工藝流程設(shè)計

1、第二章第二章 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：一、生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇一、生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇二、工藝流程設(shè)計二、工藝流程設(shè)計三、工藝流程圖（簡）三、工藝流程圖（簡） 四、典型設(shè)備的自控方案四、典型設(shè)備的自控方案第二章第二章 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計是化工設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過是化工設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過工藝流程圖工藝流程圖的形的形式，形象地式，形象地反映了化工生產(chǎn)由原料進(jìn)入到產(chǎn)品輸出的過程反映了化工生產(chǎn)由原料進(jìn)入到產(chǎn)品輸出的過程，其中包括物料，其中包括物料和能量的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設(shè)備儀和能量的變

2、化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過程和使用的設(shè)備儀表。工藝流程圖集中地表。工藝流程圖集中地概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。本章主要介紹本章主要介紹生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇，工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計，工藝流程工藝流程圖圖，典型設(shè)備的自控方案典型設(shè)備的自控方案四個內(nèi)容。四個內(nèi)容。第一節(jié)第一節(jié) 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇 生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可以采用不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)路線而制得；即生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可以采用不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)路線而制得；即使采用同一原料，也可采用不同生產(chǎn)路線；同一生產(chǎn)路線中也可以采用不使采用同一原料，也可采用不同

3、生產(chǎn)路線；同一生產(chǎn)路線中也可以采用不同的工藝流程。同的工藝流程。 選擇生產(chǎn)路線也就是選擇生產(chǎn)方法，這一步是決定設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。選擇生產(chǎn)路線也就是選擇生產(chǎn)方法，這一步是決定設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。 本節(jié)主要介紹已有生產(chǎn)路線的工藝流程設(shè)計。本節(jié)主要介紹已有生產(chǎn)路線的工藝流程設(shè)計。一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則1. 先進(jìn)性先進(jìn)性 在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時，應(yīng)該著重考慮以下在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時，應(yīng)該著重考慮以下三項原則三項原則： 先進(jìn)性主要指先進(jìn)性主要指技術(shù)上的先進(jìn)程度和經(jīng)濟(jì)上的合理可行技術(shù)上的先進(jìn)程度和經(jīng)濟(jì)上的合理可行。 技術(shù)技術(shù) 利潤利潤 先進(jìn)性的評價包括基建投資

4、、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動生產(chǎn)率先進(jìn)性的評價包括基建投資、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動生產(chǎn)率等方面的內(nèi)容。等方面的內(nèi)容。 應(yīng)選擇應(yīng)選擇物料損耗小、循環(huán)量少、易于回收利用，能量消耗少和利物料損耗小、循環(huán)量少、易于回收利用，能量消耗少和利于環(huán)保于環(huán)保的生產(chǎn)方法。的生產(chǎn)方法。2. 可靠性可靠性 可靠性是指可靠性是指所選擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠所選擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠。 不允許把未來的生產(chǎn)工廠當(dāng)作試驗工廠來進(jìn)行設(shè)計！不允許把未來的生產(chǎn)工廠當(dāng)作試驗工廠來進(jìn)行設(shè)計！ 另外，要考慮另外，要考慮原料供給的可靠性原料供給的可靠性，必須保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠，必須保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠的、

5、穩(wěn)定的原料來源。的、穩(wěn)定的原料來源。3. 合理性（是否符號國情）合理性（是否符號國情） 中國是一個發(fā)展中國家。在進(jìn)行工廠設(shè)計時，中國是一個發(fā)展中國家。在進(jìn)行工廠設(shè)計時，不能單純從技術(shù)、經(jīng)不能單純從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)觀點考慮問題濟(jì)觀點考慮問題，應(yīng)從中國的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。如：國，應(yīng)從中國的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。如：國家資源的合理利用、建廠地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃、家資源的合理利用、建廠地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃、“三廢三廢”處理是否可行。處理是否可行。 (1) 中國人民的消費水平及各種化工產(chǎn)品的消費趨勢。中國人民的消費水平及各種化工產(chǎn)品的消費趨勢。 (2) 中國化工機(jī)械設(shè)備及電器儀表的制造能力。中國化工機(jī)

