化工工藝設(shè)計 PPT課件

1 化工工藝設(shè)計 講座 2 1 概述化工工藝專業(yè)是化工設(shè)計的主要專業(yè)之一 無論是開發(fā)新的化工生產(chǎn)過程 還是設(shè)計新的化工裝置 化工工藝設(shè)計是直接關(guān)系到化工裝置能否順利開車 能否達(dá)到預(yù)計的生產(chǎn)能力和合格的產(chǎn)品 最終關(guān)系到工廠能否獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益 對于正在運行的化工裝置 化工工藝專業(yè)通過工藝分析 了解裝置物料和能量消耗情況 分析設(shè)備運行中存在的問題 可為制定改進(jìn)方案 降低原料和能量消耗 提高產(chǎn)品質(zhì)量以及挖掘生產(chǎn)潛力提供依據(jù) 因此 作為化工工藝設(shè)計的人員必須具備下列基本條件 3 1 1掌握化工基本理論1 2掌握化工工藝設(shè)計方法和技能 1 了解工藝設(shè)計的任務(wù) 設(shè)計范圍 工藝設(shè)計人員的職責(zé) 2 掌握化工基本理論的應(yīng)用 3 熟悉設(shè)計基本程序和相關(guān)專業(yè)的基本知識 4 清楚工藝設(shè)計成品文件的內(nèi)容和深度以及工藝設(shè)計的質(zhì)量保證程序 1 3掌握生產(chǎn) 開停車的基本知識 分析生產(chǎn)事故的能力以及相應(yīng)的實踐經(jīng)驗 4 1 4熟悉有關(guān)勞動安全衛(wèi)生 消防和環(huán)保等方面的法規(guī) 與工藝設(shè)計相關(guān)的上述諸方面的法規(guī)有 建筑設(shè)計防火規(guī)范GBJ6 87 2001年版 石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范GB50160 92 1999年版 爆炸和危險性環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB50058 92化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)定HG20571 95石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范SH3047 93化工建設(shè)項目環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)定HG20667 1986石油化工企業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)范SH3024 951 5具有一定的工作經(jīng)驗 5 2 工藝設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 2 1在工程設(shè)計合同書中明確規(guī)定的以及業(yè)主應(yīng)提供的有關(guān)數(shù)據(jù) 1 裝置的設(shè)計能力 操作彈性及年操作日 2 產(chǎn)品方案及產(chǎn)品 副產(chǎn)品的規(guī)格 3 建廠地區(qū)的氣象 水文 地質(zhì)等條件 4 所能提供的公用工程 包括水 電 汽 氣等規(guī)格 數(shù)量及進(jìn)界區(qū)條件 5 原材料 催化劑 化學(xué)品等規(guī)格 消耗指標(biāo)及進(jìn)界區(qū)條件 6 2 2由專利商提供的 除上述與專利商有關(guān)的數(shù)據(jù)外 還需專利商提供該專利范圍內(nèi)的工藝操作條件 轉(zhuǎn)化率 收率 控制方案 相關(guān)設(shè)備條件等 2 3工藝所需的物性參數(shù) 3 1概述 工藝專業(yè)是自項目前期的可行性研究階段即作為主要專業(yè)參加編制 一直貫穿到工程設(shè)計階段 在工程設(shè)計階段可分為以下幾個階段 1 按國內(nèi)審批要求分為 初步設(shè)計 批準(zhǔn)后建設(shè)單位即可開工 施工圖設(shè)計 3 工藝設(shè)計的內(nèi)容和深度 2 按國際常規(guī)做法分為 工藝設(shè)計 以化工工藝專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè) 基礎(chǔ)設(shè)計 以化工工藝系統(tǒng)專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè) 詳細(xì)設(shè)計 以管道設(shè)計專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè) 在建設(shè)單位完成了項目前期工作之后 設(shè)計單位即可開展項目的工程設(shè)計工作 在工程設(shè)計階段的工藝設(shè)計 它的主要依據(jù)是經(jīng)批準(zhǔn)的可行性研究報告及其批文 總體設(shè)計及其批文 工程設(shè)計合同書以及設(shè)計基礎(chǔ)資料 3 2工藝設(shè)計的內(nèi)容和深度3 2 1概述工藝設(shè)計的依據(jù)是經(jīng)批準(zhǔn)的可行性研究報告 總體設(shè)計 工程設(shè)計合同書及設(shè)計基礎(chǔ)資料 制定相應(yīng)的工藝流程 其原則是選擇先進(jìn)可靠的工藝技術(shù)路線 進(jìn)行方案比較 對方案進(jìn)行優(yōu)化 確定合理的工藝流程方案 選取合適的工藝設(shè)備 在考慮工藝流程方案時 應(yīng)同時考慮到對廢物的綜合利用方案和必要的治理措施 進(jìn)行工藝物料和熱量平衡計算 繪制工藝流程圖 PFD 編制工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表和公用工程平衡圖 確定公用工程 環(huán)保的設(shè)計原則和排出物治理的基本原則 在工藝設(shè)計的過程中 工藝專業(yè)要和外專業(yè)互提條件 條件表作為重要的技術(shù)文件 是主導(dǎo)專業(yè)設(shè)計的初步成果 是接受專業(yè)的設(shè)計依據(jù) 3 2 2工藝設(shè)計的文件包括三大內(nèi)容 1 文字說明 工藝說明 2 圖紙 3 表格 以下介紹工藝設(shè)計所做的主要工作 3 2 2 1文字說明 工藝說明 1 工藝設(shè)計的范圍 2 設(shè)計基礎(chǔ) 生產(chǎn)規(guī)模 產(chǎn)品方案 原料 催化劑 化學(xué)品 公用工程燃料規(guī)格 產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格 3 工藝流程說明 生產(chǎn)方法 化學(xué)原理 工藝流程敘述 主要設(shè)備的特點及操作參數(shù) 控制 聯(lián)鎖方案等 4 生產(chǎn)過程的主要危險 危害因素分折 5 原料 催化劑 化學(xué)品及燃料等消耗定額及消耗量 6 公用工程 包括水 電 汽 脫鹽水 冷凍 工藝7空氣 儀表空氣 氮氣 規(guī)格 消耗定額及消耗量 7 三廢排放 包括排放地點 排放量 排放組成及建議的處理方法 8 裝置定員 9 安全備忘錄 另行成冊 化工生產(chǎn)大多涉及易燃易爆 有毒有害的物質(zhì) 為了保證裝置穩(wěn)定安全地運行 確保人身安全 減少事故和危害的發(fā)生 降低經(jīng)濟(jì)損失 