化工设计与工厂设计-工艺流程设计.ppt

化工设备与工厂设计化工设备与工厂设计 工艺流程设计工艺流程设计 2.1 生产方法和工艺流程的选择 本章主要内容 2.2 工艺流程设计 2.4 工艺流程图的绘制 本章重点： 工艺流程设计方法 2.3 工艺流程图 工艺流程图的绘制 工艺流程设计是通过图形的形式，形象地反映出 化工生产由原料输入到产品输出的全过程；包括 物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经 历的工艺过程和使用的设备、仪表等； 工艺流程设计也是工艺设计的核心，在整个设计过程中 不断修改完善，由浅入深、由定性到定量，在整个设计 中最先开始（例如可行性研究阶段），最后完成（施工 图阶段）。 工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。 一、化工产品生产工艺路线的确定考虑的因素 2.1 生产方法和工艺流程的选择 (1)技术上可行； (2)经济上合理； (3)原料的纯度及来源； (4)公用工程中的水源及电力供应； (5)环境保护； (6)安全生产： (7)国家有关的政策及法规。 安全生产化学工业是一个易发生火灾和爆炸的行业，因此从设备上、技术上、 管理上对安全予以保证，严格制订规章制度、对工作人员进行安全培训是安全 生产的重要措施。同样，对有毒化工产品或化工生产中产生的有毒气体、液体 或固体，应采用相应的措施避免外溢，达到安全生产的目的。 二、工艺路线论证选择的原则 2.1 生产方法和工艺流程的选择 A先进性 工艺技术路线首要条件是技术上可行和经济上合理。为 了能有较高的经济效益，技术上要尽可能先进，体现当代化 工水平的企业，才可能有较大的竞争能力。技术上先进主要 考虑技术经济指标优良，原材料及能源消耗少，成本低，此 外生产工厂环境优良，生产安全，产品质量好。 在评价时，应在同一规模情况下进行比较，以避免规模 效应的影响。 B.可靠性 可靠性是指所选择的工艺路线是否成熟可靠。如果采 用的技术不成熟，就会影响工厂正常生产，甚至不能投产 ，造成极大的浪费。因此，对尚处于试验阶段的新技术、 新工艺、新设备应慎重对待，要防止只考虑先进性，而忽 视装置运行的可靠性。 应避免将新建厂设计成试验工厂；对将实验室成果转 化为工业化的新建厂，应坚持要求提供较完整的基础设计 ，另一方面，如果实验数据完整可靠，设计人员要以创新 的劳动使装置能可靠地运转。 2.1 生产方法和工艺流程的选择 C.是否符合国情 在设计中，不能单纯只从技术观点，而应从我国的具 体情况出发考虑各种具体问题。 2.1 生产方法和工艺流程的选择 (1)消费水平及消费趋势； (2)化工机械设备及电气仪表的制造能力； (3)化工原材料及设备用金属材料的供应情况； (4)环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况 (5)劳动就业与化工生产自动化水平的关系； (6)资金筹措和外汇储备情况。 全面衡量，综合考虑 三、工艺路线确定的步骤三个阶段 2.1 生产方法和工艺流程的选择 A.搜集资料，调查研究准备阶段 根据建设项目的产品方案及生产规模，搜集国内外同类 型生产厂的有关资。包括技术路线特点，工艺参数、原材 料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路 线的发展情况与动向等技术经济资料。具体收集的内容主 要有以下几个方面： 国内外生产情况，各种生产方法及工艺流程； 原料来源及产品应用情况； 试验研究报告； 安全技术及劳动保护措施； 综合利用及三废处理； 生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度； 设备的大型化及制造、运输情况； 基本建设投资、产品成本、占地面积； 水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应； 厂址、地质、水文、气象等资料；车间（装置）环境与周围 的情况。 3.1 生产方法和工艺流程的选择 B.生产设备类型与制造厂商调研搜集资料 3.1 生产方法和工艺流程的选择 设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和 工艺流程时必然要涉及到的因素。 