6、械設(shè)備及電器儀表的制造能力。 (3) 中國化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設(shè)備用金屬材料的供應(yīng)情況。中國化工生產(chǎn)所用的化工原材料及設(shè)備用金屬材料的供應(yīng)情況。 (4) 中國環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。中國環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定和化工生產(chǎn)中三廢排放情況。 (5) 勞動就業(yè)與化工生產(chǎn)自動化水平的關(guān)系。勞動就業(yè)與化工生產(chǎn)自動化水平的關(guān)系。 (6) 資金籌措和外幣儲備情況。資金籌措和外幣儲備情況。u 上述三項原則必須在技術(shù)路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。上述三項原則必須在技術(shù)路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。u 經(jīng)過全面分析、反復(fù)對比后選出優(yōu)點較多、符合國情、切實可行的技經(jīng)過全面分析

7、、反復(fù)對比后選出優(yōu)點較多、符合國情、切實可行的技術(shù)路線和工藝流程。術(shù)路線和工藝流程?！凹夹g(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理”二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟1. 搜集資料、調(diào)查研究搜集資料、調(diào)查研究確定生產(chǎn)方法，選擇工藝流程一般要經(jīng)過確定生產(chǎn)方法，選擇工藝流程一般要經(jīng)過三個階段三個階段： 是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段。 有計劃、有目的地搜集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料及各種技有計劃、有目的地搜集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料及各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。術(shù)路線的發(fā)展情況與動向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。

8、掌握國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料，僅靠設(shè)計人員自己搜集是不夠的，掌握國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料，僅靠設(shè)計人員自己搜集是不夠的，還應(yīng)取得技術(shù)信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。還應(yīng)取得技術(shù)信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。2. 落實設(shè)備落實設(shè)備 對各種生產(chǎn)方法中所用的設(shè)備，分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進(jìn)對各種生產(chǎn)方法中所用的設(shè)備，分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進(jìn)口的及國內(nèi)需重新設(shè)計制造的三種類型，并對設(shè)計制造單位的技術(shù)力量、口的及國內(nèi)需重新設(shè)計制造的三種類型，并對設(shè)計制造單位的技術(shù)力量、加工條件、材料供應(yīng)及設(shè)計、制造的進(jìn)度加以了解。加工條件、材料供應(yīng)及設(shè)計、制造的進(jìn)度加以了解。3. 全面對

9、比全面對比 對調(diào)研結(jié)果進(jìn)行全面分析對比，主要包括以下內(nèi)容：對調(diào)研結(jié)果進(jìn)行全面分析對比，主要包括以下內(nèi)容： 各種技術(shù)路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢；各種技術(shù)路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢； 產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)及產(chǎn)品規(guī)格情況；產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)及產(chǎn)品規(guī)格情況； 生產(chǎn)能力和工藝技術(shù)條件情況；生產(chǎn)能力和工藝技術(shù)條件情況； 原材料、能量消耗情況；原材料、能量消耗情況； 建設(shè)費用及產(chǎn)品成本情況；建設(shè)費用及產(chǎn)品成本情況； “三廢三廢”的產(chǎn)生及治理情況；的產(chǎn)生及治理情況； 其他特殊情況。其他特殊情況。u 產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品規(guī)格是指對產(chǎn)品特定形式的描述。指介紹產(chǎn)品的成份、性能、品牌、是指對產(chǎn)品特定形式的描述。指介紹產(chǎn)品的