工藝設(shè)計通常需編制安全備忘錄它是工藝系統(tǒng) 布置和管道設(shè)計 儀表 電氣 總圖運輸 采暖通鳳 土建 環(huán)保 消防等相關(guān)專業(yè)開展設(shè)計依據(jù)之一 它需對裝置的安全特點作簡要說明 重點論述 1 生產(chǎn)過程中涉及的可能對人體和安全生產(chǎn)造成危害的危險介質(zhì)的物理性質(zhì)和燃燒 毒性 爆炸等化學(xué)性質(zhì) 如自燃點 閃點 與空氣形成爆炸性混合物的上下限 車間空氣中的允許濃度 儲存要求 對人身的危害等特征以及簡要的急救措施 2 接觸危險介質(zhì)的設(shè)備及管道的密封 氮封及維護(hù)清洗要求等 說明生產(chǎn)過程中存在的潛在危險 3 工藝裝置的火災(zāi)危險類別 容易發(fā)生火災(zāi)危險的區(qū)域及建議的消防措施 如設(shè)置化學(xué)消防 消火栓 滅火器等 4 有毒有害氣體危害較大區(qū)域的通風(fēng)范圍 通風(fēng)形式及換氣次數(shù) 5 總圖布置和設(shè)備布置的要求及建議 6 可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏檢測器 防腐 防靜電 事故照明 安全淋浴及洗眼器 防毒 防塵措施及防護(hù)用具等方面的建議 以及事故狀態(tài)下的緊急救護(hù)措施等 10 技術(shù)風(fēng)險備忘錄 通常為對內(nèi)使用 另行成冊 其主要說明新工藝 新技術(shù) 新設(shè)備 新材料等方面可能出現(xiàn)的風(fēng)險以及實現(xiàn)裝置性能指標(biāo)可能出現(xiàn)的技術(shù)風(fēng)險 并提出防范及化解風(fēng)險建議和措施 11 操作指南 通常為對內(nèi)使用 另行成冊 它是編制工藝生產(chǎn)操作手冊的指導(dǎo)性文件 也是工藝系統(tǒng) 管道專業(yè)設(shè)計的重要依據(jù) 操作指南是裝置開停工及正常生產(chǎn) 事故處理等操作時應(yīng)注意問題的總說明 通常包含生產(chǎn)裝置的單元和每一單元的主要生產(chǎn)工序和基本原理 以及所需的設(shè)備 其主要內(nèi)容如下 1 概述簡要介紹本裝置的生產(chǎn)原理 原料和產(chǎn)品的名稱及特性 A 裝置操作的危險性和安全規(guī)程B 推薦的主要安全設(shè)備2 工藝流程說明A 工藝原理B 2 工藝流程說明3 原料及公用工程技術(shù)規(guī)格4 產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)5 工藝的控制指標(biāo)及控制方法6 取樣分析方法7 開停車及操作中不正常現(xiàn)象和采取的措施A 開車步驟 B 正常停車步驟 C 事故停車步驟 D 正常操作及操作中的不正常現(xiàn)象和采取的措施 8 報警聯(lián)鎖系統(tǒng) 3 2 2 2圖紙 1 PFD 是PID的設(shè)計依據(jù) 供基礎(chǔ)設(shè)計使用 通常分版次逐版深化 包括全部工藝設(shè)備 主要物料管道 表示出流向 物料號 主要控制回路 聯(lián)鎖方案 加熱和冷卻介質(zhì)以及工藝空氣進(jìn)出位置 詳細(xì)內(nèi)容將在后面介紹 2 建議設(shè)備布置圖 是總圖布置 裝置布置的依據(jù) 供基礎(chǔ)設(shè)計使用 通常為平面布置圖 根據(jù)工藝流程的特點和要求進(jìn)行布置 3 PCD 通常是設(shè)計院內(nèi)部設(shè)計構(gòu)成文件最終體現(xiàn)在最終版PFD中 通常由自控專業(yè)完成 3 2 2 3表格 1 物料平衡表 包括物流組成 溫度 壓力 狀態(tài) 流量 密度 焓值 粘度等理化常數(shù) 熱負(fù)荷表示在此表中或PFD圖上 2 工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表 根據(jù)設(shè)備形式不同 作用不同以及介質(zhì)不同可分為容器 塔器 換熱器 工業(yè)爐 機(jī)泵 攪拌器等 工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表需表示出設(shè)備位號 介質(zhì)名稱 操作壓力 設(shè)計壓力 操作溫度 設(shè)計溫度 材質(zhì) 傳動機(jī)構(gòu) 外形尺寸 特征尺寸及特殊要求 各設(shè)計院均有各種規(guī)定的表格 3 工藝設(shè)備一覽表 4 取樣點匯總表 5 裝置界區(qū)條件表 是生產(chǎn)裝置和外部原材計 公用工程等互供關(guān)系 數(shù)量及在界區(qū)交接狀況的重要文件 其包括需要的原輔材料 公用工程 產(chǎn)品 副產(chǎn)品等在界區(qū)處的條件 3 2 2補(bǔ)充說明 化工工藝專業(yè)尚需參加前期工作 主要前期工作有 項目建議書 可行性研究報告編制工作 項目報價書 投標(biāo)書 技術(shù)文件編制工作 引進(jìn)項目 包括詢價書 投標(biāo)書的評標(biāo) 合同技術(shù)附件談判 大中型聯(lián)合裝置總體規(guī)劃設(shè)計 3 3工藝設(shè)計方案的優(yōu)化 在工藝設(shè)計中 首先碰到的就是選擇合適的工藝路線 其包括原料路線和工藝路線的選擇 也就是我們常說的工藝設(shè)計方案的優(yōu)化 優(yōu)化的工藝設(shè)計方案應(yīng)是 1 有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 2 工藝技術(shù)先進(jìn)適用 3 生產(chǎn)安全 可靠 并有良好的環(huán)保措施 公用工程 換熱網(wǎng)絡(luò) 分離系統(tǒng) 反應(yīng)系統(tǒng) 3 3 1工藝流程方案優(yōu)化 洋蔥頭 模型 由史密斯 林霍夫提供的模型 洋蔥頭 模型是工藝流程開發(fā)和設(shè)計的方法 從圖中可以十分直觀的表示了反應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計是核心 它為分離系統(tǒng)規(guī)定了處理物料的條件 而反應(yīng)和分離系統(tǒng)一起又規(guī)定了過程的冷 熱物流的流量和換熱的熱負(fù)荷 最后才是公用工程系統(tǒng)的選擇和設(shè)計 洋蔥頭 模型強(qiáng)調(diào)了過程開發(fā)和設(shè)計的有序和分層性質(zhì) 也表明了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的開發(fā)是關(guān)鍵 因此工藝流程方案的優(yōu)化應(yīng)主要集中在反應(yīng)和分離系統(tǒng)的優(yōu)化 一旦確定了反應(yīng)和分離系統(tǒng)的設(shè)計 即能對換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計 有效地開發(fā)和設(shè)計出全過程最優(yōu)或接近最優(yōu)的流程 對此史密斯和林霍夫提出的 洋蔥頭 設(shè)計開發(fā)概念 其步驟為 1 根據(jù)經(jīng)驗規(guī)則初步建立反應(yīng)和分離系統(tǒng)的流程 2 變化主要的設(shè)計優(yōu)化變量 如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 