化工設計-第二章-1-2013

第二章工藝流程設計Chart2Processflowdesign工藝流程設計的重要性：

工藝流程設計是化工工藝設計的核心。

工藝流程設計和車間布置設計決定整個裝置的基本面貌；

工藝流程設計與設備的設計選型與布置，工藝計算和管路設計密切相關。工藝流程設計的過程：

工藝流程設計開始于可行性研究，完善于初步設計、擴大初步設計和施工圖設計各個階段。

工藝流程設計貫穿于整個設計過程中，是由淺入深、由定性而定量逐步分階段地進行的。工藝流程設計：通過工藝流程圖的形式，形象的反應了化工生產從原料進入到產品輸出過程包括物料和能量的變化，物料的流向以及生產中所經歷的工藝過程和使用的設備儀表工藝流程圖概括了整個生產過程的全貌2.1生產方法和工藝流程的選擇2.2工藝流程設計2.3工藝流程圖2.4典型設備的自控方案2.5工藝流程圖計算機繪制軟件重點：原料路線的選擇；工藝流程選擇及設計；工藝流程圖的類型。

難點：典型設備的自控方案。

在化工產品成本中，原料費用一般占有相當高的比例（如60％～70％），不同原料自然會有不同的工藝路線，同一原料也會有好幾種工藝路線，它們的技術經濟指標也不相同。因此必須通過對比，得出最佳方案。補充：原料路線的選擇原料來源的可靠性化工生產過程大部分是連續(xù)生產，進行正常生產的基本條件是原料的穩(wěn)定供應。在選擇原料時，必須考慮資源的儲藏量是否豐富，開采和運輸條件如何如果所用的原料是其它企業(yè)的產品時，則應考慮該企業(yè)的發(fā)展前景，它是否能保證本企業(yè)的需要原料路線的選擇原則是什么？盡可能選擇當地或附近的原料既可確保來源，又能減少運輸費用和貨運量。經濟性經濟性是指采用不同的原料路線所造成的經濟效果，而不能只看原料本身價格的高低。在選擇原料時，必須考慮該種原料是否符合技術要求。所選擇的原料路線最好是沒有副產物或副產物較少的。

資源利用的合理性從整體利益出發(fā)，根據國家的資源政策合理利用資源也要努力開拓低品位礦產資源合理利用的方法。

當幾種原料在原則上都符合以上要求時，以選擇投資少、成本較低，而勞動生產率較高的原料為宜。

舉例：煤、石油和天然氣是化學工業(yè)特別是有機化學工業(yè)的基礎礦產資源。上世紀三、四十年代以后，化工生產逐漸由以煤為基礎轉為以石油為基礎。知道為什么嗎？

答案：就是由于石油是液態(tài)原料，開采和運輸都比較方便和經濟，從性質上說含氫量較高，更宜于用來生產有機化工原料，使生產經濟性明顯地優(yōu)于原來的煤化工生產。技術可行性經濟合理性供需可能性工藝路線—通常指生產方法。

可以用不同原料、不同生產方法，不同工藝流程生產同一產品。

化工設計中遇到的大多數是已有工藝路線的工藝流程設計。工藝技術路線選擇

在各種可能的工藝技術路線中，經過比較確定一條效果最好的工藝技術路線為擬建項目采用。

此項工作是項目可行性研究工作的核心。

2.1工藝路線的確定一、確定工藝路線應考慮的因素

技術可行性——實驗室研究項目的工程化

經濟合理性——經濟效益、社會效益和環(huán)境效益

原料的純度及來源——如礦石的品位等

公用工程中的水源及電力供應——缺水地區(qū)

環(huán)境保護——三廢的產生和處理

安全生產——從設備上、技術上、管理上保障安全

符合國家相關政策法規(guī)

