工藝流程設(shè)計(jì)方法與步驟

1、第五節(jié) 工藝流程設(shè)計(jì)方法與步驟一 . 工藝流程設(shè)計(jì)的方法(1) 以反應(yīng)過程為中心( 1)定反應(yīng)器: 根據(jù)反應(yīng)過程的特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用反應(yīng)器類型及決定采用連續(xù)操作，還是間歇性操作。有些產(chǎn)品不適合連續(xù)化操作，如同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號(hào)產(chǎn)品時(shí)，用間歇操作，更為方便。物料反應(yīng)過程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應(yīng)裝置上增加相應(yīng)的適當(dāng)措施。 如果反應(yīng)需要在催化劑存在下進(jìn)行，就須考慮催化反應(yīng)的方式和催化劑的選擇。一般說確定主反應(yīng)過程的裝置，往往都有文獻(xiàn)、資料可供參考，或有中試結(jié)果?，F(xiàn)有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復(fù)雜。(2) 設(shè)計(jì)原料預(yù)處理過程根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，必然

2、對(duì)原料提出要求，如純度、 溫度、 壓力以及加料方式等。這就應(yīng)根據(jù)需要采取預(yù)熱(冷)、汽化、干燥、粉碎篩分、提純精制、混合、配制、壓縮等措施。這些操作過程就需要相應(yīng)的化工單元操作，加以組合。通常不是一臺(tái)兩臺(tái)設(shè)備或簡單過程完成的。原料預(yù)處理的化工操作過程是根據(jù)原料性質(zhì)、處理方法而選取不同的裝置及不同的輸送方式，從而可能設(shè)計(jì)出不同的流程。(3) 設(shè)計(jì)產(chǎn)物的后處理過程根據(jù)反應(yīng)原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應(yīng)過程的特點(diǎn)，實(shí)際反應(yīng)過程可能會(huì)出現(xiàn)下列情況:除了獲得目的產(chǎn)物外，由于存在副反應(yīng)，還生成了副產(chǎn)物。由于反應(yīng)時(shí)間等條件的限制或受反應(yīng)平衡的限制，以及為使反應(yīng)盡可能完全而有過剩組分。原料中含有的雜質(zhì)往

3、往不是反應(yīng)需要的，在原料的預(yù)處理中并未除凈，因而在反應(yīng)中將會(huì)帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參與反應(yīng)而生成無用且有害的物質(zhì)。產(chǎn)物的集聚狀態(tài)要求，也增加了后處理過程。某些反應(yīng)過程是多相的，而最終 產(chǎn)物是固態(tài)的。因此用于產(chǎn)物的凈化、分離的化工單元操作過程，往往是整個(gè)工 藝過程中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的部分.(4)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的后處理過程經(jīng)過前述分離凈化后達(dá)到合格的目的產(chǎn)品， 有些是下一工序的原料，可加工 成其他產(chǎn)品；有些可直接作為商品，往往還須進(jìn)行后處理工作，如篩選、包裝、 灌裝、計(jì)量、貯存、輸送等過程。(5)設(shè)計(jì)未反應(yīng)原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理由于反應(yīng)不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來， 一般應(yīng)循環(huán)回到反

4、應(yīng)設(shè)備中繼續(xù)參與反應(yīng)。(6)確定“三廢”排出物的處理措施在生產(chǎn)過程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應(yīng)盡量綜合利用，變 廢為寶，加以回收。無法回收的應(yīng)妥善處理?！叭龔U”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此在化工開發(fā)和工程設(shè)計(jì)中必須研究和設(shè)計(jì)治理方案 和流程，要做到“三廢”治理與環(huán)境保護(hù)工程、“三廢”治理工藝與主產(chǎn)品工藝同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工，而且同時(shí)投產(chǎn)運(yùn)行。按照國家有關(guān)規(guī)定，如果污染問題不 解決，是不允許投產(chǎn)的 (7)確定公用工程的配套措施在生產(chǎn)工藝流程中必須使用的工藝用水 (包括作為原料的軟水、冷卻水、溶 劑用水以及洗滌用水等)、蒸汽(原料用汽、加熱用汽、動(dòng)力用汽及其他用汽等)