对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产 品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型，并 对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计 、制造的进度加以了解 。 设备考察 主要比较下列几项： 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； 产品的质量情况； 生产能力及产品规格； 原材料、能量消耗情况； 建设费用及产品成本； 三废的产生及治理情况； 其他特殊情况。 3.1 生产方法和工艺流程的选择 C. 全面分析对比 一、工艺流程设计的任务 2.2 工艺流程的设计 工艺流程设计的主要任务包括两个方面： 一是确定生产流程中全部生产过程的具体内容、顺序和组合 方式，达到由原料制得所需产品的目的； 二是绘制工艺流程图，要求以图解的形式表示生产过程中， 当原料经过各个单元操作过程制得产品时，物料和能量发 生的变化及其流向，以及采用了哪些化工过程和设备，再 进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程 。 （1）确定整个流程的组成 ：应确定采用多少生产过程或工 序来构成全过程，确定每个单元过程的具体任务，以及每 个生产过程或工序之间如何连接。 （2）确定每个过程或工序的组成:应采用多少和由哪些设备 来完成这一生产过程，以及各种设备之间应如何连接，弄 明确每台设备的作用和它的主要工艺参数。 （3）确定工艺操作条件:确定整个生产工序或每台设备 的 各个不同部位要达到和保持的操作条件。 3.2 工艺流程的设计 按步骤逐步解决以下问题： （4）控制方案的确定；确保各生产工序和每台设备本身的操作条件，及实 现各生产过程之间、各设备之间的正确联系，需要确定正确控制方案， 选用合适的控制仪表。 （5）原料与能量的合理利用；计算并确定各个生产过程的效率，得出全装 置的最佳总收率，同时合理地做好能量回收与综合利用，降低能耗以确 定水、电、蒸汽和燃料的消耗； （6）制定“三废”处理方案；对全流程中所排出的三废要尽量综合利用，对 于暂时无法回收利用的，则须进行妥善处理； （7）制定安全生产措施。对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转 以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家 的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施。 3.2 工艺流程的设计 二、典型的化工工艺流程组成 3.2 工艺流程的设计 原 料 原料 贮存 原 料 预处理 反应 产品 精制 包装 贮存 产品 核心 工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题： （1）以反应过程为中心 （2）原料预处理过程 （3）产物的分离净化 （4）产品的后处理 （5）未反应原料的循环与利用 （6）确定“三废”排出物的处理措施 （7）确定公用工程的配套措施 （8）确定操作条件和制定控制方案 （9）制定切实可靠的安全生产措施 （10）保温、防腐的设计 3.2 工艺流程的设计 三、工艺流程设计举例 2.2 工艺流程的设计 提溴废液为原料生产工业氯化镁（片状） 实验室过程如下图： 原料：提溴废液，氯化镁含量约30%，少量NaCl、MgSO4、KCl等 ，PH约3-4。 产品：卤片（片状氯化镁），氯化镁含量45%。 容器内加热蒸发 刮片 2.2 工艺流程的设计 （1）确定整个流程的组成 ：蒸发浓缩、制片 （2）确定每个过程或工序的组成: 蒸发器、制片机 原料怎么储存？原料槽 操作方式：蒸发连续还是间歇 制片：连续 两者之间衔接？ 中间槽 考虑45%MgCl2的凝固点 为120 中间槽保温 容积设计？ 