第04章-工藝流程設計

TECHNOLOGICAL

PROCESSDESIGN

13.1Introduction3.2TechnologyofProcessDesign3.3ProcessFlow-sheetChapter3TechnologicalProcessDesign工藝流程設計3.1Introduction生產(chǎn)工藝流程設計試驗工藝流程設計僅有文獻資料，尚未進行生產(chǎn)技術成熟、大量生產(chǎn)4.1.1RoleofProcessDesign4.1.2ContentofProcessDesign4.1.3FundamentalProgramofProcessDesign4.1.4AchievementofProcessDesign3.1Introduction工藝流程設計是在確定的原料路線和技術路線的基礎上進行的，它是整個工藝設計的中心。工藝流程設計是工程設計中最重要、最基礎的設計步驟，對后續(xù)的物料衡算、工藝設備設計、車間布置設計和管道布置設計等單項設計起著決定性的作用，并與車間布置設計一起決定著車間或裝置的基本面貌。3.1.1RoleofProcessDesign

工藝流程設計的任務內容：1.確定工藝流程的組成確定流程中各生產(chǎn)過程的具體內容、順序和組合方式，是工藝流程設計的基本任務?？捎迷O備之間的位置關系和物料流向來表示。3.1.2ContentofProcessDesign2.確定載能介質的技術規(guī)格和流向常用的載能介質：水、水蒸汽、冷凍鹽水、空氣(真空或壓縮)。3.確定操作條件和控制方法主要工藝參數(shù)有溫度、壓力、濃度、流量、流速和pH值等。3.1.2ContentofProcessDesign

4.確定安全技術措施設置相應的預防和應急措施，如阻火器、報警裝置、爆破片、安全閥、安全水封、放空管、溢流管、泄水裝置、防靜電裝置、防雷裝置和事故貯槽等。3.1.2ContentofProcessDesign5.繪制不同深度的工藝流程圖初步設計施工圖設計工藝流程框圖工藝流程示意圖物料流程圖帶控制點的工藝流程圖施工階段帶控制點的工藝流程圖。

3.1.2ContentofProcessDesign3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign工藝流程設計的基本程序工藝路線的選擇確定工藝流程的組成和順序工業(yè)化實施的可行性、可靠性和先進性；關鍵設備和特殊工藝條件或參數(shù)容易實現(xiàn)或達到明確各單元反應和單元操作的主要設備、操作條件和基本操作參數(shù)(如溫度、壓力、濃度等)。在此基礎上，確定各設備之間的連接順序以及載能介質的技術規(guī)格和流向繪制工藝流程框圖

當工藝路線及工藝流程的組成和順序確定之后，可用方框、文字和箭頭等形式定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序，繪制出工藝流程框圖。

在工藝流程框圖的基礎上，分析各過程的主要工藝設備，以圖例、箭頭和必要的文字說明定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序。繪制工藝流程示意圖3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign

繪制物料流程圖

當工藝流程示意圖確定之后，即可進行物料衡算和能量衡算。在此基礎上，可繪制出物料流程圖。此時，設計已由定性轉入定量。

繪制初步設計階段帶控制點的工藝流程圖

當物料流程圖確定之后，即可進行設備、管道的工藝計算以及儀表自控設計。在此基礎上，可繪制出初步設計階段帶控制點的工藝流程圖，并列出設備一覽表。3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign繪制施工階段帶控制點的工藝流程圖

初步設計階段的工藝流程設計經(jīng)審查批準后，按照初步設計的審查意見，對工藝流程圖中所選用的設備、管道、閥門、儀表等作必要的修改、完善和進一步的說明。在此基礎上，可繪制出施工階段帶控制點的工藝流程圖。3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign

在通常的兩階段設計即初步設計和施工圖設計中，初步設計階段的主要成果是初步設計階段帶控制點的工藝流程圖；施工圖設計階段的主要成果是施工階段帶控制點的工藝流程圖。3.1.4AchievementofProcessDesign4.2.1ComparisonofDifferentSchemes4.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

4.2.3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning3.2TechnologyofProcessDesign

在進行方案比較時首先應明確評判標準。許多技術經(jīng)濟指標，如產(chǎn)物收率、原料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、設備投資、操作費用等均可作為方案比較的評判標準。此外，環(huán)保、安全、占地面積等也是方案比較時應考慮的重要因素。例3-1、例3-2、例3-3、例3-43.2.1ComparisonofDifferentSchemes