10、成份、性能、品牌、產(chǎn)地、型號等產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。產(chǎn)地、型號等產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 化學(xué)試劑的純度較高，根據(jù)純度及雜質(zhì)含量的多少，可將其分為以下幾化學(xué)試劑的純度較高，根據(jù)純度及雜質(zhì)含量的多少，可將其分為以下幾個等級。個等級。（1）優(yōu)級純試劑優(yōu)級純試劑 亦稱保證試劑，為一級品，純度高，雜質(zhì)極少，主要用于亦稱保證試劑，為一級品，純度高，雜質(zhì)極少，主要用于精密分析和科學(xué)研究，常以精密分析和科學(xué)研究，常以gr表示。表示。（2）分析純試劑分析純試劑 亦稱分析試劑，為二級品，純度略低于優(yōu)級純，雜質(zhì)含量亦稱分析試劑，為二級品，純度略低于優(yōu)級純，雜質(zhì)含量略高于優(yōu)級純，適用于重要分析和一般性研究工作，常以略高于優(yōu)級純，

11、適用于重要分析和一般性研究工作，常以ar表示。表示。（3）化學(xué)純試劑化學(xué)純試劑 為三級品，純度較分析純差，但高于實驗試劑，適用于工為三級品，純度較分析純差，但高于實驗試劑，適用于工廠、學(xué)校一般性的分析工作，常以廠、學(xué)校一般性的分析工作，常以cp表示。表示。（4）實驗試劑實驗試劑 為四級品，純度比化學(xué)純差，但比工業(yè)品純度高，主要用于為四級品，純度比化學(xué)純差，但比工業(yè)品純度高，主要用于一般化學(xué)實驗，不能用于分析工作，常以一般化學(xué)實驗，不能用于分析工作，常以 lr表示。表示。 此外還有：醫(yī)藥級（此外還有：醫(yī)藥級（mg）、基準(zhǔn)級（）、基準(zhǔn)級（pt）、食品添加劑）、食品添加劑 （fa）、特定）、特定級（

12、級（sg）、生物染色試劑（）、生物染色試劑（bs）、生物試劑（）、生物試劑（br）、指示劑（）、指示劑（ind）、超）、超純（純（ep ） 物理或化學(xué)特征的規(guī)格說明物理或化學(xué)特征的規(guī)格說明 物理或化學(xué)特征的規(guī)格設(shè)定，是指對產(chǎn)品的性質(zhì)描述，且這些性質(zhì)物理或化學(xué)特征的規(guī)格設(shè)定，是指對產(chǎn)品的性質(zhì)描述，且這些性質(zhì)描述通常就是要檢測的項目，檢測成本較低。描述通常就是要檢測的項目，檢測成本較低。 以甘油（化學(xué)名稱：丙三醇）為例：以甘油（化學(xué)名稱：丙三醇）為例： 外部性質(zhì)外部性質(zhì) 詳細(xì)描述詳細(xì)描述 色度（色度（apha） 10 甘油含量甘油含量% 98.5 密度（密度（20）g/ml 1.2572 硫酸化灰

13、分硫酸化灰分% 0.01 酸度或堿度酸度或堿度 0.064 皂化當(dāng)量皂化當(dāng)量 0.64 氯化物（以氯化物（以cl計）計）% 0.001 第二節(jié)第二節(jié) 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計 當(dāng)生產(chǎn)工藝路線選定之后，即可進(jìn)行流程設(shè)計。它和車間布置設(shè)計是當(dāng)生產(chǎn)工藝路線選定之后，即可進(jìn)行流程設(shè)計。它和車間布置設(shè)計是決定整個車間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對設(shè)備設(shè)計和管路設(shè)計決定整個車間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對設(shè)備設(shè)計和管路設(shè)計等單項設(shè)計也起著決定性的作用。等單項設(shè)計也起著決定性的作用。 工藝流程設(shè)計是工藝設(shè)計的核心工藝流程設(shè)計是工藝設(shè)計的核心，只有在工藝流程確定后，其它各項，只有在工藝流程確定后，其

