化工設計課件第二章

第二章工藝流程設計

工藝流程設計以工藝流程圖的形式-反映化工生產(chǎn)由原料-產(chǎn)品輸出的過程。工藝流程設計是工藝設計的核心。各項具體設計工作只有當工藝流程確定后才能進行

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第二章1第一節(jié)生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)同一產(chǎn)品可采用不同材料、經(jīng)過不同生產(chǎn)路線制得（同一材料，可有不同生產(chǎn)路線；同一生產(chǎn)路線，可有不同工藝流程）。選擇生產(chǎn)路線就是選擇生產(chǎn)方法，特別對于多種生產(chǎn)方法就須進行分析比較，從中篩選出最好的方法，并以此作為工藝流程設計的依據(jù)。返回下一頁第一節(jié)生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)同一產(chǎn)品可2一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則

1.先進性指：1.技術上先進2.經(jīng)濟上合理可行具體包括1.基建投資2.產(chǎn)品成本3.消耗定額4.勞動生產(chǎn)率等所以應選擇低物料損耗、循環(huán)量少；低能耗、回收利用好的生產(chǎn)方法。2.可靠性指：所選擇的生產(chǎn)方法是否成熟可靠。對于試驗階段的新技術、新工藝、新設備（生產(chǎn)工藝的改革）一定要慎重對待。3.結(jié)合國情從唯物主義出發(fā)還應結(jié)合技術觀點外的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。具體可從以下幾方面進行考慮。1、國內(nèi)消費水平及化工產(chǎn)品的消費水平。2、化工機械設備及電器儀表的制造能力。3、化工原料及設備用金屬材料的供應情況。4、環(huán)保規(guī)定及三廢排放情況。5、勞動就業(yè)與化工自動化水平的關系。6、資金籌措和外匯儲備情況。返回下一頁一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則1.先進性2.可靠性3.結(jié)合3注意事項在技術路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。對于技術應用要采取全面分析對比，根據(jù)建設項目的具體要求，選擇對現(xiàn)在、將來都有利的工藝技術（發(fā)揮有利，減少不利）。結(jié)合設計任務書中的原則要求，對已有資料進行加工、整理、去粗留精。平衡產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、建廠難易各項指標。返回下一頁注意事項在技術路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。返回下4二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟

3.全面對比主要比較下述幾項：1.幾種技術路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢。2.產(chǎn)品的質(zhì)量情況。3.生產(chǎn)能力及產(chǎn)品規(guī)格。4.原材料、能量消耗情況。5.建設費用及產(chǎn)品成本。6.三廢的產(chǎn)生及治理情況。7.其它特殊情況2.落實設備在確定技術路線和工藝流程時必然涉及到設備。對各種生產(chǎn)方法中所用的設備。-要分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進口的及國內(nèi)需重新設計制造的三種類型，并對設計制造單位技術力量、加工條件、材料供應及設計、制造的進度加以了解1.收集資料，調(diào)查研究（準備階段）根據(jù)項目產(chǎn)品方案、生產(chǎn)規(guī)模，有計劃、目的地收集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠家的相關資料，（包括技術路線特點、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)濟資料。1、國內(nèi)外生產(chǎn)情況，各種生產(chǎn)方法及工藝流程。2、原料來源及產(chǎn)品應用情況。3、試驗研究報告。4、安全技術及勞動保護措施。5、綜合利用及三廢處理。6、生產(chǎn)技術先進與否、生產(chǎn)連續(xù)化、自動化程度。7、設備的大型化及制造、運輸情況。8、基本建設投資、產(chǎn)品成本、占地面積。9、水、電、氣、燃料的用量及供應，主要基建材料的用量及供應。10、廠址、地質(zhì)、水文、氣象等資料。11、車間（裝置）環(huán)境與周圍情況。返回下一頁確定生產(chǎn)方法和工藝流程須經(jīng)過三階段二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟3.全面對比2.落實設備1.5下一頁返回第二節(jié)工藝流程設計一、流程設計的任務生產(chǎn)工藝路線選定后，就可進行流程設計。流程設計車間布置車間基本面貌決定設備設計

管路設計等單項設計同樣決定一、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，達到由原料制得所須產(chǎn)品的目的；二、繪制工藝流程圖，以圖解原料經(jīng)過各個單元操作過程時，物料、能量發(fā)生的變化及流向；采用了什么化工過程、設備；化工管道流程和計量控制流程。工作步驟及解決問題如下：任務下一頁返回第二節(jié)工藝流程設計一、流程設計的任務車間基本面貌6返回下一頁解決問題1.確定整個工藝流程2.確定每個過程或工序的組成3.確定操作條件4.控制方案的確定5.合理利用原料及能源6.制定三廢的治理方法7.制定安全措施返回下一頁解決問題1.2.3.4.5.6.7.7返回下一頁二、工藝流程設計方法首先看：成熟工藝？待開發(fā)新工藝？A前言1.原料預處理程：2.反應過程：3.產(chǎn)物的后理：4.三廢的處理過程。注：一般工作方法（10點解釋）。B內(nèi)容參考改進或局部改進（新技術、工藝應用）稱為概念設計二者通常將流程分四部分返回下一頁二、工藝流程設計方法首先看：A1.原料預處理程：B8返回下一頁（1）以反應過程為中心