實例3-1

在藥品精制中，粗品常先用溶劑溶解，然后加入活性炭脫色，最后再濾除活性炭等固體雜質。假設溶劑為低沸點易揮發(fā)溶劑，試確定適宜的過濾流程。

解：首先選定過濾速度和溶劑收率為方案比較的評判標準。

Example3.1圖3-1常壓過濾方案

采用常壓過濾方案雖可濾除活性炭等固體雜質，但過濾速度較慢，因而不宜采用。

SchemeI：AtmosphericFiltration

圖3-2真空抽濾方案

SchemeII：VacuumFiltration

該方案采用真空抽濾方式，過濾速度明顯加快，從而克服了方案I過濾速度較慢的缺陷，但由于出口未設置冷凝器，因而易造成大量低沸點溶劑的揮發(fā)損失，使溶劑的收率下降，故該方案不太合理。SchemeIII：VacuumFiltration—Condensation圖3-3真空抽濾-冷凝方案

同方案II相比，該方案在出口設置了冷凝器，以回收低沸點溶劑，從而減少了溶劑的揮發(fā)損失，提高了溶劑的收率，因而較為合理。

SchemeIV：PressureFiltration圖3-4加壓過濾方案

該方案是在壓濾器上部通入壓縮空氣或氮氣，即采用加壓過濾方式，過濾速度快，且溶劑的揮發(fā)損失很少，因而最為合理。

實例3-2

用混酸硝化氯苯制備混合硝基氯苯。已知混酸的組成為：HNO347%、H2SO449%、H2O4%；氯苯與混酸中HNO3的摩爾比為1：1.1；反應開始溫度為40~55oC，并逐漸升溫至80oC；硝化時間為2h；硝化廢酸中含硝酸小于1.6%，含混合硝基氯苯為獲得混合硝基氯苯量的1%。試通過方案比較，確定適宜的硝化及后處理工藝流程。解：首先選定混合硝基氯苯的收率以及硫酸、硝酸及氯苯的單耗作為方案比較的評判標準。Example3.2SchemeI：Nitration—Separation

圖3-5硝化-分離方案

SchemeII：Nitration—Separation—Extraction圖3-6硝化-分離-萃取方案

SchemeIII：Nitration—Separation—Extraction—Condensation

圖3-7硝化-分離-萃取-濃縮方案

例3-3

在加壓連續(xù)釜式反應器中，用混酸硝化苯制備硝基苯。已知混酸組成為：HNO35%、H2SO465%、H2O30%；苯與混酸中HNO3的摩爾比為1：1.1；反應壓力為0.46MPa，反應溫度為130oC；反應后的硝化液進入連續(xù)分離器，分離出的酸性硝基苯和廢酸的溫度約為120oC；酸性硝基苯經(jīng)冷卻、堿洗、水洗等處理工序后送精制工段。試以單位能耗為評判標準，確定適宜的工藝流程。解：以單位能耗為方案比較的評判標準，確定適宜的工藝流程。

Example3.3SchemeI：Water-coolingindirectlyandAtmosphericCondensation圖3-8間接水冷-常壓濃縮方案

SchemeII：FeedPreheatingandCondensedinflashdistillation圖3-9原料預熱-閃蒸濃縮方案

例3-4

甲苯用濃硫酸磺化制備對甲苯磺酸的反應方程式為

已知反應在間歇釜(磺化釜)中進行，磺化反應速度與甲苯濃度成正比，與硫酸含水量的平方成反比。為保持較高的反應速度，可向甲苯中慢慢加入濃硫酸。同時，應采取措施將磺化生成的水及時移出磺化釜。試通過方案比較，確定適宜的脫水工藝流程。解：磺化過程中產(chǎn)生的水能否及時移走以及脫水后的甲苯能否及時返回磺化釜可作為方案比較的評判標準。

Example3.4SchemeI：BatchDehydration圖3-10間歇脫水方案

SchemeII：ContinuousDehydration

圖3-11連續(xù)脫水方案

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是由一系列單元操作或單元反應過程所組成的。在工藝流程設計中，常以單元操作或單元反應為中心，建立與之相適應的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

