工艺设计及pfd设计1毕业论文

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 工艺设计及工艺设计及 PFD 设计设计 在化工装置设计中，除了工艺系统设计以外，还有管道、设备、 机械、建构筑物、公用工程、电气、仪表、安全卫生、消防、分析 化验、环境保护等领域的设计工作，还要从全局考虑总平面布置、 原料和产品的输送及设计方案的技术经济性，这些都需要在化工工 艺系统设计中充分考虑，所以说化工工艺系统设计是一门综合的技 术。在各个设计阶段中，作为设计主体的化工工程师，必须与其他 各专业密切沟通，相互配合，才能完成整个设计任务。这就要求化 工工程师不仅精通、熟悉有关的标准规范和设计技能，并能在工程 设计项目中恰当地应用、执行它，同时还要具备较广泛的相关专业 知识。 国内工程设计阶段一般分为初步设计阶段和施工图设计阶段，国 际上通行的作法是分为工艺包设计阶段、基础设计阶段和详细设计 阶段。 在化工工艺系统设计中，工艺流程设计的各个阶段的设计成果都 是通过各种流程图和表格表达出来，按照设计阶段的不同，先后有 方框流程图（block flowsheet） 、工艺流程草（简）图（simplified flowsheet） 、工艺物料流程图（Process Flow Diagram 即 PFD）和管 道仪表流程图（Piping 离心泵用圆圈加底座组合表示，进料指向圆心。 往复泵以形与一端不封闭的长方块表示。 换热设备用圆圈或设备外形表示。 压缩机要表示出其型式，并表示出压缩机的段数和主要的配 套辅助设备。如型式尚未确定，可用方块表示。 反应器要画出主要元件，如筛板、催化剂框等。 分离器也要表示出内件。槽、罐类设备要画出隔板、液封。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 喷射器、其它特殊设备，如造粒塔、电解槽、电石炉、空气 磨等尽可能画出实物大致外形。 （2）工艺物流 在 PFD 中，工艺物流用粗实线绘出，并用箭头标示物流的去向。 再生系统的物流用细实线标出。主要物流应标注流股号（除 PFD 外， 应有单独的物料平衡表） ，并在物料平衡表中列出 PFD 上对应物流 的组成、温度、压力、流量状态和相关物性。在一张图中，与其它 图相关的物流应标明物流来源和去向。在 PFD 中，关键物流应标明 温度和压力（也可表示在塔和容器上） ，进塔装置的关键物流也可标 明流量。PFD 中对物流的标注至少应包括下列内容。 标识流程图上的各点物料的编号（流股号） 。 除有压力变化的地方要画上阀门（以表示压力等级的区别） 以及特殊重要的阀门外，其它情况的阀门一律不在图上画出。 要表示正常生产条件下的放空和排液管道。 对于作为热源或冷却介质的蒸汽、冷却水、凝液只标进出流 向。 具有液封作用的管线，除表示出液封外形外，还要注明液封 高度。当排放口的高度有要求时，要注明排放高度。 工艺用蒸汽、凝液、冷却水、冷冻盐水、工厂空气管线以及 氮封管线，一律不画进出总管。 流股号在菱形框内按顺序用阿拉伯数字编写。一般用三位数字表 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 示，第一位表示单元或工段，后两位表示序号。 设备间的物料流向用带箭头的实线表示。 进出装置界区的物料流向以圆圈中的箭头表示；图纸之间用长方 框（或带箭头的长方形）表示物料的来源或去向。 冷却水、蒸汽、凝液、工厂空气等在无特殊要求情况下不标明来 源和去向。 （3）主要控制方案 在 PFD 中，应标示出全部的控制回路及其相关仪表和调节阀。 例如塔器的压力控制回路、灵敏板温度控制回路、回流控制以及塔 釜液位控制回路，罐的液位控制回路，主要换热器的液位控制回路 或温度控制回路等。仪表仅表示出仪表类型，如温度仪表、压力仪 表等。调节阀应在对应的物流线上标明，但不用标注调节阀尺寸。 在复杂控制回路中，应用箭头标示信号去向。对于由组分控制的回 路，应标明需要检测的主要组分。 