根據(jù)反應過程的特點、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件決定-采用的反應器類型及決定采用連續(xù)操作/間歇操作。物料反應過程是否需要外供能力/移出熱量？如果反應需要催化劑如主反應過程裝置確定后以方便為原則選擇連續(xù)/間歇操作在反應器上增加相應適當措施須考慮催化方式/催化劑選擇通常有：文獻、資料、中試結(jié)果可參考返回下一頁（1）以反應過程為中心采用的反應器類型及決定采用9返回下一頁（2）原料預處理過程

主反應裝置確定后根據(jù)反應特點必然對原料提出要求應國家需要這些操作過程需要相應單元操作加以組合完成結(jié)論：原料預處理過程---根據(jù)原料性質(zhì)、處理方法---選取不同裝置/輸送方式---設計不同流程。如純度、溫度、壓力及加料方式等采取預熱、（冷）、汽化、干燥、混合、配置等措施返回下一頁根據(jù)反應特點必然對原料提出要求應國家需要這些操作10（3）產(chǎn)物后處理特性特點質(zhì)量要求根據(jù)反應原料的產(chǎn)品的反應過程的實際反應過程會有如下情況：由于副反應生成副產(chǎn)物除目的產(chǎn)物1造成產(chǎn)物為混合物......產(chǎn)物須進一步處理（3）產(chǎn)物后處理特性特點質(zhì)量要求根據(jù)反應原料的產(chǎn)品的反應過程11反應轉(zhuǎn)化率非100%存在由于受反應時間、反應平衡的限制2過剩組分產(chǎn)物中有未反應原料......須進行分離，循環(huán)利用進一步除雜預處理未除盡帶入產(chǎn)物原料中雜質(zhì)3參與反應生成無用/有害物質(zhì)......例如某反應過程為多相的產(chǎn)物的聚集態(tài)要求4須有過濾分離裝置最終產(chǎn)物為固態(tài)......反應轉(zhuǎn)化率非100%存在由于受反應時間、反應平衡的限制2過剩12可作為商品可能是對于合格目的產(chǎn)品下一工序原料可加工成其他產(chǎn)品......往往須篩選、包裝等后處理（4）產(chǎn)品后處理設計單元操作同時；考慮副產(chǎn)物處理由于反應不完全回反應器參與反應（5）未反應原料的循環(huán)利用以及副產(chǎn)物的處理剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離......循環(huán)考慮可作為商品可能是對于合格目的產(chǎn)品下一工序原料可加工成其他產(chǎn)品13如無法回收綜合利用變廢為寶（6）確定三廢排出物的處理措施對于生產(chǎn)中排出的三廢排放時應達標......盡量考慮必須將三廢與環(huán)境工程及主產(chǎn)品工藝同時設計、施工、投產(chǎn)運行蒸汽工藝流程中必須使用（7）確定公用工程的配套措施工藝用水壓縮空氣......生產(chǎn)用電、上下水、空調(diào)等氮氣冷凍、真空等配套設施和其它專業(yè)密切相關......如無法回收綜合利用變廢為寶（6）確定三廢排出物的處理措施對于14（8）確定操作條件和控制方案

對于完善的工藝設計而言：除工藝流程外還應：確定投產(chǎn)后操作條件（也是設計要求）---這些條件包括：并且須提出：控制方案確保穩(wěn)定生產(chǎn)合格產(chǎn)品流程中各單元設備的物流量、組成、溫度壓力等。須與儀表控制專業(yè)密切配合（9）確定可靠的安全生產(chǎn)措施

在工藝中要考慮：根據(jù)生產(chǎn)過程中物料特點、生產(chǎn)特點。。。在工藝流程和裝置中：還應在適宜部位上設置：事故閥、安全閥、放空管、等以保證安全生產(chǎn)。開停車、長期運轉(zhuǎn)、檢修等不安全因素。除設備材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的安全性外（8）確定操作條件和控制方案確定投產(chǎn)后操作條件（也是設計要15（10）保溫防腐設計工藝流程設計中最后一道工序施工安裝中最后一道工序流程中要根據(jù)：介質(zhì)溫度、和狀態(tài)特性周圍環(huán)境狀態(tài)決定管道和設備是否要保溫和防腐一般要求如下（10）保溫防腐設計工施流介質(zhì)溫度、和狀態(tài)特性161.設備或管道表面溫度超過50度須減少熱損失；2.設備或輸送管內(nèi)介質(zhì)要求不結(jié)晶、不冷凝；3.制冷系統(tǒng)設備、管道介質(zhì)輸送要求保冷；A保溫場合由于化工生產(chǎn)的物料大多具有輕重不等腐蝕性故設備、管道應選擇相應耐腐蝕材料或采用襯里和涂層等防腐措施。B防腐處理4.介質(zhì)溫度低于周圍空氣露點溫度，要求保冷；5.季節(jié)變化，出現(xiàn)濕氣、液體冬季凍結(jié)，或介質(zhì)夏季蒸發(fā)、汽化；須選擇合適保溫材料—確定保溫厚度---確定保溫結(jié)構(gòu)?。?！1.設備或管道表面溫度超過50度須減少熱損失；A由于化工生產(chǎn)17三、工藝流程設計的基本方法----方案比較判據(jù)A產(chǎn)物收率判據(jù)B原材料單耗優(yōu)秀工程設計多種方案進行比較判據(jù)D產(chǎn)品成本判據(jù)E工程投資等比較前提保持原始信息不變特別強調(diào)?。?！設計者無權(quán)更改！過程操作參數(shù)溫度、壓力、流量等判據(jù)C能量單耗示例見教科書20頁三、工藝流程設計的基本方法----方案比較判判18第三節(jié)工藝流程圖一、工藝流程圖概述