以上各項一票否決，必須對各項仔細審查，以免造成重大損失。二、工藝路線選擇的原則1.先進性指技術上先進和經濟上合理可行，具體包括基建投資、產品成本、消耗定額和勞動生產率等方面的內容，應選擇物料損耗小、循環(huán)量少，能耗少和回收利用好的生產方法。2.可靠性

指所選擇的生產方法和工藝流程是否成熟可靠。對于尚在試驗階段的新技術、新工藝、新設備應慎重對待?？煽啃允枪に嚰夹g路線選擇的首要原則。在選擇工藝技術路線時，應考慮獲得此生產方法的技術資料是否有困難、特殊設備的設計和加工制造是否可能，以及該種生產方法是否成熟等，決不能把沒有通過嚴格的科學鑒定的試驗性工藝技術應用到生產性企業(yè)中。如何判斷工藝技術路線的可靠性？主要從流程是否通暢、生產是否安全，工藝是否穩(wěn)定，消耗定額、生產能力、產品質量和三廢排放能否穩(wěn)定可靠地達到預定指標來判斷。如何開展可靠性的評價？

在可行性研究中，可以通過對已投產的同類項目進行現場考察，并搜集較長時間的實際生產數據來進行判斷，不可只憑文獻報道的資料、數據或口說無憑的介紹來決定。第一節(jié)生產方法和工藝流程的選擇

3.合理性結合國情——中國是發(fā)展中國家在工廠設計時不僅要從技術觀點考慮，也應結合中國具體國情：(1)中國人的消費水平及各種化工產品的消費趨勢；(2)中國化工機械設備及電氣儀表的制造能力；(3)中國化工生產所用的原材料設備所用金屬材料供應情況；(4)中國環(huán)境保護的有關規(guī)定和三廢排放情況；(5)勞動就業(yè)與化工生產自動化關系；(6)資金籌措與外匯貯備情況。在生產方法和工藝流程論證中需全面衡量，綜合考慮三項原則。技術上先進、經濟上合理三、工藝路線確定的步驟1.搜集資料，調查研究搜集國內外同類生產廠的相關資料：

工藝路線的特點、投資情況、生產運營情況；

設備制造的難易程度及維修保養(yǎng)要求；

原材料和公用工程單耗、產品質量、三廢治理；

安全和勞動保護措施等。2.原料路線的選擇

根據當地資源情況，原料的運輸情況，不同原料引發(fā)出來的反應條件、轉化率；不同原料主、副反應的產品是否滿足需要等決定原料路線。①幾種工藝路線在國內外的采用情況及發(fā)展趨勢；②產品的質量指標及產品規(guī)格情況；③生產能力及產品規(guī)格；④原材料、能量消耗情況；⑤建設費用及產品成本；⑥三廢的產生及治理情況；⑦安全生產與勞動保護措施；⑧其他特殊情況。

3.落實設備

4.全面對比確定工藝流程和生產方法工藝流程設計——在確定原料路線和工藝路線基礎上，使操作過程和選用設備型式具體化的過程。工藝流程設計成果——工藝流程設計圖。2.2工藝流程設計工藝流程——也稱加工流程或生產過程，是按原材料投入到成品生產順序，連續(xù)地通過設備或管道進行的加工過程。一、工藝流程設計的任務

確定生產流程中各生產過程的具體內容、順序和組合方式——由原料制成產品；

繪制各設計階段的工藝流程圖——圖解的形式表示生產過程。工藝流程設計應解決的問題：(1)確定整個流程的組成；(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)合理利用原料及能量；(6)制定三廢的治理方法。(7)制定安全生產措施。二、工藝流程設計方法——從工藝角度進行流程設計

一般工藝流程部分為四個重要部分，即：原料預處理、反應過程、產物的后處理(分離純化)、三廢處理。原料原料貯存

進料預處理反應產品分離產品精制貯存包裝產品

工藝流程設計須以反應過程為中心。①反應器類型及操作方式(連續(xù)、間歇)——反應的動力學特性、物料特性、工藝條件②能量供給、移出方式——反應器結構設計和輔助設施。③催化反應——催化反應方式和催化劑的選擇。確定主反應裝置，可參考文獻、資料、中試結果或已工業(yè)化裝置。(2)原料預處理過程主反應對原料提出要求：如純度、溫度、壓力以及加料方式等。(1)確定主反應裝置(3)產物后處理

