第三章工藝流程設(shè)計(jì)

1、1第三章 工藝流程設(shè)計(jì) 3.1工藝流程設(shè)計(jì)概述 3.2工藝流程圖 3.3化工典型設(shè)備的自控流程 3.4流程的組織和分析23.1工藝流程設(shè)計(jì)概述 它貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，是由淺入深、由定性而定量逐步它貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，是由淺入深、由定性而定量逐步分階段地進(jìn)行的。分階段地進(jìn)行的。 1.1.工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù)工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù)（設(shè)計(jì)中涉及的問題）：（設(shè)計(jì)中涉及的問題）： (1)(1)確定以下各項(xiàng)內(nèi)容確定以下各項(xiàng)內(nèi)容 a.確定整個(gè)流程的組成 b.確定每個(gè)生產(chǎn)過程(或工序)的具體任務(wù) c.確定生產(chǎn)設(shè)備及操作條件 d.確定控制方案 e.合理利用原料及能量 f.確定公用工程的配套措施 g.確定三廢治理和

2、綜合利用方案 h.確定安全生產(chǎn)措施 (2)(2)在工藝流程設(shè)計(jì)的不同階段，繪制不同的工藝流程圖。在工藝流程設(shè)計(jì)的不同階段，繪制不同的工藝流程圖。32.從工藝角度進(jìn)行流程設(shè)計(jì) 反應(yīng)過程:主反應(yīng)裝置的確定 原料預(yù)處理過程 產(chǎn)物的后處理：應(yīng)用分離工程原理，確定分離裝置 產(chǎn)品包裝 原料的循環(huán)利用43.2工藝流程圖 一、概述一、概述 1.1.工藝流程圖的種類：工藝流程圖的種類： 工藝流程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段的設(shè)計(jì)成果都是用各種工藝流程圖和表格表達(dá)出來的。 按照設(shè)計(jì)階段的不同，先后有： 流程方框圖 流程示意圖 工藝流程草(簡)圖 工藝物料流程圖 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 管道儀表流程圖5 2.工藝流程圖的表示工藝流

3、程圖的表示 （1）工藝流程圖中閥門、管件的圖形符號(hào)p81 （2）*儀表參量代號(hào)、儀表功能代號(hào)和儀表圖形符號(hào)p8182 （3）*物料代號(hào)p82 （4）工藝設(shè)備位號(hào)： 設(shè)備代號(hào)+設(shè)備的編號(hào)設(shè)備代號(hào)*p836二、工藝流程草圖（方框流程圖、流程示意圖、流程簡圖） 含義： 在生產(chǎn)方法確定后開始設(shè)計(jì)。為物料衡算和能量衡算服務(wù)，不編入設(shè)計(jì)文件中。定性定性地標(biāo)出由原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的變化，流向流向順序以及生產(chǎn)中采用的各種化工單元單元及設(shè)備設(shè)備。 組成 生產(chǎn)工藝流程草圖一般由物料流程物料流程、圖例圖例和設(shè)備設(shè)備一覽表三個(gè)部分組成。7 物料流程： 設(shè)備示意圖、流程管線及流向箭頭、文字注解（設(shè)備編號(hào)和名稱、物料名稱、物

4、料的名稱來源及去向） 圖例： 只須標(biāo)出管線圖例，閥門、儀表等無須標(biāo)出。 設(shè)備一覽表： 只包括序號(hào)、位號(hào)、設(shè)備名稱和備注，有時(shí)也可省略圖例和設(shè)備一覽表。8三、物料流程圖 物料流程圖在物料衡算和熱量衡算后繪制，它主要反映物料衡算和熱量衡算的結(jié)果，使設(shè)計(jì)流程定量設(shè)計(jì)流程定量化化。 物料流程圖簡稱物流圖物流圖，它是初步設(shè)計(jì)階段的主要設(shè)計(jì)成品，提交設(shè)計(jì)主管部門和投資決策者審查，如無變動(dòng)，在施工圖設(shè)計(jì)階段不必重新繪制。 由于物料流程圖標(biāo)注了物料衡算和熱量衡算的結(jié)果數(shù)據(jù)，所以它除了為設(shè)計(jì)審查提供資料外，還可用作日后生產(chǎn)操作和技術(shù)改造的參考資料，因而是一項(xiàng)非常有用的設(shè)計(jì)檔案資料設(shè)計(jì)檔案資料。9物料流程圖的繪制

