工艺流程设计

1第4章工艺流程设计2目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程任务：（1）确定生产工艺流程中各个过程的具体内容、顺序和组织形式。（2）绘制工艺流程图。工艺流程设计的目的和任务4.1概述3工艺流程设计的重要性决定车间的命运；化工设计最主要的一环；关键性步骤4工艺流程的设计顺序：从化工设计工作进程看：在可行性研究中、生产工艺路线选定后开始在初步设计、扩初设计和施工设计各个阶段，随着工艺专业和其他专业设计工作的进展，不断地进行补充和修改，然后在最后才完成，它贯穿于整个设计过程由浅入深由定性到定量逐步分阶段进行54.1.1工艺流程设计的原则工艺流程设计应遵守以下几个原则：1、产品质量原则：尽可能采用先进设备、先进的生产方法和成熟的流程。2、资源利用原则：就地取材，充分利用本地资源、减少原料组织与运输。3、节能原则：选用的设备效率要高，要降低原材料消耗及水电汽的消耗。4、安全生产原则：充分预计生产故障，以便及时妥善处理，保证生产的稳定性。5、经济效益原则：这是一个综合的原则，应从原料性质、产品质量和品种、生产能力以及发展等多方面考虑。64.1.2工艺流程设计的任务1、确定整个流程的组成2、确定每个工序的组成3、确定操作条件4、确定控制方案5、确定物流和能量的合理利用方案6、确定公用工程的配套设施7、确定三废治理方法8、确定安全生产措施9、画出工艺流程图7确定整个流程的组成例如：合成氨生产工艺造气变换精炼合成NH3煤或油水蒸气己内酰胺生产工艺加氢氧化羟胺肟化重排苯H2O2硝酸H2返回8变换反应水洗碱洗H2,N2,CO，CO2少量惰性气体确定各个过程或工序的组成例如:合成氨工艺中的变换工段22222232232COHOCOHCOHOHCOCONaOHNaCOHO变换反应：水洗碱洗返回9确定控制方案离心泵的流量控制10液位控制返回114.1.3从工艺角度进行流程设计A．反应过程根据反应过程的特点、物性和工艺条件决定反应器类型及操作方式，根据产品特点选择连续或间歇生产方式。B．原料预处理过程C．产物的后处理（1）反应副产物的分离（2）未反应的反应物返回循环利用（3）产物净化与分离D．产品包装E．原料的循环利用124.2流程图绘制方法各设计阶段的设计成果表现为各种图纸、表格及说明不同的设计阶段有不同的工艺流程图初步设计阶段施工图阶段物料流程图带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图辅助管道系统与蒸汽伴管系统图项目建议书、可行性研究阶段全厂（车间、总装置）物料流程图工段方案流程图134.2.1基本要求C．流程简图（P.92图4-63）※用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备；※用箭头表示物流方向；※标注工艺设备的位号和名称；※以图例表示出主要控制回路仪表的参数、功能、控制方法。B．流程示意图※用图例表示出主要工艺设备；※用箭头表示物流方向；※标注主要工艺设备的位号和名称。A．流程框图（P.89图4-62）※用方框及文字表示主要的工艺设备及过程；※用箭头表示物流方向。14D．物料流程图（P.93图4-64）※用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备；※用箭头表示物流方向；※标注工艺设备的位号和名称；※用表格形式表示出各流股的温度、压力、流量、组分含量百分比；在有热量变化的过程或设备旁，标出热量计算值。E．公用工程系统图※用方框、文字表示使用公用工程的工艺设备及过程；※用箭头表示物流方向。15F．带控制点的工艺流程图（P.93图4-65）（1）用图例表示出全部工艺设备。（2）用图例表示工艺物料和辅助管道的流向及工艺物料管道上的阀门，异径管等有关附件，但不必绘出法兰、弯头、三通等一般管件，流程图管道的连接位置应与配管图基本一致。（3）用图例表示出控制回路、仪表的参数、功能、仪表位号和控制方法。（4）标注全部设备的位号和名称。