化工工藝流程設(shè)計(jì).ppt

1、化工工藝流程設(shè)計(jì),化工工藝流程設(shè)計(jì),工藝流程設(shè)計(jì)的原則和任務(wù) 化工過(guò)程合成方法 反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì) 分離過(guò)程的設(shè)計(jì) 換熱過(guò)程的設(shè)計(jì) 工藝流程圖設(shè)計(jì)的種類(lèi) 工藝流程圖設(shè)計(jì)的繪制,工藝流程設(shè)計(jì)的原則,化工工藝技術(shù)路線(xiàn)：原料加工成為產(chǎn)品的方法，包括生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)方法、工藝設(shè)備和技術(shù)方案。 選擇的原則 可靠性 流程是否通暢、生產(chǎn)是否安全、工藝是否穩(wěn)定、消耗定額、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢排放是否達(dá)到預(yù)定指標(biāo) 適用性：和具體環(huán)境、資源和技術(shù)的接收能力相適應(yīng) 技術(shù)的合理性 技術(shù)的生命周期：投入期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期 所選技術(shù)應(yīng)處于成長(zhǎng)期 經(jīng)濟(jì)性,工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù),確定整個(gè)流程的組成 確定各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程或工序

2、的具體任務(wù) 確定每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程選用的設(shè)備及設(shè)備操作條件 確定控制方案及選用適合的控制儀表 確定三廢治理和綜合利用的方案 確定安全生產(chǎn)措施,化工過(guò)程合成方法,化工企業(yè)三個(gè)子系統(tǒng) 化學(xué)裝置(Chemical Plant) 換熱器網(wǎng)絡(luò)(Heat Exchanger Network) 公用工程(Utility System) 節(jié)能的關(guān)鍵在于提高各個(gè)子系統(tǒng)用能的合理性和各子系統(tǒng)間能量匹配的合理性。,過(guò)程開(kāi)發(fā)的三個(gè)層次,過(guò)程合成 （Process Synthesis） 過(guò)程集成 （Process Integration） 全局過(guò)程集成 （Total Site Integration）,化工過(guò)程合成方法,反應(yīng)

3、過(guò)程的設(shè)計(jì) 分離過(guò)程的設(shè)計(jì) 換熱過(guò)程的設(shè)計(jì),反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì),反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以正確認(rèn)識(shí)所研究的特定反應(yīng)體系的主要特征為基礎(chǔ)的 化學(xué)計(jì)量學(xué)研究反應(yīng)過(guò)程中存在哪些反應(yīng)以及各組分反應(yīng)量之間的關(guān)系； 化學(xué)熱力學(xué)研究反應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化和反應(yīng)體系的平衡性質(zhì)； 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究反應(yīng)物系的組成、溫度等因素對(duì)反應(yīng)速率的影響。 對(duì)于催化反應(yīng)過(guò)程尚需了解催化劑的物理和化學(xué)性能；為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，尚需了解各個(gè)單元過(guò)程設(shè)計(jì)都需要的共性數(shù)據(jù)。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì),首先確定過(guò)程性質(zhì)和輸入輸出條件 過(guò)程性質(zhì)是指過(guò)程為連續(xù)或間歇 輸入輸出條件： 輸入條件指裝置進(jìn)口的原料是否需經(jīng)過(guò)預(yù)處理， 輸出條件是指確定目的產(chǎn)品和流股數(shù)，由此確定

4、反應(yīng)器進(jìn)口有無(wú)循環(huán)物料。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)過(guò)程性質(zhì),過(guò)程性質(zhì)：連續(xù)或間歇 產(chǎn)量 大于4500噸/年的生產(chǎn)裝置常采用連續(xù)過(guò)程 小于4500噸/年的生產(chǎn)裝置則采用間歇過(guò)程 間歇過(guò)程簡(jiǎn)單和操作彈性大，設(shè)計(jì)時(shí)可以采用較不詳細(xì)或精確度較低的數(shù)據(jù)，所需開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)周期較短。 市場(chǎng)需求 有些產(chǎn)品的需求有很強(qiáng)的季節(jié)性 有些產(chǎn)品的生命周期很短 應(yīng)設(shè)計(jì)成通用性較強(qiáng)的間歇操作裝置，用同一套裝置生產(chǎn)多種產(chǎn)品。 操作上的特殊問(wèn)題 反應(yīng)速度極慢，以致間歇操作成為唯一可能的方案； 當(dāng)過(guò)程中有少量泥漿狀物料時(shí)，若處理成連續(xù)過(guò)程，會(huì)由于流速過(guò)低固體析出而堵塞管道或設(shè)備； 某些反應(yīng)過(guò)程非常容易結(jié)垢或結(jié)塊，需要頻繁地清理，這種情況宜采