制片过程： 片状（大） 考虑粉碎、输送 螺旋输送 包装 除尘需要降温，用冷却水 ，冷却水来源及循 环利用 蒸发器的型式：膜式、强制循环式 蒸发器刷洗，事故处理等 2.2 工艺流程的设计 （3）确定工艺操作条件 考虑45%氯化镁溶液常压下沸点165，氯化镁水解130 水解 ，又120凝固 问题： （1）蒸发效数 （2）加热蒸汽温度至少180以上（压力太高） （3）考虑负压蒸发 （4）120凝固，考虑管路输送过程降温，防堵管，蒸发温度 一般要考虑在130 以上，以此确定真空度 蒸发过程： 真空系统： （4）考虑能量的综合利用冷凝水余热利用：设置预热器 问题：蒸发是间歇操作 冷凝水回锅炉问题：平衡桶、冷凝水泵 （5）设备及管道的材质 蒸发器：加热管、蒸发室、循环泵 管路：温度、PH （6）控制方式 （7）三废 （8）安全生产：高温、安全阀 2.2 工艺流程的设计 2.3 工艺流程图 一、工艺流程图的种类 工艺流程框图（项目建议书） 工艺流程草图（可行性研究及 工艺计算） 工艺物料流程图PFD（工艺计算结果表达） （Process Flow Diagram） 管道及仪表流程图（初步设计阶段） （Piping and Instrumentation Diagram） 带控制点的工艺流程图PCD（初步设计阶段） （Process Control Diagram） 2.3 工艺流程图 1、流程框图 ：一般采用流程框图来说明工业生产中所采用 的技术路线，工艺流程框图在物料衡算、热量衡算阶段 使用，可不列入设计文件。 表示方法：用长方形的方框（细实线）并在框内用文字单元 过程表示生产过程的名称；流程线只画出主要物料，用 粗实线表示，流程方向用箭头画在流程线上。例如： 兑卤法生产氯化钾 苦卤 水蒸气蒸馏法提溴 氯化钾 浓厚卤 蒸发法制氯化镁 溴素 氯化镁 高温盐分离 高温盐 分离盐 硫酸镁 苦卤综合利用工艺流程框图 2.3 工艺流程图 苦卤生产氯化钾的工艺流程（框图）：效兑卤 固液 分离 氯化钾 蒸发析盐 析硫酸镁 洗涤 高温盐 分离盐 固液 分离 浓厚卤 光卤石 分 解 水 蒸发 析盐 苦卤 高温固 液分离 冷却 结晶 去提溴 水 副生卤 2.3 工艺流程图 2、工艺流程草图 ： 工艺流程草图亦称方案流程图、流程示意图、流程简 图，它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，亦是 工艺流程图设计的依据。 当生产方法确定以后，就可以开始设计绘制流程草图。 它只是为将要进行的物料衡算和部分设备计算和能量衡算 服务的，并不编入设计文件中，在绘制流程草图时尚未进 行定量计算，因而只是定性地标出由原料转化成产品的变 化，流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个 部分组成。 2.3 工艺流程图 物料流程 ： 设备示意图 ：只画出大致轮廓和示意结构，甚至画一个方 框代替 ；设备的相对位置高低也不要求准确，备用设备在 流程草图中一般省略不画。但设备一般都要编号；在图纸 空白处按编号顺序集中列出设备名称 。 流程管线及流向箭头 ：流程草图中应画出全部物料管线和 一部分动力管线(如水、蒸汽、压缩空气和真空等)，物料 管线用粗实线画出，动力管线用中粗实线画出。在管线上 用箭头表示物料的流向。 文字注解 ：在流程图的下方或图纸的其他空白处列出各设 备的编号和名称。在管线的上方或右方用文字注明物料的 名称。在流程线的起始和终了处注明物料的名称来源及去 向 图例：图例中只须标出管线图例。阀门、仪表等无须标出 ； 设备一览表：设备一览表只包括序号、位号、设备名称和 备注。有时可省略设备一览表和图框。 画法：从左至右的展开。 2.3 工艺流程图 3、物料流程图（PFD）表达物料衡算、热量衡算 结果 ： 用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备； 用箭头表示物流方向； 标注工艺设备的位号和名称； 用表格形式表示出各流股的温度、压力、流量、组分含量 百分比；在有热量变化的过程或设备旁，标出热量计算值 。 例如： 4、带控制点的工艺流程图（PCD） 带控制点工艺流程图一般应画出： （1）所有工艺设备、 （2）工艺物料管线、辅助管线、阀门、管件 （3）工艺参数的测量点，并表示出自动控制方案。 它是由工艺专业人员和自控专业人员合作完成的 例 管道及仪表流程图是施工设计的依据也称施工流程图。 5、管道及仪表流程图（PID）施工设计依据： 2.3 工艺流程图 二、管道及仪表流程图（PID） 图框：（按规定图幅） 图鉴（标题栏）：例（有规 定标准） 流程图： 标注： 图例： 说明和注： 版次及修改栏： HG20519-2009化工 工艺设计施工图内容 和深度统一规定和 HG20559-93管道仪 表流程图设计规定 1.