化工设计第二章工艺流程设计

第二章工艺流程设计《化工设计》第二章工艺流程设计《化工设计》《化工设计》•本章主要内容：2.1生产方法和工艺流程的选择2.2工艺流程设计2.3工艺流程图2.4典型设备的自控方案2.5工艺流程图计算机绘制软件简介•本章重点难点：工艺流程选择原则和设计方法；工艺流程图的类型及其绘制法；设备、管道、阀门与管件、自控方案的表示方法。第二章工艺流程设计《化工设计》•教学内容：•理解生产方法和工艺流程选择的原则和生产方法和工艺流程确定的步骤和内容。•重点和难点：•重点掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》•2.1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•在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三项原则：1.先进性2.可靠性3.合理性2.1生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计《化工设计》•2.1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•确定生产方法和工艺流程时，通常要经过下列几个阶段：•1.资料搜集与项目调研；•2.生产设备类型与制造厂商调研；•3.对调研结果进行全面分析对比。2.1生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计《化工设计》•教学内容：•理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。•重点和难点：•重点掌握工艺流程设计的步骤和内容，以及反应过程、原料预处理过程、产物的分离净化过程设计应考虑的问题。•难点是综合运用所学知识，以反应过程为核心，根据反应过程的特点，提出对原料预处理过程、产物的分离净化过程的的要求，组织工艺流程。第二节工艺流程设计《化工设计》•2.2工艺流程设计•一、工艺流程设计的任务•（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）原料与能量的合理利用；•（6）制定“三废”处理方案；•（7）制定安全生产措施。2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计《化工设计》•2.2工艺流程设计•二、工艺流程设计的方法•工艺流程设计方法，首先要看所确定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺，还是待开发的新工艺。前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局部采用新技术、新工艺的问题；后者须针对新技术开发进行概念设计。•工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分离净化）过程和“三废”的处理过程。第二章工艺流程设计2.2工艺流程设计《化工设计》•工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：（1）以反应过程为中心（2）原料预处理过程（3）产物的分离净化（4）产品的后处理（5）未反应原料的循环与利用（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）确定操作条件和制定控制方案（9）制定切实可靠的安全生产措施（10）保温、防腐的设计第二章工艺流程设计2.2工艺流程设计化工生产工艺过程的结构化工生产的总体特征：同一种原料可以生产多种不同的产品同一产品又可利用多种原料来生产同一原料生产同一产品也可有多种工艺要进行工艺过程设计？如何从众多的工艺中寻找其中的共性的东西。醋酸乙烯酯醋（酸）酐阿司匹林醋酸纤维素除莠剂羧甲基钠氯醋酸纤维素醋酸乙酯氢硫基醋酸醋酸调味品醋酸盐香料溶剂聚醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯聚氯乙烯-醋酸乙烯酯树脂乙酰乙酸乙酯双乙烯酮色酚AS-G1，3，5吡唑酮醋酸的部分产品树1.乙炔2.乙醇乙醛3.乙烯乙酸4.丁烷5.甲醇水合氧化氧化氧化氧化羰基化乙酸（醋酸）的原料路线.以煤或重油为原料生产合成氨反应方程式为：CmHn+mH2O→mCO+（1/2+m）H2…………①C+2H2O→CO+2H2…………②C+H2O→CO+H2…………③反应条件：900℃高温，吸热反应。CO+H2OH2+CO2…………④反应条件：等分子可逆反应，铁系催化剂，放热反应。3H2+N22NH3…………⑤反应条件：可逆放热反应，铁系催化剂。转化率：22%高压：15.2～30.4MPa；高温：420～550℃煤气化耐硫变换脱碳压缩合成水冷却氨冷却分离合成氨H2+CO+CO2+N2H2+CO+N2H2+N2成品循环气以乙醇为原料生产醋酸：两步反应:C2H5OH+O2→CH3CHO+H2O……①反应条件：气固相放热反应。催化剂为银，网状或不规则状。原料中杂质对催化剂的影响。反应温度：560～580℃。反应快速，考虑热载体。CH3CHO+O2→CH3COOH……②反应条件：气液相放热反应。催化剂为醋酸锰。反应温度：60～80℃。原料中杂质会生产副产物。考虑后续分离。成品酒精配料蒸发氧化反应冷却吸收浓缩乙醛水溶液+酒精氧化反应精馏冷却蒸发酒精+水+空气乙醛+水+酒精+催化剂浓乙醛分离出酒精醋酸+副产物+催化剂+催化剂醋酸+催化剂催化剂水以糖蜜为原料生产乙醇C6H12O62C2H5OH+2CO2反应条件：生化反应过程，由酵母菌消耗可发酵糖（如葡萄糖等），排出酒精，同时产生CO2。发酵温度：30～34℃，原料浓度：33～35%产物中含杂质多，如醛、酯、甲醇等。糖蜜稀释水营养盐稀糖液发酵酒母CO2成熟醪粗蒸馏废液酒精+杂质+水蒸馏除头级杂质蒸馏除中尾级级杂质成品具有一个化学反应的一般化工过程结构副产物或杂质原料预处理反应分离产品未反应原料循环达到反应所需的浓度、温度、压力、状态等条件反应过程中的能量输出和输入根据产物、副产物和杂质之间物性的差异选择分离方法当一个生产工艺中存在两个或以上的反应过程时，需在反应过程之间加设缓冲罐，以维持整个生产工艺过程的平稳和连续。原料预处理第一步反应分离中间产品中间缓冲罐中间缓冲罐中间产品处理最终反应分离成品第一工艺过程阶段……第n工艺过程阶段一个化工生产过程的若干个过程阶段过程设计：反应器进料蒸汽冷却水未反应的原料+产品+副产品反应器将原料转变为产品和副产品需要用分离系统来分离产品和循环利用未反应的原料反应器进料蒸汽冷却水未反应的原料+产品+副产品冷却水冷却水蒸汽蒸汽产品+副产品产品副产品未反应的原料循环采用不同的分离系统会改变工艺过程产品反应器进料蒸汽冷却水未反应的原料+产品+副产品冷却水冷却水蒸汽蒸汽未反应的原料循环副产品增加了热集成的工艺过程（1）循环进料反应器进料蒸汽冷却水冷却水蒸汽蒸汽副产品产品增加了热集成的工艺过程（2）反应器进料蒸汽冷却水冷却水蒸汽循环进料副产品产品《化工设计》•教学内容：•理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达方法。