將…？按一定目的要求有機組合，形成完整工藝過程，以圖形描繪出得到：各生產(chǎn)單元分類1.全廠總工藝流程圖（物料平衡圖）2.物料流程圖3.工藝管道及儀表流程圖第三節(jié)工藝流程圖一、工藝流程圖19二、工藝流程草圖

方案討論常用討論流程圖工藝流程設計的依據(jù)也稱方案流程圖、流程示意圖、流程簡圖當生產(chǎn)方法確定后---可開始設計繪制流程草圖（僅為物料、部分設備計算及能量衡算服務，不記入設計文件）注意：1.繪圖無須花費太多時間；2.工作重點在于工藝技術問題；生產(chǎn)工藝流程圖一般為：物料流程；

圖例；

設備一覽表三部分組成。二、工藝流程草圖方案也稱方案流程圖、流程示意20將全部物料管線/一部分動力管線（水蒸汽、壓縮空氣和真空等）畫于流程草圖中。物料管線？線動力管線？線（2）流程管線及流向箭頭1.物料流程（1）設備示意圖設備僅畫大致輪廓和示意結(jié)構(gòu)（方框代替也可）備用設備一般要編號、注明設備名稱（或注明設備圖形上）見表2-1于管線圖上以箭頭表示物料的流向

（3）文字注釋A）在流程圖的下方（圖紙的空白處）列出設備編號和名稱。B）在管線的上方（右方）注明物料的名稱。C）在流程圖的起始和終了處注明物料的名稱來源及去向。（見教科書P24-25頁）。將全部物（2）流程管線及流向箭頭1.物料流212.圖例3.設備一覽表

只須標出管線圖例。閥門、儀表等無須標出。

設備一覽表只包括序號、位號、設備名稱和備注（有時可省略設備一覽表和圖框）。2.圖例3.設22三、工藝管道及儀表流程圖與之配套的有輔助管道及儀表流程圖、公用系統(tǒng)管道及儀表流程圖。也稱施工流程圖（或稱帶控制點的工藝流程圖）。由工藝人員和自控人員合作繪制，為初步設計和施工圖設計提供圖樣。注意：它是1.在工藝流程草圖及物料流程圖基礎上繪制；2.設備布置和管道布置設計的依據(jù)；3.可供施工、安裝、生產(chǎn)操作參考。

說明見教科書圖2-4（25頁）。三、工藝管道及儀表流程圖與之配套也稱施工流程圖（或稱帶控23工藝管道及儀表流程圖可根據(jù)車間（裝置）/工段（分區(qū)或工序）為主項進行繪制。原則上一個主項繪一張圖解（也可一個主項多個圖解---需要同一圖號，并作注明）。（一）比例與圖幅（1）比例圖上的設備圖形及其高低間相對位置大致按下面比例繪制：通常：1：1001：200簡單流程：1：50也可：不按比例（“比例”欄無須注明）（2）圖幅圖樣通常采用長條展開形式。以前圖紙幅面常采用標準幅面加長的規(guī)格（方便閱讀）。近年來，為便于保管和繪讀，相關標準規(guī)定：一般采用A1圖幅，特別簡單采用A2圖幅（不得隨意加長、寬）。工藝管道及儀表流程圖可根據(jù)車間（裝置）/工段（分區(qū)或工序）為24（二）設備的表示方法1.設備的畫法（1）圖形通常：按（b/3）比例用細實線繪制出能顯示形狀特征的主要輪廓；或畫出具有工藝的內(nèi)件示意結(jié)構(gòu)（用細虛線繪制如部分塔板等）；或?qū)⒃O備以刨示形式繪制（管口以單線表示/不畫）；對設備電動機可以矩框中注寫“M”表示（2）相對位置設備間、樓面高低相對位置，一般按比例繪制（盡可能符合實際安裝）；對于有位差要求的設備，須注明其限定尺寸；設備間橫向距離以圖面清晰為準；設備的橫向順序應與主要物料管線保持一致；對設備間高低相對位置，一般按高低相對位置畫出（3）同系統(tǒng)（或設備）的處理對于多個相同的系統(tǒng)（或設備）?？梢匀慨嫵觯灰部芍划嬕惶?，其它以用細雙點劃線繪出矩形框表示（框內(nèi)注明位號、名稱等，并繪出進入該系統(tǒng)的一段支管）。（二）設備的表示方法1.設備的畫法（2）相對位置（325返回下一頁1.設備的標注