在設計和完善工藝流程時，常以單元操作或單元反應所涉及的主要設備為單位，標明進料和出料的名稱、組成及工藝條件；根據(jù)單元操作或單元反應過程的溫度、熱效應等情況，確定傳熱設備和載能介質的技術規(guī)格；根據(jù)單元操作或單元反應過程的參數(shù)顯示和控制方式，確定儀表和自動控制方案；根據(jù)單元操作或單元反應過程的燃燒、爆炸、毒害情況，確定相應的安全技術措施；根據(jù)單元操作或單元反應過程所產(chǎn)生的污染物，確定相應的污染治理方案等等。

例3-5

工業(yè)生產(chǎn)中，硝化混酸的配制常在間歇攪拌釜中進行，試以攪拌釜為中心，完善硝化混酸配制過程的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

●首先，配制混酸需有一臺帶有夾套的攪拌釜。

●

其次，混酸配制采用間歇操作，是間歇過程。為保證硫酸與硝酸的配比，應設置硫酸計量罐和硝酸計量罐。

●

第三，在工業(yè)生產(chǎn)中，要配制一定濃度的混酸，通常并不加水調節(jié)，而是用硝化后回收的廢酸來調節(jié)。因此，還應設置廢酸計量罐。

●第四,要設置硫酸貯罐、硝酸貯罐和廢酸貯罐。

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

●第五，在配制工業(yè)混酸時需考慮將硫酸、硝酸和廢酸由貯罐送入計量罐的方式。如采用泵輸送時，則應設置相應的送料泵。此外，在計量罐和貯罐之間應設置相應的溢流管。

●第六，為了貯存配制好的硝化混酸，應設置相應的混酸貯罐。

最后設計出工業(yè)混酸配制過程的工藝流程如圖3-12所示。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

圖3-12混酸配制過程的工藝流程示意圖

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

例3-6

在合成抗菌藥諾氟沙星的生產(chǎn)中，以對氯硝基苯為原料制備對氟硝基苯的反應方程式為反應擬在間歇釜式反應器中進行，試以反應器為中心，完善反應過程的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

圖3-13氟化反應過程的工藝流程示意圖

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

1.SelectionofOperationModes2.ImprovementofutilizationratioofEquipment3.RecoveryandUtilizationoffeed4.RecoveryandUtilizationofEnergy5.SafetyPrecautions6.SelectionofmetersandControlSystem3.2.3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning產(chǎn)品的生產(chǎn)方式連續(xù)生產(chǎn)間歇生產(chǎn)聯(lián)合生產(chǎn)方式。1.SelectionofOperationModes

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是由一系列單元操作或單元反應過程所組成的，在工藝流程設計中，保持各單元操作或單元反應設備之間的能力平衡，提高設備利用率，是設計者必須考慮的技術問題。2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment

例3-7

某產(chǎn)品的生產(chǎn)過程由磺化、冷卻中和、濃縮三道工序組成，磺化液和中和液均為液態(tài)，磺化釜的操作周期為12h，冷卻中和釜的操作周期為4h，濃縮釜的操作周期為8h。試確定適宜的設備配置方案。

解：該產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有多種不同的設備配置方案。

2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment設備名稱磺化釜冷卻中和釜濃縮釜備注操作周期/h1248方案I設備臺數(shù)111111日總操作批數(shù)111每臺設備日閑置時間/h122016方案II設備臺數(shù)1110.50.50.5日總操作批數(shù)222每臺設備日閑置時間/h0168方案III設備臺數(shù)111磺化釜與冷卻中和釜之間以及冷卻中和釜與濃縮釜之間均設置中間貯罐0.50.251/3日總操作批數(shù)243每臺設備日閑置時間/h080方案IV設備臺數(shù)211磺化釜與冷卻中和釜之間以及冷卻中和釜與濃縮釜之間均設置中間貯罐0.251/61/3日總操作批數(shù)463每臺設備日閑置時間/h000方案V設備臺數(shù)212磺化釜與冷卻中和釜之間設置中間貯罐0.251/61/6日總操作批數(shù)466每臺設備日閑置時間/h000為保持主要設備之間的能力平衡，提高設備利用率，設備臺數(shù)、批生產(chǎn)能力和操作周期之間應滿足下列關系

(3-1)2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment在工藝流程設計中，充分考慮物料的回收與套用，以降低原輔材料消耗，提高產(chǎn)品收率，是降低產(chǎn)品成本的重要措施。如在用混酸硝化氯苯制備混合硝基氯苯的工藝流程設計中，在硝化-分層之后增加一道萃取工序，既回收了硝化廢酸中未反應的硝酸，又提高了硝基氯苯的收率。同時，為降低硫酸的單耗，在萃取之后又增加了一道濃縮工序，并用回收的硫酸配制硝化混酸，從而大大降低了硫酸的單耗。