5、、 壓縮空氣、氮?dú)獾纫约袄鋬?、真空都是工藝中要考慮的配套設(shè)施。至于生產(chǎn)用電、 上下水、空調(diào)、采暖通氣都是應(yīng)與其他專業(yè)密切配合的 ._ (8)確定操作條件和控制方案一個(gè)完善的工藝設(shè)計(jì)除了工藝流程等以外，還應(yīng)把投產(chǎn)后的操作條件確定下 來，這也是設(shè)計(jì)要求。這些條件包括整個(gè)流程中各個(gè)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。_(9)制定切實(shí)可靠的安全生產(chǎn)措施在工藝設(shè)計(jì)中要考慮到開停車、長期運(yùn)轉(zhuǎn)和檢修過程中可能存在各種不安全因素，根據(jù)生產(chǎn)過程中物料性質(zhì)和生產(chǎn)特點(diǎn)， 在工藝流程和裝置中，除設(shè)備材質(zhì) 和結(jié)構(gòu)的安全措施外，在

6、流程中應(yīng)在適宜部位上設(shè)置事故槽、安全閥、放空管、 安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產(chǎn)。(10)保溫、防腐的設(shè)計(jì)這是在工藝流程設(shè)計(jì)中的最后一項(xiàng)工作，也是施工安裝時(shí)最后一道工序。流程中應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設(shè)備是 否需要保溫和防腐。_2.以方案比較作決定一個(gè)優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)只有在多種方案的比較中才能產(chǎn)生。進(jìn)行方案比較首先 要明確判據(jù)，工程上常用的判據(jù)有產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、 工程投資等。止匕外，也要考慮環(huán)保、安全、占地面積等因素。進(jìn)行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，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(jì)

7、者是不能變更的。設(shè)計(jì)者只 能采用各種工程手段和方法，保證實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)定的操作參數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中，一個(gè)過程往往可以有多種方法來實(shí)現(xiàn)，例如液固混合物的分離， 可以用離心、沉降、壓縮和真空過濾等方法；含濕固體的干燥，可以用氣流、雙 錐、滾筒、箱式、沸騰等干燥方法，這些也都需要進(jìn)行方案比較，因地制宜地選 擇一種最佳工程方案。二.工藝流程設(shè)計(jì)的步驟1 .搜集資料，調(diào)查研究2 .確定生產(chǎn)線數(shù)目3 .確定操作方式4 .確定主要生產(chǎn)過程5 .確定輔助過程6 .合理確定操作條件7 .考慮流程的彈性和進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)8 .確定控制系統(tǒng)9 .逐步完善和簡化所設(shè)計(jì)的流程10 .對(duì)多種流程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，選出最優(yōu)方案1 .搜

8、集資料，調(diào)查研究要根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模， 有計(jì)劃、有目的地搜集國內(nèi)外同類 型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料，包括技術(shù)路線特點(diǎn)、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、 產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以及各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動(dòng)向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。掌握國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)的資料，僅靠設(shè)計(jì)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(shí)還要向咨詢部門提出咨詢。_2 .確定生產(chǎn)線數(shù)目大型裝置與相同生產(chǎn)能力的數(shù)個(gè)小型裝置相比優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約建設(shè)投資，占地少，自動(dòng)化程度高等缺點(diǎn)：附屬設(shè)備貴，大都無備用設(shè)備，出故障只好停車因此對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模較大，涉及到是否實(shí)施大型化時(shí)需仔細(xì)分析比較.若以單生產(chǎn)線的大型裝置與生產(chǎn)能力相同的雙生產(chǎn)