2、单元设备的典型设计 化工生产过程中需要使用各种单元设备，每种单元设备对工艺流 程图的设计均有一定的要求。作为一个工艺流程图的设计者，只要 掌握各种单元设备的典型设计，再结合工艺流程和工程项目的特殊 要求，配以设计者的工程经验，就可进行工艺流程图中单元设备的 设计。 参见例图。 （1）泵 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 11 页 在 PFD 中，泵一般绘在图的下部。同时绘出与泵相连的工艺物 流即可。在泵的附近，尽量在泵的正下方，标明泵的位号、吸入压 力、排出压力和正常操作时的流量。 （2）容器 容器分卧式容器和立式容器两种。容器需根据容器在流程中的相 对位置在图面上布置。在 PFD 中，应绘出与容器相关的主要工艺物 流及与主要控制回路相关的辅助物流。容器的名称、规格和位号在 PFD 中容器正上方靠近顶部标出，同时在容器的附近也标出容器位 号。容器内的主要部件（如除沫器）应在 PFD 中绘出。容器的操作 操作压力应在图中标出。 （3）塔 在 PFD 中，塔一般在图的中部绘制。同时，应绘出与塔相关的 主要工艺物流及与主要控制回路相关的辅助物流。塔的名称、规格 和位号在 PFD 中塔正上方靠近顶部标出，同时在塔的附近也标出塔 位号。塔内的主要部件应在 PFD 中绘出，如塔的实际板数或填料段 数、进料板号与侧线采出板号。同时应绘出与塔相关的主要控制回 路及控制点的相对位置，如塔的压力控制回路、灵敏板温度回路、 回流控制回路和塔釜液位控制回路等，还要标出塔的操作温度、操 作压力。塔的周边设备应根据流程中的相对位置在工艺流程图中绘 出。 （4）换热器 常见的换热器有管壳式和釜式两种。在 PFD 中，换热器需要根 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 12 页 据其在流程中的相对位置在图面上布置。对于管壳式换热器应标明 工艺物流所流经的是壳侧还是管侧，对于釜式换热器也要标明工艺 物流所流经的那一侧。非工艺物流仅在图中表示，并注明介质名称 即可。要表示出主要的控制回路，在换热器的附近标明位号。 （5）压缩机 在工艺流程图中，压缩机一般绘在图的下部（也有在上部的） 。 并绘出与压缩机相连的工艺物流以及主要的控制回路。在压缩机的 附近，尽量在压缩机的正下方，标明压缩机的位号、吸入压力、排 出压力和正常操作时的流量。 3、PFD 的图面布置和制图要求 各个设计单位在绘制 PFD 时所用图纸的规格不同，一般采用 1（A1）图纸，以便图面布置，但应尽量保证在其缩印成 3（A3）图后仍旧清晰，便于工作。 （1）PFD 的图面布置 设备在图面上的布置，一般是顺流程从左到右。 塔、反应器、换热器等放在地面上的设备，一般是从图面水 平中线往上布置。 压缩机、泵布置在图面下部 1/4 线以下。 中线以下 1/4 高度供画管道用。 其它设备布置在 PFD 要求的位置，如高位冷凝器布置在回流 罐的上面，再沸器靠塔放置。 对于无高度要求的设备，在图面上的位置要符合流程流向， 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 13 页 以便与物流线连接。 （2）绘图要求 图纸编号和图纸名称按有关规定。 仪表和设备的表示方法要根据工程的 Lead Sheet 或有关规定。 要改造的设备用蘑菇云圈住。 设备内件用细实线表示。 工艺物流出入图面要绘一矩形框或带箭头的矩形，内用文字 表明相接设备与图号。 设备位号按 Lead Sheet 或有关规定。 物流流向箭头一般画在物流线改变方向处。 在与 PFD 相应的物料平衡表中，可按操作工况从每股物流的流 股号上，对应地找到物料平衡表中的流股号从而知道该物股的温度、 压力、各组分的含量等数据的内容，要能满足工艺专业提条件的需 要，需要什么数据、物料平衡表就应该能输出什么数据。 4、物料和热量衡算与 PFD 在工艺设计阶段，工艺专业工程师要进行全流程物料平衡及热量 平衡计算，应进行必要的方案比较，选择并考虑适当的操作弹性。 