5、用間歇式反應(yīng)器。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)輸入條件,當(dāng)原料中含有必須處理的雜質(zhì)時(shí)，就要面臨這樣的選擇：把原料直接送入系統(tǒng)還是先進(jìn)行原料的預(yù)處理 如果進(jìn)料雜質(zhì)對(duì)催化劑是一種毒物，應(yīng)先除去。 如果雜質(zhì)是參與反應(yīng)的物質(zhì)，在一般情況下應(yīng)先除去，否則不僅消耗原材料，而且使產(chǎn)品組分?jǐn)?shù)增多，分離過(guò)程更為復(fù)雜。 如果雜質(zhì)是不參與反應(yīng)的惰性物質(zhì)，則應(yīng)根據(jù)它與產(chǎn)品和原料分離的難易程度決定原料是否預(yù)先處理。 如果雜質(zhì)大量存在，即使與產(chǎn)品的分離較與原料的分離容易，但由于影響反應(yīng)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、熱平衡和增加系統(tǒng)阻力等問(wèn)題，還應(yīng)對(duì)各種影響作出粗略的估計(jì)后再作出決定。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)輸出條件,出口物料包括所有反應(yīng)的每一個(gè)產(chǎn)物、未轉(zhuǎn)化

6、的原料以及隨原料進(jìn)入系統(tǒng)的雜質(zhì)，反應(yīng)器出口組分可能有六個(gè)去向： 主產(chǎn)品 有價(jià)值的聯(lián)產(chǎn)品或副產(chǎn)品 價(jià)值較低的燃料 循環(huán) 排空 有害物質(zhì)去三廢處理 對(duì)于同一個(gè)去向的不同組分，應(yīng)研究有無(wú)必要把它們分離，要堅(jiān)決避免把各個(gè)組分先分離再合并的做法。,例題：乙烯和苯生成乙基苯,已知原料乙烯的組成為乙烯99.9，乙烷0.1；原料苯的組成為苯99.9，甲苯0.1。為了降低催化劑的失活速率和抑制副反應(yīng)，采用苯過(guò)量的方法。乙烯的轉(zhuǎn)化率為99100。在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生下列反應(yīng)： 乙烯 苯乙基苯 乙基苯 乙烯二乙基苯 二乙基苯 苯乙基苯 二乙基苯 乙烯三乙基苯 三乙基苯 苯乙基苯、二乙基苯。 乙苯、二乙苯甲苯、二甲苯、正丙

7、苯、異丙苯、雜環(huán)化合物 在各種副產(chǎn)物中，除雜環(huán)化合物在高溫下易聚合，其它副產(chǎn)物的生成反應(yīng)都為可逆反應(yīng)。,例題：乙烯和苯生成乙基苯,乙烯：數(shù)量很少，而且乙烯沸點(diǎn)很低，回收成本較大，因此作放空或排至燃料氣管網(wǎng)處理； 乙烷：為由原料乙烯夾帶至系統(tǒng)的惰性氣，與乙烯情況相同，放空或排至燃料氣管網(wǎng)； 乙基苯：主產(chǎn)品； 二乙基苯：數(shù)量不少，又是一個(gè)有用的產(chǎn)品，可以將其作為副產(chǎn)品，但需和低于其沸點(diǎn)的丙苯和高于其沸點(diǎn)的丁苯、三乙苯，雜環(huán)化合物等組分分離，將增加較多投資和操作費(fèi)用。因此除非市場(chǎng)有迫切需求，般將其返回反應(yīng)器； 苯、甲苯、丁苯、異丙苯、正丙苯：全部循環(huán)回反應(yīng)器，由于乙基苯的沸點(diǎn)介于這些副產(chǎn)品之間，因此

8、這些回收的原科和副產(chǎn)品要分離成高于和低于乙基苯沸點(diǎn)的兩個(gè)循環(huán)物料流； 三乙苯部分循環(huán)，部分隨雜環(huán)化合物排出作為低值產(chǎn)副品。 雜環(huán)化合物：低值副產(chǎn)品。,例題：乙烯和苯生成乙基苯,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)反應(yīng)器選型,反應(yīng)器類(lèi)型 形狀：管式、釜式、塔式 換熱方式：等溫、絕熱、非等溫非絕熱 反應(yīng)物系的相態(tài)：均相、非均相（氣固、氣液、氣液固） 不同型式的反應(yīng)器具有不同的傳遞過(guò)程特征，即不同的流體返混程度和傳熱傳質(zhì)特性。 根據(jù)反應(yīng)過(guò)程需要怎樣的傳遞特征進(jìn)行反應(yīng)器的選型。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)反應(yīng)器選型,反應(yīng)器選型的方法 形態(tài)分析法：對(duì)一個(gè)問(wèn)題的各個(gè)部分的所有可能方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，用邏輯結(jié)構(gòu)代替隨機(jī)的想法，從而篩選出最佳