惰性物質(zhì)循環(huán)的濃度等 確定每組變量 1 反應(yīng)和分離系統(tǒng)中主要設(shè)備的投資及原材料的消耗 2 利用夾點分析法確定換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的最佳總費用 3 建立全過程總費用與主要優(yōu)化變量之間的關(guān)系 其總費用包括 1 反應(yīng)和分離系統(tǒng)中的主要設(shè)備的投資費 2 原材料消耗和除換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程之外的反應(yīng)與分離系統(tǒng)的操作費用 3 換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程消耗的各類操作費用 4 確定最佳條件 并對全流程調(diào)優(yōu) 5 對其他備選流程重復(fù)上述步驟 最后比較各流程的總費用 獲得最佳流程 3 3 1 1反應(yīng)流程優(yōu)化反應(yīng)流程優(yōu)化需要考慮的問題較多 問題復(fù)雜 如反應(yīng)動力學(xué) 反應(yīng)收率 催化劑特性 反應(yīng)歷程 反應(yīng)途徑 反應(yīng)器的最優(yōu)操作條件有如何保證反應(yīng)溫度 反應(yīng)壓力 混合要求 換熱要求 各物料配比 給定條件下的生產(chǎn)成本等等 在實際工業(yè)生產(chǎn)中 為了實現(xiàn)高效率 高選擇和達(dá)到要求的產(chǎn)量 常常將相同或不同類型反應(yīng)器進(jìn)行組合 常見的反應(yīng)器組合及其適用范圍如表7 4 2所示 P544 3 3 1 2反應(yīng)產(chǎn)物的分離方法大多數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物都是混合物 需要有物料分離過程 根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的物性差異可采用不同的分離方法 簡述如下 1 對于氣國相混合物可采用干法收集 濕法洗滌 纖維過濾 靜電沉積蕁分離方法 2 對于固相混合物可采用篩分 分級分離方法 3 對于固液相混合可采用沉降 離心 壓榨 過濾 干燥 蒸發(fā) 結(jié)晶等分離方法 4 對于液相混合物可采用吸收 萃取 滲透 蒸餾 精餾等分離分法 5 對于氣液相混合物可采用蒸發(fā) 閃蒸 部分冷凝 精餾等分離方法 6 對于氣相混合物可采用吸收 吸附 膜分離等分離方法 3 3 1 3某些分離方法的優(yōu)化 1 精餾流程的優(yōu)化精餾流程如需要分離R個組份 就需要有R 1個精餾塔 精餾優(yōu)化需要考慮 哪種組份為主產(chǎn)品 哪種組份為付產(chǎn)品 產(chǎn)品的規(guī)格要求 精餾流程的優(yōu)化法1 試探法 主要規(guī)則如下 優(yōu)先使用普通精餾 盡量避免減壓操作和使用冷量 產(chǎn)品數(shù)應(yīng)最少 腐蝕性 危險性的組份應(yīng)優(yōu)先分出 難分離的組分最后分出 最大量組份應(yīng)優(yōu)先分出 塔頂 塔釜產(chǎn)物最好等摩爾分離 精餾流程的優(yōu)化法2 調(diào)優(yōu)法精餾流程的優(yōu)化法3 數(shù)學(xué)規(guī)劃法確定精餾分離序列后 可對每一塔系進(jìn)行優(yōu)化 最佳的目標(biāo)應(yīng)使塔系的設(shè)備費和操作費兩項之和 即總費用為最小 2 蒸發(fā)流程的優(yōu)化蒸發(fā)系統(tǒng)常以單位蒸汽消耗量來評價能量的有效利利用率 蒸發(fā)類型有 單效 雙效 三效蒸發(fā) 效數(shù)越多 蒸汽單耗越低 但投資越高 在同樣的工藝要求下 是采用多效蒸發(fā) 熱泵蒸發(fā) 還是多級閃蒸 除考慮技術(shù)因素外 單位蒸發(fā)量的總成本起著主導(dǎo)作用 對于強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā) 其循環(huán)速度和耗電能之間也有一個優(yōu)化問題 而熱泵蒸發(fā)在提高壓縮比和消耗外功之間也有一個系統(tǒng)優(yōu)化問題 總的來說蒸發(fā)流程的優(yōu)化 就是要找到在投資和經(jīng)常運行費用之間的最佳點 3 3 2工藝設(shè)備的選擇工藝設(shè)備的選擇首先要滿足工藝生產(chǎn)的需要 要在工藝生產(chǎn)中體現(xiàn)它的合理性和先進(jìn)性 同時要充分注意它在使用過程中的安全可靠 確保生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定長周期滿負(fù)荷運行 以充分發(fā)揮設(shè)備能力 達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行 3 3 2 1反應(yīng)器 在反應(yīng)器中進(jìn)行的是化學(xué)反應(yīng)過程 它不僅有種類繁多 性質(zhì)各異的化學(xué)反應(yīng) 而且伴隨著傳熱 傳質(zhì)的物理過程 因此就反應(yīng)器的類別也有多種多樣 它適用于不同反應(yīng) 1 反應(yīng)器的型式與特證 1 攪拌槽 適用于液相 液 液相 液 固相 它適用性大 操作彈性大 連續(xù)操作時溫度 濃度容易控制 產(chǎn)品質(zhì)量均一 但高轉(zhuǎn)化率時 反應(yīng)容積大 2 管式 適用于氣相 液相 它返混小 所需反應(yīng)器容積較小 比傳熱面大 但對慢速反應(yīng) 管要很長 壓降大 3 空塔或攪拌塔 適用于液相 液 液相 它結(jié)構(gòu)簡單 返混程度與高徑比及攪拌有關(guān) 軸向溫差大 4 填料塔 適用于液相 氣 液相 它結(jié)構(gòu)簡單 返混小 壓降小 有溫差 填料裝卸麻煩 5 板式塔 適用于氣 液相 塔內(nèi)兩相逆流接觸 氣液返混均小 流速有限制 如需傳熱 可在板間另加傳熱面 6 固定床 適用于氣 固 催化或非催化 相 它返混小 高轉(zhuǎn)化率時催化劑用量少 催比劑不易磨損 傳熱控溫不易 催化劑裝卸比較麻煩 7 流化床 適用于氣 固 催化或非催化 相 特別是催化劑失活很快的反應(yīng) 它傳熱好 溫度均勻 易控制 催化劑有效系數(shù)大 粒子輸送容易 但磨耗太 床內(nèi)返混大 對高轉(zhuǎn)化率不利 操作條件限制較大 8 移動床 適用于氣 固 催化或非催化 相 催化劑失活很快的反應(yīng) 它固體返混小 固氣比可變性大 粒子傳送較易 床內(nèi)溫差大 調(diào)節(jié)困難 2 蓄熱床 適用于氣相 以固相為熱載體 它結(jié)構(gòu)簡單 材質(zhì)容易解決 調(diào)節(jié)范圍較廣 但切換頻繁 溫度波動太 收率較低 10 回轉(zhuǎn)筒式 適用于氣固相 固固相高粘度液相 液固相 它粒子返混小 相接觸界面小 熱傳效能低 設(shè)備容積較大 各種反應(yīng)器的適用場合也可參見復(fù)習(xí)指南 表7 4 3 1 7 4 3 2 7 4 3 3 P547 548 2 設(shè)計反應(yīng)器所需掌握的資料和數(shù)據(jù)1 溫度 濃度和壓力對反應(yīng)速率的影響 副反應(yīng)的情況 反應(yīng)條件對選擇性均影響 2 催化劑的粒度對反應(yīng)速率的影響 催化劑的失活原因和失活的速率 