5、 物料流程圖中設(shè)備的外形常采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備表示方法簡化繪制，有的設(shè)備甚至簡化為符號(hào)形式。 設(shè)備的大小不要求嚴(yán)格按比例繪制，但外形輪廓應(yīng)盡量做到按相對(duì)比例給出。 物料表包括物料名稱、質(zhì)量流量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾流量和摩爾分?jǐn)?shù)。有些物料表中還列出物料的某些參數(shù)如溫度、壓力、密度等。 例p84圖3.110四、帶控制點(diǎn)工藝流程圖* 初步設(shè)計(jì)階段在工藝流程草圖和物料流程圖的基礎(chǔ)上繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖。是設(shè)備布置和管道布置設(shè)計(jì)設(shè)備布置和管道布置設(shè)計(jì)的依據(jù)，并可工施工、安裝、生產(chǎn)操作時(shí)參考。它是由工藝專業(yè)人員和自控專業(yè)人員合作完成的。 （一）（一）. .帶控制點(diǎn)工藝流程圖組成：帶控制點(diǎn)工藝流程圖組成： 圖形

6、圖形：一般應(yīng)畫出所有所有工藝設(shè)備、工藝物料管線、輔助管線、閥門、管件以及工藝參數(shù)(濕度、壓力、流量、掖位、物料組成、濃度等)的測(cè)量點(diǎn)，并表示出自動(dòng)控制的方案。 標(biāo)注標(biāo)注：注寫設(shè)備位號(hào)及名稱、控制點(diǎn)代號(hào)、數(shù)據(jù)等。 圖例圖例：代號(hào)、符號(hào)及其他標(biāo)注的注明等。 標(biāo)題欄標(biāo)題欄：注寫圖名、圖號(hào)、設(shè)計(jì)階段等。 通過帶控制點(diǎn)工藝流程圖，可以比較清楚地了解設(shè)計(jì)的全貌。11（二）、帶控制點(diǎn)工藝流程圖的繪制要求（二）、帶控制點(diǎn)工藝流程圖的繪制要求 1.以車間或工段為主項(xiàng)進(jìn)行繪制，原則上一個(gè)主項(xiàng)繪制一張圖，若多張圖號(hào)要相同。 2.比例：設(shè)備圖形機(jī)器高低位置大致按1：100或1：200比例繪制，流程簡單的可按1：50繪

7、制，標(biāo)題欄中比例不予注明。過大或過小設(shè)備比例可調(diào)整。 3.圖幅：A1或A2。 4.線條的要求：主要物料管道用粗實(shí)線（0.9mm）表示，輔助物料用中粗實(shí)線（0.6mm）表示，設(shè)備輪廓和管道上的各種附件以及局部地平線用細(xì)實(shí)線繪制（0.3mm）。設(shè)備間的高低和樓面高低的相對(duì)位置一般也按比例繪制。相同設(shè)備一般應(yīng)全部畫出。省略部分用雙點(diǎn)化線矩形框表示。 5.設(shè)備的標(biāo)注：在圖紙的上端或下端兩處標(biāo)注設(shè)備位號(hào)及名稱，各設(shè)備在橫向之間的標(biāo)注方式應(yīng)基本排成一行。一般不標(biāo)尺寸。12五、管道儀表流程圖 管道儀表流程圖又稱PID圖，它是piping and instrument diagram的縮寫。 管道儀表流程圖在

8、施工圖設(shè)計(jì)階段施工圖設(shè)計(jì)階段完成，是該設(shè)計(jì)階段的主要設(shè)計(jì)成品之一。它反映的是工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、管道布置設(shè)計(jì)、自控儀表設(shè)計(jì)的綜合成果。 管道儀表流程圖要求畫出全部設(shè)備全部設(shè)備，全部全部工藝物料管線和輔助管線，還包括在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)考慮為開車、停車、事故、維修、取樣、備用、再生所設(shè)置的管線以及全部的閥門、管件。并要詳細(xì)標(biāo)注所有的測(cè)量、調(diào)節(jié)和控制器的安裝位置和功能代號(hào)，因此它是指導(dǎo)管路安裝、維修、運(yùn)行的主要檔案性資料。133.3化工典型設(shè)備的自控流程 1.泵的流量自控 (1)離心泵泵出口直接節(jié)流調(diào)節(jié)流量 離心泵的旁路調(diào)節(jié)14設(shè)有分支路的泵的調(diào)節(jié)方案15離心泵流程設(shè)計(jì) 泵的入口和出口均需設(shè)置切斷