9、方案。 過(guò)程分為二步 分支：找出所有可供選擇的方案。 收斂：根據(jù)若干判據(jù)對(duì)各個(gè)供選擇的方案進(jìn)行淘汰。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)反應(yīng)器選型,解決某個(gè)問(wèn)題有8個(gè)可能的方案和三個(gè)判據(jù)：A、B和C。 當(dāng)用A作為判據(jù)時(shí)，淘汰了方案2、5和7；再用判據(jù)B，淘汰了方案1和8，此時(shí)尚剩下方案3、4、6個(gè)，最后用判據(jù)C，淘汰了方案3和6，剩下方案4是唯一保留的方案。,反應(yīng)過(guò)程的設(shè)計(jì)反應(yīng)器選型,反應(yīng)器選型判據(jù)： 反應(yīng)類(lèi)型（即反應(yīng)介質(zhì)的相態(tài)，此為最簡(jiǎn)單、首先使用的判據(jù)） 催化劑失活速度 由反應(yīng)的濃度效應(yīng)決定的混合要求 由反應(yīng)的熱負(fù)荷和溫度效應(yīng)決定熱量傳遞和溫度控制要求 相際傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的相對(duì)速度,分離過(guò)程的設(shè)計(jì),物質(zhì)的混合

10、是一個(gè)不可逆過(guò)程，能夠自發(fā)地完成；其逆過(guò)程分離必然要消耗一定的能量才能進(jìn)行。 分離過(guò)程設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量和回收率的前提下減少能量的消耗。 分離過(guò)程的類(lèi)型 第一類(lèi)是以能量為分離劑，例如精餾、蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥、閃蒸等。 第二類(lèi)是以物質(zhì)為分離劑，例如解吸、吸收、萃取、吸附，浸取，離子交換等。 第三類(lèi)是利用物質(zhì)的密度、粒度、表面等性質(zhì)不同而進(jìn)行的機(jī)械分離過(guò)程，例如沉降，離心分離，旋風(fēng)分離，過(guò)濾，浮選等過(guò)程。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,探試規(guī)則：根據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和研究對(duì)象的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行半定量分析所得的結(jié)論。 根據(jù)探試規(guī)則得出的結(jié)論不一定是最佳方案，但是它能大幅度減少可能的方案數(shù)，從而提高設(shè)計(jì)

11、速度。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,幾個(gè)名詞定義： 分配系數(shù)：在平衡狀態(tài)下某組分在輕相與重相中分子分?jǐn)?shù)的比例。對(duì)于精餾，即為該組分的汽液平衡常數(shù)K。 分離因子：兩個(gè)組分分配系數(shù)的比例，對(duì)于精餾，即為該兩個(gè)組分的相對(duì)揮發(fā)度。 質(zhì)量分離劑和能量分離劑 加到分離單元，對(duì)分離作出貢獻(xiàn)的組分，例如萃取或萃取精餾過(guò)程的溶劑，吸收過(guò)程的吸收劑。 為提供分離單元所需要的氣液相流率而加入的能量，如精餾塔的再沸器和冷凝器使用的熱劑和冷劑 次序表：進(jìn)料各組分按照分配系數(shù)遞減的次序的排列表 關(guān)鍵組分：決定分離要求的兩個(gè)組分，其中分配系數(shù)大者稱(chēng)為輕關(guān)鍵組分，小者稱(chēng)為重關(guān)鍵組分。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,選擇分離

12、方法的探試規(guī)則 選擇具有大的分離因子的分離過(guò)程 具有較大分離因子的過(guò)程需要比較少的平衡級(jí)和分離劑，因而分離費(fèi)用較少,可以根據(jù)混合物各組分分子性質(zhì)的差異程度來(lái)選擇可能有較大的分離因子的分離過(guò)程。例如，若各組分的偶極矩或極性存在顯著差異，采用以極性溶液為溶劑的萃取精餾可能是合適的。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,盡量避免極端的過(guò)程條件 如果一個(gè)分離過(guò)程需要極端的溫度或壓力，耐腐蝕的設(shè)備材料，或者高電場(chǎng)等條件，則可能使分離過(guò)程的費(fèi)用高昂。 當(dāng)分離過(guò)程需要多個(gè)分離級(jí)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇平衡分離過(guò)程而不選擇速度控制過(guò)程。 速度控制過(guò)程例如電滲析、氣體擴(kuò)散過(guò)程，需要在每個(gè)分離級(jí)加入能量；而精餾、吸收、蘋(píng)取等為平