催化劑的強(qiáng)度和耐磨性 催化劑的使用條件和活化條件3 反應(yīng)熱效應(yīng)4 原料中雜質(zhì)對反應(yīng)的影響5 反應(yīng)物和產(chǎn)物的物理性質(zhì) 爆炸極限等6 反應(yīng)器中物料的流動和返混特性 反應(yīng)器的傳熱特性和允許的壓降7 攪拌釜中攪拌槳的特性8 多相流中分散相的分散方法和聚并特性9 氣固流態(tài)化系數(shù)中粒子的磨損和帶出10 開停車所需的輔助設(shè)施11 反應(yīng)器操作 控制方法 3 3 2 2氣液傳質(zhì)設(shè)備 化工生產(chǎn)中常需要借助氣液傳質(zhì)設(shè)備將反應(yīng)生成的產(chǎn)物進(jìn)行分離 以獲得目標(biāo)產(chǎn)品 一般有采用精餾 吸收解析 蒸發(fā) 氣提 萃取等方法來達(dá)到此目的 常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備型式是板式塔和填料塔 而板式塔和填料塔又因采用的塔板和填料不同 他們又可分為多種型式 如板式塔塔板可分為浮閥 篩板 泡罩及各種高效塔板 填料塔的填料有鮑爾環(huán) 鞍環(huán)等散裝填料和絲網(wǎng)填料 波紋板填料等各種規(guī)整填料 氣液傳質(zhì)設(shè)備的選用應(yīng)根據(jù)處理物料的性質(zhì) 分離要求 運行費用和投資費用等因素綜合考慮 其基本選型要求為 1 相際傳質(zhì)面積大 氣液兩相接觸充分 以獲得較高的傳質(zhì)效率 2 生產(chǎn)能力大 3 操作穩(wěn)定 彈性大 即使氣相或液相負(fù)荷發(fā)生一定的變化和波動仍能正常工作 4 阻力小 5 結(jié)構(gòu)簡單 制造安裝方便 加工制造費用低 6 耐腐蝕 不易堵塞 易檢修 35 板式塔和填料塔有各自的特點 它們適用于不同的情況 在下述情況下優(yōu)先考慮選用板式塔 1 操作負(fù)荷波動較大或進(jìn)料濃度波動較大的分離過程 2 液相負(fù)荷較小的分離過程 3 易結(jié)晶 結(jié)垢的物料 4 需高壓操作的分離過程 5 內(nèi)部需要設(shè)置蛇管等換熱部件的情況 在下述情況下應(yīng)優(yōu)先考慮選用填料塔 1 分離要求高的情況下 采用新型高效填料塔可降低塔的高度 2 新型填料的壓降較低 有利節(jié)能 而且新型填料的持液量較小 尤其適用于熱敏物料的分離 3 腐蝕性物料的分離 4 發(fā)泡物料的分離 二種塔型的塔徑計算 都與液泛有關(guān) 因為液泛會造成塔的壓降增大 效率降低 最后導(dǎo)致塔無法正常操作 板式塔塔徑通常由最大允許氣速Wn max來確定 而Wn max主要受塔的液泛制約 板式塔的液泛有夾帶液泛和降液管液泛二種 書中介紹的由夾帶液泛確定Wn max設(shè)計空塔氣速w取 0 6 0 8 Wn max 而填料塔是通過計算泛點速度Uf 考慮比較經(jīng)濟(jì)可靠的操作氣速U 0 6 0 8 Uf 然后由此可算得塔經(jīng) 3 3 2 3傳熱設(shè)備 傳熱設(shè)備選型主要考慮的因素 1 熱負(fù)荷及流量大小 2 流體的性質(zhì) 3 溫度 壓力及允許壓降的范圍 4 對清洗 維修的要求 5 設(shè)備結(jié)構(gòu)材料 尺寸 重量 價格 6 使用安全性和壽命流體的性質(zhì)對換熱器類型的選擇往往會產(chǎn)生重大影響 如流體的物理性質(zhì) 如比熱 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 化學(xué)性質(zhì) 如腐蝕性 熱敏性 結(jié)垢情況 是否有磨蝕性固體顆粒等因素 都對傳熱設(shè)備的選型有影響 傳熱設(shè)備的分類按功能分 冷卻器 冷凝器 加熱器 換熱器 再沸器 蒸汽發(fā)生器 過熱器 廢熱鍋爐等 按結(jié)構(gòu)型式分 采用二物流換熱的換熱器從結(jié)構(gòu)上分有以下5種型式 管殼式 固定管板式 浮頭式 填料函式 U型管式 B 板式 板翅式 螺旋板式 傘板式 波紋板式 C 管式 空冷器 套管式 噴淋管式 箱管式 D 液膜式 升降膜式 刮板薄膜式 離心薄膜式 E 其它型式 板殼式 熱管式 以上型式換熱器的選擇依據(jù)是 A 固定管板式換熱器固定管板式換熱器即兩端管板和殼體連接成一體 由于殼程不易檢修和清洗 因此選用固定管板式換熱器時 殼方流體應(yīng)是較清潔且不易結(jié)垢的物料 兩流體溫差較大 大于60 時應(yīng)考慮熱補(bǔ)償 兩流體溫差不宜大于120 B 浮頭式換熱器該換熱器殼程易清洗 但內(nèi)墊片易滲漏 適用于需要補(bǔ)償熱膨脹的換熱器 兩流體溫差大于120 C U型管式換熱器該換熱器制造 安裝方便 造價較低 管程耐高壓 但結(jié)構(gòu)不緊湊 適用于高溫和高壓的場合 且管內(nèi)流體必須潔凈 D 板式換熱器板翅式 緊湊 效率高 可多股物料同時換熱 使用溫度不大于150 螺旋板式 可用于帶顆粒物料 物位利用好 不易檢修 傘板式制造簡單 緊湊 易清洗 使用溫度不大于150 使用壓力不大于0 12MPa 波紋板式 緊湊 效率高 易清洗 使用溫度不大于150 使用壓力不大于0 15MPa E 空冷器的選擇依據(jù)a 空氣入口溫度 即設(shè)計溫度 低于38 b 熱流體的出口溫度高于50 65 并允許有一定的波動范圍 3 5 c 對數(shù)平均溫差大于40 d 流體接近溫度 即熱流體的出口溫度與冷流體入口溫度之差 至少大于15 e 管內(nèi)給熱系數(shù)小于2325 6W m2 0K f 冷卻水的污垢系數(shù)大于0 0002 m2 0K Wg 水源較遠(yuǎn) 取水費用大 h 熱流體的凝固點較低 小于0 3 3 2 4化工用泵 泵是化工生產(chǎn)中最常用的設(shè)備 它所輸送的液體種類繁多 有強(qiáng)腐蝕性的 易燃易爆 有毒 高溫 高壓 低溫 粘度大小 易揮發(fā) 帶有固體顆粒等 同時 對化工用泵又要求它能長周期運行 安全可靠 密封性能好等要求 有些場合還要求絕對不能泄漏 所以對于不同物料 不同要求必須選用不同類型的泵來適應(yīng)化工生產(chǎn)的需要 有關(guān)主要化工用泵的性能特點及使用條件詳見表7 4 35 5 P553 在選泵中工藝參數(shù)是泵選型的最重要依據(jù) 應(yīng)根據(jù)工藝流程和操作變化范圍慎重確定 1 流量 是指工藝裝置生產(chǎn)中 要求泵輸送介質(zhì)的量 應(yīng)給出正常 最小和最大流量 即要求泵能適應(yīng)流量變化的要求 一般在泵數(shù)據(jù)表上往往只給出正常和額定流量 選泵是要求額定流量不小于裝置的最大流量 或取正常流量的1 1 1 15倍 此外選泵時應(yīng)注意容積式泵不能采用開關(guān)排出閥的方法來調(diào)節(jié)泵的流量 一般應(yīng)采用旁路或改變轉(zhuǎn)速 活塞行程的方法調(diào)節(jié)流量 2 揚(yáng)程 指工藝裝置所需的揚(yáng)程值 也稱計算揚(yáng)程 計算揚(yáng)程應(yīng)考慮最低吸入液面和最高送液高度 且留有裕量 一般要求泵的額定揚(yáng)程為裝置所需揚(yáng)程的1 05 1 1倍 3 進(jìn)口壓力和出口壓力 是指泵進(jìn)出接管法蘭處的壓力 進(jìn)出口壓力的大小影響到殼體的耐壓和軸封要求 4 溫度 指泵的進(jìn)口介質(zhì)溫度 一般應(yīng)給出工藝過程中泵進(jìn)口介質(zhì)的正常 