副反應的發(fā)生——乙烯裂解反應物

受反應時間或化學平衡限制，產物中存在過剩組分——如合成 NH3、尿素過程中，過量H2、NH3

有害雜質凈化——合成氣的脫硫、脫碳

產物中有復雜的聚集狀態(tài)，也增加了后處理過程。預熱(冷)汽化干燥粉碎篩分提純精制混合配制壓縮等根據原料性質、處理方法不同可選不同的裝置及輸送方式。如連續(xù)催化重整裝置的原料預處理過程：泵送、換熱、加熱爐加熱、預加氫、預脫砷和預分餾等。

(4)三廢處理三廢：廢氣、廢液、廢渣

所含有害物質在排放前應該達到排放標準——相關政策法規(guī)!

盡量綜合利用，變廢為寶；

污染問題不解決，不允許投產。(5)其他相關措施及設計

確定公用工程的配套措施——動力電、水、蒸汽、壓縮空氣、冷凍、電熱、氮氣等。

確定操作條件和控制方案——控制方案和控制儀表。

制定安全生產措施——對開車、停車、長期運轉及檢修中，可能存在的不安全因素進行分析，制訂切實可靠的安全措施。

保溫、防腐的設計——對需要保溫、防腐的設備進行設計。三、工藝流程設計的基本方法—

方案比較基本前提原始信息不變溫度壓力流量流速判斷依據產品收率原材料單耗能量單耗產品成本工程投資環(huán)保、安全、占地面積等硝化分層混酸氯苯廢酸層出售硝基物層送精制硫酸未反應硝酸硝基氯苯硝化分層混酸廢酸層出售硝基物層送精制萃取分層氯苯混合料萃取廢酸層圖1.硝化-分層方案圖2.硝化-分層-萃取方案已知混酸組成：HNO3為47%，H2SO4為49%，H2O為4%。氯苯與混酸中的HNO3的摩爾分數為1:1.1。硝化溫度為80℃，硝化時間為3h，硝化廢酸中含硝酸＜1.6%，含混合硝基氯苯為獲得混合硝基氯苯量的1%。實例比較：用混酸硝化氯苯，制備混合硝基氯苯。2.3工藝流程圖一、流程圖的分類和用途1.方框流程圖（blockflowsheet）

根據選定工藝路線，對工藝流程進行概念性設計時完成的流程圖，不編入設計文件，多用于項目建議書、可行性研究報告等。

一般用方框、文字表示一個單元，用箭頭表示物流方向，表示化學加工過程的輪廓。

工藝流程圖——把各個生產單元按照一定的目的要求，有機地組合在一起，形成一個完整的生產工藝過程，并用圖形描繪出來。

不同設計階段流程圖的內容、重點和深度也有所不同。

定性標出由原料轉化成產品的變化、流向以及所采用的各種化工單元及設備，供設計開始時工藝方案討論。2.工藝流程草圖（simplifiedflowsheet）

設計初始階段用來表達整個工廠或車間生產流程的圖樣，不編入設計文件。圖2-1脫硫系統工藝方案流程圖1一羅茨鼓風機；2一脫硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵；5一空氣鼓風機；6一再生塔；7一除塵塔①物料流程：全部物料和一部分動力的流程管線，其流向用箭頭表示，并加以必要的文字說明（如原料自貯糟來，廢水去下水道等）。②圖例：圖例中只須標出管線圖例。閥門、儀表等無須標出。其位置一般在圖紙的右上方。③設備一覽表：設備一覽表的作用一般是表示出工藝流程圖中所有設備的名稱、數量、規(guī)格和材料等，其位置一般在圖紙的右下方、圖簽的上部，由下往上寫。3.工藝物料流程圖（processflowsheet）

