工藝流程設計方法與步驟

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

2、對原料提出要求，如純度、 溫度、 壓力以及加料方式等。這就應根據(jù)需要采取預熱(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的化工單元操作，加以組合。通常不是一臺兩臺設備或簡單過程完成的。原料預處理的化工操作過程是根據(jù)原料性質、處理方法而選取不同的裝置及不同的輸送方式，從而可能設計出不同的流程。(3) 設計產物的后處理過程根據(jù)反應原料的特性和產品的質量要求，以及反應過程的特點，實際反應過程可能會出現(xiàn)下列情況:除了獲得目的產物外，由于存在副反應，還生成了副產物。由于反應時間等條件的限制或受反應平衡的限制，以及為使反應盡可能完全而有過剩組分。原料中含有的雜質往

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

4、應設備中繼續(xù)參與反應。(6)確定“三廢”排出物的處理措施在生產過程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應盡量綜合利用，變 廢為寶，加以回收。無法回收的應妥善處理。“三廢”中如含有有害物質，在排放前應該達到排放標準。因此在化工開發(fā)和工程設計中必須研究和設計治理方案 和流程，要做到“三廢”治理與環(huán)境保護工程、“三廢”治理工藝與主產品工藝同時設計、同時施工，而且同時投產運行。按照國家有關規(guī)定，如果污染問題不 解決，是不允許投產的 (7)確定公用工程的配套措施在生產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、動力用汽及其他用汽等)

5、、 壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空都是工藝中要考慮的配套設施。至于生產用電、 上下水、空調、采暖通氣都是應與其他專業(yè)密切配合的 ._ (8)確定操作條件和控制方案一個完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投產后的操作條件確定下 來，這也是設計要求。這些條件包括整個流程中各個單元設備的物料流量(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)定地生產出 合格產品來。_(9)制定切實可靠的安全生產措施在工藝設計中要考慮到開停車、長期運轉和檢修過程中可能存在各種不安全因素，根據(jù)生產過程中物料性質和生產特點， 在工藝流程和裝置中，除設備材質 和結構的安全措施外，在

6、流程中應在適宜部位上設置事故槽、安全閥、放空管、 安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產。(10)保溫、防腐的設計這是在工藝流程設計中的最后一項工作，也是施工安裝時最后一道工序。流程中應根據(jù)介質的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設備是 否需要保溫和防腐。_2.以方案比較作決定一個優(yōu)秀的工程設計只有在多種方案的比較中才能產生。進行方案比較首先 要明確判據(jù)，工程上常用的判據(jù)有產物收率、原材料單耗、能量單耗、產品成本、 工程投資等。止匕外，也要考慮環(huán)保、安全、占地面積等因素。進行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。這里應強調指出，過程的操 作參數(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設計

7、者是不能變更的。設計者只 能采用各種工程手段和方法，保證實現(xiàn)工藝規(guī)定的操作參數(shù)。工業(yè)生產中，一個過程往往可以有多種方法來實現(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.工藝流程設計的步驟1 .搜集資料，調查研究2 .確定生產線數(shù)目3 .確定操作方式4 .確定主要生產過程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行設備設計8 .確定控制系統(tǒng)9 .逐步完善和簡化所設計的流程10 .對多種流程設計方案進行比較，選出最優(yōu)方案1 .搜

8、集資料，調查研究要根據(jù)建設項目的產品方案及生產規(guī)模， 有計劃、有目的地搜集國內外同類 型生產廠的有關資料，包括技術路線特點、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、 產品質量、三廢治理以及各種技術路線的發(fā)展情況與動向等技術經濟資料。掌握國內外化工技術經濟的資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的， 還應取 得技術信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。_2 .確定生產線數(shù)目大型裝置與相同生產能力的數(shù)個小型裝置相比優(yōu)點：節(jié)約建設投資，占地少，自動化程度高等缺點：附屬設備貴，大都無備用設備，出故障只好停車因此對于生產規(guī)模較大，涉及到是否實施大型化時需仔細分析比較.若以單生產線的大型裝置與生產能力相同的雙生產

9、線小型裝置相比，開工率 高時，則大型裝置的經濟效益好.假如開工率不足或生產負荷常變化， 尤其是幾 種牌號的產品經常換產時，則雙線小裝置的經濟效益好.3 .確定操作方式盡量采用連續(xù)化操作方式，有時也采用間歇與連續(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，如用蒸儲釜處理精儲塔塔釜的高沸點殘液。4 .確定主要生產過程先抓住全流程的核心-反應過程，從它入手來逐步建立與之相應的生產過程，即原料-預處理過程-反應過程-產物后處理5 .確定輔助過程降低能耗，提高能量利用率的過程.如反應熱、位能、靜壓能等的利用三廢處理過程為穩(wěn)定生產而設立的過程（如緩沖、中間貯存）6 .合理確定操作條件如高壓反應過

10、程，要求在原料貯罐到反應器間必須設立升壓過程和相應的壓 縮機，而在反應器到產品間必須設立減壓過程和相應的設備又如確定了反應器內的操作溫度和允許波動范圍，就要相應地設立供熱或移 熱設施及手段（如夾套內泠管等），同時建立自動調劑溫度的控制系統(tǒng)7考慮流程的彈性和進行設備設計即全流程設計要考慮綜合生產能力的彈性:應估計全年生產的不均衡性, 個過程間所選設備的操作周期及其不均衡性,還要考慮因生產管理和外部條件等因素可能產生負荷的波動, 這些均通過調研和參加生產實踐來確定彈性的適宜幅度。對設備的余度的考慮:原則上既不超過又不少于設計負荷, 并且盡可能使各臺設備的能力一致, 以避免由于設備能力不平衡而造成浪

11、費. 在考慮了全裝置的彈性和各設備的余度以后 , 就可進行設備選型和設計計算了.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現(xiàn)的等等來確定它們的控制系統(tǒng)。要考慮正常生產、開停車和檢修所需的各個過程的連接方法, 此外還要增補遺漏的管線、閥門、過濾密封系統(tǒng), 以及采樣、放凈、排空、連通設施, 逐步完善控制系統(tǒng)。注意 : 在這個過程中, 與自控專業(yè)共同商定控制水平, 進而設計全流程的控制系統(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計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, 因而設置事故貯糟，增加備用設備以利于必要時可以切換使用. 有時需設置自動往聚合設備內加終止劑的裝置。盡量簡化對水汽泠凍系統(tǒng)的要求, 盡可能采用單一系統(tǒng) . 當裝置本身需要用到幾種不同壓力的蒸