《化工工艺设计》讲座

本文由mengyu_axi贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。《化工工艺设计》讲座化工工艺设计》主讲：主讲：徐谋源1.概述1.概述化工工艺专业是化工设计的主要专业之无论是开发新的化工生产过程，一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计新的化工装置，新的化工装置，化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车、工装置能否顺利开车、能否到到预计的生产能力和合格的产品，力和合格的产品，最终关系到工厂能否获得最大的经济效益。因此，大的经济效益。因此，作为化工工艺设计的人员必须具备下列基本条件：员必须具备下列基本条件：1.1掌握化工基本理论1.2掌握化工工艺设计方法和技能（1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺了解工艺设计的任务、设计范围、设计人员的职责。设计人员的职责。（2）掌握化工基本理论的应用（3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知识（4）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以及工艺设计的质量保证程序。及工艺设计的质量保证程序。掌握生产、开停车的基本知识、1.3掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事故的能力以及相应的实践经验。故的能力以及相应的实践经验。熟悉有关劳动安全卫生、1.4熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规的法规。有：GBJ6-87(2001年版年版)建筑设计防火规范GBJ6-87(2001年版)石油化工企业设计防火规范50160-92(1999年版年版）GB50160-92(1999年版）爆炸和危险性环境电力装置设计规范50058GB50058-92HG20571化工企业安全卫生设计规定HG20571-95石油化工企业职业安全卫生设计规范SH3047SH3047-93HG20667化工建设项目环境保护设计规定HG20667-1986SH3024石油化工企业环境保护设计规范SH3024-951.5具有一定的工作经验2、工艺设计基础数据2.1在工程设计合同书中明确规定的以及业主应提供的有关数据。提供的有关数据。装置的设计能力、操作弹性及年操作日;（1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日;产品方案及产品、副产品的规格；（2）产品方案及产品、副产品的规格；建厂地区的气象、水文、地质等条件；（3）建厂地区的气象、水文、地质等条件；所能提供的公用工程，包括水、（4）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、气等规格、数量及进界区条件；气等规格、数量及进界区条件；原材料、催化剂、化学品等规格、（5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指标及进界区条件；标及进界区条件；由专利商提供的：2.2由专利商提供的：除上述与专利商有关的数据外，除上述与专利商有关的数据外，还需专利商提供该专利范围内的工艺操作条件、商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化收率、控制方案、相关设备条件等。率、收率、控制方案、相关设备条件等。工艺所需的物性参数。2.3工艺所需的物性参数。3、工艺设计的内容和深度概述：3.1概述：工艺专业是自项目前期的可行性研究阶段即作为主要专业参加编制，即作为主要专业参加编制，一直贯穿到工程设计阶段。计阶段。在工程设计阶段可分为以下几个阶段：在工程设计阶段可分为以下几个阶段：按国内审批要求分为：（1）按国内审批要求分为：初步设计（批准后建设单位即可开工）●初步设计（批准后建设单位即可开工）●施工图设计按国际常规做法分为：（2）按国际常规做法分为：工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）●工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）基础设计（●基础设计（以化工工艺系统专业为主导专业）详细设计（以管道设计专业为主导专业）●详细设计（以管道设计专业为主导专业）在建设单位完成了项目前期工作之后，●在建设单位完成了项目前期工作之后，设计单位即可开展项目的工程设计工作。计单位即可开展项目的工程设计工作。在工程设计阶段的工艺设计，●在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依据是经批准的可行性研究报告及其批文、据是经批准的可行性研究报告及其批文、总体设计及其批文、总体设计及其批文、工程设计合同书以及设计基础资料。设计基础资料。3.2工艺设计的内容和深度工艺设计的文件包括三大内容：●3.2.1工艺设计的文件包括三大内容：文字说明（工艺说明）（1）文字说明（工艺说明）（2）图纸（3）表格~文字说明（工艺说明）3.2.1.1文字说明（工艺说明）●工艺设计的范围设计基础：生产规模、产品方案、原料、●设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化化学品、公用工程燃料规格、剂、化学品、公用工程燃料规格、产品及副产品规格工艺流程说明：生产方法、化学原理、●工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙述。生产过程的主要危险、程叙述。生产过程的主要危险、危害因素分折原料、催化剂、●原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量公用工程（包括水、脱盐水、冷冻、●公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、氮气）规格、工艺空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额及消耗量三废排放：包括排放地点、排放量、●三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建议处理方法●装置定员另行成册)●安全备忘录(另行成册详见P539~P540技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）●技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）其主要说明新工艺、新技术、新设备、主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面可能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的技术风险。