最低和最高溫度 5 裝置汽蝕余量 NPSHa 要求所選泵的NPSHr NPSHa 6 物性參數(shù) 介質(zhì)在進(jìn)口條件下的密度 粘度等 7 操作狀態(tài) 分為連續(xù)和間歇操作兩種3 3 2 5氣體輸送機(jī)械 氣體輸送機(jī)械按作用原理可分容積式和透平式兩種 按機(jī)械達(dá)到的壓力可分為通風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī) 通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)主要用于輸送氣體 壓縮機(jī)則用于提高氣體壓力 排氣壓力小于0 14715MPa 1 5Kg cm2 的稱為通風(fēng)機(jī) 排氣壓力小于0 2MPa 2Kg cm2 且大于0 14715MPa 1 5Kg cm2 的稱為鼓風(fēng)機(jī) 排氣壓力大于0 2MPa 2Kg cm2 的稱為壓縮機(jī) 同樣在氣體輸送機(jī)械選型中 工藝參數(shù)是最重要的依據(jù) 應(yīng)根據(jù)工藝流程和操作變化范圍慎重確定 1 氣體組成 一般應(yīng)按濕基提供 若氣體組成有變化 宜按平均分子較大的組成提出 若不同組成的氣量相同時 2 入口溫度 應(yīng)提出正常 最高和最低 3 入口壓力 應(yīng)提出正常 最小和最大 4 入口流量 應(yīng)提出正常 最小和最大 5 出口壓力 6 驅(qū)動機(jī)型式 主要是由電機(jī)驅(qū)動還是蒸氣透平驅(qū)動 若是蒸汽透平驅(qū)動則還需提出蒸汽參數(shù)及背壓凝汽等要求 7 流量控制方式 活塞式 容積式 壓縮機(jī)一般均采用旁路和余隙調(diào)節(jié) 其余隙調(diào)節(jié)一般只能調(diào)節(jié)10 流量 透平式通風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī)一般以采用進(jìn)口或出口調(diào)節(jié)居多 有的風(fēng)機(jī)輸送氣量大 調(diào)節(jié)要求較高 同時該風(fēng)機(jī)所處位置較重要 也有采用改變轉(zhuǎn)速的方法 透平式壓縮機(jī)一般采用改變轉(zhuǎn)速居多 并輔以旁路調(diào)節(jié) 一般用作防喘振控制 若是輸送空氣的 可采用出口放空簡單的流量控制方式 3 3 2 6容器 儲罐 儲罐按用途大致可分兩大類 一類是用于儲存 一般指原料儲存 中間產(chǎn)品或成品儲存 原料及成品儲存一般與工廠對外運輸有很大關(guān)系 中間產(chǎn)品儲存與該中間產(chǎn)品的前后裝置生產(chǎn)情況有很大關(guān)系 例如要考慮前后裝置生產(chǎn)周期 正常開停車及事故停車情況決定儲存量的多少 這一類一般單獨設(shè)置罐區(qū) 另一類是用于裝置內(nèi)工藝流程中需要的儲罐 通常有回流罐 停留時間取5 10分鐘 受槽和緩沖罐 通常取20分鐘 氣液分離罐 通常取2 3分鐘 液液分離罐等 一般儲罐的容積用下列方式計算 容積 物料流量 停留時間 儲存周期 裝料系數(shù) 裝料系數(shù)的取值 易揮發(fā)液體物料為0 7 0 75 不易揮發(fā)液體物料為0 75 0 85 計算出容積后 根據(jù)需要選用不同型式的儲罐 從外形來分有球罐 立式儲罐和臥式儲罐等 一般儲存量大的可采用球罐 但受壓力的制約 目前國內(nèi)已有立式 臥式儲罐和球罐的系列標(biāo)準(zhǔn) 可供我們選擇 3 3 2 7蒸發(fā)器蒸發(fā)器的型式和結(jié)構(gòu)互有差異 但總的來說它是由加熱器與蒸發(fā)室 氣液分離室 兩個基本部分組成 應(yīng)用最廣泛的是管殼式加熱元件的蒸發(fā)器 蒸發(fā)設(shè)備的選型是蒸發(fā)裝置設(shè)計首先要考慮的問題 在選型時應(yīng)優(yōu)先考慮采用傳熱系數(shù)高的型式 但料液的物理 化學(xué)性質(zhì)常常限制它們的使用 因此在選型時 需要考慮的因素有以下幾個方面 1 料液性質(zhì) 包括料液組成 粘度變化范圍 熱穩(wěn)定性 發(fā)泡性 腐蝕性 是否易結(jié)垢 結(jié)晶 是否有固體懸浮物等 2 生產(chǎn)要求 包括處理量 蒸發(fā)量 料液進(jìn)出口濃度 溫度 安裝場地的大小和廠房高矮 設(shè)備投資限額 要求連續(xù)還是間歇生產(chǎn)等 3 公用工程條件 包括可以利用的熱源情況 供電情況以及能利用的冷卻水的水量 水質(zhì)和溫度等 各種型式的蒸發(fā)器選型參考見表7 4 3 6 P555 蒸發(fā)器的設(shè)計要考慮傳熱 氣液分離和能量合理利用三個主要方面 1 傳熱方面應(yīng)考慮在最小傳熱表面積下傳遞給溶液盡可能多的熱量 傳熱的熱阻主要來自溶液在壁面析鹽結(jié)垢的阻力 這是選擇蒸發(fā)器型式 決定其尺寸與造價的主要因素 2 氣液分離方面應(yīng)考慮在達(dá)到所需要求的前提下 設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡單 3 能量的合理利用應(yīng)注意到蒸發(fā)所需的熱量 包括料液預(yù)熱 分離液態(tài)溶劑與固態(tài)溶質(zhì)所需的熱量 溶解熱的反效應(yīng) 溶劑氣化所需的熱量 通常溶劑氣化所需的熱量為最高 而溶解熱反效應(yīng)熱因很小可忽略不計 3 3 2 8干燥器由于被干燥的物料種類繁多 性質(zhì)不同 要求各異 故不可能有萬能的干燥器 只能選擇最佳的干燥方法和干燥器型式 干燥器選擇首先要確定或測定被干燥物料的特性 進(jìn)行干燥試驗 確定干燥動力學(xué)和傳遞特性 以證明所選的是否適用 然后確定干燥設(shè)備的工藝尺寸 進(jìn)行成本核算 最后確定干燥器的型式 若幾種干燥器同時適用時 要同時進(jìn)行干燥試驗 核算成本及方案比較 最后選擇其中最佳者 3 3 3設(shè)備材質(zhì)的選擇 由于化工生產(chǎn)的原料 產(chǎn)品及其工藝路線的多樣化 而使化工設(shè)備所需的材質(zhì)也多樣化 為滿足工藝生產(chǎn)的需要 工藝專業(yè)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性質(zhì) 材質(zhì)機(jī)械性能及使用要求 設(shè)備的工作溫度 工作壓力并結(jié)合已有工廠實際生產(chǎn)使用的情況加以選擇 提出我們的要求 3 3 3 1化工設(shè)備用材料 1 金屬類A 黑色金屬 包括鑄鐵 碳鋼 普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 高級優(yōu)質(zhì)鋼 合金鋼 普通低合金鋼 特種鋼 不銹鋼 B 有色金屬 包括稀有金屬 銅 鈦 鋁 鉛等及其合金 2 非金屬類 有玻璃 陶瓷 輝綠巖 鑄石 石墨等無機(jī)材料 工程塑料等 3 復(fù)合材料 有搪瓷 玻璃鋼 襯里和涂層材料等 3 3 3 2材料選用的一般原則 1 滿足工藝要求 這是選材的最基本的要求 要優(yōu)先滿足工藝生產(chǎn)的溫度 壓力 環(huán)境等各種要求 2 材質(zhì)可靠 使用安全 3 易于加工 材料性能不因受加工因素而影響其使用性能和使用壽命 4 材料易于采購 盡可能立足國內(nèi) 5 要綜合考慮價格和使用壽命 維修費用的綜合因素 3 3 4壓力容器的設(shè)計分類及工藝設(shè)備的特殊制造要求3 