13、衡分離過(guò)程，分離劑在每一級(jí)重復(fù)使用，只需一次加入能量。 分離因子相同時(shí)，選擇能量分離劑而不選擇質(zhì)量分離劑。 當(dāng)用質(zhì)量分離劑時(shí)，它必須和產(chǎn)品再分離，因而需要增加另一個(gè)相繼的分離器，這樣便增加了分離過(guò)程的費(fèi)用。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,應(yīng)首先考慮采用精餾，只有在精餾方案被否定后才考慮其他分離方案，因?yàn)榫s具有下列幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 精餾是一個(gè)使用能量分離劑的平衡分離過(guò)程； 系統(tǒng)內(nèi)不含有固體物料，操作方便； 有成熟的理論和實(shí)踐； 沒(méi)有產(chǎn)品數(shù)量的限制，從很小到很大的規(guī)模都能采用； 常常只需要能位等級(jí)很低的分離劑。 排除精餾方案的充分理由是分離因子小1.05,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離方法的選擇,例：有鄰、間、對(duì)

14、二甲苯混合物欲分離成純物質(zhì)，試根據(jù)其分子性質(zhì)選擇分離方法。 解：各種分子性質(zhì)除了分子形狀外，鄰、間、對(duì)二甲苯的其他各種性質(zhì)都差別不大，因此可以預(yù)計(jì)精餾、萃取，吸收等過(guò)程都不能有效地將該混合物分離成純化合物。 各異構(gòu)體分子形狀之間的差別隨著溫度降低成為固體后更為顯著，故建議采用冷凍結(jié)晶分離。 另：各異構(gòu)體的分子體積，偶極矩和極性也有細(xì)小的差別，如果有適當(dāng)?shù)耐獠课镔|(zhì)能使這些異構(gòu)體的反應(yīng)活性有顯著差別，或者有對(duì)異構(gòu)體有較高吸附選擇性的吸附劑，則也可以考慮采取化學(xué)反應(yīng)分離或者吸附分離。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離序列的確定,探試合成法 探試規(guī)則是根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行半定量分析所得的結(jié)論，

15、利用探試法能迅速得出一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)較優(yōu)方案。但由于探試法是基于分離過(guò)程的共性規(guī)律，難免失誤。 調(diào)優(yōu)合成法 以某個(gè)初始的流程為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行一系列修正而合成接近最優(yōu)系統(tǒng)的方法。 最優(yōu)化算法合成法 合成分離序列的問(wèn)題可以定義為：對(duì)一已知進(jìn)料，用某種方法合成一個(gè)分離序列，使該分離序列能以最小的費(fèi)用將進(jìn)料分離成指定規(guī)格要求的產(chǎn)品 該問(wèn)題是個(gè)非線(xiàn)性混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，可用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，分枝界限法等求解。,分離過(guò)程的設(shè)計(jì)分離序列的確定,分離序列合成的探試規(guī)則 應(yīng)把關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度最接近于1的最困難分離放在最后，即在所有其他組分都除去后再進(jìn)行分離。 根據(jù)汽液平衡常數(shù)的大小進(jìn)行排列，把輕組分逐個(gè)脫除，即采取順

16、序流程。 應(yīng)首先把混合物分成分子數(shù)接近的兩股流。 對(duì)于回收率要求高的分離應(yīng)放在最后。 對(duì)于容易造成系統(tǒng)腐蝕或聚合結(jié)焦的組分應(yīng)首先除去，以降低后續(xù)設(shè)備的材質(zhì)要求或穩(wěn)定操作。 對(duì)于各組分沸點(diǎn)相差很遠(yuǎn)的混合物，如果有的組分需在冷凍的條件下進(jìn)行分離，應(yīng)使進(jìn)入冷凍系統(tǒng)或冷凍等級(jí)更高的系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)盡量減少。,換熱過(guò)程的設(shè)計(jì),問(wèn)題的提出 一個(gè)化工系統(tǒng)，具有NH股物流需要冷卻（這些物流稱(chēng)為熱流），NC股物流需要加熱（這些物流稱(chēng)為冷流）?，F(xiàn)需合成一個(gè)由熱交換器、輔助加熱器和輔助冷卻器構(gòu)成的換熱器網(wǎng)絡(luò)，使各股物流達(dá)到規(guī)定的溫度，而總費(fèi)用最小。,熱力學(xué)方法 夾點(diǎn)分析PDM (Pinch Design Method)

