第二章生产工艺流程设计2

第二章生产工艺流程设计2-1工艺流程设计包括那些内容？1流程的组织和分析：确定原料要顺序地经过那些设备，经历那些变化，以最经济最合理的方式变为产品。该部分工作内容通常称为过程设计。2绘制生产工艺流程图2－2工艺流程的组织和分析2-2-1流程组织的基本要求：1.能满足产品的质量和数量指标2.具有经济性4.符合环保要求，三废要能够治理3.具有安全性5.整个系统必须可操作和可控制2-2-2如何合理的组织流程？化工生产过程可分为三个主要部分：原料的预处理反应过程产品的分离和精制反应条件反应结果以反应过程为核心组织不同的流程方案。化工生产的主要变化过程温度的变化加热器、冷却器压力的变化鼓风机、压缩机、加压泵、真空泵、减压阀、节流阀化学变化各种反应器提浓过程蒸发器混合物的分离蒸馏塔、吸收塔、萃取塔，干燥塔、过滤器、结晶器相变化汽化器、冷凝器2-2-3流程优化的方法以生产费用最低为优化目标2-2-4流程设计对工艺人员的要求：●专业理论知识●工业化生产的概念●工程上的基本知识例一工业上硝酸与硫酸混合制混酸考虑设备因素后的制备混酸工艺中的硫酸系统流程图考虑运输因素后的制备混酸工艺中的硫酸系统流程图2-2-5精馏流程的组织和分析●塔序的选择●塔型的选择●工艺参数的确定●塔顶和塔釜流程的选择●其它结构的优化1.如何确定塔序?主要从节约设备投资，减少能耗考虑①按相对挥发度大小顺序分离，避免重复消耗冷量。②最难分离的两个组分应放在最后分离。③进料中含量占主要的成分应先分离出来。④腐蚀性物料应先分离出来。⑤回收率高的组分应放在最后分离。⑥易分解或易聚合的组分应先分离。⑦纯度要求高的组分应保证从塔顶采出。2.如何选择塔型?板式塔适用于以下几种场合：①直径大于800的塔，造价比填料塔便宜。②适用于液体负荷特别小的情况。③精馏过程中易聚合结焦需定期清理的过程。④进出口过多。填料塔适用于以下几种场合：①填料塔阻力低，适用于真空精馏。②适用于高发泡系统。③适用于腐蚀性介质。④新型高效填料的理论板高度较板式塔低，生产能力大。3.如何确定精馏过程的工艺参数？塔压回流比进料热状态产品纯度回收率塔压的选择●由塔顶组分的露点和塔釜组分的泡点决定常压下露点低的物料，加压可以提高组分的露点，节约冷量，降低操作费用P↑αN↑设备费用↑↓常压下釜液泡点高容易引起釜液聚合、结焦需采用减压精馏●有时也可通过塔压调节精馏塔之间或和其它部分之间进行热集成回流比要大于最小回流比回流比的选择R/Rmin↑N↓V↑D↑公用工程耗量↑R/Rmin控制在1.11~1.24进料热状况q值的选择q值表示每千摩尔进料变成饱和蒸汽所需要的热量与每千摩尔进料气化潜热之比q↑冷凝器负荷↓再沸器负荷↑低温精馏，q↑操作费用↓高温精馏，q↓操作费用↓产品纯度和回收率的选择回收率↑N↑QwQD↑设备费↑如何选择塔顶和塔釜流程？4塔顶与塔釜流程的选择塔顶冷凝方式：全凝和分凝回流方式：自回流和强制回流塔釜塔釜加热方式：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热再沸器型式：热虹吸式和强制循环式热虹吸式再沸器强制循环式再沸器6其它结构的优化考虑是否采用多股进料或侧线采出流程考虑是否采用中间冷却器或中间再沸器热泵或者精馏系统之间热集成的采用精馏系统与全过程的热集成2-3化工典型设备的自控流程建立由操作人员和控制设备（测量仪表、传感器、控制器、执行器及记录仪表）组成控制系统，控制系统应满足抑制外部扰动的影响和使过程在优化的工况下工作这两项基本要求。•泵的流量自控容积式泵（往复泵、齿轮泵等）不允许采用出口阀调节，只能采用旁路调节方式压力控制冷媒量不允许变化真空系统控制吸入支路调节吸入管阻力调节调节蒸汽流量调节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调节变化快，是应用最广的一种调节方案滞后大，需要有较大的面积余量，变化缓和，可防止局部过热，用于热敏性介质蒸馏塔控制方案–按精馏段指标控制控制出料组成控制塔压通过控制精馏塔某一点温度来控制温度为被调参数，选择回流量ＬＲ或馏出液流量D（W)或塔内蒸汽量Vs为调节参数按提馏段指标控制2-4工艺流程图的绘制2-4-1设计过程中需完成的工艺流程图的种类●工艺流程图（ProcessFlowDiagram)PFD图●带主要控制点的工艺流程图●管道仪表流程图（PipingandInstrumentationDiagram)PID图初步设计阶段的成品施工图设计阶段的成品三类流程图的表达内容PFD图：要求清楚的表明主要物料的来龙去脉。③公用工程系统管线只表示出在工艺设备使用点的进出位置。①图中要反映出工艺物料至产品所经过的全部设备。②全部反映出主要工艺物料的管道及其进出界区的流向。带主要控制点的工艺流程图：在PFD图上反映出工艺设备及工艺物料管线上的主要控制点内容控制点内容包括控制项目：温度、压力、流量、液位等控制点的仪表功能：指示、记录、调节、控制等仪表的位置：集中安装、就地安装控制点内容以控制点符表示。