搜集资料，调查研究（技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等）2．落实设备（分为三种类型：国内已有定型产品；需要进口；国内需重新设计制造）3.全面对比DesignofChemicalEngineering化工设计9全面分析对比的主要内容：①几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；②产品的质量情况；③生产能力及产品规格；④原材料、能量消耗情况；⑤建设费用及产品成本；⑥三废的产生及治理情况；⑦其他特殊情况。DesignofChemicalEngineering化工设计10§3-2工艺流程设计一、流程设计的任务确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式DesignofChemicalEngineering化工设计11应解决的问题：(1)确定整个流程的组成。(2)确定每个过程或工序的组成。(3)确定操作条件。(4)控制方案的确定。(5)合理利用原料及能量。(6)制定三废的治理方法。(7)制定安全生产措施。DesignofChemicalEngineering化工设计12二、工艺流程设计方法其他相关措施及设计围绕工艺流程的四个重要部分：DesignofChemicalEngineering化工设计13反应过程中涉及的问题：(1)操作方式（连续、间歇）(2)能量供给、移出方式(3)是否催化反应DesignofChemicalEngineering化工设计14原料预处理：预热（冷）汽化干燥粉碎筛分提纯精制混合配制压缩等DesignofChemicalEngineering化工设计15产物后处理：产物处理（分离净化）产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等）未反应物循环利用（返回反应过程或加工成副产物）副产物处理（设计制备、包装、贮运等）DesignofChemicalEngineering化工设计16三废处理：三废：废气废液废渣所含有害物质在排放前应该达到排放标准；尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决，不允许投产。相关政策法规DesignofChemicalEngineering化工设计17其他相关措施及设计：确定公用工程的配套措施确定操作条件和控制方案制定切实可靠的安全生产措施保温、防腐的设计DesignofChemicalEngineering化工设计18例2-1用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯。已知原始数据：混酸的组成（摩尔分数，下同）为HNO347%、H2SO449%、H2O4%；氯苯与混酸中HNO3的摩尔配比为1：1：1；硝化温度80℃；硝化时间3h；硝化废酸中含硝酸＜1.6%，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。试用“方案比较”的方法，确定最适宜的硝化及其后处理工艺流程。DesignofChemicalEngineering化工设计19§3-3工艺流程图工艺流程图：把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来。DesignofChemicalEngineering化工设计20工艺流程图分类：一、全厂总工艺流程图或物料平衡图车间（工段）：长方框、细实线流程线（带箭头）：粗实线车间名称，各车间原料、半成品和成品的名称、平衡数据和来源、去向等DesignofChemicalEngineering化工设计21二、工艺流程草图(方案流程图、流程示意图、流程简图)（示意性的从左至右的展开图。1.物料流程2.图例(管线图例)3.设备一览表（只包括序号、位号、设备名称和备注）(有时可省略设备一览表和图框)DesignofChemicalEngineering化工设计22物料流程设备示意图设备只画出大致轮廓和示意结构，设备的相对位置高低不要求准确，备用设备一般省略不画。但设备一般都要编号，并集中列出设备名称。（设备绘制可参考化工部标准：“管道及仪表流程图的设备、机器图例”）（表２-１）流程管线（全部物料管线和一部分动力管线）及流向箭头文字注解①在流程图的下方或图纸的其他空白处列出各设备的编号和名称。②在管线的上方或右方用文字注明物料的名称。③在流程线的起始和终了处注明物料的名称来源及去向。DesignofChemicalEngineering化工设计23三、工艺管道及仪表流程图(施工流程图、带控制点的工艺流程图）包括：图形、标注、图例、标题栏配有：辅助管道及仪表流程图公用系统管道及仪表流程图DesignofChemicalEngineering化工设计24（一）比例与图幅(1)比例。