17、 數(shù)學(xué)規(guī)劃法 人工智能專(zhuān)家系統(tǒng),窄點(diǎn) 挾點(diǎn),換熱過(guò)程的設(shè)計(jì),夾點(diǎn)分析PDM,最小傳熱溫差 夾點(diǎn)技術(shù)的核心是以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合優(yōu)化計(jì)算，充分利用換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程之間的聯(lián)系，引入夾點(diǎn)允許最小傳熱溫差這一重要的決策變量。 根據(jù)能量目標(biāo)構(gòu)造一個(gè)具有最大能量回收特性的換熱初始網(wǎng)絡(luò)，其基本點(diǎn)是找出夾點(diǎn)位置，禁止通過(guò)夾點(diǎn)傳遞熱量 再以設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用最小為目標(biāo)，對(duì)初始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，從而獲得一個(gè)最優(yōu)或接近最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)。 夾點(diǎn)的出現(xiàn)限制了冷熱物流間的進(jìn)一步熱量交換，同時(shí)，夾點(diǎn)也將換熱網(wǎng)絡(luò)分成兩部分，夾點(diǎn)之上和夾點(diǎn)之下。 夾點(diǎn)之上只能引入熱公用工程 夾點(diǎn)之下只能引入冷公用工程,最優(yōu)溫度差,在設(shè)計(jì)過(guò)程中

18、，我們常 常規(guī)定一個(gè)最小溫度差Tmin， 來(lái)決定兩個(gè)物流是否能進(jìn)行 換熱。 Tmin 換熱面積趨于零，公用工程最大 Tmin 0 換熱面積最大，公用工程需求最小，當(dāng)溫差下降一定溫度時(shí)，冷熱物流完全換熱，需要公用工程提供換熱的冷量或熱量，此溫度稱(chēng)為閾值溫度。 Tmin取值是針對(duì)投資和公用工程統(tǒng)一優(yōu)化的結(jié)果。 工藝物流的熱集成換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化,推薦的換熱溫差,(King C. J., Separation Processes. 2nd ed.),能源與設(shè)備投資的比價(jià),在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各種方案最直接體現(xiàn)的是能源利用量和設(shè)備投資的不同。在不同時(shí)代，能源與設(shè)備投資的比價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件也發(fā)生了重大變化。

19、 能源與設(shè)備的比價(jià)上升了21倍之多 能源價(jià)格驟升，能量消耗在經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)中的比重越來(lái)越大，促使人們將更多的目光投向了節(jié)省能量的過(guò)程開(kāi)發(fā)方法上。,挾點(diǎn)和最小公用工程用量問(wèn)題表格法,根據(jù)Tmin調(diào)整起始溫度和目標(biāo)溫度，建立溫度區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)必須使冷熱物流溫差大于或等于Tmin 保持冷物流不變，熱物流溫度減去Tmin; 保持熱物流不變，冷物流溫度加上Tmin; 熱物流溫度減去Tmin /2,冷物流溫度加上Tmin/2。 由各個(gè)冷熱物流的起始溫度和目標(biāo)溫度構(gòu)成的每一溫度區(qū)間稱(chēng)作子網(wǎng)絡(luò)。將冷熱物流分別標(biāo)繪在各溫度線(xiàn)上。標(biāo)繪時(shí)注意，在同一水平位置的冷熱物流間剛好差Tmin；,問(wèn)題表格法（溫度區(qū)間法）,從

20、上到下，對(duì)每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行熱量衡算：,問(wèn)題表格法（溫度區(qū)間法）,設(shè)第一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的輸入熱量為零，將各子網(wǎng)絡(luò)的熱量衡算結(jié)果標(biāo)注在表格內(nèi)； 由于熱只能由高溫位向低溫位傳遞，所以熱力學(xué)上Ik+1=Ok必須大于零； 選取其中為負(fù)值的Ik或Ok絕對(duì)值最大者，將其絕對(duì)值設(shè)為第一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的輸入熱量重新進(jìn)行熱量衡算； 熱流量為零的地方即為系統(tǒng)夾點(diǎn)。,問(wèn)題表格法,一過(guò)程系統(tǒng)含有2個(gè)熱流和2個(gè)冷流，給定的數(shù)據(jù)列于下表，試確定Tmin為20時(shí)的系統(tǒng)夾點(diǎn)位置。,問(wèn)題表格法,溫度區(qū)間： 熱流：（1）130、40（2）70、40 冷流：（1）20、125（2）25、100 共計(jì)7個(gè)溫度：130、125、100、70、40、2

21、5、20,40,52.5,-67.5,-55,52.5,135,-55,27.5,135,0,27.5,-107.5,0,105,-107.5,-2.5,105,117.5,-2.5,10,117.5,107.5,10,0,-107.5,子網(wǎng)絡(luò)3和4之間的熱流量為零，該處即為夾點(diǎn)，夾點(diǎn)處熱流溫度為90，冷流為70，夾點(diǎn)溫度可以用(90+70)/2=80表示 第一個(gè)輸入熱量即為最小公用工程加熱負(fù)荷QH,min=107.5kW 最后一個(gè)輸出熱量即為最小公用工程冷卻負(fù)荷QC,min=40kW 最大的回收熱量為：180+240-40=380kW=262.5+225-107.5,70,82.5,-67.