9、線小型裝置相比，開工率 高時(shí)，則大型裝置的經(jīng)濟(jì)效益好.假如開工率不足或生產(chǎn)負(fù)荷常變化， 尤其是幾 種牌號(hào)的產(chǎn)品經(jīng)常換產(chǎn)時(shí)，則雙線小裝置的經(jīng)濟(jì)效益好.3 .確定操作方式盡量采用連續(xù)化操作方式，有時(shí)也采用間歇與連續(xù)聯(lián)合操作化方式， 有些過 程采用間歇操作反而更有利些，如用蒸儲(chǔ)釜處理精儲(chǔ)塔塔釜的高沸點(diǎn)殘液。4 .確定主要生產(chǎn)過程先抓住全流程的核心-反應(yīng)過程，從它入手來逐步建立與之相應(yīng)的生產(chǎn)過程，即原料-預(yù)處理過程-反應(yīng)過程-產(chǎn)物后處理5 .確定輔助過程降低能耗，提高能量利用率的過程.如反應(yīng)熱、位能、靜壓能等的利用三廢處理過程為穩(wěn)定生產(chǎn)而設(shè)立的過程（如緩沖、中間貯存）6 .合理確定操作條件如高壓反應(yīng)過

10、程，要求在原料貯罐到反應(yīng)器間必須設(shè)立升壓過程和相應(yīng)的壓 縮機(jī)，而在反應(yīng)器到產(chǎn)品間必須設(shè)立減壓過程和相應(yīng)的設(shè)備又如確定了反應(yīng)器內(nèi)的操作溫度和允許波動(dòng)范圍，就要相應(yīng)地設(shè)立供熱或移 熱設(shè)施及手段（如夾套內(nèi)泠管等），同時(shí)建立自動(dòng)調(diào)劑溫度的控制系統(tǒng)7考慮流程的彈性和進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)即全流程設(shè)計(jì)要考慮綜合生產(chǎn)能力的彈性:應(yīng)估計(jì)全年生產(chǎn)的不均衡性, 個(gè)過程間所選設(shè)備的操作周期及其不均衡性,還要考慮因生產(chǎn)管理和外部條件等因素可能產(chǎn)生負(fù)荷的波動(dòng), 這些均通過調(diào)研和參加生產(chǎn)實(shí)踐來確定彈性的適宜幅度。對(duì)設(shè)備的余度的考慮:原則上既不超過又不少于設(shè)計(jì)負(fù)荷, 并且盡可能使各臺(tái)設(shè)備的能力一致, 以避免由于設(shè)備能力不平衡而造成浪

11、費(fèi). 在考慮了全裝置的彈性和各設(shè)備的余度以后 , 就可進(jìn)行設(shè)備選型和設(shè)計(jì)計(jì)算了.8確定控制系統(tǒng)要根據(jù)各過程間是如何連接的、各過程又靠什么操作手段來實(shí)現(xiàn)的等等來確定它們的控制系統(tǒng)。要考慮正常生產(chǎn)、開停車和檢修所需的各個(gè)過程的連接方法, 此外還要增補(bǔ)遺漏的管線、閥門、過濾密封系統(tǒng), 以及采樣、放凈、排空、連通設(shè)施, 逐步完善控制系統(tǒng)。注意 : 在這個(gè)過程中, 與自控專業(yè)共同商定控制水平, 進(jìn)而設(shè)計(jì)全流程的控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)，畫在流程圖上, 完成PID。9逐步完善和簡化所設(shè)計(jì)的流程要從各方面著手來逐步完善和簡化，考慮到開停車和事故處理等問題, 因而設(shè)置事故貯糟，增加備用設(shè)備以利于必要時(shí)可以切換使用. 有時(shí)需設(shè)置自動(dòng)往聚合設(shè)備內(nèi)加終止劑的裝置。盡量簡化對(duì)水汽泠凍系統(tǒng)的要求, 盡可能采用單一系統(tǒng) . 當(dāng)裝置本身需要用到幾種不同壓力的蒸