化工设计第二章

《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•重点：工艺流程设计的任务及方法；工艺流程图的类型。难点：典型设备的自控方案。第二章工艺流程设计《化工设计》•工艺流程设计和车间布置设计是化工工艺设计的关键性项目。工艺流程设计的目的就是通过流程图的形式，表示出在由原料转化为化工产品的整个过程中，物料和能量所发生的变化和流向，生产中所采用的化工过程和设备以及为生产所需的工艺管道和计量—控制装置等。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第一节生产方法和工艺流程的选择•教学内容：•理解生产方法和工艺流程选择的原则，了解生产方法和工艺流程确定的步骤。•重点和难点：•重点掌握生产方法和工艺流程选择的原则。《化工设计》原料路线的选择原则是什么？（1）原料来源的可靠性•化工生产过程大部分是连续生产，进行正常生产的基本条件是原料的稳定供应。在选择原料时，必须考虑资源的储藏量是否丰富，开采和运输条件如何；如果所用的原料是其它企业的产品时，则应考虑该企业的发展前景，它是否能保证本企业的需要。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》原料路线的选择原则是什么？（2）尽可能选择当地或附近的原料，既可确保来源，又能减少运输费用和货运量。（3）经济性经济性是指采用不同的原料路线所造成的经济效果，而不能只看原料本身价格的高低。在选择原料时，必须考虑该种原料是否符合技术要求。所选择的原料路线最好是没有副产物或副产物较少的。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》原料路线的选择原则是什么？（4）资源利用的合理性•是从国民经济角度来考察其合理性的。•所选择的原料应该是价格较低和容易得到的。综上所述，当几种原料在原则上都符合以上要求时，以选择投资少、成本较低，而劳动生产率较高的原料为宜。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》工艺技术路线——就是把原料加工成为产品的方法，包括工艺流程、生产方法、工艺设备和技术方案等。工艺技术路线选择——就是要在各种可能的工艺技术路线中，经过比较确定一条效果最好的工艺技术路线为拟建项目采用。此项工作是项目可行性研究工作的核心。2.1生产方法和工艺流程的选择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•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•是指在化工设计过程中技术上的先进程度和经济上的合理可行。•在选择生产方法和加工技术时，要尽量使用切实可行的新方法和新技术。因为技术上先进常常表现为劳动生产率高，资源利用充分和消耗定额低。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》（2）可靠性•主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。•可靠性是工艺技术路线选择的首要原则。•在选择工艺技术路线时，应考虑获得此生产方法的技术资料是否有困难、特殊设备的设计和加工制造是否可能，以及该种生产方法是否成熟等，决不能把没有通过严格的科学鉴定的试验性工艺技术应用到生产性企业中。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》•如何判断工艺技术路线的可靠性？•主要从流程是否通畅、生产是否安全，工艺是否稳定，消耗定额、生产能力、产品质量和三废排放能否稳定可靠地达到预定指标来判断。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》•如何开展可靠性的评价？•在可行性研究中，可以通过对已投产的同类项目进行现场考察，并搜集较长时间的实际生产数据来进行判断，不可只凭文献报道的资料、数据或口说无凭的介绍来决定。2.1生产方法和工艺流程的选择第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》（3）合理性•是指在进行化工厂设计时，应该结合我国的国情，从实际情况出发，考虑各种问题，即宏观上的合理性。•在化工设计过程中选择技术路线和工艺流程时，必须综合考虑上述三项原则，即遵从“技术上先进、经济上合理”全局性考虑问题的原则。2.1生产方法和工艺流程的选择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时，经过几个阶段：•⑴资料搜集与项目调研；•⑵生产设备类型与制造厂商调研；•⑶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一节生产方法和工艺流程的选择第二节工艺流程设计•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：•掌握工艺流程设计的步骤和内容。《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，是工艺设计的核心，只有在工艺流程确定后，其他各项工作才能陆续开展。•一、工艺流程设计的任务•其任务主要包括两个方面：•①确定设计有关内容；•②绘制不同设计阶段的工艺流程图。2.2工艺流程设计第二节工艺流程设计《化工设计》•按下列步骤逐步进行设计：•（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。•工艺流程分为四大部分：•①原料预处理过程；②反应过程；③产物的后处理（分离净化）过程；•④“三废”的处理过程。