14、它各項工作才能陸續(xù)展開。工作才能陸續(xù)展開。 本節(jié)主要介紹工藝流程設(shè)計的任務(wù)和方法。本節(jié)主要介紹工藝流程設(shè)計的任務(wù)和方法。一、工藝流程設(shè)計的任務(wù)一、工藝流程設(shè)計的任務(wù)1. 確定生產(chǎn)流程中各個生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式。確定生產(chǎn)流程中各個生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式。 包括兩方面：包括兩方面：2. 繪制工藝流程圖。繪制工藝流程圖。u 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： 確定整個流程的組成；確定整個流程的組成； 確定每個過程或工序的組成；確定每個過程或工序的組成； 確定工藝操作條件；確定工藝操作條件； 控制方案的確定；控制方案的確定； 合理利用原料及能量；合理利用原料及能量； 制定三廢的治理方法；制

15、定三廢的治理方法； 制定安全生產(chǎn)措施。制定安全生產(chǎn)措施。二、工藝流程設(shè)計的方法二、工藝流程設(shè)計的方法 首先要看所選定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運行過的成熟工藝，首先要看所選定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運行過的成熟工藝，還是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進(jìn)或局部采還是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進(jìn)或局部采用新技術(shù)新工藝的問題。后者需針對新技術(shù)開發(fā)進(jìn)行概念設(shè)計。用新技術(shù)新工藝的問題。后者需針對新技術(shù)開發(fā)進(jìn)行概念設(shè)計。原料預(yù)處理原料預(yù)處理反應(yīng)過程反應(yīng)過程三廢處理三廢處理產(chǎn)物后處理產(chǎn)物后處理 工藝流程可分為四大部分：工藝流程可分為四大部分：1. 反應(yīng)過程反應(yīng)過程 反應(yīng)

16、器反應(yīng)器 操作方式（連續(xù)、間歇）操作方式（連續(xù)、間歇） 能量供給、移出方式能量供給、移出方式 催化反應(yīng)催化反應(yīng)2. 原料預(yù)處理原料預(yù)處理 預(yù)熱（冷）預(yù)熱（冷） 汽化汽化 干燥干燥 粉碎篩分粉碎篩分 提純精制提純精制 混合混合 配制配制 壓縮等壓縮等 在主反應(yīng)裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應(yīng)特點，必然對原料提出要在主反應(yīng)裝置已經(jīng)確定之后，根據(jù)反應(yīng)特點，必然對原料提出要求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等 。 是工藝流程設(shè)計的核心。根據(jù)反應(yīng)過程的特點、產(chǎn)品要求、物料是工藝流程設(shè)計的核心。根據(jù)反應(yīng)過程的特點、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來決定：特性、基本工藝條件來決

17、定： 3. 產(chǎn)物后處理產(chǎn)物后處理 產(chǎn)物處理（分離凈化）（產(chǎn)物處理（分離凈化）（往往是整個工藝過程中最復(fù)雜、最關(guān)鍵往往是整個工藝過程中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的部分的部分） 產(chǎn)品處理（作為下一工序原料、篩選、包裝、灌裝、計量、貯存、產(chǎn)品處理（作為下一工序原料、篩選、包裝、灌裝、計量、貯存、輸送等輸送等 ） 未反應(yīng)物循環(huán)利用（返回反應(yīng)過程或加工成副產(chǎn)物）未反應(yīng)物循環(huán)利用（返回反應(yīng)過程或加工成副產(chǎn)物） 副產(chǎn)物處理（設(shè)計制備、包裝、貯運等）副產(chǎn)物處理（設(shè)計制備、包裝、貯運等）4. 三廢處理三廢處理 三廢：廢氣、廢液、廢渣三廢：廢氣、廢液、廢渣 所含有害物質(zhì)在排放前應(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；盡量綜合利用，變廢所含有害物質(zhì)