3.RecoveryandUtilizationofFeed又如，許多藥物合成反應不能進行得十分完全，且大多存在副反應，產(chǎn)物也不能從反應混合物中完全分離出來，故分離母液中常含有一定數(shù)量的未反應原料、副產(chǎn)物和產(chǎn)物。在這些藥物的工藝流程設計中，若能實現(xiàn)反應母液的循環(huán)套用或經(jīng)適當處理后套用，則不僅能降低原輔材料消耗，提高產(chǎn)品收率，而且能減少環(huán)境污染。3.RecoveryandUtilizationofFeed再如，在生產(chǎn)中經(jīng)常使用各種有機溶劑，在工藝流程設計時應充分考慮這些溶劑的回收與套用。若設計得當，則可構成溶劑的閉路循環(huán)，既降低了溶劑單耗，又減少了環(huán)境污染。3.RecoveryandUtilizationofFeed在工藝流程設計中，充分考慮能量的回收與利用，以提高能量利用率，降低能量單耗，是降低產(chǎn)品成本的又一重要措施。如在硝化混酸配制的工藝流程設計中,為減少輸送物料能耗,可將計量罐布置在最上層,攪拌釜居中,貯罐布置在底層。當硫酸、硝酸和廢酸由泵輸送至相應的計量罐后,可借助于重力流入攪拌釜,配制好的混酸再借助重力流入混酸貯罐。

4.RecoveryandUtilizationofEnergy又如，在混酸硝化苯制備硝基苯的工藝流程設計中，用原料苯代替冷卻水冷卻酸性硝基苯，以及用閃蒸濃縮代替常壓濃縮都是為了回收物料的余熱，以達到降低能耗和產(chǎn)品成本的目的。4.RecoveryandUtilizationofEnergy

在生產(chǎn)中，所處理的物料常常是易燃、易爆和有毒的物質，因此安全問題十分突出。在工藝流程設計中，對所設計的設備或裝置在正常運轉以及開車、停車、檢修、停水、停電等非正常運轉情況下可能產(chǎn)生的各種安全問題，應進行認真而細致的分析，制訂出切實可靠的安全技術措施。5.SafetyPrecautions報警裝置事故貯槽安全水封、安全閥或爆破片溢流管阻火器設置排空閥接地裝置防雷裝置

5.SafetyPrecautions

在工藝流程設計中，對需要控制的工藝參數(shù)如溫度、壓力、濃度、流量、流速、pH值、液位等，都要確定適宜的檢測位置、檢測和顯示儀表以及控制方案?，F(xiàn)代工業(yè)對儀表和自控水平的要求越來越高，儀表和自控水平的高低在很大程度上反映了設計和工廠的技術水平。6.SelectionofmetersandControlSystem

工藝流程圖是以圖解形式表示的工藝流程，在工藝流程設計的不同階段，工藝流程圖的深度是不同的。在通常的兩階段設計中，初步設計階段需繪制工藝流程框圖、工藝流程示意圖、物料流程圖和帶控制點的工藝流程圖；在施工圖設計階段需繪制施工階段帶控制點的工藝流程圖。3.3ProcessFlowsheet

工藝流程框圖是在工藝路線和生產(chǎn)方法確定之后，物料衡算開始之前表示生產(chǎn)工藝過程的一種定性圖紙，是最簡單的工藝流程圖，其作用是定性表示出由原料變成產(chǎn)品的工藝路線和順序，包括全部單元操作和單元反應。

3.3.1ProcessFlowsheet圖3-14阿司匹林的生產(chǎn)工藝流程框圖

3.3.2ProcessSchematicdiagram

在工藝流程框圖的基礎上，分析各過程的主要工藝設備，在此基礎上，以圖例、箭頭和必要的文字說明定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序，繪制出工藝流程示意圖。

3.3.2ProcessSchematicdiagram圖3-15阿司匹林的生產(chǎn)工藝流程3.3.2ProcessSchematicdiagram

當工藝流程示意圖確定之后，即可進行物料衡算、能量衡算和設備的工藝計算。在此基礎上，可繪制出物料流程圖。此時，設計已由定性轉入定量。3.3.3MaterialFlowsheet圖3-16氯苯硝化的物料流程圖