22、5,-55,82.5,165,-55,27.5,165,30,27.5,-107.5,30,135,-107.5,-2.5,135,147.5,-2.5,10,147.5,137.5,10,0,-107.5,夾點(diǎn)以上輸入30kW冷量，造成熱公用工程了冷公用工程都增加30kW熱量。,熱和功的集成熱泵,熱泵是一種把熱量從低溫端送向高溫端的系統(tǒng)，是一種節(jié)能設(shè)備。它消耗一部分高質(zhì)量的能量，通過(guò)熱力循環(huán)，把自然環(huán)境或生產(chǎn)排放出的余熱加以挖掘進(jìn)行利用。,熱泵的效率,熱泵的操作費(fèi)用取決于驅(qū)動(dòng)壓縮的機(jī)械能或者電能的費(fèi)用，熱泵的經(jīng)濟(jì)性能是已消耗單位功量Ws所取得的供熱量來(lái)衡量的，稱(chēng)為制熱系數(shù)。對(duì)于可逆熱泵（逆卡

23、諾循環(huán)）的制熱系數(shù)為： 由于實(shí)際過(guò)程中，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)總是有一定的機(jī)械能效率、工質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中摩擦起熱及漏熱造成實(shí)際熱泵制熱系數(shù)要小于可逆熱泵的制熱系數(shù)，能效系數(shù)COP值。,熱泵的效率,例 某空調(diào)器低溫制熱量為5230W，低溫制熱輸入功率為2235W， 則其COP值為5230/2235=2.34，其從環(huán)境中吸收的熱量為2995W 假定改用電加熱，則它得到的熱量與消耗的電量是相等的。因此熱泵是一種比較合理的供熱裝置。 熱泵熱水器 采用空調(diào)產(chǎn)品中逐漸成熟的空氣源熱泵技術(shù)，吸收環(huán)境中的熱量，通過(guò)逆卡諾循環(huán)工作原理加熱用水。熱泵熱水器的耗電量只需電熱水器的1/4左右。,化學(xué)工業(yè)中的熱泵,燃料價(jià)格提高，為了提

24、高熱力學(xué)效率，允許利用同一精餾塔的塔底液體冷凝塔頂蒸汽。 當(dāng)節(jié)省的冷凝和蒸發(fā)的公用工程費(fèi)用及熱交換器的購(gòu)置費(fèi)用超過(guò)與壓縮機(jī)相關(guān)的操作費(fèi)用和購(gòu)置費(fèi)用時(shí)，這種設(shè)計(jì)就更具優(yōu)越性。,熱和功的集成熱機(jī),許多化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，放出的熱量不僅數(shù)量大而且溫度較高，這是一種寶貴的余熱資源。應(yīng)該先用功后用熱。 熱機(jī)是從高溫?zé)嵩次諢崃浚瑢⑵湟徊糠洲D(zhuǎn)化為功對(duì)外輸出，一部分剩余熱量在低溫下輸出。,工藝流程圖的種類(lèi),工藝流程方框圖 工藝流程草圖 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,工藝流程圖的種類(lèi),工藝流程方框圖（block flowsheet） 采用方框和文字表示主要化工過(guò)程及主要設(shè)備，用箭頭表

25、示物流方向。 根據(jù)選定工藝路線(xiàn)，對(duì)工藝流程進(jìn)行概念性設(shè)計(jì)時(shí)完成的流程圖，不編入設(shè)計(jì)文件，多用于項(xiàng)目建議書(shū)、可行性研究報(bào)告等。 丙酮回收流程方框圖,工藝流程圖的種類(lèi),工藝流程草圖（simplified flowsheet） 又稱(chēng)方案流程圖或流程示意圖，是用來(lái)表達(dá)整個(gè)工廠或車(chē)間生產(chǎn)流程的圖樣。設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)供工藝方案討論常用的流程圖，是工藝流程圖設(shè)計(jì)的依據(jù)。,脫硫系統(tǒng)工藝方案流程圖 1一羅茨鼓風(fēng)機(jī)；2一脫硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵； 5一空氣鼓風(fēng)機(jī)；6一再生塔；7一除塵塔,工藝流程圖的種類(lèi),工藝物料流程圖（process flowsheet） 在物料衡算和熱量衡算完成后繪制，是以圖形與表