3 4 1壓力容器的設(shè)計分類見表7 4 5 P557 3 3 4 2工藝設(shè)備的特殊制造要求 工藝應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)中對某些設(shè)備有特殊制造要求的提出我們的要求 PFD是工程項目設(shè)計的一個指導(dǎo)性文件 是化工工藝設(shè)計的一個主要設(shè)計文件 它是各有關(guān)專業(yè)開展工作的依據(jù)之一 PFD是從工藝方案 即經(jīng)過工藝流程優(yōu)化和工藝設(shè)備選擇 過渡到化工工藝流程設(shè)計的重要工序之一 在PFD的設(shè)計過程中要完成的主要工作 1 工藝流程設(shè)計 2 操作參數(shù)的確定 3 全系統(tǒng)的物料 熱量衡算 4 工藝流程圖 PFD 一般進(jìn)行全系統(tǒng)不同方案的流程模擬計算 找到更合理的優(yōu)化的工藝操作條件 從而可以修改某些不合理的操作條件 提供全流程的物料熱量平衡數(shù)據(jù) 4 主要控制方案 5 設(shè)備工藝尺寸的計算4 1PFD中體現(xiàn)的主要設(shè)計內(nèi)容 1 反映出工藝物料所經(jīng)過的全部設(shè)備 2 主要物料的管道及相關(guān)的閥門 3 物料的走向及相關(guān)的參數(shù) 4 標(biāo)出特殊閥門的位置 5 反映出主要控制點 6 公用系統(tǒng)物料用戶的進(jìn)出位置 7 圖例及圖面上必要的說明和注解4 2單元設(shè)備的典型設(shè)計一個化工工藝設(shè)計工程師只有掌握各種單元設(shè)備的典型設(shè)計 根據(jù)工藝流程和工程項目的特殊要求 再結(jié)合以往積累的工程經(jīng)驗 方可進(jìn)行單元設(shè)備設(shè)計 5設(shè)備設(shè)計壓力和設(shè)計溫度的確定原則5 1設(shè)備設(shè)計壓力的確定5 1 1設(shè)備設(shè)計壓力選取的原則 參見復(fù)習(xí)指南 P561表7 6 1 設(shè)備設(shè)計一覽表5 1 2設(shè)備設(shè)計壓力確定的原則5 1 2 1設(shè)備的設(shè)計壓力是設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計的主要依據(jù) 因此在確定設(shè)備設(shè)計壓力時 應(yīng)在滿足設(shè)備長周期安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上 做到既經(jīng)濟(jì)又合理 5 1 2 2設(shè)備設(shè)計壓力的確定不僅根據(jù)其正常工作情況下 容器頂部可能達(dá)到的最大壓力 還應(yīng)考慮該設(shè)備所處的系統(tǒng)附加條件 如系統(tǒng)壓力變化 安全閥在系統(tǒng)中相對位置對設(shè)計壓力的影響等情況 來確定該設(shè)備的設(shè)計壓力 5 1 2 3對承受多種不同工況的設(shè)備 如某些反應(yīng)器要適應(yīng)吹掃 試壓 升溫還原 化學(xué)反應(yīng) 催化劑再生等多種化工過程的多種工作條件的變化 則該類設(shè)備設(shè)計壓力的確定原則見復(fù)習(xí)指南 表7 6 1 P561 設(shè)備設(shè)計壓力一覽表 并應(yīng)向設(shè)備專業(yè)說明各階段工作壓力及工作溫度相應(yīng)變化的情況 5 1 2 4低壓下蒸汽表面冷凝器按全真空條件設(shè)計 5 1 2 5對下述特殊情況的設(shè)備 應(yīng)根據(jù)具體情況 按特殊要求確定其設(shè)計壓力 該設(shè)計壓力相對按 表7 6 1 確定的設(shè)計壓力更高 1 劇毒介質(zhì)的泄漏直接影響到人身和環(huán)境安全 2 對一些凝固點較高的介質(zhì) 如瀝青 石蠟 苯酐等 由于較容易使系統(tǒng)堵塞或者在排放時堵塞或者在排放時堵塞安全裝置和排放系統(tǒng) 引起系統(tǒng)壓力的升高 故除了考慮伴熱措施外 可適當(dāng)提高此類設(shè)備的設(shè)計壓力 3 對某些貴重物料 需減少排放損失的情況 4 由于化學(xué)反應(yīng)或其它原因可能引起工作壓力急劇上升的情況 5 1 3名詞說明 部分 5 1 3 1最大 最高 工作壓力容器 設(shè)備 在正常工作過程中 其頂部可能達(dá)到的最大壓力 稱為最大工作壓力或最大正常工作壓力 此值通常由化工工藝專業(yè)提出 1 內(nèi)壓容器 系指容器頂部在正常工作過程中 其頂部可能出現(xiàn)的最大壓力 2 真空容器 系指容器頂部在正常工作過程中 頂部可能出現(xiàn)的最大真空度 3 外壓容器 系指容器頂部在正常工作過程中 其頂部可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓差 5 1 3 2最高 大 壓力用以確定容器設(shè)計壓力的基準(zhǔn)壓力 它是由容器最大工作壓力加上流程中工藝工作系統(tǒng)的附加條件后 在容器頂部可能達(dá)到的壓力 此值由工藝系統(tǒng)專業(yè)確定 5 1 3 3設(shè)計壓力系指設(shè)定的容器頂部的最高壓力 包括前述的附加條件 與相對應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為工藝系統(tǒng)專業(yè)向設(shè)備專業(yè)提出的設(shè)備設(shè)計載荷的條件 其值不低于最高壓力 在依據(jù) 表7 6 1 確定了設(shè)備的設(shè)計壓力后 還要根據(jù)該設(shè)備在系統(tǒng)中的情況 結(jié)合系統(tǒng)前后的管道壓力降或靜壓頭 才能得到該設(shè)備可靠的設(shè)計壓力 有關(guān)這方面的內(nèi)容還可參考 化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定 二 和 石油化工設(shè)計手冊 第四卷 等相關(guān)資料 5 2設(shè)備設(shè)計溫度的確定 工藝專業(yè)經(jīng)傳熱計算或參考同類裝置相同設(shè)備的操作條件 確定該設(shè)備的工作溫度 同時還要考慮容器內(nèi)部介質(zhì)在工作過程中可能出現(xiàn)的最高溫度 1 容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱 如加熱盤管 或被內(nèi)置加熱元件 如電熱元件 間接加熱時 設(shè)計溫度取受熱介質(zhì)的最高工作溫度 2 容器內(nèi)介質(zhì)間接加熱或冷卻時 設(shè)計溫度根據(jù)表7 6 2 1選取 P562 3 容器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫時 設(shè)計溫度根據(jù)表7 6 2 2選取 P562 4 安裝在室外且為液體介質(zhì) 器壁不保溫 壁溫受環(huán)境溫度影響可能小于等于 20 C時 其最低工作溫度應(yīng)考慮建廠地區(qū)環(huán)境溫度的影響 6 過程控制方案的確定6 1過程控制方案確定的原則 1 保證裝置運行的平穩(wěn) 生產(chǎn)安全 控制簡單適用 2 用單回路簡單控制系統(tǒng)可以解決的 決不要用復(fù)雜的控制系統(tǒng) 3 要明確被控制的對象 例如 