3.3.3MaterialFlowsheet序號物料名稱流量/kgh-1HNO3H2SO4H2O氯苯硝基氯苯總計1補充硫酸

2.40.2

2.62硝酸230

4.7

234.73回收廢酸

237.614.7

252.34配制混酸23024019.6

489.65萃取氯苯

403.418.7422.16硝酸損失2.3

2.37硝化液

909.48粗硝基苯

2.40.26.1569.3578.09分離廢酸5.2237.682.9

5.7331.410氯苯

416.8

416.811萃取廢酸

237.684.44.1

326.112濃縮蒸汽

73.813冷凝液

73.814廢水

69.7

69.715回收氯苯

4.1

4.13.3.3MaterialFlowsheetCB—氯苯；NCB—硝基氯苯；基準：kgh-1

圖3-17用框圖繪制的氯苯硝化的物料流程圖

(1)FundamentalRequirements(2)RequirementsofFlowsheet(3)MethodsofGraphing(4)SomeAutomaticControlProcesses(5)FlowsheetwithControlPoints3.3.4FlowsheetwithControlPoints表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝設備。表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝物料和載能介質的名稱、技術規(guī)格及流向。表示出全部物料管道和各種輔助管道(如水、冷凍鹽水、蒸汽、壓縮空氣及真空等管道)的代號、材質、管徑及保溫情況。

(1)FundamentalRequirements表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝閥門以及阻火器、視鏡、管道過濾器、疏水器等附件，但無需繪出法蘭、彎頭、三通等一般管件。表示出生產(chǎn)過程中的全部儀表和控制方案，包括儀表的控制參數(shù)、功能、位號以及檢測點和控制回路等。(1)FundamentalRequirements圖紙尺寸比例圖線和字體在帶控制點的工藝流程圖中，主要工藝物料管道、主產(chǎn)品管道和設備位號線用粗實線(0.9~1.2mm)表示，輔助物料管道用中粗線(0.5~0.7mm)表示。設備輪廓、閥門、儀表、管件等一般用細實線(0.15~0.3mm)繪制。儀表引出線及連接線用細實線。此外，流程圖中一般無需標注尺寸，但當需要注明尺寸時，尺寸線用細實線表示。

(2)RequirementsofFlowsheet1.Equipments

2.Pipelines,pipefittingsandValves3.AutomaticControlandMeters(3)MethodsofGraphing

常用設備的代號和圖例為使圖形簡單明了，設備上的管道接頭、支腳、支架、基礎、平臺等一般不需表示。

在流程圖中，當有多臺相同的設備并聯(lián)時，可只畫一臺設備，其余設備可分別用細實線方框表示，在方框內注明設備位號，并畫出通往該設備的支管。1.Equipments

在初步設計階段的工藝流程圖中，當有多臺相同的設備串聯(lián)或輪換使用時,一般只畫1臺設備;而在施工階段的工藝流程圖中則應根據(jù)需要畫出2臺或2臺以上的設備,以表示清楚。在帶控制點的工藝流程圖中要表示出設備的名稱和位號。1.Equipments

圖3-18設備位號的表示方法

1.Equipments

設備位號應與設備名稱一起標注在設備內或附近空白處，位置力求整齊、明顯，必要時還可由設備加一引出線。設備位號和名稱一般用粗實線分開，線的上面注明設備位號，下面注明設備名稱。例如1.Equipments