26、格相結(jié)合的形式來(lái)反映物料衡算和熱量衡算的結(jié)果 初步設(shè)計(jì)階段的沒(méi)計(jì)成品，提交設(shè)計(jì)主管部門(mén)和投資者審查，并用作投產(chǎn)后的操作與技術(shù)改造的重要資料。 參見(jiàn)P92 圖4-64 三聚氰胺生產(chǎn)物料流程圖,工藝物料流程圖中： 采用常用圖例表示出主要工藝設(shè)備及部分關(guān)鍵的輔助設(shè)備；用箭頭表示物流方向，標(biāo)注工藝設(shè)備位號(hào)和名稱(chēng)； 用表格表示出各物流的T、p、Vs、組成；在有熱量變化的設(shè)備旁，標(biāo)出熱量計(jì)算值。 物料表包括物料名稱(chēng)、質(zhì)量流量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾流量和摩爾分率。有時(shí)還列出物料的某些參數(shù)如溫度、壓力、密度等。,工藝流程圖的種類(lèi),帶控制點(diǎn)的工藝流程圖(process and control flowsheet) 完

27、成設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，確定控制方案，即可繪制初步設(shè)段帶控制點(diǎn)工藝流程圖。并作為設(shè)計(jì)成果編入初步設(shè)段的設(shè)計(jì)文件中。 參見(jiàn)P92圖4-65 反應(yīng)工段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖,工藝流程圖的種類(lèi),帶控制點(diǎn)的工藝流程圖(process and control flowsheet),在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中： (1) 用圖例表示出全部工藝設(shè)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(mén)、異徑管等管件，不畫(huà)法蘭、彎頭、三通等一般管件。 (3) 表示出工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量、液位、物料組成、濃度等）的測(cè)量點(diǎn)自動(dòng)控制方案。 (4) 標(biāo)注全部設(shè)備的位號(hào)和名稱(chēng)。 (5) 表示出

28、全部管道的管道代號(hào)、管徑、材料、保溫等。,工藝流程圖的種類(lèi),管道儀表流程圖(piping and instrument diagram) 施工階段的帶控制點(diǎn)工藝流程圖 借助統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)和文字代號(hào)，用圖示方法把化工工藝裝置所需的全部設(shè)備、儀表、管道及主要管件，按各自功能，為滿(mǎn)足工藝要求和安全、經(jīng)濟(jì)目的而組合起來(lái)，達(dá)到描述工藝裝置結(jié)構(gòu)和功能的作用。,PID圖是以車(chē)間(裝置)或工段為主項(xiàng)進(jìn)行繪制，原則上一個(gè)車(chē)間或工段繪一張圖，如流程復(fù)雜可分成數(shù)張，但仍算一張圖，使用同一圖號(hào)。 所有工藝流程圖不按精確比例繪制，一般設(shè)備(機(jī)器)圖例只取相對(duì)比例。 設(shè)備名稱(chēng)、位號(hào)和參數(shù)；接管和連接形式；設(shè)備安裝標(biāo)高

29、； 配管所有工藝、公用工程管線(xiàn)規(guī)格、取樣點(diǎn)位置。 儀表與儀表配管包括調(diào)節(jié)閥、旁通閥、安全閥；儀表沖洗、吹掃等。,工藝流程圖的繪制繪制內(nèi)容,繪制內(nèi)容(以PID圖為例) HG20519-92 化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定 HG20559-93 管道儀表流程圖設(shè)計(jì)規(guī)定,(1) 設(shè)備圖形及管線(xiàn)、管件：將各設(shè)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(xiàn)及管件、閥門(mén)、儀表控制點(diǎn)符號(hào)等。 (2) 標(biāo)注：設(shè)備位號(hào)、名稱(chēng)，管道號(hào)、管徑及管道等級(jí)，管段編號(hào)，儀表控制點(diǎn)圖形符號(hào)、字母代號(hào)、儀表位號(hào)，必要尺寸、數(shù)據(jù)等。 (3) 圖例：對(duì)流程圖中所采用的代號(hào)、符號(hào)及其他標(biāo)注的說(shuō)明，有時(shí)還有設(shè)備位號(hào)的索