（1）標注的內(nèi)容位號及名稱設備位號應保持唯一性（施工圖設計與初步設計中同）；如施工圖設計中設備有增減，位號也做相應調(diào)整。設備的名稱同樣應前后一致。（2）標注的方式通常將設備的位號及名稱標注在設備圖形的上方（或下方）。設備間標注方式以就近、水平為原則。返回下一頁1.設備的標注（2）標注的方式26（三）管道的表示方法（兩種）輔助管道（系統(tǒng)簡單）支管下引有關設備總管繪于流程圖上方輔助管道（系統(tǒng)復雜）先完成工藝管道設計另繪輔助管道有關設備連接位置繪一段1.管道的畫法（1）線型規(guī)定（2）交叉與轉(zhuǎn)彎（3）放氣排液液封（4）來向與去向（三）管道的表示方法（兩種）輔助管道（系統(tǒng)簡272.管道的標注（3）管道尺寸（4）管道等級標注位置：一般橫向管線標注在管線的上方；豎向管線標在管線左方，《（如位置不夠可將標注部分內(nèi)容移至管線下方或右方）、（可用指引線引出標注）》（7）其它尺寸（6）物料流向標注內(nèi)容：三部分-管道號、管徑和管道等級。（見圖2-7）（1）物料代號（2）主項代號及管段序號（5）隔熱及隔音代號

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（四）閥門與管件的表示方法與管道上須用細實線畫出全部閥門和部分管件（示鏡、盲板等）的符號。---相關規(guī)定參閱國標“管路系統(tǒng)的圖形符號、閥門和控制元件”管件中一般連接件（法蘭、三通、彎頭等）如無特殊需要，可不畫。（四）閥門與管件的表示方法與管道上須用細實29

（五）儀表控制點的表示方法

工藝生產(chǎn)流程的儀表控制點

在相關管道上并按安裝位置以代號、符號表示

其含義在圖樣上方“圖例”中說明其組成包括：圖形符號、字母代號和數(shù)字編號。（1）圖形符號a

儀表b執(zhí)行器（2）Z字母代號見表2-14（3）儀表位號見圖2-8說明見表2-11、12、13見表2-8、2-9、2-10（五）儀表控制點的表示方法工藝生產(chǎn)流程的儀表30第四節(jié)典型設備的自控流程本節(jié)介紹常用的化工設備（泵、換熱器、反應器、蒸餾塔）的自控流程。第四節(jié)典型設備的自控流程本節(jié)介紹常用的化工設311.離心泵通常有兩種調(diào)節(jié)方式：1.出口節(jié)流方法。2.旁路調(diào)節(jié)方法--優(yōu)點：調(diào)節(jié)閥尺寸??；缺點：耗費能量。對于有分支路情況見圖2-10。2.容積式泵由于結(jié)構(gòu)原因只能采用旁路調(diào)節(jié)方法---其原理：依照旁路調(diào)節(jié)/改變轉(zhuǎn)速、改變沖程大小來調(diào)節(jié)流程。流程見圖2-11。3.真空泵通常采用：1.吸入支路調(diào)節(jié)。2.吸入管阻力調(diào)節(jié)方案。對于蒸汽噴射泵的真空度可以用調(diào)節(jié)蒸汽的方法來調(diào)節(jié)。流程見圖2-12（a）、（b）。一、泵1.離心泵通常有兩種調(diào)節(jié)方式：2.容積式泵由于結(jié)構(gòu)原因只能采32二、換熱器最常用的調(diào)節(jié)方式：應用條件：1、無相變即可。2、介質(zhì)流量可以改變。調(diào)節(jié)情況見圖2-14（a）。適用于蒸汽冷凝換熱器。其原理：通過調(diào)節(jié)閥--控制凝液積聚量--改變冷凝面積—進而改變傳熱速率。流程見圖2-14（b）

。適用于：當工藝流體做載熱體回收熱量，或冷卻水流量不允許改變時。原理：三通閥改變某一流體走分路，達到改變換熱量目的。流程見圖2-14（c）

。

（1）調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)流量

（2）調(diào)節(jié)傳熱面積

（3）分流調(diào)節(jié)二、換熱器最常用的調(diào)節(jié)方式：適用于蒸汽冷凝換熱器。適用于：33三、反應釜通常調(diào)節(jié)方式：在進料管中部串聯(lián)一球閥（-在進料完成后關閉-形成二道切斷閥的密封）出料閥為底伸式出料閥，可防堵漏（并在出料管上設置沖洗水管便于沖洗。其它管線？控制情況見圖2-15。攪拌軸的密封為釜式反應器關鍵問題之一。較先進的機械密封必須配置液封和冷卻系統(tǒng)。其原理：利用密封液罐與釜頂壓力平衡得到密封腔油壓高于釜內(nèi)壓，形成密封。密封液工作流程？控制情況見圖2-15。通常有熱水升溫、工業(yè)水、和冷凍水冷卻三部分。原理：反應物料通過釜壁和內(nèi)冷管與循環(huán)水進行熱交換，并通過補充水間數(shù)量調(diào)節(jié)，達到控制系統(tǒng)溫度的目的。加熱？冷卻？恒溫？控制情況見圖2-15。

（1）進出料管道

（2）軸封系統(tǒng)

（3）溫度控制三、反應釜通常調(diào)節(jié)方式：攪拌軸的密封為釜式反應器關鍵問題之一34四、蒸餾塔（1/3）通常調(diào)節(jié)方式（做法）：取精流段某點成分/溫度為被調(diào)參數(shù)；以回流量L、流出液量D或塔內(nèi)蒸汽量V為調(diào)節(jié)參數(shù)。于L、D、V及釜液量W四參數(shù)中選一種作為控制成分的手段，選另一種保持流量恒定，其余兩種則按回流罐和再沸器的物料平衡，由液位調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。應用條件？控制情況參見圖2-16（b）。A）用提流段塔板溫度控制加熱蒸汽量，從而控制V，并保持L恒定，D、W按物料平衡關系，由液位調(diào)節(jié)器控制?？刂魄闆r見圖2-17（a）B）用提流段塔板溫度控制釜液流量W