●常見管道、管件和閥門的圖例見附錄五。對于圖例中沒有的管件或閥門可根據(jù)其特點增補圖例。流程圖中采用的管道、管件和閥門圖例應在流程圖或首頁圖(將設計中所采用的部分規(guī)定以圖表的形式繪制成首頁圖，包括圖紙目錄、設備一覽表以及各種圖例、符號、代號和說明等)中加以說明。2.Pipelines,PipefittingsandValves●在初步設計階段的工藝流程圖中，應繪出主要管道、閥門、管件和控制點；而在施工圖設計階段的工藝流程圖中，則應繪出全部管道、閥門、管件和控制點?！裎锪瞎芫€用粗線表示，其它管線用中粗線，控制回路用細線表示?！裨谕涣鞒虉D中,當兩設備相距較遠時,其物料管線仍需連通，不能用文字表示。當兩根無聯(lián)系的管線相互交叉時,可將一根畫成連續(xù)實線,而另一根在交叉處斷開。線條拐彎處可畫成直角。2.Pipelines,PipefittingsandValves流程圖中的管道需與另一流程圖中的管道相連時，可在管道斷開處用箭頭注明至某設備或管道的圖號，即此外，對于排水或排污管道，應用文字說明排入何處。2.Pipelines,PipefittingsandValves●在帶控制點的工藝流程圖中，應對每一根管道進行標注。管道的標注方法可按HG20519的標準執(zhí)行，也可根據(jù)本單位的標準執(zhí)行，但應易于區(qū)別和記憶，滿足施工和安裝要求。一般情況下，管道應注明介質代號、管道編號、管道尺寸和管道等級，若為隔熱或隔聲管道還應增加隔熱或隔聲代號。管道的標注方法如圖3-19所示。2.Pipelines,PipefittingsandValves(a)普通管道

(b)套管

圖3-19管道的標注方法

2.Pipelines,PipefittingsandValves常見介質的代號見表3-2。若介質代號在表中沒有規(guī)定，則可補充，但不應與表中的代號相同。

2.Pipelines,PipefittingsandValves

管道編號可用設備位號加管道順序號表示,其中管道順序號可用(01~99)表示。如R120303即可表示位號為R1203的反應器上編號為3的管道。

管道尺寸以mm為單位,只注數(shù)字,不注單位。管道尺寸一般只標注管徑,可用公稱直徑表示,也可用外徑和壁厚表示,如573.5等。

2.Pipelines,PipefittingsandValves1.6MPa

管道等級由管材代號、單元順序號和公稱壓力等級代號組成，如圖所示。

圖3-20管道等級的標注方法

碳鋼2.Pipelines,PipefittingsandValves

管道的單元順序號用阿拉伯數(shù)字表示，由1開始。管材代號和管道的公稱壓力等級代號均用大寫英文字母表示。2.Pipelines,PipefittingsandValves管道的隔熱或隔聲代號用大寫英文字母表示,如表所示。

2.Pipelines,PipefittingsandValves●在帶控制點的工藝流程圖中應繪出全部與工藝過程有關的檢測儀表、檢測點和控制回路?！窨刂苹芈分械拿恳粋€儀表或元件都要標注儀表位號。儀表位號的表示方法如圖所示。

圖3-21儀表位號的表示方法3.AutomaticControlandMeters

3.AutomaticControlandMeters

●在帶控制點的工藝流程圖中，檢測儀表、顯示儀表的圖例均用圓圈來表示，并用圓圈中間的橫線來區(qū)分不同的安裝位置。3.AutomaticControlandMeters●在帶控制點的工藝流程圖中，儀表的位號可直接填寫在儀表圖例中。

圖3-23為管道壓力控制點的示意圖。管道中的壓力變化通過變送器(圖中以符號“”表示)將信號送至壓力計,并通過它控制調節(jié)閥的開啟，以調節(jié)管道內的流體壓力,使其保持在正常的操作壓力范圍之內。圖3-23管道壓力控制點示意圖3.AutomaticControlandMeters1.ConveyingEquipmentforliquidSubstances2.HeatExchanger

3.Tower

4.Reactor

(4)SomeAutomaticControlProcesses(1)CentrifugalPump

(2)Positive-displacementPump

(3)VacuumPump

(4)Compressor

1.ConveyingEquipmentforliquidSubstancesPumpHorizontalvessel

VerticalVessel

Pipe

離心泵是最常用的液體輸送設備，其被控變量一般為流量。改變出口閥門的開度或回路閥門的開度或泵的轉速均可調節(jié)離心泵的流量。由于改變泵的轉速需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，且難以做到流量的連續(xù)調節(jié)，因而在實際生產(chǎn)中很少采用。(1)CentrifugalPump

通過改變出口閥門的開度來調節(jié)流量的自控流程如圖所示。這種方法快速簡便,且流量連續(xù)變化,因此應用非常廣泛。缺點是當閥門開度減小時,要多消耗一部分能量,不太經(jīng)濟。

圖3-24改變出口閥門開度調節(jié)流量

(1)CentrifugalPump

通過改變回路閥門的開度來調節(jié)流量的自控流程如圖所示。該法可用于液體流量偏低的場合,缺點是要消耗一部分高壓液體能量,使泵的總效率下降。圖3-25改變回路閥門開度調節(jié)流量

