第三章工艺流程设计.

1第三章工艺流程设计•3.1工艺流程设计概述•3.2工艺流程图•3.3化工典型设备的自控流程•3.4流程的组织和分析23.1工艺流程设计概述•它贯穿于整个设计过程中，是由浅入深、由定性而定量逐步分阶段地进行的。•1.工艺流程设计的任务（设计中涉及的问题）：•(1)确定以下各项内容•a.确定整个流程的组成•b.确定每个生产过程(或工序)的具体任务•c.确定生产设备及操作条件•d.确定控制方案•e.合理利用原料及能量•f.确定公用工程的配套措施•g.确定三废治理和综合利用方案•h.确定安全生产措施•(2)在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。32.从工艺角度进行流程设计•反应过程:主反应装置的确定•原料预处理过程•产物的后处理：应用分离工程原理，确定分离装置•产品包装•原料的循环利用43.2工艺流程图•一、概述•1.工艺流程图的种类：•工艺流程设计的各个阶段的设计成果都是用各种工艺流程图和表格表达出来的。•按照设计阶段的不同，先后有：•流程方框图•流程示意图•工艺流程草(简)图•工艺物料流程图•带控制点的工艺流程图•管道仪表流程图5•2.工艺流程图的表示•（1）工艺流程图中阀门、管件的图形符号p81•（2）*仪表参量代号、仪表功能代号和仪表图形符号p81~82•（3）*物料代号p82•（4）工艺设备位号：设备代号+设备的编号设备代号*p836二、工艺流程草图（方框流程图、流程示意图、流程简图）•含义：在生产方法确定后开始设计。为物料衡算和能量衡算服务，不编入设计文件中。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。•组成生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表三个部分组成。7•物料流程：设备示意图、流程管线及流向箭头、文字注解（设备编号和名称、物料名称、物料的名称来源及去向）•图例：只须标出管线图例，阀门、仪表等无须标出。•设备一览表：只包括序号、位号、设备名称和备注，有时也可省略图例和设备一览表。8三、物料流程图•物料流程图在物料衡算和热量衡算后绘制，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，它是初步设计阶段的主要设计成品，提交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。•由于物料流程图标注了物料衡算和热量衡算的结果数据，所以它除了为设计审查提供资料外，还可用作日后生产操作和技术改造的参考资料，因而是一项非常有用的设计档案资料。9物料流程图的绘制•物料流程图中设备的外形常采用标准规定的设备表示方法简化绘制，有的设备甚至简化为符号形式。•设备的大小不要求严格按比例绘制，但外形轮廓应尽量做到按相对比例给出。•物料表包括物料名称、质量流量、质量分数、摩尔流量和摩尔分数。有些物料表中还列出物料的某些参数如温度、压力、密度等。•例p84图3.110四、带控制点工艺流程图*•初步设计阶段在工艺流程草图和物料流程图的基础上绘制带控制点工艺流程图。是设备布置和管道布置设计的依据，并可工施工、安装、生产操作时参考。它是由工艺专业人员和自控专业人员合作完成的。•（一）.带控制点工艺流程图组成：•图形：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(湿度、压力、流量、掖位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制的方案。•标注：注写设备位号及名称、控制点代号、数据等。•图例：代号、符号及其他标注的注明等。•标题栏：注写图名、图号、设计阶段等。•通过带控制点工艺流程图，可以比较清楚地了解设计的全貌。11（二）、带控制点工艺流程图的绘制要求•1.以车间或工段为主项进行绘制，原则上一个主项绘制一张图，若多张图号要相同。•2.比例：设备图形机器高低位置大致按1：100或1：200比例绘制，流程简单的可按1：50绘制，标题栏中比例不予注明。过大或过小设备比例可调整。•3.图幅：A1或A2。•4.线条的要求：主要物料管道用粗实线（0.9mm）表示，辅助物料用中粗实线（0.6mm）表示，设备轮廓和管道上的各种附件以及局部地平线用细实线绘制（0.3mm）。设备间的高低和楼面高低的相对位置一般也按比例绘制。相同设备一般应全部画出。省略部分用双点化线矩形框表示。•5.设备的标注：在图纸的上端或下端两处标注设备位号及名称，各设备在横向之间的标注方式应基本排成一行。一般不标尺寸。12五、管道仪表流程图•管道仪表流程图又称PID图，它是pipingandinstrumentdiagram的缩写。•管道仪表流程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。133.3化工典型设备的自控流程•1.泵的流量自控•(1)离心泵泵出口直接节流调节流量离心泵的旁路调节14设有分支路的泵的调节方案15离心泵流程设计•泵的入口和出口均需设置切断阀；•为了防止离心泵未启动时物料倒流，在其出口处应安装止回阀；•在泵的出口处应安装压力表，以便观察其工作压力；泵出口管线的管径一般与泵的管口一致或放大一档，以减少阻力；•泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀，并将排出物送往合适的排放系统。16(2)容积式泵它包括往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等。