图纸规格与图幅 工艺管道及仪表流程图可以车间(装置)或工段(分区或工 序)为主项进行绘制，原则上一个主项绘一张图。若流程复杂 ，一个主项也可以分成数张(或分系统)绘制但仍算一张图样 ，且需使用同一个图号，但要注明各是该图号图纸总张数的 第几张。必要时也可适当缩小比例进行绘制。 2.3 工艺流程图 （一）设计通用规定 一般均采用A1图幅，特别简单的可采用A2图幅，特别复杂 可以用A0，一般不宜加长或加宽。 2.3 工艺流程图 比例：图上的设备图形及其高低间相对位置大致按1：100 或1：200的比例进行绘制，流程简单时也有用1：50的比 例。如设备过高(如蒸馏塔)、过大(如大型贮槽)或过小( 如泵)，则设备外形可以适当缩小或放大，使图面视觉美 观。因此实际上图形并不全按比例绘制。为此在标题栏中 的“比例”一栏，不予注明。 2.比例与线条 主要物料管道用粗实线(0.60.9mm)表示； 辅助物料管道用中粗实线(0.30.5mm)表示； 设备轮廓和管道上的各种附件以及局部地坪线用细实线 (0.150.25mm)表示； 一般情况下流程图上不标尺寸，但有特殊需要注明尺寸时 ，其尺寸线用细实线表示； 仪表引出线及连接线用细实线表示。 线条要求：（均为打印效果） 2.3 工艺流程图 3.文字与字母的标注 汉字高度不宜小于2.5mm; AO、A1图纸汉字高度应大于5mm； 指数、分数、脚注的尺寸一般采用小一号字体，分数最小 字高为3mm，且和分数线之间至少应有1.5mm的空隙。 推荐的字体如下： （1）7号和5号字体用于设备名称、标题栏、详图的题首 字； （2）5号和3.5号字体用于其它具体设计内容的文字标注 、说明、注释等； （3）文字、字母、数字的大小在同类标注中应相同。 流程图的内容： (1)用图例表示出全部工艺设备； (2)表示工艺物料和辅助管道的流向及工艺物料管道上的阀门( 用图例表示)，异径管等有关附件，但不必绘出法兰、弯头、 三通等一般管件，流程图管道的连接位置应与配管图基本一致 ； (3)以图例表示出控制回路、仪表的参数、功能、仪表位号和 控制方法； (4)标注全部设备的位号和名称； (5)表示全部管道的管道代号、管径、材料、保温等。 2.3 工艺流程图 画法：从左至右的展开。 4.流程图 5.备注栏、详图和表格 在图的右侧 6.图面布置 举例 （二）设备的表示方法： 1.图形 化工设备在图上（一般按比例）用细实线(b/3)绘制，画出 能够显示形状特征的主要轮廓(例如：蒸发器、换热器等)；有 时也画出具有工艺特征的内部示意结构，如塔扳、填充物、搅 拌器、加热管、冷却管、插入管等，这些可以用细虚线绘制， 设备上的管口一般不予画出，而设备上的电动机等可用矩形框 中注写“M”字样表示。某些图形过大或过小的设备，可适当缩 小或放大比例。常用的设备表示方法见下表。 2.3 工艺流程图 设备相对位置： 纵向：设备间的高低和楼面高低的相对位置，一般也按比 例绘制。低于地面的需相应画在地平线以下，尽可能地符合实 际安装情况。对于有位差要求的设备，还要注明其限定尺寸。 横向：原则上按流程图自左至右展开，勿使管线形成过量 往返。设备间的横向距离，则视管线绘制及图面清晰的要求而 定，应避免管线过长，或过于密集而导致标注不便、图面不清 晰。 注意：流程图上一律不表示设备的支架、支脚、基础和平台 （举例） 2.3 工艺流程图 相同系统(或设备)的处理 两个或两个以上相同的系统(或设备)，一般应全部画出。 只画出一套时，被省略部分的系统，则需用细双点划线绘出矩 形框表示。框内注明设备的位号、名称，并绘出引至该套系统 (或设备)的一段支管。 3.3 工艺流程图 2.设备标注 （1）标注的内容 设备在图上应标注位号及名称。设备位号在整个车 间(装置)内不得重复，施工图设计与初步设计中的编号 应该一致。如果施工图设计中设备有增减，则位号应按 顺序补充或取消(即保留空号)。设备的名称也应前后一 致。 2.3 工艺流程图 2.3 工艺流程图 (2)标注的位置 设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下 方，即在图纸的上端及下端两处（有时也可标注在设备内 ，此时只标位号，不标名称），各设备在横向之间的标注 方式应基本排成一行。在图纸同一高度方向出现两个设备 图形时，将在上方的设备标注在图纸上端。若在同一高度 方向出现两个以上设备图形时，则可按设备的相对位置将 某些设备的标注放在另一设备标注的下方（要求美观）。 （举例说明） 2.3 工艺流程图 (3)标注的方法 设备位号 设备名称 粗实线 R101A R0101A 设备类型代号 一般用英文名 称的第一个字 母表示 主项代号 设备顺序号 相同设备尾数号 EV表示蒸发器 图上一般应画出所有工艺物料和辅助物料(如蒸汽、冷 却水、冷冻盐水等)的管道。 当辅助管道系统比较简单时，可将其总管绘制在流程图的 上方，其支管则下引至有关设备； 当辅助管道系统比较复杂时，待工艺管道布置设计完成后 ，另绘辅助管道及仪表流程图予以补充，此时流程图上只绘出 与设备相连接位置的一段辅助管道(有时包括操作所需要的接 口等) 。图上各支管与总管连接的先后位置应与管道布置图一 致。公用管道比较复杂的系统，通常还需另绘公用系统管道及 仪表流程图。 2.3 工艺流程图 （三）管道的表示方法： 线型规定 ： 工艺物料管道用粗实线(常用b0.60.9mm左右)绘制 ，辅助管道用中实线(0.30.5mm左右)绘制，仪表管则用细虚 线(0.150.25mm左右)或细实线绘制。有些图样上，保温、伴 热等管道除了按规定线型画出外，还示意画出一小段(约10mm) 保温层。 （1）管道的画法 固体物料除用粗虚线表示外，还要写出物料名称 2.3 工艺流程图 交叉与转弯 绘制管道时，应尽量注意避免穿过设备或使管 道交叉，不能避免时，应将其中一根管道断开一段，断开处的 间隙应为线粗的5倍左右（举例）。管道要尽量画成水平和垂直 ，不用斜线。若斜线不可避免时，应只画出一小段，以保持图 画整齐。 放气、排液及液封 管道中的取样口取样点、放气口、排液管 、液封管等（例如）应全部画出。放气口应画在管道的上边， 排液管则绘于管道下侧，U型液封管尽可能按实际比例长度表示 。 2.3 工艺流程图 管道及其附件图例 2.3 工艺流程图 2.3 工艺流程图 来向和去向 （1）不同主项间连接管道：本主项与其他主项(在不同图号的 图纸上)连接者，在管道端部近图框处画一个由细实线构成的 30mm6mm的矩形框，框中写明连接图的图号，上方则注明物料 来向或去向的设备位号或管段号（例）。 2.3 工艺流程图 （2）同一主项间连接管道：绘在同一张流程图上的两个设 备相距较远时，其物料管道仍要连通，不能用文字表示。对 于接至另一张流程图上的管道，可在管道断开处（流程图的 左右两侧）用箭头注明至某设备或管道的图号，如排水或排 污管必须用文字说明排入何处。（举例） 2.3 工艺流程图 标注位置：每段管道上都要有相应的标注，一般横向管线 标注在管线的上方，竖向管线则标注在管线的左方；若标注位 置不够时，可将标注中的部分内容移至管线下方或右方。不得 已时，也可用指引线引出标注。（举例） （2）管道的标注 2.3 工艺流程图 标注内容： 包括三个组成部分：即管道号、管径和管道等级。前两 个部分为一组，其间用一短横线隔开，管道等级为另一组， 组间应留适当的空隙（举例）。对于有隔热(或隔音)措施的 管道，还要在管道等级之后加注隔热(或隔音)的代号，两者 间也用一短横线隔开；当标注内容较多时，可以将管道号、 管径和管道等级、隔热(或隔音)代号分别标注在管线的两侧 。 2.3 工艺流程图 可省略 2.3 工艺流程图 PG 03 02 200 A 1 A H 管道材料 代号 隔热或 隔音代号 压力 等级 物料代号 主项代号 (工段号) 管道分段 顺序号 管道尺寸 (公称通径) 2.3 工艺流程图的绘制 简单标注：当未采用管道等级及与之配套的材料选用表时， 管道标注中的公制管需注外径厚度对隔热(或隔音)的管道 ，则将隔热(隔音)代号注在管径之后。 PL1084H 2.3 工艺流程图的绘制 物料代号：关于物料代号，国家标准管路系统的图形符号 ，管路(GB 6567.2-86)作出了规定。 以介质(物料)英语名称的第一字母大写表示，例如空气（ air)用“A”，蒸汽（steam）用“S”，水（water）用“W”， 盐水或卤水（brine）用“BR”； 以分子式为代号，如硫酸为“H2SO4”； 采用国际通用代号，如聚氯乙烯为“PVC”等。 为避免与数字0的混淆，规定物料代号中的字母O应写成。 用物料代号规定 2.3 工艺流程图的绘制 主项代号及管段序号 编号可按工艺流程顺序编写，其中前两位数字(或一位数 字）为主项代号，后两位数字则为管段序号，如“0108”即 该物料管道在第01主项中的第八段。有些图样将工艺物料管 道管号的前三位数字写成设备号，第四位数字才是管段号， 如5141，表示与514