溫度 壓力 流量 液位 轉(zhuǎn)化率 組成等 4 尋找對控制對象起主導(dǎo)作用的調(diào)節(jié)手段 5 控制方法 就地 集中 自調(diào)等 6 要考慮安全要求 例如 報警 聯(lián)鎖 緊急停車等 6 2過程控制的分類6 2 1簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中最常見 應(yīng)用最廣泛 數(shù)量最多的控制系統(tǒng) 它是由被控對象 測量變送單元 調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成的單回路控制要求 簡單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 投資少 易于調(diào)整和投運 能滿足一般生產(chǎn) 過程的控制要求 因而應(yīng)用廣泛 按被控制的工藝變量來劃分 最常見的是溫度 壓力 流量 液位 化學(xué)成分 簡要介紹如下 1 溫度控制系統(tǒng)溫度控制實質(zhì)上是一個傳熱的控制問題 例如在控制換熱器加熱 或冷卻 介質(zhì)的流入量或改變該介質(zhì)的入口溫度 控制被加熱 或冷卻 介質(zhì)的出口溫度 或者采用控制換熱管浸沒在液體中的換熱面積 改變傳熱面積的手段 調(diào)節(jié)被加熱介質(zhì)的溫度 2 壓力控制系統(tǒng)A 氣體壓力氣體壓力與液位相似 它是系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)出物料不平衡的度量 因而氣體的壓力控制不是改變流入量就是改變流出量 B 液體壓力由于液體不可壓縮性 因而液體的壓力控制與流量控制非常相似C 蒸汽壓力常見的鍋爐汽包壓力控制 精餾塔 蒸發(fā)器壓力控制 其實質(zhì)上是傳熱的控制 系統(tǒng)蒸汽的壓力就表征了熱平衡的狀況 所以在這類控制系統(tǒng)中它的特性在某些方面與溫度控制有相仿之處 3 流量控制系統(tǒng)在流量控制系統(tǒng)中 被控變量和操縱變量均是流量 大部分的流量檢測都采用孔板或差壓流量計 4 液位控制系統(tǒng)一個設(shè)備或儲罐的液位 表征了它的流入量和流出量之差的累積 在化工生產(chǎn)中 由于生產(chǎn)的連續(xù)性 所以液位控制是為物料平衡服務(wù)的 液位控制應(yīng)完成 A 保持設(shè)備或儲罐內(nèi)的滯留量是在規(guī)定的高限和低限之內(nèi) 使它們具有一定的緩沖能力 B 在每一種滯留量下 在絕大部分時間內(nèi)保持入口流量和出口流量之間的平衡 C 通過容積的緩沖來保持前后工序負(fù)荷的平衡 在需要改變流量時 希望能逐步地 平滑地調(diào)整流量 5 成分控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場中 出問題最多的往往是成分控制系統(tǒng) 成分控制系統(tǒng)的對象也是多容的 且時間常數(shù)大 純滯后時間大 造成成分控制系統(tǒng)工作不良的原因 還有分析器本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 取樣系統(tǒng)和樣品預(yù)處理部分工作不良 純滯后過大等多方面的原因 一般在選不到合適的成分分析器時 也可以采用間接的被控變量 如溫度 溫差等來代替 6 2 2復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路簡單控制系統(tǒng)能解決化工廠大部分的控制問題 但是它們有一定的局限性 這些局限性主要表現(xiàn)在它們只能完成定值控制 功能單一 對純滯后較大 出現(xiàn)干擾多而劇烈的對象 控制質(zhì)量較差 對各個過程變量內(nèi)部存在相關(guān)的過程 控制系統(tǒng)相互之間會出現(xiàn)干擾等 因此在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 又發(fā)展了眾多的復(fù)雜控制系統(tǒng) 現(xiàn)將后面舉例中出現(xiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)簡要介紹如下 1 串級控制系統(tǒng)它的特點是兩個調(diào)節(jié)器相串聯(lián) 主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定 適用于時間常數(shù)及純滯后較大的對象 串級控制系統(tǒng)的目的主要在于控制主被控變量穩(wěn)定 參見圖 7 7 3 7 a P569溫度 流量控制方案 2 比值控制系統(tǒng)它可以控制兩個或兩個以上的物料流量保持一定的比值關(guān)系 參見圖 7 7 3 2 e 串級 比值控制系統(tǒng) 3 均勻控制它用于解決前后工序的供求矛盾 控制兩個相關(guān)變量之間相互兼顧和協(xié)調(diào)操作 使它們都在允許的范圍內(nèi)呈緩慢的變化 使后續(xù)設(shè)備的操作較為平穩(wěn) 參見圖 7 7 3 7 C P569串級均勻控制 4 分程控制 由一個調(diào)節(jié)器去控制兩個或兩個以上調(diào)節(jié)閥 可應(yīng)用于一個被控變量需要兩個以上的操縱變量來分階段進(jìn)行控制的場合 一般分程控制可應(yīng)用在以下幾種場合 A 能適應(yīng)工藝要求 采用兩種或多種手段 介質(zhì)來進(jìn)行控制 參見圖 7 7 3 5 c P567分程調(diào)節(jié)系統(tǒng) B 滿足工藝生產(chǎn)不同負(fù)荷和開 停車過程對自控的要求 參見圖 7 7 3 2 c P564分程調(diào)節(jié)系統(tǒng) C 擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比 5 前饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器根據(jù)干擾的大小 不等被控變量發(fā)生變化 直接進(jìn)行校正控制 它常與反饋控制結(jié)合在一起使用 以消除某幾個影響最大的干擾 參見圖 7 7 3 2 b P564串級 前饋控制方案 6 3選用控制儀表的要求 準(zhǔn)確可靠 靈敏度高 反應(yīng)迅速 滯后小 使用維護(hù)方便 價格便宜 6 4典型化工單元的控制方案6 4 1反應(yīng) 反應(yīng)控制的要求達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率 產(chǎn)品濃度 處理量平穩(wěn) 當(dāng)出現(xiàn)不正常工況時 能報警 聯(lián)鎖或自動選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng) 反應(yīng)控制方案以反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為控制變量見圖7 7 3 1 P 564 以反應(yīng)工藝狀態(tài)變量為控制對象見圖7 7 3 2 P 565 6 4 2精餾精餾是常見的液液分離方法 精餾控制主要目的是達(dá)到規(guī)定的分離要求 主要變量有進(jìn)料量 組成 溫度 操作壓力 冷卻和加熱介質(zhì)的壓力及溫度的變化 精餾控制可分為 按精餾段指標(biāo)的控制方案見圖7 