化工设计——第二章工艺流程设计

化工设计DesignofChemicalEngineering[1]黄璐,王保国编.化工设计.北京：化学工业出版社，2000[2]娄爱娟,吴志泉,吴叙美编.化工设计.华东理工大学出版社，2002[3]王静康主编.化工设计.北京：化学工业出版社，1995第二章工艺流程设计第一节生产方法和工艺流程的选择第二节工艺流程设计第三节工艺流程图第四节典型设备的自控流程第五节工艺流程图计算机绘制软件基本要求（1）理解工艺流程（图）的概念（2）掌握工艺流程设计的方法（3）熟练掌握工艺流程图的表示、绘制和阅读第一节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：指在化工设计过程中技术上的先进程度和经济上的合理可行。2．可靠性：指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。3．合理性：结合国情，从实际出发，考虑各种问题。上述三项原则必须在技术路线和工艺流程选择中全面衡量，综合考虑。第一节生产方法和工艺流程的选择二、生产方法和工艺流程确定的步骤1．资料搜集与项目调研是确定生产方法和选择工艺流程的准备阶段。在此阶段，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、三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料。掌握国内外化工技术经济的资料，仅靠设计人员自己搜集是不够的，还应取得技术信息部门的配合，有时还要向咨询部门提出咨询。资料搜集与整理的内容？第一节生产方法和工艺流程的选择2．生产设备类型与制造厂商调研设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和工艺流程时必然要涉及到的因素。在搜集资料过程中，必须对设备予以足够重视。对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型，并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解。第一节生产方法和工艺流程的选择3.对调研结果进行全面分析对比①各种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；②产品的质量指标及产品规格情况；③生产能力和工艺技术条件情况；④主要原材料及能量消耗情况；⑤建设费用及产品生产成本情况；⑥三废的产生及治理情况；⑦安全生产与劳动保护措施；⑧其他特殊情况。第二节工艺流程设计一、工艺流程设计的任务工艺流程设计的主要任务包括两个方面：一是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，达到由原料制得所需产品的目的；二是绘制工艺流程图，要求以图解的形式表示生产过程中，当原料经过各个单元操作过程制得产品时，物料和能量发生的变化及其流向，以及采用了哪些化工过程和设备，再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。第二节工艺流程设计应按步骤逐步解决以下问题：(1)确定整个流程的组成。(2)确定每个过程或工序的组成。(3)确定工艺操作条件。(4)控制方案的确定。(5)合理利用原料及能量。(6)制定三废的处理方案。(7)制定安全生产措施。第二节工艺流程设计二、工艺流程设计的方法一般都是将一个工艺流程分为四个重要部分，即原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分离净化）和三废的处理过程。一般的工作方法如下：(1)以反应过程为中心。(2)原料预处理过程。第二节工艺流程设计(3)产物的分离净化。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，原料转化率较低，产物中必然存在剩余的未反应的原料。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。第二节工艺流程设计(4)产品的后处理。(5)未反应原料的循环或利用以及副产物的处理。(6)确定“三废”排出物的处理措施。(7)确定公用工程的配套措施。(8)确定操作条件和控制方案。(9)制定切实可靠的安全生产措施。(10)保温、防腐的设计。第二节工艺流程设计三、工艺流程设计中的方案比较工业生产中，一个过程往往可以有多种方法来实现。一个优秀的工程设计只有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。进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变。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。[例2-1]用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯第三节工艺流程图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，即是工艺流程图。一、工艺流程图的种类化工工艺图中，属于工艺流程图性质的图样有若干种，它们都用来表达工艺生产流程。由于它们的要求各不相同，所以在内容、重点和深度方面也不一致，但这些图样之间是有密切联系的。第三节工艺流程图1．方框流程图(blockflowsheet)是在工艺路线选定后,工艺流程进行概念性设计时完成的一种流程图、不编入设计文件。2．工艺流程草（简）图(simplifiedflowsheet)是一个半图解式的工艺流程图，它实际上是方框流程图的一种变体或深入，只带有示意性质，供化工计算时使用，也不列入设计文件。第三节工艺流程图3．全厂总工艺流程图或物料平衡图总工艺流程图是在炼油化工厂设计中，为总说明部分提供的全厂流程图样。对综合性化工厂则称全厂物料平衡图。图上各车间（工段）用细实线画成长方框来示意。流程线只画出主要物料，用粗实线表示。流程方向用箭头画在流程线上。图上还注明了车间名称，各车间原料、半成品和成品的名称、平衡数据和来源、去向等。