9、閥； 為了防止離心泵未啟動(dòng)時(shí)物料倒流，在其出口處應(yīng)安裝止回閥； 在泵的出口處應(yīng)安裝壓力表，以便觀察其工作壓力；泵出口管線的管徑一般與泵的管口一致或放大一檔，以減少阻力； 泵體與泵的切斷閥前后的管線都應(yīng)設(shè)置放凈閥，并將排出物送往合適的排放系統(tǒng)。16(2)容積式泵 它包括往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵和旋渦泵等。當(dāng)流量減小時(shí)容積式泵的壓力急劇上升，因此不能不能在容積式泵的出口管道上直接安裝節(jié)流裝置直接安裝節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)流量。通常采用旁路調(diào)節(jié)或改變轉(zhuǎn)速、改變沖程大小來調(diào)節(jié)流程。17容積式泵的旁路調(diào)節(jié)改變蒸汽流量以控制泵的流量18（3）真空泵吸入支路調(diào)節(jié)吸入管阻力調(diào)節(jié) 用調(diào)節(jié)蒸汽流量的方法來調(diào)節(jié)真空度192.

10、換熱器的溫度自控調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)流量調(diào)節(jié)傳熱面積分流調(diào)節(jié)203 .蒸餾塔的控制方案(1)蒸餾塔自控流程設(shè)計(jì)注意問題A 當(dāng)塔頂產(chǎn)品量少當(dāng)塔頂產(chǎn)品量少，回流罐內(nèi)液位需要較長時(shí)間才能建立時(shí)，為縮短開工時(shí)間開工時(shí)間，宜在開工前預(yù)先裝入部分塔頂物料，為此需要考慮設(shè)置相應(yīng)的裝料管道裝料管道；B 塔頂塔頂應(yīng)設(shè)置供開停車、吹掃放開的排氣閥排氣閥，閥門宜直接連在塔頂開口處;C 塔底塔底應(yīng)設(shè)置供開停車的排液閥排液閥，閥門宜直接連在塔底開口處；D 設(shè)有多個(gè)進(jìn)料口多個(gè)進(jìn)料口的塔，其每條進(jìn)料管線上均應(yīng)設(shè)置切切斷閥斷閥；E 對(duì)于同一產(chǎn)品有多個(gè)抽出口多個(gè)抽出口的塔，其每條抽出口管道上均應(yīng)設(shè)置切斷閥切斷閥；F 根據(jù)工藝過程要求向

11、塔頂餾出線注入其他介質(zhì)注入其他介質(zhì)時(shí)，其接管上應(yīng)設(shè)置止回閥和切斷閥止回閥和切斷閥。21 (2)蒸餾塔的基本控制方案 a.按精餾段指標(biāo)控制 b.按提餾段指標(biāo)控制22 (3)塔頂?shù)牧鞒膛c調(diào)節(jié)方案 塔頂方案的基本要求是：把出塔蒸汽的絕大部分冷凝下來冷凝下來，把不凝氣體排走不凝氣體排走：調(diào)節(jié)LR和D的流量和保持塔內(nèi)壓力穩(wěn)定壓力穩(wěn)定。 a常壓塔 b加壓塔c加壓塔d減壓塔234 釜式反應(yīng)器的釜溫自控 (1)改變進(jìn)料溫度 (2)改變加熱劑或冷卻劑流量 (3)串級(jí)調(diào)節(jié) 245 固定床反應(yīng)器床層溫度自控改變進(jìn)料濃度調(diào)反應(yīng)器溫度用載熱體流量調(diào)反應(yīng)器溫度 改變進(jìn)料冷支路流量調(diào)節(jié)床層溫度25 改變段間冷激劑量調(diào)節(jié)床層

12、溫度a原料氣冷激 b水冷激266 流化床反應(yīng)器床層溫度自控改變?cè)蠚馊肟跍囟日{(diào)節(jié)床層溫度 改變冷卻劑流量調(diào)節(jié)床層溫度273.4流程的組織和分析 一、總流程是各個(gè)單元操作過程的合理組合 原料到產(chǎn)品，需經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)物質(zhì)的分配、溫度變化、壓力變化、相變化、物理分離等過程。 以適當(dāng)?shù)姆绞桨堰@些過程組合起來，便形成了一個(gè)完整的工藝流程。 換句話說，一個(gè)完整的工藝流程實(shí)際上是各個(gè)單元操作過程的合理組合。28二、蒸餾過程流程的組織和分析 1.多組分蒸餾的流程方案確定原則 (1)直接順序直接順序流程和間接順序間接順序流程相比較，以直接順序流程為佳。 (2)采用等摩爾分割或采用CES（分離容易系數(shù)CES