并提出防范及化解风险建议和措施。技术风险。并提出防范及化解风险建议和措施。操作指南（通常为对内使用，另行成册）●操作指南（通常为对内使用，另行成册）它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工芑系统、管道专业设计的重要依据，芑系统、管道专业设计的重要依据，其主要内容详见7.P541~5427.3.2.18（1）~（8）节）（）●3.2.1.2图纸PFD:是PID的设计依据的设计依据，●（1）PFD:是PID的设计依据，供基础设计使通常分版次逐版深化）用（通常分版次逐版深化）包括全部工艺设备、主要物料管道(●包括全部工艺设备、主要物料管道(表示出流向、物料号）、主要控制回路、联锁方案、流向、物料号）、主要控制回路、联锁方案、）、主要控制回路加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。建议设备布置图：是总图布置、●（2）建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供基础设计使用（置的依据，供基础设计使用（通常为平面布置图）置图）●根据工艺流程的特点和要求进行布置。根据工艺流程的特点和要求进行布置。PCD:通常是设计院内部设计构成文件●（3）PCD:通常是设计院内部设计构成文件最终体在终版PFDPFD中通常由自控专业完成）最终体在终版PFD中（通常由自控专业完成）●3.2.1.3表格物料平衡表：包括物流组成、温度、●（1）物料平衡表：包括物流组成、温度、压状态、流量、密度、焓值、力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常热负荷表示在此表中或PFD图上）PFD图上数（热负荷表示在此表中或PFD图上）工艺设备数据表：根据设备形式不同，●（2）工艺设备数据表：根据设备形式不同，作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、搅拌器等。热器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材质、设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（。（各机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各设计院均有各种规定的表格)设计院均有各种规定的表格)●（3）工艺设备表●（4）取样点汇总表●（5）装置界区条件表：通常由工艺系统专业装置界区条件表：来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、产品、副产品、进出界区条件等）产品、副产品、进出界区条件等）补充说明：●3.2.2补充说明：化工工艺专业尚需参加前期工作，主要前期工作有：期工作，主要前期工作有：项目建议书：可行性研究报告编制工作。●项目建议书：可行性研究报告编制工作。项目报价书：投标书、●项目报价书：投标书、技术文件编制工作引进项目：包括询价书、投标书的评标、●引进项目：包括询价书、投标书的评标、合同技术附件谈判。同技术附件谈判。大中型联合装置总体规划设计。●大中型联合装置总体规划设计。3.3工艺设计方案的优化优化的工艺设计方案应是：●优化的工艺设计方案应是：（1）有较好的经济效益和社会效益（2）工艺技术先进适用生产安全、可靠、（3）生产安全、可靠、并有良好的环保措施3.3.1工艺流程方案优化洋葱头”模型（由史密斯、“洋葱头”模型（由史密斯、林霍夫提供的模型）的模型）反应系统分离系统换热网络公用工程洋葱头”●“洋葱头”模型是工艺流程开发和设计的方法。洋葱头模型是工艺流程开发和设计的方法。●从图中可以十分直观的表示了反应系统的开发和设计是核心，和设计是核心，它为分离系统规定了处理物料的条件，的条件，而反应和分离系统一起又规定了过程的冷、热物流的流量和换热的热负荷，的冷、热物流的流量和换热的热负荷，最后才是公用工程系统的选择和设计。因此，是公用工程系统的选择和设计。因此，工艺流程方案的优化应主要集中在反映和分离系统的优化。优化。对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头”●对于史密斯和林霍夫提出的“洋葱头”技术开发概念，其步骤为：发概念，其步骤为：（1）根据经验规则初步建立反应和分离系统的流程变化主要的设计优化变量，（2）变化主要的设计优化变量，如反应的转化惰性物质循环的浓度等，确定每组变量：率、惰性物质循环的浓度等，确定每组变量：反应和分离系统中主要设备的投资及原材料的消耗；消耗；利用夹点分析法确定换热网络和公用工程消耗的最佳总费用。程消耗的最佳总费用。（3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的关系，其总费用包括：关系，其总费用包括：反应和分离系统中的主要设备的投资费：原材料消耗、要设备的投资费：原材料消耗、反应与分离系换热网络和公用工程的各类操作费用。统、换热网络和公用工程的各类操作费用。确定最佳条件，并对全流程调优。（4）确定最佳条件，并对全流程调优。对其他备选流程重复上述步骤，（5）对其他备选流程重复上述步骤，最后比较各流程的总费用，获得最佳流程。较各流程的总费用，获得最佳流程。3.3.1.1反应流程优化反应流程优化需要考虑的问题较问题复杂。如反应动力学、多，问题复杂。如反应动力学、反应收率、催化剂特性、反应历程、收率、催化剂特性、反应历程、反应途径。途径。反应器的最优操作条件有如何保证反应温度、反应压力、混合要求、证反应温度、反应压力、混合要求、换热要求、各物料配比、换热要求、各物料配比、给定条件下的生产成本等等。的生产成本等等。在实际工业生产中，为了实现高效率、高选在实际工业生产中，为了实现高效率、择和达到要求的产量，择和达到要求的产量，常常将相同或不同类型反应器进行组合，反应器进行组合，常见的反应器组合及其适用范围如表7.4.2所示（P544）7.4.2所示范围如表7.4.2所示（P544）3.3.1.2反应产物的分离方法大多数反应产物都是混合物，大多数反应产物都是混合物，需要有物料分离过程。离过程。根据反应产物的物性差异可采用不同的分离方法，简述如下：的分离方法，简述如下：对于气国相混合物可采用干法收集、（1）对于气国相混合物可采用干法收集、湿法洗涤、纤维过滤、静电沉积荨分离方法；湿法洗涤、纤维过滤、静电沉积荨分离方法；对于固相混合物可采用筛分、（2）对于固相混合物可采用筛分、分级分离方法；离方法；对于固液相混合可采用沉降、（3）对于固液相混合可采用沉降、离压榨、过滤、干燥、蒸发、心、压榨、过滤、干燥、蒸发、结晶等分离方法；分离方法；对于液相混合物可采用吸收、萃取、（4）对于液相混合物可采用吸收、萃取、渗透、蒸馏、精馏等分离分