，并保持Lr恒定，D由回流罐液位調(diào)節(jié)器，蒸汽由再沸器液位調(diào)節(jié)?？刂魄闆r見圖2-17（b）加熱？冷卻？恒溫？。

（一）蒸餾塔的基本控制方案

（1）按精流段指標控制

（2）按提流段指標控制四、蒸餾塔（1/3）通常調(diào)節(jié)方式（做法）：A）用提流段塔板溫35四、蒸餾塔（2/3）流出液溫度由冷卻水流量控制回流罐放氣口與大氣相通，保持常壓。塔頂冷凝器控制系統(tǒng)使冷凝液過冷以保證流出液不致汽化（消除不良影響）。對冷卻水采用串級調(diào)節(jié)，減少上游壓力波動。控制情況參見圖2-18（a）。￥加壓操作分氣相、液相出料兩種。液相出料時，因為組成恒定時-壓力與平衡溫度存在對應關系，故控制壓力就可達到控制目的。當不凝性氣體含量不高時：可用冷凝器的傳熱量來控制塔頂壓力。當不凝性氣體含量較高時：還可用放空方式控制塔頂壓力。控制情況參見圖2-18（c）

（二）塔頂?shù)牧鞒膛c調(diào)節(jié)方案

（1）常壓塔

（2）加壓塔

方案基本要求：冷凝出塔蒸汽，排出不凝氣體；調(diào)節(jié)流量穩(wěn)定塔內(nèi)壓力。減壓塔與加壓塔在液相出料時相仿，通常對真空度和溫度分別進行調(diào)節(jié)。控制情況參見圖2-18（d）。

（3）減壓塔四、蒸餾塔（2/3）流出液溫度由冷卻水流量控制回流罐放氣口與36四、蒸餾塔（3/3）再沸器有對流循環(huán)式、沉浸式兩種：前者傳熱強度高，可以通過蒸汽用量或冷凝水排出量來調(diào)節(jié)；后者適用于再沸器的傳熱面積有較大余量及塔釜溫度較低時，。應用條件？控制情況參見圖2-19（a、b）。

（三）塔底的流程與調(diào)節(jié)方案

附：自控設計條件自控設計條件表自控設計條件在物料衡算已經(jīng)修訂、管道儀表流程圖和設備布置圖基本完成后提交。在提交前工藝和自控設計人員應根據(jù)工藝特點，確定控制方案和一般檢測儀表，然后根據(jù)確定的方案提出控制參數(shù)等具體條件。自控設計條件的內(nèi)容是：管道儀表流程圖、設備布置圖和自控設計條件表。1）計器用途2）物料名稱及組分3）物料或混合物重量4）黏度5）溫度、壓力6）指示、記錄、遙控、調(diào)節(jié)、累計7）管道或設備規(guī)模。四、蒸餾塔（3/3）再沸器有對流循環(huán)式、沉浸式兩種：（三）37

第二章工藝流程設計

工藝流程設計以工藝流程圖的形式-反映化工生產(chǎn)由原料-產(chǎn)品輸出的過程。工藝流程設計是工藝設計的核心。各項具體設計工作只有當工藝流程確定后才能進行

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第二章38第一節(jié)生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)同一產(chǎn)品可采用不同材料、經(jīng)過不同生產(chǎn)路線制得（同一材料，可有不同生產(chǎn)路線；同一生產(chǎn)路線，可有不同工藝流程）。選擇生產(chǎn)路線就是選擇生產(chǎn)方法，特別對于多種生產(chǎn)方法就須進行分析比較，從中篩選出最好的方法，并以此作為工藝流程設計的依據(jù)。返回下一頁第一節(jié)生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇生產(chǎn)同一產(chǎn)品可39一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則

1.先進性指：1.技術上先進2.經(jīng)濟上合理可行具體包括1.基建投資2.產(chǎn)品成本3.消耗定額4.勞動生產(chǎn)率等所以應選擇低物料損耗、循環(huán)量少；低能耗、回收利用好的生產(chǎn)方法。2.可靠性指：所選擇的生產(chǎn)方法是否成熟可靠。對于試驗階段的新技術、新工藝、新設備（生產(chǎn)工藝的改革）一定要慎重對待。3.結(jié)合國情從唯物主義出發(fā)還應結(jié)合技術觀點外的具體情況出發(fā)考慮各種具體問題。具體可從以下幾方面進行考慮。1、國內(nèi)消費水平及化工產(chǎn)品的消費水平。2、化工機械設備及電器儀表的制造能力。3、化工原料及設備用金屬材料的供應情況。4、環(huán)保規(guī)定及三廢排放情況。5、勞動就業(yè)與化工自動化水平的關系。6、資金籌措和外匯儲備情況。返回下一頁一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則1.先進性2.可靠性3.結(jié)合40注意事項在技術路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。對于技術應用要采取全面分析對比，根據(jù)建設項目的具體要求，選擇對現(xiàn)在、將來都有利的工藝技術（發(fā)揮有利，減少不利）。結(jié)合設計任務書中的原則要求，對已有資料進行加工、整理、去粗留精。平衡產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、建廠難易各項指標。返回下一頁注意事項在技術路線和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮。返回下41二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟

3.全面對比主要比較下述幾項：1.幾種技術路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢。2.產(chǎn)品的質(zhì)量情況。3.生產(chǎn)能力及產(chǎn)品規(guī)格。4.原材料、能量消耗情況。5.建設費用及產(chǎn)品成本。6.三廢的產(chǎn)生及治理情況。7.其它特殊情況2.落實設備在確定技術路線和工藝流程時必然涉及到設備。對各種生產(chǎn)方法中所用的設備。-要分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進口的及國內(nèi)需重新設計制造的三種類型，并對設計制造單位技術力量、加工條件、材料供應及設計、制造的進度加以了解1.收集資料，調(diào)查研究（準備階段）根據(jù)項目產(chǎn)品方案、生產(chǎn)規(guī)模，有計劃、目的地收集國內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠家的相關資料，（包括技術路線特點、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)濟資料。1、國內(nèi)外生產(chǎn)情況，各種生產(chǎn)方法及工藝流程。2、原料來源及產(chǎn)品應用情況。3、試驗研究報告。4、安全技術及勞動保護措施。5、綜合利用及三廢處理。6、生產(chǎn)技術先進與否、生產(chǎn)連續(xù)化、自動化程度。7、設備的大型化及制造、運輸情況。8、基本建設投資、產(chǎn)品成本、占地面積。9、水、電、氣、燃料的用量及供應，主要基建材料的用量及供應。10、廠址、地質(zhì)、水文、氣象等資料。11、車間（裝置）環(huán)境與周圍情況。返回下一頁確定生產(chǎn)方法和工藝流程須經(jīng)過三階段二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟3.全面對比2.落實設備1.42下一頁返回第二節(jié)工藝流程設計一、流程設計的任務生產(chǎn)工藝路線選定后，就可進行流程設計。流程設計車間布置車間基本面貌決定設備設計

管路設計等單項設計同樣決定一、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，達到由原料制得所須產(chǎn)品的目的；二、繪制工藝流程圖，以圖解原料經(jīng)過各個單元操作過程時，物料、能量發(fā)生的變化及流向；采用了什么化工過程、設備；化工管道流程和計量控制流程。工作步驟及解決問題如下：任務下一頁返回第二節(jié)工藝流程設計一、流程設計的任務車間基本面貌43返回下一頁解決問題1.確定整個工藝流程2.確定每個過程或工序的組成3.確定操作條件4.控制方案的確定5.合理利用原料及能源6.制定三廢的治理方法7.制定安全措施返回下一頁解決問題1.2.3.4.5.6.7.44返回下一頁二、工藝流程設計方法首先看：成熟工藝？待開發(fā)新工藝？A前言1.原料預處理程：2.反應過程：3.產(chǎn)物的后理：4.三廢的處理過程。注：一般工作方法（10點解釋）。B內(nèi)容參考改進或局部改進（新技術、工藝應用）稱為概念設計二者通常將流程分四部分返回下一頁二、工藝流程設計方法首先看：A1.原料預處理程：B45返回下一頁（1）以反應過程為中心

根據(jù)反應過程的特點、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件決定-采用的反應器類型及決定采用連續(xù)操作/間歇操作。物料反應過程是否需要外供能力/移出熱量？如果反應需要催化劑如主反應過程裝置確定后以方便為原則選擇連續(xù)/間歇操作在反應器上增加相應適當措施須考慮催化方式/催化劑選擇通常有：文獻、資料、中試結(jié)果可參考返回下一頁（1）以反應過程為中心采用的反應器類型及決定采用46返回下一頁（2）原料預處理過程

主反應裝置確定后根據(jù)反應特點必然對原料提出要求應國家需要這些操作過程需要相應單元操作加以組合完成結(jié)論：原料預處理過程---根據(jù)原料性質(zhì)、處理方法---選取不同裝置/輸送方式---設計不同流程。如純度、溫度、壓力及加料方式等采取預熱、（冷）、汽化、干燥、混合、配置等措施返回下一頁根據(jù)反應特點必然對原料提出要求應國家需要這些操作47（3）產(chǎn)物后處理特性特點質(zhì)量要求根據(jù)反應原料的產(chǎn)品的反應過程的實際反應過程會有如下情況：由于副反應生成副產(chǎn)物除目的產(chǎn)物1造成產(chǎn)物為混合物......產(chǎn)物須進一步處理（3）產(chǎn)物后處理特性特點質(zhì)量要求根據(jù)反應原料的產(chǎn)品的反應過程48反應轉(zhuǎn)化率非100%存在由于受反應時間、反應平衡的限制2過剩組分產(chǎn)物中有未反應原料......須進行分離，循環(huán)利用進一步除雜預處理未除盡帶入產(chǎn)物原料中雜質(zhì)3參與反應生成無用/有害物質(zhì)......例如某反應過程為多相的產(chǎn)物的聚集態(tài)要求4須有過濾分離裝置最終產(chǎn)物為固態(tài)......反應轉(zhuǎn)化率非100%存在由于受反應時間、反應平衡的限制2過剩49可作為商品可能是對于合格目的產(chǎn)品下一工序原料可加工成其他產(chǎn)品......往往須篩選、包裝等后處理（4）產(chǎn)品后處理設計單元操作同時；考慮副產(chǎn)物處理由于反應不完全回反應器參與反應（5）未反應原料的循環(huán)利用以及副產(chǎn)物的處理剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離......循環(huán)考慮可作為商品可能是對于合格目的產(chǎn)品下一工序原料可加工成其他產(chǎn)品50如無法回收綜合利用變廢為寶（6）確定三廢排出物的處理措施對于生產(chǎn)中排出的三廢排放時應達標......盡量考慮必須將三廢與環(huán)境工程及主產(chǎn)品工藝同時設計、施工、投產(chǎn)運行蒸汽工藝流程中必須使用（7）確定公用工程的配套措施工藝用水壓縮空氣......生產(chǎn)用電、上下水、空調(diào)等氮氣冷凍、真空等配套設施和其它專業(yè)密切相關......如無法回收綜合利用變廢為寶（6）確定三廢排出物的處理措施對于51（8）確定操作條件和控制方案