大致按1:100或1:200的比例绘制，也有用1:50的比例。实际上并不全按比例绘制，标题栏中的“比例”一栏，不予注明。(2)图幅。一般均采用A1图幅，特别简单的可采用A2图幅，且不宜加长或加宽。工艺管道及仪表流程图绘制：以车间(装置)或工段（工序）为主项绘制DesignofChemicalEngineering化工设计25（二）流程图的绘制方法及阅读掌握：设备的表示方法（画法和标注）管道的表示方法（画法和标注）常用物料代号阀门与管件的表示方法（符号）仪表控制点表示方法（符号、标注、功能仪表图例）DesignofChemicalEngineering化工设计26１.设备的表示方法(1)设备画法图形：（常用设备图例见表２-１）一般按比例用细实线（b/3）绘制，画出主要轮廓。过大或过小设备可适当缩小和放大比例。相对位置：一般也按比例绘制。尽可能地符合实际安装情况。有位差要求的设备，要注明其限定尺寸。横向距离可视情况而定。）相同系统（或设备）的处理：一般应全部画出。只画出一套时，被省略部分的系统，则需用细双点划线绘出矩形框表示。框内注明设备的位号、名称，并绘出引至该套系统（或设备）的一段支管。DesignofChemicalEngineering化工设计27(２)设备标注标注的内容：设备位号及名称。位号在车间内不能重复；施工图设计与初步设计设备编号、设备名称一致。标注的方式：设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，即在图纸的上端及下端两处，各设备在横向之间的标注方式应基本排成一行。DesignofChemicalEngineering化工设计28２.管道的表示方法(1)管道的画法管道画法的原则规定可参阅国家标准和化工行业有关规定。线形规定交叉与转弯（尽量避免交叉，交叉时断开线粗的５倍间隙；尽量水平或垂直。）放气（管道上边）、排液（管道下边）、液封（按实际比例长度表示）：画全来向和去向（与其他流程连接；与其他主项连接３０＊６矩形框）DesignofChemicalEngineering化工设计29(２)管道的标注横向管线标注在管线的上方，竖向管线则标注在管线的左方；标注内容：管道号、管径和管道等级。DesignofChemicalEngineering化工设计30３.阀门与管件的表示方法在管道上需要用细实线画出全部阀门和部分管件（如视镜、阻火器、异径接头、盲板、下水漏斗等）的符号。表２-６表２-７DesignofChemicalEngineering化工设计31４.仪表控制点的表示方法工艺生产流程中的仪表及控制点应该在有关管道上，并大致按安装位置用代号、符号给以表示。图形符号（表２-８至表２-１３）字母代号（表２-１４）数字编号DesignofChemicalEngineering化工设计32§２-４典型设备的自控流程化工仪表和自动化课程详细介绍了自控的仪表仪器和方法手段，这里仅简单介绍。化工自动化控制包括温度，压力，液压，流量，PH值§控制，用例说明。DesignofChemicalEngineering化工设计33精馏塔如图：压力控制流量控制GT冷凝器精馏塔液位控制回流罐真空温度控制DesignofChemicalEngineering化工设计34控制方案可以有所不同，自控设计时应注意：1）被测物料的性质，是否有腐蚀性。2）控制指标的调节范围。3）测控仪表的安装位置，安装在管道和设备上的仪表不相同。4）测控仪表的连接位置。DesignofChemicalEngineering化工设计35§3-5化工管道设计1化工管道设计的原则化工装置的工艺管道设计应在满足工艺要求和安全生产的前提下，求得最经济的管径。要求工艺系统专业根据流体力学知识，从生产装置的不同工艺要求进行管道工艺设计，并符合有关介质安全设计规定。在管道工艺设计时，一般应考虑以下原则。DesignofChemicalEngineering化工设计36·经济管径管径选择方法对化工装置的经济效果十分重要，一个化工装置的管道投资往往占整个装置投资的10%〜20%，如果任意放大管径，不仅增大了管壁厚度和管子重量，还增大了相应的阀门和关键的尺寸，增加了保温材料的用量以及管子支吊架的荷重。因此在计算管径时应尽量选用较高的流速，以减小管径。但是，随着流速的增大，管内摩擦阻力也加大，增加压缩机和泵的功率消耗和操作费用。因此，需在建设投资和操作费用之间寻找最佳结合点，即成本最低，来求得经济管径。DesignofChemicalEngineering化工设计37在初选管径时，由于条件所限，还无法从建设投资和操作费用两者中寻找最佳结合点的角度来求得经济管径，但可以采用查取常用流速范围和管道压力降控制表的方法，这样计算得到的管径比较接近经济管径。·压