30、引等。 (4) 標(biāo)題欄：注寫(xiě)圖名、圖號(hào)、設(shè)計(jì)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)階段等。,工藝流程圖的繪制通用設(shè)計(jì)規(guī)定,通用設(shè)計(jì)規(guī)定 按工藝車(chē)間或工段繪制，一般采用A1號(hào)或A2號(hào)圖紙，如果流程復(fù)雜，可用多張圖紙； 工藝流程圖按照相對(duì)比例繪制，可適當(dāng)放大或縮??； 線(xiàn)條要求： 主物料線(xiàn)用粗實(shí)線(xiàn)（0.9mm） 輔助管線(xiàn)用中粗實(shí)線(xiàn)（0.6mm） 設(shè)備輪廓、管道上各種附件、局部地平線(xiàn)用細(xì)實(shí)線(xiàn)（0.3mm），儀表引出線(xiàn)及連接線(xiàn)用細(xì)實(shí)線(xiàn)。,工藝流程圖的繪制設(shè)備繪制,設(shè)備的畫(huà)法 圖例：參照P314附錄2表2-1，按比例用細(xì)實(shí)線(xiàn)(b/3)繪制 一般繪制設(shè)備的外形，如需要表示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以采用局刨或全刨，設(shè)備的支腳、支架、基礎(chǔ)和平臺(tái)不

31、用表示； 繪制時(shí)從原料至產(chǎn)品按設(shè)備單元從左至右，布局要均勻； 流程如有幾套相同設(shè)備并聯(lián)，且每套設(shè)備內(nèi)部管道連接均相同時(shí)，可以只畫(huà)一套，并且在設(shè)備位號(hào)標(biāo)注時(shí)標(biāo)明，如：,工藝流程圖的繪制設(shè)備繪制,設(shè)備的標(biāo)注 內(nèi)容：在圖上應(yīng)標(biāo)注位號(hào)及名稱(chēng)。 方式：位號(hào)、名稱(chēng)一般標(biāo)注在相應(yīng)設(shè)備圖形上方或下方,常用設(shè)備代號(hào),工藝流程圖的繪制管道繪制,管道的畫(huà)法 一般應(yīng)畫(huà)出所有工藝材料和輔助物料的管道。 主工藝物料管道用粗實(shí)線(xiàn)，輔助管線(xiàn)用中實(shí)線(xiàn)，儀表及信號(hào)傳輸管線(xiàn)用細(xì)實(shí)線(xiàn)或細(xì)虛線(xiàn)繪制。常用管道圖例見(jiàn)P316附錄2表2-2。 管道的標(biāo)注 一般橫向管道標(biāo)注在管道上方，豎向管道（直管）標(biāo)注在管道左邊 分段注明物流代號(hào)、管道代號(hào)

32、、管徑、管道等級(jí)及隔熱代號(hào) 同一流程圖中的設(shè)備間管道必須連通；對(duì)于進(jìn)出車(chē)間的管道或接至另一流程圖的管道，可以在管道斷開(kāi)出用箭頭標(biāo)明。,工藝流程圖的繪制管道繪制,管道代號(hào) 管道號(hào)：物料代號(hào)+主項(xiàng)代號(hào)+管道分段順序號(hào) 主項(xiàng)代號(hào)工段或工序代號(hào)，用一位或兩位數(shù)字表示。 管道分段順序號(hào)按工藝流程順序用兩位數(shù)字01、02等編號(hào)，應(yīng)分段編，可按設(shè)備到設(shè)備之間為一段，也可取設(shè)備到管道分支點(diǎn)為一段。 物料代號(hào)一般以物料的英文名稱(chēng)首字母大寫(xiě)表示,工藝流程圖的繪制管道繪制,管徑 一般標(biāo)注公稱(chēng)直徑，公制管以mm單位，只標(biāo)數(shù)字，DN25，標(biāo)注25；英制管以英寸為單位，需標(biāo)注英寸符號(hào)，如1/2、4等。,管道等級(jí) 為簡(jiǎn)化管道及管件規(guī)格，使管道組成件標(biāo)準(zhǔn)化，將各種管道組成件按管道的材質(zhì)、壓力和直徑三個(gè)參數(shù)適當(dāng)分級(jí)。 如B2A： B管道材質(zhì)代號(hào)、2管道壓力等級(jí)代號(hào)、A序號(hào),管道材質(zhì)代號(hào)： A鑄鐵及硅鑄鐵；B碳素鋼；C普通低合金鋼 E不銹耐酸鋼；F有色金屬；G非金屬；H襯里鋼,管道壓力等級(jí)代號(hào)： 00.6MPa；11.0MPa；21.6MPa；44.0MPa；66.4MPa；710.0MPa,工藝流程圖的繪制管道繪制,隔熱代號(hào) 管道的使用溫度范圍及隔熱隔音功能類(lèi)型，以英文字母和數(shù)字或英文字母給以標(biāo)注。如“G9” 表示溫度在-1002的不銹鋼管，用保冷材料保冷