對于完善的工藝設計而言：除工藝流程外還應：確定投產(chǎn)后操作條件（也是設計要求）---這些條件包括：并且須提出：控制方案確保穩(wěn)定生產(chǎn)合格產(chǎn)品流程中各單元設備的物流量、組成、溫度壓力等。須與儀表控制專業(yè)密切配合（9）確定可靠的安全生產(chǎn)措施

在工藝中要考慮：根據(jù)生產(chǎn)過程中物料特點、生產(chǎn)特點。。。在工藝流程和裝置中：還應在適宜部位上設置：事故閥、安全閥、放空管、等以保證安全生產(chǎn)。開停車、長期運轉(zhuǎn)、檢修等不安全因素。除設備材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的安全性外（8）確定操作條件和控制方案確定投產(chǎn)后操作條件（也是設計要52（10）保溫防腐設計工藝流程設計中最后一道工序施工安裝中最后一道工序流程中要根據(jù)：介質(zhì)溫度、和狀態(tài)特性周圍環(huán)境狀態(tài)決定管道和設備是否要保溫和防腐一般要求如下（10）保溫防腐設計工施流介質(zhì)溫度、和狀態(tài)特性531.設備或管道表面溫度超過50度須減少熱損失；2.設備或輸送管內(nèi)介質(zhì)要求不結(jié)晶、不冷凝；3.制冷系統(tǒng)設備、管道介質(zhì)輸送要求保冷；A保溫場合由于化工生產(chǎn)的物料大多具有輕重不等腐蝕性故設備、管道應選擇相應耐腐蝕材料或采用襯里和涂層等防腐措施。B防腐處理4.介質(zhì)溫度低于周圍空氣露點溫度，要求保冷；5.季節(jié)變化，出現(xiàn)濕氣、液體冬季凍結(jié)，或介質(zhì)夏季蒸發(fā)、汽化；須選擇合適保溫材料—確定保溫厚度---確定保溫結(jié)構(gòu)?。?！1.設備或管道表面溫度超過50度須減少熱損失；A由于化工生產(chǎn)54三、工藝流程設計的基本方法----方案比較判據(jù)A產(chǎn)物收率判據(jù)B原材料單耗優(yōu)秀工程設計多種方案進行比較判據(jù)D產(chǎn)品成本判據(jù)E工程投資等比較前提保持原始信息不變特別強調(diào)?。?！設計者無權(quán)更改！過程操作參數(shù)溫度、壓力、流量等判據(jù)C能量單耗示例見教科書20頁三、工藝流程設計的基本方法----方案比較判判55第三節(jié)工藝流程圖一、工藝流程圖概述

將…？按一定目的要求有機組合，形成完整工藝過程，以圖形描繪出得到：各生產(chǎn)單元分類1.全廠總工藝流程圖（物料平衡圖）2.物料流程圖3.工藝管道及儀表流程圖第三節(jié)工藝流程圖一、工藝流程圖56二、工藝流程草圖

方案討論常用討論流程圖工藝流程設計的依據(jù)也稱方案流程圖、流程示意圖、流程簡圖當生產(chǎn)方法確定后---可開始設計繪制流程草圖（僅為物料、部分設備計算及能量衡算服務，不記入設計文件）注意：1.繪圖無須花費太多時間；2.工作重點在于工藝技術問題；生產(chǎn)工藝流程圖一般為：物料流程；

圖例；

設備一覽表三部分組成。二、工藝流程草圖方案也稱方案流程圖、流程示意57將全部物料管線/一部分動力管線（水蒸汽、壓縮空氣和真空等）畫于流程草圖中。物料管線？線動力管線？線（2）流程管線及流向箭頭1.物料流程（1）設備示意圖設備僅畫大致輪廓和示意結(jié)構(gòu)（方框代替也可）備用設備一般要編號、注明設備名稱（或注明設備圖形上）見表2-1于管線圖上以箭頭表示物料的流向

（3）文字注釋A）在流程圖的下方（圖紙的空白處）列出設備編號和名稱。B）在管線的上方（右方）注明物料的名稱。C）在流程圖的起始和終了處注明物料的名稱來源及去向。（見教科書P24-25頁）。將全部物（2）流程管線及流向箭頭1.物料流582.圖例3.設備一覽表

只須標出管線圖例。閥門、儀表等無須標出。

設備一覽表只包括序號、位號、設備名稱和備注（有時可省略設備一覽表和圖框）。2.圖例3.設59三、工藝管道及儀表流程圖與之配套的有輔助管道及儀表流程圖、公用系統(tǒng)管道及儀表流程圖。也稱施工流程圖（或稱帶控制點的工藝流程圖）。由工藝人員和自控人員合作繪制，為初步設計和施工圖設計提供圖樣。注意：它是1.在工藝流程草圖及物料流程圖基礎上繪制；2.設備布置和管道布置設計的依據(jù)；3.可供施工、安裝、生產(chǎn)操作參考。