18、在排放前應(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；盡量綜合利用，變廢為寶；為寶；污染問題不解決，不允許投產(chǎn)污染問題不解決，不允許投產(chǎn)。 相關(guān)政策法規(guī)相關(guān)政策法規(guī)u 其他相關(guān)措施及設(shè)計：其他相關(guān)措施及設(shè)計： 確定公用工程的配套措施確定公用工程的配套措施 確定操作條件和控制方案確定操作條件和控制方案 一個完善的工藝設(shè)計除了工藝流程等以外，還應(yīng)把投產(chǎn)后的一個完善的工藝設(shè)計除了工藝流程等以外，還應(yīng)把投產(chǎn)后的操作條操作條件件確定下來，這也是設(shè)計要求。這些條件包括整個流程中各個單元設(shè)備確定下來，這也是設(shè)計要求。這些條件包括整個流程中各個單元設(shè)備的物料流量（投料量）、組成、溫度、壓力等，并且提出控制方案（與的物料流量（投料量）、組

19、成、溫度、壓力等，并且提出控制方案（與儀表控制專業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來儀表控制專業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來 制定切實可靠的安全生產(chǎn)措施制定切實可靠的安全生產(chǎn)措施 保溫、防腐的設(shè)計保溫、防腐的設(shè)計u 方案比較法方案比較法 前提：保持原始信息不變。前提：保持原始信息不變。即過程的操作參數(shù)如溫度、壓力、流速、即過程的操作參數(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設(shè)計者是不能變更的。流量等原始信息，設(shè)計者是不能變更的。 判據(jù)：判據(jù)：產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、工程投資等。產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、工程投資等。此外，也要考慮環(huán)保、安全、占地

20、面積等因素。此外，也要考慮環(huán)保、安全、占地面積等因素。第三節(jié)第三節(jié) 工藝流程圖（簡）工藝流程圖（簡） 工藝流程圖工藝流程圖是把各個生產(chǎn)單元按照一定的目的要求有機(jī)地組合在一是把各個生產(chǎn)單元按照一定的目的要求有機(jī)地組合在一起，形成一個完整的生產(chǎn)工藝過程，并用圖形描繪出來。起，形成一個完整的生產(chǎn)工藝過程，并用圖形描繪出來。u 方案流程圖方案流程圖（工藝流程草圖、流程示意圖）（工藝流程草圖、流程示意圖）u 物料流程圖（物料流程圖（pfd）u 帶控制點工藝流程圖帶控制點工藝流程圖（管道及儀表流程圖、施工流程圖）（管道及儀表流程圖、施工流程圖） 帶控制點的工藝流程圖一般分為帶控制點的工藝流程圖一般分為初步

21、設(shè)計階段的帶控制點工藝流程圖初步設(shè)計階段的帶控制點工藝流程圖和和施工設(shè)計階段帶控制點的工藝流程圖施工設(shè)計階段帶控制點的工藝流程圖，而施工設(shè)計階段帶控制點的工，而施工設(shè)計階段帶控制點的工藝流程圖也稱藝流程圖也稱管道及儀表流程圖管道及儀表流程圖(pi圖圖)。 一般在基礎(chǔ)工程設(shè)計階段應(yīng)繪制一般在基礎(chǔ)工程設(shè)計階段應(yīng)繪制a版版pi圖（初版）、圖（初版）、b版版pi圖（內(nèi)審圖（內(nèi)審版）、版）、 c版版pi圖（用戶版）及圖（用戶版）及d版版pi圖（確認(rèn)版）；在詳細(xì)工程設(shè)計階段圖（確認(rèn)版）；在詳細(xì)工程設(shè)計階段應(yīng)繪制應(yīng)繪制e版版pi圖（詳圖（詳1版）、版）、f版版pi圖（詳圖（詳2版）、版）、 g版版pi圖（施工版）。圖（施工版）。第五節(jié)第五節(jié) 典型設(shè)備的自控方案典型設(shè)備的自控方案 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點之一是自動化程度較高。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點之一是自動化程度較高。 本節(jié)介紹常用的化工典型設(shè)備（泵、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)釜）的自本節(jié)介紹常用的化工典型設(shè)備（泵、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)釜）的自控流程。控流程。一、泵類的自控方案一、泵類的自控方案1. 離心泵離心泵2. 容積式泵容積式泵 往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等。往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等。 當(dāng)流量減小時容積式泵的壓力急劇上升當(dāng)流量減小時容積式泵的壓力急劇上升，因此不