(1)CentrifugalPump

往復泵、齒輪泵、螺桿泵、旋渦泵等都是常見的容積式泵，此類泵的出口不能堵死，否則泵體內的壓強會急劇升高，造成泵體、管路或電機的損壞。與離心泵一樣，容積式泵的被控變量一般也是流量，但是，容積式泵不能象離心泵那樣用出口管路上的閥門來調節(jié)流量。

(2)Positive-displacementPump

容積式泵的流量一般可通過控制回路閥門的開度來調節(jié),也可通過改變泵的轉速或沖程來調節(jié)。圖3-26是齒輪泵的回路調節(jié)自控流程,該流程原則上也適用于其它容積式泵的流量調節(jié)。圖3-26齒輪泵的流量調節(jié)(2)Positive-displacementPump

在制藥生產(chǎn)中,經(jīng)常需要使用真空泵從設備或管道內抽出氣體,以使其中的絕對壓強低于大氣壓。常用的真空泵可分為機械泵和噴射泵兩大類,水環(huán)泵和活塞泵均為常見的機械泵,水噴射泵和蒸汽噴射泵均為常見的噴射泵。真空泵的被控變量一般為真空度,改變吸入管路或吸入支管閥門的開度均可調節(jié)系統(tǒng)的真空度,其自控流程如圖3-27和3-28所示。

(3)VacuumPump

圖3-27改變吸入管路閥

圖3-28改變吸入支管閥門門開度控制真空度開度控制真空度(3)VacuumPump

壓縮機的控制方案與泵的有很多相似之處，被控變量一般也是流量或壓力。改變進口閥門的開度或回旁閥門的開度或壓縮機的轉速均可調節(jié)壓縮機的流量。

改變進口閥門開度來調節(jié)流量的自控流程如圖所示。圖3-29改變進口閥門開度調節(jié)流量

(4)Compressor

由于氣體的可壓縮性，該方案對于往復式壓縮機也是適用的。但當進口閥門開度較小時，會在壓縮機進口處產(chǎn)生負壓，這就意味著，吸入同樣體積的氣體，其質量流量減少了。當負壓較為嚴重時，壓縮機的效率將顯著下降。(4)Compressor

離心式壓縮機當負荷(流量)減小至一定程度時,工作點將進入不穩(wěn)定區(qū),并產(chǎn)生一種危害極大的“喘振”現(xiàn)象。此時壓縮機及所連接的管網(wǎng)系統(tǒng)和設備會發(fā)生強烈震動,并產(chǎn)生噪聲,甚至使壓縮機遭到損壞。為確保離心壓縮機能正常穩(wěn)定地工作,對于單級葉輪壓縮機,其工作流量一般不小于額定流量的50%;對多級葉輪的高壓壓縮機,其工作流量一般不小于額定流量的75~80%。為避免在進口處產(chǎn)生嚴重負壓或使離心壓縮機的負荷低于規(guī)定值,可采用分程控制流程。(4)Compressor

該流程在壓縮機的進出口管路間設置一條回路，進口閥門只能關小至一定開度,若需要繼續(xù)減少流量,可打開回路閥門,以避免在壓縮機進口處產(chǎn)生嚴重的負壓或使負荷低于規(guī)定值。圖3-30壓縮機流量的分程控制流程

(4)Compressor

壓縮機的流量調節(jié)也可采用圖3-25中的控制方案,即通過改變回路閥門的開度來調節(jié)流量。此外,通過改變壓縮機的轉速來調節(jié)流量的方案也較為常用,該方案的效率最高,節(jié)能效果最好,缺點是調速機構比較復雜。圖3-25改變回路閥門開度調節(jié)流量

(4)Compressor

2.TubeTypeHeatExchanger

(1)流體無相變

(3)兩側流體均有相變

(2)一側流體有相變

2.TubeTypeHeatExchanger

若被控流體為工藝流體，其流量不能改變，則可設置相應的旁路，如圖3-33和3-34所示。利用三通閥來調節(jié)進入換熱器的載熱體流量與旁路流量的比例，不僅可改變進入換熱器的載熱體流量，而且可使載熱體的總流量保持不變。