当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量。通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程。17容积式泵的旁路调节改变蒸汽流量以控制泵的流量18（3）真空泵吸入支路调节吸入管阻力调节用调节蒸汽流量的方法来调节真空度192.换热器的温度自控调节换热介质流量调节传热面积分流调节203.蒸馏塔的控制方案(1)蒸馏塔自控流程设计注意问题A当塔顶产品量少，回流罐内液位需要较长时间才能建立时，为缩短开工时间，宜在开工前预先装入部分塔顶物料，为此需要考虑设置相应的装料管道；B塔顶应设置供开停车、吹扫放开的排气阀，阀门宜直接连在塔顶开口处;C塔底应设置供开停车的排液阀，阀门宜直接连在塔底开口处；D设有多个进料口的塔，其每条进料管线上均应设置切断阀；E对于同一产品有多个抽出口的塔，其每条抽出口管道上均应设置切断阀；F根据工艺过程要求向塔顶馏出线注入其他介质时，其接管上应设置止回阀和切断阀。21•(2)蒸馏塔的基本控制方案•a.按精馏段指标控制•b.按提馏段指标控制22•(3)塔顶的流程与调节方案塔顶方案的基本要求是：把出塔蒸汽的绝大部分冷凝下来，把不凝气体排走：调节LR和D的流量和保持塔内压力稳定。a．常压塔b．加压塔c．加压塔d．减压塔234釜式反应器的釜温自控(1)改变进料温度(2)改变加热剂或冷却剂流量(3)串级调节245固定床反应器床层温度自控改变进料浓度调反应器温度用载热体流量调反应器温度改变进料冷支路流量调节床层温度25改变段间冷激剂量调节床层温度a原料气冷激b水冷激266流化床反应器床层温度自控改变原料气入口温度调节床层温度改变冷却剂流量调节床层温度273.4流程的组织和分析•一、总流程是各个单元操作过程的合理组合•原料到产品，需经过化学反应、化学物质的分配、温度变化、压力变化、相变化、物理分离等过程。•以适当的方式把这些过程组合起来，便形成了一个完整的工艺流程。•换句话说，一个完整的工艺流程实际上是各个单元操作过程的合理组合。28二、蒸馏过程流程的组织和分析•1.多组分蒸馏的流程方案确定原则•(1)直接顺序流程和间接顺序流程相比较，以直接顺序流程为佳。•(2)采用等摩尔分割或采用CES（分离容易系数CES=f×△）高的方案•(3)最难分离的物质放在最后分离•(4)首先除去含量最大的组分•(5)除去强腐蚀性的组分•(6)尽早把易分解或易聚合的组分分离出去•(7)尽早除去易燃易爆等影响安全生产的组分。•(8)尽早除去在操作条件下不易被液化的组分•(9)当要求产品的纯度很高时，一般应在蒸馏流程中安排在塔顶得到产品。292具有侧线出料的蒸馏流程•具有侧线的流程可以省去一些塔，节省了设备投资，但从侧线不可能得到纯组分，操作上也不易控制。具有侧线采出的流程303.塔顶流程•(1)全凝和分凝流程•在选择全凝还是分凝流程时考虑的因素：•a.塔顶产品在后继加工中是以气态使用则采用分凝流程，使分凝器的气相出料作为塔顶产品，反之，若后继加工用液态物质，则采用全凝器，塔顶为液相出料。•b.塔顶蒸汽混合物的冷凝若采用全凝时，全凝器至少要把物料冷到其泡点温度，而分凝器则只需冷到露点和泡点之间的某一温度就可以了，因而对一定的操作压力，全凝器比分凝器要求更低温度级别的冷却剂。•C.分凝器在理论上相当于一块理论板，采用分凝流程时蒸馏塔塔板可减少一块。31有分凝器的流程32(2)自流式回流和强制循环式回流流程回流方式a自流式回流b、c强制循环式回流流程33(3)凝液过冷的方式•a．采用冷凝冷却器。•即蒸汽冷凝和凝液的冷却在同一个设备内完成。凝液的过冷是通过凝液浸泡部分冷却管以自然对流的方式来实现。为了保证冷凝冷却器中凝液的液位，凝液的出口常设计液封管，这种过冷方式常用于中、小型装置，可省去一个设备。但因是自然对流、传热系数小，所需传热面积较大。•b．将蒸汽冷凝和凝液的冷却分别在两个串联的设备中完成，先冷凝后过冷。•当过冷所需的传热面积超过50％时，无论装置的规模大小，都应采用这种过冷方式。采用这种过冷方式时，由于过冷器的冷却别是强制流动，传热系数大，可减小传热面积。344.塔底流程•(1)塔釜的加热方式•把蒸汽直接通入塔釜液中加热釜液•通过再沸器用蒸汽(或其他加热剂)间接加热釜液（常用）•(2)使用再沸器加热的塔底流程3536三、吸收过程流程的组织和分析•1.带有吸收液循环的流程•(1)根据工艺计算确定的吸收剂流量太小，不能达到吸收塔要求的喷淋密度•(2)吸收塔内放出的热量很多37•2不带吸收液循环的流程383吸收—解吸联合使用的流程这种情况常见于气体净化过程。39四、带有物料循环的流程的组织和分析•1.几种不同的循环流程•(1)带有理想分离的循环•(2)没有分离设备的循环•(3)有分离装置但分离不完全的循环流程402.物料循环流程的特点•(1)新鲜原料气连续加入。•(2)产品连续采出。•(3)有物料循环管路和循环机械，对气体循环物系，循环机械是循环压缩机，对液体循环物系，循环机械是循环泵。•(4)有排放口排出部分物料，以避免在系统内积累惰性物质或杂质。41•作业：•1.从工艺角度进行流程设计应考虑哪些方面的问题？•2.按照设计阶段的不同工艺流程图包括哪些种类？•3.简述带控制点工艺流程图组成。•4.离心泵流程设计一般包括应考虑哪些问题？•5.容积式泵为什么采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流程？•6.换热器的温度自控方案有哪些？•7.蒸馏塔自控流程设计注意哪些问题？•8.釜式反应器的釜温自控方案有哪些？