化工生产过程中，经常需要加热或冷却许多流股，最简单的方法 是按各流股的质量流速、热负荷、进出口温度分别引入蒸汽加热或 冷却水（冷冻液）冷却，它们的消耗构成了公用工程费用，在生产 成本中占有相当大的份额。用这个方法设计热量平衡，方法简单、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 14 页 设备投资较少。但用有效能分析得知，这样的流程热力学效率很低， 能耗不合理。为了降低成本、节约能源应当用热交换器网络的合成 技术，详细的对每股热（冷）物流进行分析，尽量使系统内的加热 和冷却物流相互配合使用，尽量减少从外界引进热剂或冷剂，以达 到减少能耗、降低成本的目的。当然这样做会增加投资费用，还需 要综合比较，不过一般来讲增加一次性建设投资，而获得长时期的 低生产成本，从长远看是合算的。 用流程模拟模型、热力学性质计算程序和热力学性质数据库软件 进行计算机模拟计算，就可以完成精确的物料平衡和热量平衡计算。 物料衡算就是根据质量守恒定律，来确定原料和产品间的定量关 系，从而可以计算出原料和辅助材料的用量、各种中间产品、副产 品、成品的产量和规格以及三废的排放量。 物料衡算是进行化工工艺设计和设备设计的基础，在完成物料衡 算的基础上才能进行能量衡算，从而进行工艺方案的比较和选择， 指导定型设备和仪表的选型、非定型设备的工艺计算和管道尺寸计 算，完成化工过程的 PFD 和 PID 的设计。另外，通过物料衡算还可 以分析实际生产过程的完善程度，从而找出改造措施来改进工艺流 程，达到提高成品率、减少副产品和减少三废排放量等目的。 大 学 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 15 页 毕业设计（论文） （页面设置：论文版心大小为 155mm245mm，页边距：上 2.6cm，下 2.6cm， 左 2.5cm，右 2cm，行间距 20 磅，装订线位置左，装订线 1cm，） 此处为论文题目，黑体 2 号字 （以下各项居中列，黑体小四号） 年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: （填写时间要用中文） 二零零八年六月 大学本科毕业设计（论文） 院 系 专 业 年 级 姓 名 题 目 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 大学本科毕业设计（论文） 第 II 页 共 31 页 毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书 班 级 学生姓名 学 号 专 业 发题日期： 年 月 日 完成日期： 年 月 日 题 目 题目类型：工程设计 技术专题研究 理论研究 软硬件产品开发 一、设计任务及要求 二、应完成的硬件或软件实验 三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产 品等） 大学本科毕业设计（论文） 第 III 页 共 31 页 四、指导教师提供的设计资料 五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域） 六、设计进度安排 第一部分 （4 周） 第二部分 （6 周） 第三部分 （2 周） 评阅及答辩 （1 周） 指导教师： 年 月 日 系主任审查意见： 审 批 人： 年 月 日 注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。 