第三节工艺流程图4．物料流程图(processflowsheet)物料流程图是在全厂总工艺流程图基础上，分别表达各车间内部工艺物料流程的图样。在流程上标注出各物料的组分、流量以及设备特性数据等。它主要反映物料衡算和热量衡算的结果，使设计流程定量化。物料流程图简称物流图，是初步设计阶段的主要设计成品，提设计主管部门和投资决策者审查，如无变动，在施工图设计阶段不必重新绘制。第三节工艺流程图5．带控制点工艺流程图(processandcontrolflowsheet)初步设计阶段在提交物料流程图的同时，还要提交带控制点工艺流程图。带控制点工艺流程图一般应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助管线、阀门、管件以及工艺参数的测量点，并表示出自动控制方案。它是由工艺专业人员和自控专业人员合作完成的。第三节工艺流程图6．管道仪表流程图（pipingandinstrumentdiagram)管道仪表流程图又称PI图，在施工图设计阶段完成，是该设计阶段的主要设计成品之一，它反映的是工艺流程设计、设备设计、管道布置设计、自控仪表设计的综合成果。管道仪表流程图要求画出全部设备，全部工艺物料管线和辅助管线，还包括在工艺流程设计时考虑为开车、停车、事故、维修、取样、备用、再生所设置的管线以及全部的阀门、管件。并要详细标注所有的测量、调节和控制器的安装位置和功能代号，因此，它是指导管路安装、维修、运行的主要档案性资料。第三节工艺流程图二、工艺流程草图工艺流程草图亦称方案流程图、流程示意图、流程简图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，亦是工艺流程图设计的依据。当生产方法确定以后，就可以开始设计绘制流程草图。在绘制流程草图时尚未进行定量计算，因而它只是定性地标出由原料转化成产品的变化，流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备。第三节工艺流程图生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成。1．物料流程(1)设备示意图。图中的设备只画出大致轮廓和示意结构，甚至画一个方框代替也可以。设备的相对位置高低也不要求准确，备用设备在流程草图中一般省略不画。但设备一般都要编号，并在图纸空白处按编号顺序集中列出设备名称。第三节工艺流程图(2)流程管线及流向箭头。流程草图中应画出全部物料管线和一部分动力管线（如水、蒸汽、压缩空气和真空等）。物料管线用粗实线画出，动力管线用中粗实线画出。在管线上用箭头表示物料的流向。(3)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。第三节工艺流程图2．图例图例中只须标出管线图例。阀门、仪表等无须标出。3．设备一览表设备一览表也只包括序号、位号、设备名称和备注，有时可省略设备一览表和图框。工艺流程草图是一种示意性的从左至右的展开图。三、工艺管道及仪表流程图又称为：施工流程图PI图与之配套的尚有辅助管道及仪表流程图、公用系统管道及仪表流程图。绘制依据：HG20519-92《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》和HG20559-93《管道仪表流程图设计规定》第三节工艺流程图施工流程图作用表达化工工艺流程和所需的设备、机器、管道、仪表、阀门等管件。是在方案流程图的基础上绘制的，是设备布置图、管道布置图的设计依据，也是施工安装的依据，并指导工艺操作。（一）比例与图幅方向：由左向右图幅：多用A0图纸，常横放；A1用在画简单的小流程中。不宜加长加宽。比例：不按比例，设备按1：100（或1：50）第三节工艺流程图（二）设备的表示方法1.设备的画法(1)图形。化工设备在图上一般按比例用中线条（0.5mm）绘制，画出能够显示形状特征的主要轮廓。(2)相对位置。设备间的高低和楼面高低的相对位置，一般也按比例绘制。低于地面的需相应画在地平线以下，尽可能地符合实际安装情况。对于有位差要求的设备，还要注明其限定尺寸。第三节工艺流程图(3)相同系统（或设备）的处理。两个或两个以上相同的系统（或设备），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。第三节工艺流程图2.设备的标注(1)标注的内容。设备在图上应标注位号及名称。(2)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。J0303B煤气鼓风机相同设备数量（尾号）设备分类号工段号同类设备序号设备位号第三节工艺流程图（三）管道的表示方法1．管道的画法管道应按HG20559.3-93《管道仪表流程图管道和管件图形符号》规定的图形符号绘制。（1）线型规定（2）交叉与转弯（3）放气、排液与液封（4）来向和去向第三节工艺流程图2．管道的标注每段管道上都要有相应的标注，一般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；若标注位置不够时，可将标注中的部分内容移至管线下方或右方。不得已时，也可用指引线引出标注。标注内容应包括三个组成部分：即管道号、管径和管道等级。管道及附件的标注PG0302—200A1A—D2管道材料代号温度范围代号隔热或隔音代号压力等级物料代号主项代号(工段号)管道分段顺序号管道尺寸(公称通径)管道及附件的标注代号物料名称代号物料名称A空气MS中压蒸汽AM氨NG天然气BD排污NG氮BF锅炉给水PA工艺空气CS\CSW化学污水PG工艺气体CW循环冷却水PL工艺液体DR排液、排水PW工艺水H氢SC蒸汽冷凝水HS高压蒸汽SW软水HW循环冷却水TS伴热蒸汽IA仪表空气VE真空排放气LS低压蒸汽VT放空气表7－3管道及仪表流程图上的物料代号管道材料代号（表7－4）代号管道材料A铸铁B非合金钢（碳钢）C普通低碳钢D合金钢E不锈钢F有色金属G非金属H衬里及内防腐管道材料类别管道及附件的标注代号公称压力代号公称压力A150LBL1.0MPaB300LBM1.6MPaC400LBN2.5MPaD600LBP4.0MPaE900LBQ6.4MPaF