7 3 3 P 566 按提餾段指標(biāo)的控制方案見圖7 7 3 4 P 567 塔頂壓力控制方案見圖7 7 3 5 P 568 真空度控制方案見圖7 7 3 6 P 569 其它控制方案見圖7 7 3 7 P 569 6 4 3傳熱設(shè)備 控制載體的流量見圖7 7 3 8 P 570 控制傳熱面積見圖7 7 3 9 P 570 控制載體的氣化溫度見圖7 7 3 10 P 571 工藝介質(zhì)旁路控制見圖7 7 3 11 P 571 6 4 4流體輸送設(shè)備 離心泵控制方案見圖7 7 3 12 P 572 改變轉(zhuǎn)速的控制方案見圖7 7 3 13 P 572 往復(fù)泵 位移式旋轉(zhuǎn)泵 的控制方案見圖7 7 3 14 P 572 7 能耗計算目前人類面臨的共同任務(wù)是保護(hù)資源 減少環(huán)境污染 維護(hù)生態(tài)平衡 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 化工生產(chǎn)中傳熱過程是經(jīng)常的發(fā)生的事 因此合理使用能源 節(jié)約能源是每個化工工藝設(shè)計人員應(yīng)盡的職責(zé) 過程能量分析的常用方法有 夾點分析法和三環(huán)節(jié)能量分析法 7 1夾點分析法將需要優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)用冷 熱流復(fù)合線表示在溫焓圖 T H圖 上 熱流復(fù)合線位于冷流上方 冷 熱流體的復(fù)合線中間垂直距離最短處稱為夾點 或稱為窄點 其溫差 Tmin稱為夾點溫差 夾點分析法應(yīng)遵循三個原則 盡量避免有熱流體通過夾點 夾點上方避免引入公用設(shè)施冷卻物流 夾點下方避免引入公用設(shè)施加熱物流 7 2三環(huán)節(jié)能量分析法重點研究熱能在化工裝置的利用 從下述三個環(huán)節(jié)出發(fā) 能量轉(zhuǎn)換 能量利用 能量回收夾點分析法和三環(huán)節(jié)能量分析法實際應(yīng)用可參考有關(guān)文獻(xiàn)資料 7 3節(jié)能措施 7 3 1改變反應(yīng)工藝條件 降低工藝能耗 1 降低的反應(yīng)壓力 2 降低的反應(yīng)溫度 3 提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 減少副反應(yīng)的發(fā)生可以采用選擇合適的反應(yīng)壓力 反應(yīng)溫度 也可以選擇先進(jìn)的反應(yīng)器或反應(yīng)流程 也可以采用選擇性強(qiáng) 轉(zhuǎn)化率高的催化劑 4 選擇先進(jìn)的工藝路線和原料路線 7 3 2選取適宜的設(shè)備 優(yōu)化操作條件 降低分離過程的能耗 7 3 3選用高效設(shè)備和新型絕熱材料 包括選用效率高的機(jī)泵 7 3 4要重視廢熱回收和能量回收 7 3 5在工藝全流程上要考慮熱能的逐級利用 并且要避免冷熱病 7 4能耗計算 一般在計算能耗時 都以單位產(chǎn)品所耗能來計算的 對于石油化工的主要產(chǎn)品大多有該產(chǎn)品的基準(zhǔn)能耗 在工藝設(shè)計中常以此作為本工藝技術(shù)先進(jìn)與否的參照值 在能耗計算時 首先列出單位產(chǎn)品的原料 燃料 水電汽等物料的單耗 然后參照有關(guān)折能標(biāo)準(zhǔn)算出該產(chǎn)品的能耗 8 1消防8 1 1火災(zāi)爆炸危險因素及預(yù)防措施8 1 2火災(zāi)危險性分類生產(chǎn)的火災(zāi)危險性分類 見表7 9 1 1 P578 579 可燃液體的火災(zāi)危險性分類見表7 9 1 2 P579 8 1 3廠房的耐火等級 層數(shù)和占地面積見表7 9 1 3 P580 8 1 4防火間距 8 與工藝設(shè)計相關(guān)的消防 勞動安全及環(huán)境保護(hù)的基本知識 1 廠房的防火間距不應(yīng)小于表7 9 1 4 廠房的防火間距 P581 2 有關(guān)U形 山形廠房的防火間距 有關(guān)廠房附設(shè)化學(xué)易燃物品的室外設(shè)備的防火間距 有關(guān)數(shù)座廠房的防火間距 分別見指南p581中7 9 1 4防火間距 2 3 4 2 設(shè)備 建筑物平面布置的防火間距應(yīng)滿足表7 9 1 5的規(guī)定 3 在裝置正常生產(chǎn)過程中 不直接參與工藝過程 但又需要緊靠裝置的某些原料或成品等裝置儲罐時 當(dāng)其總?cè)莘eV液化烴 100m3 V可燃?xì)怏w V可燃液體 1000m3時 其與設(shè)備 建筑物平面布置的防火間距應(yīng)符合表7 9 1 5 P582 的規(guī)定 當(dāng)其總?cè)莘e100m3 V液化烴 300m3 1000m3 V可燃液體 3000m3 1000m3 V可燃?xì)怏w 5000m3時 可于裝置附近集中布置 其與裝置的防火間距不應(yīng)小于表7 9 1 6 P583 的規(guī)定 4 罐區(qū)內(nèi)相鄰可燃液體地上儲罐的防火間距不應(yīng)小于表7 9 1 7 P583 的規(guī)定 5 液化烴 可燃?xì)怏w 助燃?xì)怏w的罐區(qū)內(nèi)的防火間距不應(yīng)小于表7 9 1 8 P584 6 相鄰液充烴罐組儲罐間的距離不應(yīng)小于16m 7 全冷凍式液化烴儲存設(shè)施內(nèi) 泵和壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備與儲罐的防火間距不應(yīng)小于15m 8 有關(guān)儲罐區(qū)的消防通道見p584中 11 13 9 甲類 乙類 丙類的物品房應(yīng)符合p585 15 中1 4 10 明火設(shè)備應(yīng)集中布置在裝置的邊緣 11 兩個及兩個以上的聯(lián)合裝置或裝置共用的控制室 距甲類 乙類或明火設(shè)備不應(yīng)小于25m 距丙類設(shè)備不應(yīng)小于15m 8 1 5危險區(qū)域劃分 詳見p585 1 按爆炸性氣體混合物出現(xiàn)或釋放源釋放的頻繁程度和持續(xù)時間的長短 可將爆炸危險區(qū)域劃分為0區(qū) 1區(qū) 2區(qū)和非爆炸性危險區(qū) 2 存在爆炸性粉塵的環(huán)境的根據(jù)其出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間可劃分為10區(qū) 11區(qū)爆炸危險區(qū)域和非爆炸性危險區(qū)域 8 1 6其他防火設(shè)計規(guī)定針對化工和石化行業(yè)分列了25條規(guī)定 詳見P588 591 8 2勞動安全衛(wèi)生8 2 1工藝生產(chǎn)過程的常見危險因素及職業(yè)危害因素 危險因素是指能對人造成傷亡或?qū)ξ镌斐赏话l(fā)性損壞的因素 危害因素是指影響人的身體健康 導(dǎo)致疾病或?qū)ξ镌斐陕云茐牡囊蛩?危險因素與危害因素的區(qū)別在于 危險因素強(qiáng)調(diào)突發(fā)性和瞬間作用 危害因素強(qiáng)調(diào)在一定時間范圍內(nèi)的積累作用 危險因素是勞動安全措施的主要對象 危害因素是勞動衛(wèi)生措施的主要對象 危險因素及職業(yè)危害因素可有以下幾類 詳見P591 592 1 物理性危險