大学本科毕业设计（论文） 第 IV 页 共 31 页 大学学院 20XX 年制 大学本科毕业设计（论文） 第 V 页 共 31 页 摘 要 正文略 关键词：关键词； 关键词； 关键词； 关键词 （关键词之间分号隔开，并加一个空格） 大学本科毕业设计（论文） 第 VI 页 共 31 页 Abstract 正文略 Keywords: keyword; keyword; keyword; keyword 大学本科毕业设计（论文） 第 VII 页 共 31 页 目 录 摘 要IV ABSTRACT.V 第 1 章 绪 论1 1.1 本论文的背景和意义1 1.2 本论文的主要方法和研究进展1 1.3 本论文的主要内容1 1.4 本论文的结构安排1 第 2 章 各章题序及标题小 2 号黑体2 2.1 各节点一级题序及标题小 3 号黑体.2 2.1.1 各节的二级题序及标题 4 号黑体2 2.2 页眉、页脚说明.2 2.3 段落、字体说明.2 2.4 公式、插图和插表说明.2 结 论5 致 谢6 参考文献7 附 录 1 标题8 附 录 2 标题9 大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 31 页 第 1 章 绪 论 1.1 本论文的背景和意义 引用文献标示应置于所引内容最末句的右上角，用小五号字体1。当提及的参考 文献为文中直接说明时，其序号应该用 4 号字与正文排齐，如“由文献8，1014 可知” 1.2 本论文的主要方法和研究进展 1.3 本论文的主要内容 1.4 本论文的结构安排 大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 31 页 第 2 章 各章题序及标题小 2 号黑体 2.1 各节点一级题序及标题小 3 号黑体 正文另起一段，数字与标题之间空一格 2.1.1 各节的二级题序及标题 4 号黑体 正文另起一段，数字与标题之间空一格 2.1.1.1 各节的三级题序及标题小 4 号黑体 正文另起一段，数字与标题之间空一格 1. 款标题 正文接排。本行缩进 2 字符，标题与正文空一格 (1)项标题 正文接排，本行缩进 1 字符，标题与正文空一格。 (2)项标题 2. 款标题 2.2 页眉、页脚说明 在版心上边线隔一行加粗线，宽 0.8mm（约 2.27 磅），其上居中打印页眉。页 眉内容一律用“西南交通大学本科毕业设计(论文)”，字号用小四号黑体。页码置 于页眉右端，采用形式为：第 M 页，具体设置参考模板。 2.3 段落、字体说明 每段首行缩进 2 字符，行距固定值 20 磅。正文用小 4 号宋体，西文和数字用小 4 号 Times New Roman。按照 GB31003102 及 GB7159-87 的规定使用，即物理量 符号、物理常量、变量符号（如：a(t) , (i-1)ThtiTh , m , n）用斜体，计量单位 （如：tkm）等符号均用正体。（设置字体快捷键 ctrl+D) 2.4 公式、插图和插表说明 （公式居中写，公式末不加标点，序号按章节编排，如有“假定，解”字样，文字空两格写， 若有对公式变量的说明，以分号结束。公式中用斜线表示“除”的关系时应采用括号，以免含 糊不清，如 1/(bcosx)。通常“乘”的关系在前，如 acosx/b 而不写成(a/b)cosx。具体格式如下） 大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 31 页 假定 (2-1)(2cos()()(ttftRtr c 式中 R幅度； 相位； fc载波频率； （插图图题于图下，小 4 号宋体，图中若有分图时，分图号用 a）、b）等置于分图之下。插图 与其图题为一个整体，不得拆开排写于两页。插图处的该页空白不够排写该图整体时，则可将 其后文字部分提前排写，将图移到次页最前面。） a）分图 a b）分图 b 图 2-2 图题 （插表表序与表名置于表上，小 4 号宋体，若有分页，需在另一页第一行添加续表。数字 空缺的格内加“-”（占 2 个数字宽度）。表内文字或数字上下或左右相同时，采用通栏处理方 式。表内文字说明，起行空一格、转行顶格、句末不加标点。） 表 2-1 形状变化特征值及相应比例 形状模型变化： 特征值编号特征值比例 1比例 2 10.01064259.62%59.62% 20.00230512.91%72.53% 30.0013477.55%80.08% 40.0006833.83%83.91% 50.00064