13、=f）高的方案 (3)最難分離的物質(zhì)放在最后分離 (4)首先除去含量最大的組分 (5)除去強(qiáng)腐蝕性的組分 (6)盡早把易分解或易聚合的組分分離出去 (7)盡早除去易燃易爆等影響安全生產(chǎn)的組分。 (8)盡早除去在操作條件下不易被液化的組分 (9)當(dāng)要求產(chǎn)品的純度很高時(shí)，一般應(yīng)在蒸餾流程中安排在塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品。292 具有側(cè)線出料的蒸餾流程 具有側(cè)線的流程可以省去一些塔，節(jié)省了設(shè)備投資，但從側(cè)線不可能得到純組分，操作上也不易控制。具有側(cè)線采出的流程303.塔頂流程 (1)全凝和分凝流程 在選擇全凝還是分凝流程時(shí)考慮的因素： a.塔頂產(chǎn)品在后繼加工中是以氣態(tài)氣態(tài)使用則采用分凝分凝流程，使分凝器分凝器的

14、氣相出料作為塔頂產(chǎn)品，反之，若后繼加工用液態(tài)液態(tài)物質(zhì)，則采用全凝器全凝器，塔頂為液相液相出料。 b.塔頂蒸汽混合物的冷凝若采用全凝時(shí)，全凝器至少要把物料冷到其泡點(diǎn)泡點(diǎn)溫度，而分凝器則只需冷到露點(diǎn)露點(diǎn)和泡點(diǎn)之間和泡點(diǎn)之間的某一溫度就可以了，因而對(duì)一定的操作壓力，全凝器比分凝器要求更低溫度級(jí)別的冷卻劑。 C.分凝器在理論上相當(dāng)于一塊理論板，采用分凝流程時(shí)蒸餾塔塔板可減少一塊。31有分凝器的流程32(2)自流式回流和強(qiáng)制循環(huán)式回流流程回流方式a自流式回流b、c強(qiáng)制循環(huán)式回流流程33(3)凝液過冷的方式 a采用冷凝冷卻器。 即蒸汽冷凝和凝液的冷卻在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成。凝液的過冷是通過凝液浸泡部分冷卻管以

15、自然對(duì)流的方式來實(shí)現(xiàn)。為了保證冷凝冷卻器中凝液的液位，凝液的出口常設(shè)計(jì)液封管，這種過冷方式常用于中、小型裝置，可省去一個(gè)設(shè)備。但因是自然對(duì)流、傳熱系數(shù)小，所需傳熱面積較大。 b將蒸汽冷凝和凝液的冷卻分別在兩個(gè)串聯(lián)的設(shè)備中完成，先冷凝后過冷。 當(dāng)過冷所需的傳熱面積超過50時(shí)，無論裝置的規(guī)模大小，都應(yīng)采用這種過冷方式。采用這種過冷方式時(shí)，由于過冷器的冷卻別是強(qiáng)制流動(dòng)，傳熱系數(shù)大，可減小傳熱面積。344.塔底流程 (1)塔釜的加熱方式 把蒸汽直接通入塔釜液中加熱釜液 通過再沸器用蒸汽(或其他加熱劑)間接加熱釜液（常用） (2)使用再沸器加熱的塔底流程3536三、吸收過程流程的組織和分析 1.帶有吸收液循環(huán)的流程 (1)根據(jù)工藝計(jì)算確定的吸收劑流量太小，不能達(dá)到吸收塔要求的噴淋密度 (2)吸收塔內(nèi)放出的熱量很多37 2 不帶吸收液循環(huán)的流程383 吸收解吸聯(lián)合使用的流程這種情況常見于氣體凈化過程。39四、帶有物料循環(huán)的流程的組織和分析 1. 幾種不同的循環(huán)流程 (1)帶有理想分離的循環(huán) (2)沒有分離設(shè)備的循環(huán) (3)有分離裝置但分離不完全的循環(huán)流程402.物料循環(huán)流程的特點(diǎn) (1)新鮮原料氣連續(xù)加入。 (2)產(chǎn)品連續(xù)采出。 (3)有物料循環(huán)管路和循環(huán)機(jī)械，對(duì)氣