包括：控制点的图形符号被测变量的仪表参量代号仪表功能的字母组合代号PRCPID图：要求清楚地表明工艺装置所必需的全部设备、仪表、管道、阀门、管件。是施工的依据，也是操作、运行和维修的指南。2-4-2流程图的绘制规定1PFD图的绘制规定①图幅：A1号图纸。图面内容包括：流程图、图例图、图签及版次②设备的表示方法用细实线(0.15~0.3)，按规定的图例绘制标明设备名称和位号P0102A泵P设备类别代号01设备所在主项编号02同类设备的顺序号A相同设备的数量尾号③物流管线的表示方法两设备之间的物流走向以物流线本身带箭头表示主物流管线用粗实线(0.9~1.2)，其它物流管线用中实线（0.5~0.7）物流走向进出界区的物流走向以直径为8、10或12mm的圆圈内画粗箭头表示。界区内部图纸之间的衔接进出物流在其始端和终端连接32×45或20×30（mm）的长方框表示（以细实线绘制,放在设备位号上方）)反应气体来自R0101公用工程管路不画总管，只画进出口位置。④PFD图上需标注的内容设备名称和位号物流点号(用细实线绘制边长8-10mm的菱形框，里面用阿拉伯数字表示）工艺数据Pa6℃802PID图的绘制规定①A1号图纸，不画图例图，要求绘制首页图③管道管件和阀门的表示方法常用管道管件和阀门按规定的绘制图例绘制要求绘制出设备一览表中的所有设备，隔热设备在相应位置绘制隔热层图例。地下或半地下设备表示出相应的地面线。②设备的表示方法物流流向主物流管线用粗实线(0.9~1.2)，其它物流管线用中实线（0.5~0.7）物流管线设备之间的物流图纸与图纸之间的衔接物流跨界区物流管线伴热全部绘出，夹套管在进出口位置处画一小段夹套符号。•辅助管线和公用工程管线只画出与设备或工艺管道相连接的一小段，但这一小段要画出相关的管件及与工艺参数控制相关的管件阀门仪表，进出用接续符号表明接续关系。301TZC自LS-0305LS0309-100去SC-0305SC0309-50B1BB1BPL0313-100PL0314-100HC0302-010302-01HCTPL0309-100B1B-HGCGCCWS0305-1000305-02HWR0306-100B1B-HPL0310-100PL0311-100PL0312-100PG0301-200B1B-HHC自CW-0108去HW-03100305-04TZCHCE0305V0303E0306T0301301TZC自LS-0305LS0309-100去SC-0305SC0309-50B1BB1BPL0313-100PL0314-100HC0302-010302-01HCTPL0309-100B1B-HGCGCCWS0305-1000305-02HWR0306-100B1B-HPL0310-100PL0311-100PL0312-100PG0301-200B1B-HHC自CW-0108去HW-03100305-04TZCHCE0305V0303E0306T0301•仪表以控制点符全部绘出④需标注的内容设备的名称和位号标注管道号全部管道均要编号，以清楚地表明管道内容：流动的是什么物料，管道所在的工序、顺序号，管道尺寸、材料压力等级等内容管道号由四部分六单元组成如PL0103-100A1A－H管段号公称直径管道等级隔热隔声代号管段号包括：物料代号、管道所在主项编号、管道顺序号PL0103-100A1A－HPL-工艺液体PG-工艺气体PW-工艺水CWS-循环冷却水上水CWR-循环冷却水回水RWS-冷冻盐水上水RWR-冷冻盐水上水LS-低压蒸气MS-中压蒸气HS-高压蒸气SC-蒸气冷凝水管道等级代号包括：公称压力等级代号A-K用于ANSI标准压力等级代号（I,J不用）A-150LBB-300LBL-Z用于国内压力等级代号（O,X不用）L-1.0MPaM-1.6MPa管道材质类别代号用大写英文字母表示A-铸铁B－碳钢E-不锈钢PL0103-100A1A－H隔热隔声代号：H-保温C-保冷E-电伴热S－蒸汽伴热W-热水伴热O-热油伴热PL0103-100A1A－H编号规则•两设备之间的管道，不管规格或尺寸改变与否，编一个管道号。若中间有分到其它管道或设备的则另编管道号。•设备的放空、放净，只要有管道均要编管道号。•全部管道均要编号并联设备的进出管道，有总管时，总管要单独编号，无总管时，与到同位号最远的一台设备的管道编一个管道号。管道编号的顺序按流程图所示的从设备到设备向前流动的进程编排。●特殊阀门及管件除按图例绘制外，而且还应在编号筐内标注各自的编号。包括类别代号、工序号及顺序号。类别代号限流孔板--RO疏水器--T安全阀—SV减压阀—RV防爆片—RPT102●安全阀要标注整定压力（PSV）●分析取样点在选定的位置画上直径10mm的圆标注和编号A101●异径管标注大端公称直径乘小端公称直径。同一管道号管道等级不同时，应表示出等级分界线。150x100有一项生产单一产品的工艺过程，包括两种液体在不断搅拌的反应器中进行反应（间歇反应），生成的混合物在蒸馏塔中蒸馏。未反应完全物料（为其中一种）从塔顶馏出予以回收，并使之循环使用。蒸馏塔底获得的是相当纯净的产品。试就该生产过程绘制一张带控制点的工艺流程图。