（5）表示全部管道的管道代号、管径、材料、保温等164.2.2流程图图面绘制要求流程图图纸尺寸及线条要求（1）图幅尺寸原则上一个主项画一张图，其幅面一般采用1号或2号图纸，如流程复杂，可分成几部分进行绘制。（2）设备图例比例使图面视觉美观：过高、过大或过小的设备，其外形可以适当缩小或放大（3）线条要求主要物料管道用粗实线（0.9mm）；辅助物料管道用中粗实线（0.6mm）；设备轮廓、管道上的各种附件、局部地坪线、尺寸线、仪表引出线及连接线用细实线（0.3mm）。17流程图中设备的绘制和标注方法设备的绘制常用设备的外形画法可参照图例绘制，如附录2表2－1。若没有图例，可绘其象征性的简单外形，以表明该设备的特征；在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平台；设备的布置，原则上按流程图自左至右，要求图面饱满匀称，清晰整齐；181920返回21流程中若有几台相同设备并联，可以只画一台设备，其余几台用细实线方框表示，在方框内注明位号，并画出通往该设备的支管。22例：H0101A表示第一车间第1A＃换热器15432数量标识符(相同设备尾号)设备顺序编号工序、工段或车间代号设备分类代号R101××反应器注：设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备增加，则位号应按顺序增补；如有取消，原有设备位号不再使用。设备的标注方法位号应标注在设备内或附近空白处，位号和名称用粗实线分开，位号写在上面如：23流程图物料管道绘制方法管道、管件及管道附件图例及常用阀门图例，如附录2附表2－2和附表2－3。管道、管件及管道附件表示方法242526固体物料除用粗虚线表示外，还要写出物料名称。当工艺流程比较复杂，辅助系统图应分开绘制。在辅助系统流程中，辅助管道只绘制与设备相连的进出口一段支管，并注明代号、编号及管道规格，而辅助管道总管与分管相连的部分由辅助系统图来表示。如果该项目主流程比较简单，则可不另画辅助系统图，辅助管道总管要在流程图画出来，并画出辅助管道上的附件、仪表，并将图名改为工艺管道和辅助管道及仪表流程图。27控制仪表与主流程设备管道及辅助管道有联系时应分别在流程图和辅助管道上适当表示。当不同的管道有交叉时，同一幅图应以“横断，竖不断”、“辅断主不断”的原则。同一图纸上的管道无论相隔多远，必须用管线连接，不能用文字表示，对于接到另一张图纸和进出车间的管道要用方框箭头并用文字注明至某设备或管道的图号，以表示来源或出处，如排水或排污管必须用文字说明排入何处。28管道的标注方法介质代号PL-1301-80-B2A-H保温等级管道等级公称直径管段代号29①管道代号管道代号包括流体代号、车间代号和管段代号。管道代号应分段编定，其分段编号用管段代号表示。管道的分段可按设备到设备之间为一段，亦可取设备到管道分支点为一段。流程图、系统图和管道布置图上相应的管道代号必须一致。30流体代号（物料代号）表示方法：（1）按国家标准《管路系统的图形符号，管路（GB6567.2—86）》作出的规定，以介质（物料）英语名称的第一字母大写表示，如：空气（air）为“A’，蒸汽（steam）为“S”，油（oil）为“O”，水（water）为“W；（2）以分子式为代号，如硫酸为“H2SO4”；（3）采用国际通用代号，如聚氯乙烯为“PVC”等表示。此外也可以在类别代号的右下角注以阿拉伯数字，以区别该类物料的不同状态和性质。化工系统有关部门根据化工专业特点，还作了一些具体规定，如表4－1所示。在工程设计中遇到本规定以外的物料时，可予以补充代号，但不得与表4－1中的代号相同。31常用物料代号规定32车间代号：车间代号与前面“设备位号”的编制方法相同。管段代号：即各管段的编号或管段顺序号，每一管段的编号不能重复，一般按物流先后排序。②管道规格管道规格应标出管经和壁厚。③管道等级管道等级号由两个英文字母及一个数字组成；如上例B2A中：B——同一材质同一压力等级的顺序号，A、B、C、D等；2——管道压力等级号；A——管道材质代号；33管道材质代号：A──铸铁及硅铸铁B──碳素钢C──普通低合金钢D──合金钢E──不锈钢耐酸钢F——有色金属G──非金属H──衬里管管道压力等级号：0──0.6MPa1──1.0MPa2──1.6MPa3──2.5MPa4──4.0MPa5──6.4MPa6──10.00MPa34④保温代号※保温代号包括伴管尺寸和隔热代号。