第二节工艺流程设计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、防腐的设计第二节工艺流程设计2.2工艺流程设计《化工设计》•在工艺流程设计中，可能会产生若干种方案，常用方案比较的方法来确定哪种方案最优。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。第二节工艺流程设计2.2工艺流程设计第三节工艺流程图•教学内容：•了解工艺流程图的种类，会画管道仪表流程图及带控制点的工艺流程图。•重点和难点：•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。《化工设计》一、工艺流程图的种类在化工设计过程中，要绘制的工艺流程图有工艺流程草图、工艺物料流程图、带控制点的工艺流程图及管道仪表流程图等。•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。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工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》1．工艺流程草图在设计流程草图时，首先按照确定的生产方法考虑生产过程中的原料和能量顺序地经过了哪些变化，采用哪些化工过程和设备才能得到所需要的产品。由于在进行流程草图的设计时，各种物质的数量和设备的大小还没有确定。因此，在草图中只须按原料转化为产品的顺序，定性地表示出各股物流和能流的流向，以及各种化工过程和设备的型式。•2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》1．工艺流程草图生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成。在画法上采用由左向右展开。2.3工艺流程图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《化工设计》•1．工艺流程草图•①物料流程：全部物料和一部分动力的流程管线，其流向用箭头表示，并加以必要的文字说明（如原料自贮糟来，废水去下水道等）。•②图例：图例中只须标出管线图例。阀门、仪表等无须标出。其位置一般在图纸的右上方。•③设备一览表：设备一览表的作用一般是表示出工艺流程图中所有设备的名称、数量、规格和材料等，其位置一般在图纸的右下方、图签的上部，由下往上写。•它也只包括序号、位号、设备名称和备注，有时可省略设备一览表和图框。2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•1．工艺流程草图设计者需要掌握流程图的图形符号、标注方法等规定，才能进行设计。①设备示意图②流程管线及流向箭头③文字注解•a.在流程图的下方或图纸的其他空白处列出各设备的编号和名称。•b.在管线的上方或右方用文字注明物料的名称。•c.在流程线的起始和终了处注明物料的名称来源及去向。2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•2.工艺物料流程图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，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指具有主要控制点的控制项目（如液位、流量、温度、压力等）及控制方式（如指示、记录、调节等）与集中程度及检测等内容的工艺流程图。•带控制点的工艺流程图是在工艺流程草图和物料流程图的基础上绘制的，它是设备布置和管道布置设计的依据，并可供施工、安装、生产操作时参考。•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可以车间(装置)或工段(分区或工序)为主项进行绘制，原则上一个主项绘一张图解。•若流程复杂，一个主项也可以分成数张(或分系统)绘制但仍算一张图样，且需使用同一个图号，但要注明各是该图号图纸总张数的第几张。必要时也可适当缩小比例进行绘制。2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•4.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工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•4.管道仪表流程图•工艺管道仪表流程图图样包括如下内容：•①图形：将各设备的简单形状按工艺流程次序，展示在同一平面上，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表控制点符号等。•②标注：注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸、数据等。•③图例：代号、符号及其他标注的注明，有时还有设备位号的索引等。•④标题栏：用来注写图名、图号、设计阶段、设计单位等。2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•4.管道仪表流程图•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。2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•4.管道仪表流程图•（一）通用设计规定•⑴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。•⑵线条与比例⑶文字与字母的标注•⑷工艺管道仪表流程图•⑸备注栏、详图和表格⑹图面布置2.3工艺流程图第三节工艺流程图《化工设计》•4.管道仪表流程图•（二）设备的表示