•重点和难点：•重点掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注内容和方法。•难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。第三节工艺流程图《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（一）工艺流程草图工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，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，是工艺流程图设计的依据。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计图2-1脱硫系统工艺方案流程图1一罗茨鼓风机；2一脱硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵；5一空气鼓风机；6一再生塔；7一除尘塔《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（二）工艺物料流程图工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。它是初步设计阶段的没计成品，提交设计主管部门和投资者审查，并用作投产后的操作与技术改造的重要资料。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（三）带控制点的工艺流程图•带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导性文件，也是各专业开展设计的依据之一。•带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助物料管线、主要阀门，以及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制的方案。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（四）管道仪表流程图管道仪表流程图(PI图)是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、仪表、管道及主要管件，按其各自的功能，为满足工艺要求和安全、经济目的而组合起来，以起到描述工艺装置结构和功能的作用。PI图在基础工程设计阶段应绘制A版PI图(初版)、B版PI图(内审版)、C版PI图(用户版)及D版PI图(确认版)；在详细工程设计阶段应绘制E版PI图(详1版)、F版PI图(详2版)、G版PI图(施工版)。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•管道仪表流程图(PI图)应依据“化工工艺设计施工图内容和深度统一规定”HG20519-92和“管道仪表流程图设计规定”HG20559-93的有关规定进行绘制。•（一）通用设计规定•1、图纸规格与图幅管道仪表流程图的图纸应采用标准规格，并带有设计单位名称的统一标题栏。图幅应采用0号(A0)标准尺寸图纸，也可用1号(Al)标准尺寸图纸。•2、线条与比例•3、文字与字母的标注•4、图面布置2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（二）设备的表示方法•1、图形•化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按HG20519.31规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件(内、外构件亦用中线条)。•常用设备和机械的图形画法，可参见表2-2，其他设备可参照画出。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（二）设备的表示方法•2、设备的标注•（1）标注的内容工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。•（2）设备的位号每台设备均有相应的位号;设备位号由两部分组成，前部分用大写英文字母表示设备类别;后部分用阿拉伯数字表示设备所在位置(工序)及同类设备的顺序，一般数字为3-4位。•例如，图2-3中的“J101”，由三部分组成：J为设备类别代号。•（3）标注的方式PI图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表示在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部注写设备位号，在位号线下部注写设备名称。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（三）管道的表示方法•1．管道的画法•2、管道的标注2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（四）阀门与管件的表示方法2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（五）仪表控制点的表示方法•管道仪表流程图上要以规定的图形符号和文字代号，表示出在设备、机械、管道和仪表站上的全部仪表。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计表2-11仪表安装位置的图形符号第四节典型设备的自控方案•教学内容：•理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控设计条件的内容。•重点和难点：•重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。•难点是如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•一、泵类的自控方案•1.离心泵•离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，如图2-7(a)。也可以使用旁路调节方法(见图2-7(b))，旁路调节耗费能量，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(a)控制泵的出口阀门开度(b)控制泵的出口旁路图2-7离心泵的控制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•二、压缩机的自控方案•2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计图