完成物料衡算和熱量衡算后，以圖形與表格的形式反映物料衡算和熱量衡算的結果，即繪制工藝物料流程圖

工藝物料流程圖列入初步設計階段的設計文件，為設計審查提供資料。也作為生產操作和技術改造的參考資料——設計檔案資料。工藝物料流程圖中：

采用常用圖例表示出主要工藝設備及部分關鍵的輔助設備；用箭頭表示物流方向，標注工藝設備位號和名稱；

用表格表示出各物流的T、p、Vs、組成；在有熱量變化的設備旁，標出熱量計算值。

物料表包括物料名稱、質量流量、質量分數、摩爾流量和摩爾分率。有時還列出物料的某些參數如溫度、壓力、密度等。?完成設備設計計算，確定控制方案，即可繪制初步設計階段帶控制點 工藝流程圖。并作為設計成果編入初步設計階段的設計文件中。在帶控制點的工藝流程圖中：(1)用圖例表示出全部工藝設備、工藝物料管道、輔助管道。(2)表示出工藝物料和輔助管道的流向及工藝物料管道上的閥門、異 徑管等管件，不畫法蘭、彎頭、三通等一般管件。(3)表示出工藝參數（溫度、壓力、流量、液位、物料組成、濃度 等）的測量點自動控制方案。4.帶控制點工藝流程圖（processandcontrolflowsheet）

帶控制點的工藝流程圖初步設計階段帶控制點工藝流程圖施工設計階段帶控制點工藝流程圖也稱管道及儀表流程圖(PID圖)

(4)標注全部設備的位號和名稱。(5)表示出全部管道的管道代號、管徑、材料、保溫等。5.管道儀表流程圖（pipingandinstrumentdiagram）—施工階段

工藝流程圖——PID圖，PI圖，?PID圖是以車間(裝置)或工段為主項進行繪制，原則上一個車間或 工段繪一張圖，如流程復雜可分成數張，但仍算一張圖，使用同 一圖號。?所有工藝流程圖不按精確比例繪制，一般設備(機器)圖例只取相對 比例。?設備——名稱、位號和參數；接管和連接形式；設備安裝標高；?配管——所有工藝、公用工程管線規(guī)格、取樣點位置。?儀表與儀表配管——包括調節(jié)閥、旁通閥、安全閥；儀表沖洗、 吹掃等。各種不同版本，對應不同的深度根據不同的情況減少版次化工工藝設計施工圖內容和深度統一規(guī)定HG/T20519-2009圖紙規(guī)格和圖幅：一般采用0號標準圖紙；也可用1號標準圖紙；但對于同一裝置只能用一種規(guī)格的圖紙31！線條和比例：線條寬度推薦值如表2-1所示31！文字和字母的標注：勻稱、工整，采用工程字；漢字高度；指數、分數、注腳尺寸的數字字體；31！、34！備注欄、詳圖和表格：流程圖的右側，一般為備注欄、詳圖和表格的區(qū)域；34！圖面布置：順流程從左至右排布，也順應管道連接走向；塔、反應器、儲罐、換熱器、加熱爐；泵、壓縮機、鼓風機、振動機械、離心機、運輸設備、稱量設備；沒有安裝高度的設備；有安裝高度的設備34！二、工藝流程圖繪制內容及表示方法——以PID圖為例1.PID圖的組成(1)設備圖形及管線、管件：將各設備按工藝流程順序，表示在同一平面上，配以連接的主輔管線及管件、閥門、儀表控制點符號等。(2)標注：設備位號、名稱，管道號、管徑及管道等級，管段編號，儀表控制點圖形符號、字母代號、儀表位號，必要尺寸、數據等。(3)圖例：對流程圖中所采用的代號、符號及其他標注的說明，有時還有設備位號的索引等。(4)標題欄：注寫圖名、圖號、設計項目、設計階段等。圖2-4圖2-52.設備的表示方法(1)設備的畫法

