工艺流程设计

《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：工艺流程图的类型工艺流程图的表示、绘制和阅读第二章工艺流程设计《化工设计》工艺流程设计是工艺设计的核心。工艺流程设计的成品通过图解形式（形象、具体）地表示——工艺流程图，它反映了化工生产由原料到产品的全部过程既物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。第二章工艺流程设计《化工设计》生产同一化工产品可以采用不同原料，经过不同生产路线而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生产路线，同一生产路线中也可以采用不同的工艺流程。选择生产路线也就是选择生产方法，这是决定设计质量的关键。如果某产品只有一种生产方法，就无须选择；若有几种不同的生产方法，就应逐个进行分析研究，通过各方面比较筛选一个最好的生产方法，作为下一步工艺流程设计的依据。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》•一、生产方法和工艺流程选择的原则选择生产方法和工艺流程的三项原则：1.先进性先进性是指技术上的先进和经济上的合理可行。具体包括基建投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面的内容，应选择物料损耗小、循环量少，能量消耗少和回收利用好的生产方法。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》2.可靠性可靠性是指生产方法和工艺流程是否成熟可靠。如果所选择的生产方法和采用的技术不成熟，就会影响工厂正常生产，甚至不能投产，造成极大的浪费。因此，对于尚在试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待。要防止只考虑新的一面，而忽视不成熟、不稳妥的一面。应坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产厂当作试验工厂来进行设计。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》3.合理性中国是一个发展中的社会主义国家。在进行工厂设计时，不能单纯从技术观点考虑问题，应从中国的具体情况出发考虑各种具体问题。根据以往的设计工作的体会，化工工艺流程设计中应结合国情认真考虑以下几个方面的问题。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。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。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》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。一种技术的应用有长处，也有短处。设计人员必须采取全面分析对比的方法，并根据建设项目的具体要求，选择其中不仅对现在有利，而且对将来也有利的工艺技术，竭力发挥有利的一面，设法减少不利的因素。比较时要仔细领会设计任务书提出的各项原则要求，要对收集到的资料进行加工整理，提炼出能够反映本质的、突出主要优缺点的数据材料，作为比较的依据。要经过全面分析、反复对比后选出优点较多、符合国情、切实可行的技术路线和工艺流程。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》•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要经过几个阶段：1.资料搜集与项目调研这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。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。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》具体收集的内容主要有以下几个方面:①国内外生产情况，各种生产方法及工艺流程；②原料来源及产品应用情况；③试验研究报告；④安全技术及劳动保护措施；⑤综合利用及三废处理；⑥生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度；⑦设备的大型化及制造、运输情况；⑧基本建设投资、产品成本、占地面积；⑨水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应；⑩厂址、地质、水文、气象等资料；车间（装置）环境与周围的情况。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》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《化工设计》3.对调研结果进行全面分析对比全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项：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。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》工艺流程设计是在确定原料路线和工艺技术路线的基础上进行的。由于在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备置布等工作都与工艺流程有直接关系。只有流程确定后，其他各项工作才能开展，工艺流程设计涉及各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程设计，甚至使流程发生较大的变化。因此，工艺流程设计动手最早，又结束最晚。第二节工艺流程设计《化工设计》•一、工艺流程设计的任务•工艺流程设计和车间布置设计是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性的步骤，对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用。•流程设计的主要任务包括两个方面：一是确定生产流程中全部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《化工设计》按步骤逐步解决以下问题：（1）确定整个流程的组成；应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程，确定每个单元过程的具体任务，以及每个生产过程或工序之间如何连接。（2）确定每个过程或工序的组成；应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以及各种设备之间应如何连接，弄明确每台设备的作用和它的主要工艺参数。（3）确定工艺操作条件；确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。第二节工艺流程设计《化工设计》（4）控制方案的确定；确保各生产工序和每台设备本身的操作条件，及实现各生产过程之间、各设备之间的正确联系，需要确定正确控制方案，选用合适的控制仪表。（5）原料与能量的合理利用；计算并确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率，同时合理地做好能量回收与综合利用，降低能耗以确定水、电、蒸汽和燃料的消耗（6）制定“三废”处理方案；对全流程中所排出的三废要尽量综合利用，对于暂时无法回收利用的，则须进行妥善处（7）制定安全生产措施。对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施。第二节工艺流程设计《化工设计》•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。•一个化工过程简化分四大部分：原料预处理过程反应过程产物的处理（分离净化）过程产品、“三废”的处理过程。第二节工艺流程设计《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、防腐的设计第二节工艺流程设计《化工设计》•三、工艺流程设计的基本方法―方案比较法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，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。这里应强调指出，过程的操作参数如温度、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。方案比较实际是过程优化，可以采用人工比较法和计算机比较法。工艺流程设计的基本方法―流程模拟法第二节工艺流程设计《化工设计》•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。•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。工艺流程图中工艺物料管线为粗实线，辅助物料管线、工艺设备中粗实线，其他如阀门、管件为细实线。第三节工艺流程图《化工设计》•一、工艺流程图的种类按设计阶段不同不计入文件方框流程图工艺流程简（草）图——半图解初步设计文件工艺物料流程图带控制点的工艺流程图施工图设计文件管道仪表流程图第三节工艺流程图《化工设计》方框流程图第三节工艺流程图第二钛冷却器第一干燥塔第一钛冷却器湿氯气冷却水冷冻水氯水稀硫酸第二干燥塔硫酸换热器去透平压缩机浓硫酸《化工设计》1、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。是一种示意性的从左至右的展开图。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。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；7一除尘塔这是合成氨工艺中原料气脱硫系统的工艺流程图。半水煤气自气柜用罗茨鼓风机1从底部鼓人脱硫塔2，稀氨水自氨水槽3用氨水泵4-1从脱硫塔顶部泵人，用氨水吸收半水煤气中的硫化氢。由脱硫塔2底部出来的废氨水，经氨水泵4-2打人再生塔6的上部，用鼓风机5由再生塔下部向塔内吹进空气使废氨水解吸。解吸出来的硫化氢随空气流从塔顶排出。再生氨水则电再生塔底部排出，用氨水泵4-1送往脱硫塔循环使用。脱硫后的半水煤气经除尘塔7除尘后，去压缩工段进行压缩。《化工设计》2、工艺物料流程图(PFD)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设计成品。是最重要、最本质、最基础的图纸。第三节工艺流程图《化工设计》3、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。它是初步设计阶段的设计成品。第三节工艺流程图《化工设计》4、管道仪表流程图(PI)管道仪表流程图(PI图)又称施工流程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。它是施工图设计阶段的主要成品之一。PI图第三节工艺流程图《化工设计》•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。•PI图在基础工程设计阶段应绘制A版PI图(初版)