說明見教科書圖2-4（25頁）。三、工藝管道及儀表流程圖與之配套也稱施工流程圖（或稱帶控60工藝管道及儀表流程圖可根據(jù)車間（裝置）/工段（分區(qū)或工序）為主項進行繪制。原則上一個主項繪一張圖解（也可一個主項多個圖解---需要同一圖號，并作注明）。（一）比例與圖幅（1）比例圖上的設備圖形及其高低間相對位置大致按下面比例繪制：通常：1：1001：200簡單流程：1：50也可：不按比例（“比例”欄無須注明）（2）圖幅圖樣通常采用長條展開形式。以前圖紙幅面常采用標準幅面加長的規(guī)格（方便閱讀）。近年來，為便于保管和繪讀，相關標準規(guī)定：一般采用A1圖幅，特別簡單采用A2圖幅（不得隨意加長、寬）。工藝管道及儀表流程圖可根據(jù)車間（裝置）/工段（分區(qū)或工序）為61（二）設備的表示方法1.設備的畫法（1）圖形通常：按（b/3）比例用細實線繪制出能顯示形狀特征的主要輪廓；或畫出具有工藝的內(nèi)件示意結(jié)構(gòu)（用細虛線繪制如部分塔板等）；或?qū)⒃O備以刨示形式繪制（管口以單線表示/不畫）；對設備電動機可以矩框中注寫“M”表示（2）相對位置設備間、樓面高低相對位置，一般按比例繪制（盡可能符合實際安裝）；對于有位差要求的設備，須注明其限定尺寸；設備間橫向距離以圖面清晰為準；設備的橫向順序應與主要物料管線保持一致；對設備間高低相對位置，一般按高低相對位置畫出（3）同系統(tǒng)（或設備）的處理對于多個相同的系統(tǒng)（或設備）?？梢匀慨嫵觯灰部芍划嬕惶?，其它以用細雙點劃線繪出矩形框表示（框內(nèi)注明位號、名稱等，并繪出進入該系統(tǒng)的一段支管）。（二）設備的表示方法1.設備的畫法（2）相對位置（362返回下一頁1.設備的標注

（1）標注的內(nèi)容位號及名稱設備位號應保持唯一性（施工圖設計與初步設計中同）；如施工圖設計中設備有增減，位號也做相應調(diào)整。設備的名稱同樣應前后一致。（2）標注的方式通常將設備的位號及名稱標注在設備圖形的上方（或下方）。設備間標注方式以就近、水平為原則。返回下一頁1.設備的標注（2）標注的方式63（三）管道的表示方法（兩種）輔助管道（系統(tǒng)簡單）支管下引有關設備總管繪于流程圖上方輔助管道（系統(tǒng)復雜）先完成工藝管道設計另繪輔助管道有關設備連接位置繪一段1.管道的畫法（1）線型規(guī)定（2）交叉與轉(zhuǎn)彎（3）放氣排液液封（4）來向與去向（三）管道的表示方法（兩種）輔助管道（系統(tǒng)簡642.管道的標注（3）管道尺寸（4）管道等級標注位置：一般橫向管線標注在管線的上方；豎向管線標在管線左方，《（如位置不夠可將標注部分內(nèi)容移至管線下方或右方）、（可用指引線引出標注）》（7）其它尺寸（6）物料流向標注內(nèi)容：三部分-管道號、管徑和管道等級。（見圖2-7）（1）物料代號（2）主項代號及管段序號（5）隔熱及隔音代號

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（四）閥門與管件的表示方法與管道上須用細實線畫出全部閥門和部分管件（示鏡、盲板等）的符號。---相關規(guī)定參閱國標“管路系統(tǒng)的圖形符號、閥門和控制元件”管件中一般連接件（法蘭、三通、彎頭等）如無特殊需要，可不畫。（四）閥門與管件的表示方法與管道上須用細實66

（五）儀表控制點的表示方法

工藝生產(chǎn)流程的儀表控制點

在相關管道上并按安裝位置以代號、符號表示

其含義在圖樣上方“圖例”中說明其組成包括：圖形符號、字母代號和數(shù)字編號。（1）圖形符號a

儀表b執(zhí)行器（2）Z字母代號見表2-14（3）儀表位號見圖2-8說明見表2-11、12、13見表2-8、2-9、2-10（五）儀表控制點的表示方法工藝生產(chǎn)流程的儀表67第四節(jié)典型設備的自控流程本節(jié)介紹常用的化工設備（泵、換熱器、反應器、蒸餾塔）的自控流程。第四節(jié)典型設備的自控流程本節(jié)介紹常用的化工設681.離心泵通常有兩種調(diào)節(jié)方式：1.出口節(jié)流方法。2.旁路調(diào)節(jié)方法--優(yōu)點：調(diào)節(jié)閥尺寸??；缺點：耗費能量。對于有分支路情況見圖2-10。2.容積式泵由于結(jié)構(gòu)原因只能采用旁路調(diào)節(jié)方法---其原理：依照旁路調(diào)節(jié)/改變轉(zhuǎn)速、改變