※伴管尺寸与主管标注方法相同，应标出管经和壁厚※隔热代号：一般常压可不标H──保温O──导热油伴热供温JO──热油夹套保温35流程图中自控及仪表的表示工艺生产流程中的仪表及控制点应该在流程图的有关管道上的大致安装位置用图例、位号两部分给以表示:图例见附录2表2-4所示仪表位号由字母代号和阿拉伯数字编号组成标注仪表位号的方法：字母代号写在圆圈的上半部分，数字编号写在圆圈的下半部分。PI801管道或设备仪表图例36流程图图纸名称在图纸的右下方为图签，图签中主标题栏中应写上图纸的名称，例如：(1)×××吨/年×××车间××工段带控制点工艺流程图(2)×××吨／年×××车间（界区）××工段工艺管道及仪表流程图37流程图辅助管道及仪表系统图不同的专业有不同的辅助管道工艺专业：包括蒸汽、冷凝水、给排水、压缩空气、真空等系统自控专业：压缩空气、真空、电路、电缆等系统（1）在流程图上未曾画出的辅助管道系统必须单独绘制，每一种辅助管道系统绘制一张系统图。（2）图上的设备一般用矩形框以细实线表示，框内标注设备位号及设备名称或管道代号。（3）图上必须表示该辅助管道总管和支管上的全部阀门、异径管及控制点等。图纸名称可写为：×××吨／年×××车间（界区）××工段蒸汽管道及仪表流程图384.3带控制点的工艺流程4.3.1化工典型设备的自控流程输送设备的自控流程设计输送设备:固体输送设备：输送带、斗提机流体输送设备：离心泵、容积式泵、真空泵、压缩机流体输送设备的控制变量：流量、真空度或压力A．离心泵离心泵流程设计的一般要求：（1）泵的入口和出口均需设置切断阀；（2）出口处应安装止回阀；（3）在泵的出口处应安装压力表；（4）泵出口管线的管径一般与泵的管口一致或放大一档；（5）泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀。39离心泵流量的控制方法：直接节流、旁路调节、调速法直接节流法：在泵的出口管线上设置调节阀，利用阀的开度变化来调节流量切断阀流量(F)记录(R)控制(C)调节阀(节流)止回阀放净阀压力(P)指示(I)优点：简单缺点：不适用于正常流量低于泵额定流量的30%以下的场合；调节阀直径较大。40旁路调节法：在泵的进出口旁路管道上设置调节阀，使一部分液体从出口返回到进口管线。调节阀(旁路)优点：调节阀直径较小，可用于介质流量偏低的场合。缺点：泵的总效率降低。41调速法：电磁调速法：用电磁吸合原理调节驱动力矩来调节泵的转速优点：节能；驱动机和调速设施投资相对变频调速小缺点：驱动机的总效率降低变频调速法：用调节频率改变驱动电机转速来调节泵的转速优点：相对电磁调速更节能；泵的总效率高缺点：驱动机和调速设施投资大离心泵的调速调节原理图调速电机驱动的离心泵42多分支调节法：43B．容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵、旋涡泵）特点：当流量减小时容积式泵的压力急剧上升。设计时注意：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流量的控制方法：旁路调节改变转速改变冲程大小图4－4是旋涡泵的流量调节流程，此流程亦适用于其他容积式泵。44C．真空泵真空泵的调节方案：吸入支管调节：图4－5（a）吸入管阻力调节：图4－5（b）45蒸汽喷射泵的真空度调节：调节蒸汽46D．离心压缩机压缩机流程设计的一般要求：（见教材P.62）常用的流量调节方法：入口流量调节旁路法、改变进口导向叶片的角度和改变压缩机的转速等方法。进口压力调节：在压缩机进口前设置一缓冲罐，从出口端引出一部分介质返回缓冲罐以调节缓冲罐的压力。47管壳式换热设备的自控流程相关知识：管壳程流体的选择原则：应能满足提高总传热系数，合理利用压力降、便于维护检修等要求。为了提高换热效率，应尽量采用逆流换热流程。一般情况下，高压流体，有腐蚀性、有毒性、易结焦、