圖例：參照表2-2，按比例用細實線繪制。

相對位置：設備間高低和樓面高低相對位置，一般也按比例繪制。

相同系統(或設備)的處理：兩個或兩個以上相同的系統(或設備)，一般應全部畫出。(2)設備的標注

標注的內容：設備在圖上應標注位號及名稱。

標注的方式：設備位號、名稱一般標注在相應設備圖形上方或下方。T-

A設備位號線相同設備尾號設備順序號主項代號/工序編號設備分類35！P301A序號設備名稱代號序號設備名稱代號1塔T7火炬、煙囪S2泵P8換熱器E3壓縮機、鼓風機C9起重機L4反應器R10攪拌器M5容器(儲槽、儲罐)V11稱量設備W6工業(yè)爐F12其他設備X

常用設備代號(1)管道的畫法

3.管道的畫法及標注①一般應畫出所有工藝材料和輔助物料的管道。②主工藝物料管道用粗實線，輔助管線用中實線，儀表及信號傳輸管線用細實線或細虛線繪制。管道儀表流程圖管道和管件圖形符號HG/T20559.3-93具體畫法40！本流程圖與其他流程圖連接的物料管道來自不同圖號的圖紙上時，如圖所示?？蛑袑懨鬟B接圖的圖號【包括工序（主項）編號、文件類別號和文件順序號（或圖紙張?zhí)枺?，上方則注明物料來向或去向的設備位號或管段號。(2)管道的標注

一般橫向管道標注在管道上方，豎向管道（直管）標注在管道左邊。

分段注明流體代號、管道代號、管徑、管道等級及絕熱（隔聲）代號①管道代號

管道號：物料代號+主項代號+管道分段順序號（管段順序號）

主項代號——工段或工序代號，用一位或兩位數字表示。

管道順序號——按工藝流程順序用兩位數字01，02等編號。

物料代號一般以物料的英文名稱的首字母大寫表示。②管徑管徑一般標注公稱直徑，公制管以mm單位，只標數字，DN25，標注25；英制管以英寸為單位，需標注英寸符號，如1/2

、4

等。③管道等級為簡化管道及管件規(guī)格，使管道組成件標準化，將各種管道組成件按公稱壓力、管道材料等級和管道材質三個參數適當分級。如A1A：A—

公稱壓力等級代號1—管道材料等級順序號，九個不同系列的管道材料等級；A—

管道材質類別代號41！HG/T20519.6-2009A——G用于ASME標準壓力等級代號代號功能類型備注代號功能類型備注HCPDE保溫保冷人身防護防結露電伴熱采用保溫材料采用保冷材料采用保溫材料采用保冷材料采用電熱帶和保溫材料SWOJN蒸汽伴熱熱水伴熱熱油伴熱夾套伴熱隔聲采用蒸汽伴管和保溫材料采用熱水伴管和保溫材料采用熱油伴管和保溫材料采用夾套管和保溫材料采用隔聲材料④隔熱代號——管道的使用溫度范圍及隔熱隔音功能類型，以英文字母和數字或英文字母給以標注。絕熱及隔聲代號HG/T20519.2-20094.管件和閥門的圖形符號一般連接件，如法蘭、三通、彎頭、管接頭等，若無特殊需要不予畫出。豎管上的閥門在圖上的高低位置應大致符合實際高度。HG/T20519.2-200943-44！5.儀表控制點

在相應管道大致安裝位置標注儀表及控制點。

儀表控制點標注包括圖形符號、字母代號和儀表位號三部分。(1)圖形符號

儀表的圖形符號為直徑約10mm的細線圓；

執(zhí)行器的圖形符號由調節(jié)機構和執(zhí)行機構兩部分組合而成。(2)字母代號——表示被測變量和