(1)NoPhasetransition

圖3-33冷流體流量的旁路調節(jié)3-34熱流體流量的旁路調節(jié)若用蒸汽來加熱工藝流體,則可用調節(jié)蒸汽壓力的方法來改變其冷凝溫度,從而使傳熱溫差發(fā)生改變,以達到控制被加熱工藝流體溫度的目的,其自控流程如圖所示。圖3-35調節(jié)蒸汽壓力控制工藝流體溫度(2)PhaseTransitioninfluidoneside

此外，通過調節(jié)換熱器中的冷凝水量，使蒸汽冷凝面積發(fā)生改變，也可達到控制被加熱工藝流體溫度的目的，其自控流程如圖所示。

圖3-36調節(jié)冷凝面積控制工藝流體溫度(2)PhaseTransitioninfluidoneside

間壁兩側流體均有相變時換熱器的控制方案與一側流體有相變時的換熱器的控制方案相似。例如，對于用蒸汽加熱的再沸器、蒸發(fā)器等，其被控變量一般為被加熱流體的汽化速度。采用調節(jié)蒸汽壓力或傳熱面積的方法，均可達到控制被加熱流體汽化速度的目的。

(3)PhaseTransitioninbothoffluids

制藥生產(chǎn)中所用的塔設備種類很多，如精餾塔、吸收塔、吸附塔等。塔設備的被控變量很多，如溫度、壓力或真空度、流量、液位等。因此，塔設備的控制過程復雜，控制方案繁多?，F(xiàn)以精餾塔為例，介紹塔設備的自控流程。(1)壓力控制

(2)溫度控制

(3)流量控制(4)液位控制

3.Tower

3.Towerequipment

3.Tower

板波紋規(guī)整填料

3.Tower—packing

絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料

3.Tower—packing

板波紋規(guī)整填料

3.Tower—Liquiddistributor

對壓力穩(wěn)定無特殊要求的常壓精餾塔，一般無需設置壓力控制系統(tǒng)。根據(jù)需要，可在冷凝器或回流罐上設置一根與大氣相通的壓力平衡管，以保持塔內壓力接近于大氣壓力。

(1)PressureControl—PressureDistillationTower改變不凝性氣體抽吸量是控制減壓精餾塔真空度的常用方案，其自控流程如圖3-37所示。

圖3-37改變不凝性氣體抽吸量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower此外，也可在真空泵吸入管路上設置一吸入支管，改變吸入支管的閥門開度可調節(jié)吸入的空氣或惰性氣體量，達到控制全塔真空度的目的。圖3-38旁路吸入空氣或惰性氣體控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

加壓塔的壓力控制不僅影響操作條件和產(chǎn)品質量,而且與生產(chǎn)安全密切相關。根據(jù)塔頂汽相中所含不凝性氣體量的多少,可采取不同的控制方案。

(1)PressureControl—PressureDistillationTower當塔頂汽相中不含或僅含微量不凝性氣體時,可通過調節(jié)冷卻劑流量的辦法來控制全塔的操作壓力,其自控流程如圖所示。該方案投資較少,并可減少冷卻劑的用量。

圖3-39調節(jié)冷卻介質流量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

當塔頂汽相中含有少量(低于塔頂汽相總量的2%)的不凝性氣體時,可采用分程控制方案。即先用調節(jié)冷卻劑流量的辦法來控制塔壓,當調節(jié)閥全開仍不能使塔壓降至規(guī)定的操作壓力時,可打開放空閥,以控制全塔的操作壓力。

圖3-40塔壓的分程控制方案

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

當塔頂汽相中含有較多的不凝性氣體時,可采用右圖中的控制方案。該方案是通過改變不凝性氣體排放量的辦法，達到控制全塔操作壓力的目的。

圖3-41改變氣相排放量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower改變塔頂冷凝液的回流量是控制塔頂溫度的常用方法。再沸器的溫度一般可通過調節(jié)加熱劑的流量來控制。塔頂溫度和再沸器溫度的自控流程如圖所示。

圖3-42精餾塔的溫度控制

(2)ControlofTemperature精餾塔的進料量、回流量、塔頂出料量、塔釜出料量等流量參數(shù)對精餾塔的穩(wěn)定操作有重要的影響。精餾塔的進料量、回流量的自控流程如圖所示。圖3-43精餾塔的流量控制

(3)ControlofFlow精餾操作,塔釜、回流罐、進料貯罐、成品貯罐等的液位均應設置相應的檢測和控制系統(tǒng),其中塔釜、回流罐的液位自控流程如圖所示。圖3-44精餾塔的液