化工设计工艺流程设计教学课件PPT.ppt

第二章 工艺流程设计 化工设计 第二章 工艺流程设计 化工设计 化工设计 本章主要内容： 2.1 生产方法和工艺流程的选择 2.2 工艺流程设计 2.3 工艺流程图 2.4 典型设备的自控方案 2.5 工艺流程图计算机绘制软件简介 本章重点难点： 工艺流程选择原则和设计方法；工艺流程图的类型 及其绘制法；设备、管道、阀门与管件、自控方案 的表示方法。 第二章 工艺流程设计 化工设计 教学内容： 理解生产方法和工艺流程选择的原则和生产 方法和工艺流程确定的步骤和内容。 重点和难点： 重点掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。 第一节生产方法和工艺流程的选择 化工设计 2.1 生产方法和工艺流程的选择 一、生产方法和工艺流程选择的原则 在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下 三项原则： l 1. 先进性 l 2. 可靠性 l 3. 合理性 2.1 生产方法和工艺流程的选择 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.1 生产方法和工艺流程的选择 二、生产方法和工艺流程确定的步骤 确定生产方法和工艺流程时，通常要经过下列几个 阶段： 1. 资料搜集与项目调研； 2. 生产设备类型与制造厂商调研； 3. 对调研结果进行全面分析对比 。 2.1 生产方法和工艺流程的选择 第二章 工艺流程设计 化工设计 教学内容： 理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。 重点和难点： 重点掌握工艺流程设计的步骤和内容，以及反应过 程、原料预处理过程、产物的分离净化过程设计应 考虑的问题。 难点是综合运用所学知识，以反应过程为核心，根 据反应过程的特点，提出对原料预处理过程、产物 的分离净化过程的的要求，组织工艺流程。 第二节 工艺流程设计 化工设计 2.2 工艺流程设计 一、工艺流程设计的任务 （1）确定整个流程的组成 ； （2）确定每个过程或工序的组成； （3）确定工艺操作条件； （4）控制方案的确定； （5）原料与能量的合理利用； （6）制定“三废”处理方案； （7）制定安全生产措施。 2.2 工艺流程设计 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.2 工艺流程设计 二、工艺流程设计的方法 工艺流程设计方法，首先要看所确定的生产方法是 正在生产或曾经运行过的成熟工艺，还是待开发的 新工艺。前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局 部采用新技术、新工艺的问题；后者须针对新技术 开发进行概念设计。 工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、反应过 程、产物的后处理（分离净化）过程和“三废”的处 理过程。 第二章 工艺流程设计 2.2 工艺流程设计 化工设计 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 第二章 工艺流程设计 2.2 工艺流程设计 化工生产工艺过程的结构 化工生产的总体特征： 同一种原料可以生产多种不同的产品 同一产品又可利用多种原料来生产 同一原料生产同一产品也可有多种工艺 要进行工艺过程设计？ 如何从众多的工艺中寻找其中的共性的东西。 醋酸乙烯酯 醋（酸）酐 阿司匹林 醋酸纤维素 除莠剂 羧甲基钠 氯醋酸 纤维素 醋酸乙酯 氢硫基醋酸 醋酸 调味品 醋酸盐 香料 溶剂 聚醋酸乙烯酯 醋酸乙烯酯 聚氯乙烯-醋酸乙烯酯 树脂 乙酰乙酸乙酯 双乙烯酮 色酚as-g 1 ，3，5吡唑酮 醋酸的部分产品树 1. 乙炔 2. 乙醇 乙醛 3. 乙烯 乙酸 4. 丁烷 5. 甲醇 水合 氧化 氧化 氧化 氧化 羰基化 乙酸（醋酸）的原料路线 .以煤或重油为原料生产合成氨 反应方程式为： cmhn + mh2o mco +（1/2 + m）h2 c + 2h2o co +2 h2 c + h2o co + h2 反应条件：900高温，吸热反应。 co + h2o h2 + co2 反应条件：等分子可逆反应，铁系催化剂，放热反应。 3h2 + n2 2nh3 反应条件：可逆放热反应，铁系催化剂。转化率：22% 高压：15.230.4mpa ；高温：420550 煤气 化 耐硫变换 脱 碳 压 缩合 成 水冷却 氨冷却 分 离合成氨 h2+ co+co2+n2 h2+ co+n2 h2+ n2 成品 循环气 以乙醇为原料生产醋酸： 两步反应: c2h5oh + o2 ch3cho + h2o 反应条件：气固相放热反应。催化剂为银，网状或不规则状。 原料中杂质对催化剂的影响。 反应温度：560580。反应快速，考虑热载体。 ch3cho + o2 ch3cooh 反应条件：气液相放热反应。催化剂为醋酸锰。 反应温度：6080。 原料中杂质会生产副产物。考虑后续分离。 成品 酒精 配料 蒸发 氧化反应 冷却 吸收 浓缩 乙醛水溶液+酒精 氧化反应 精馏 冷却 蒸发 酒精+水+空气 乙醛+水+酒精 +催化剂 浓乙醛 分离出 酒精 醋酸+副产物 +催化剂 +催化剂 醋酸+催化剂 催化剂 水 以糖蜜为原料生产乙醇 c6h12o6 2c2h5oh+2co2 反应条件： 生化反应过程，由酵母菌消耗可发酵糖（如葡 萄糖等），排出酒精，同时产生co2。 发酵温度： 3034，原料浓度：33 35% 产物中含杂质多，如醛、酯、甲醇等。 糖蜜 稀 释 水营养盐 稀糖液 发酵 酒母 co2 成熟醪 粗蒸馏 废液 酒精+杂质+水 蒸馏 除头级 杂质 蒸馏 除中尾级 级杂质 成品 具有一个化学反应的一般化工过程结构 副产物或杂质 原料预处理反应分离 产品 未反应原料循环 达到反应所需的 浓度、温度、压 力、状态等条件 反应过程中 的能量输出 和输入 根据产物、副产物 和杂质之间物性的 差异选择分离方法 当一个生产工艺中存在两个或以上的反应过程 时，需在反应过程之间加设缓冲罐，以维持整 个生产工艺过程的平稳和连续。 原料预处理第一步反应 分离 中间产品中间缓冲罐中间缓冲罐 中间产 品处理 最终反应分离成品 第一工艺过程阶段 第n工艺过程阶段 一个化工生产过程的若干个过程阶段 过程设计： 反应器 进料 蒸汽 冷却水 未反应的原料 +产品+副产品 反应器将原料转变为产品和副产品 需要用分离系统来分离产品和循环利用未反应的原料 反应器 进料 蒸汽 冷却水 未反应的原料 +产品+副产品 冷却水 冷却水 蒸汽 蒸汽 产品+ 副产品 产品 副产品 未反应的原料循环 采用不同的分离系统会改变工艺过程 产品 反应器 进料 蒸汽 冷却水 未反应的原料 +产品+副产品 冷却水 冷却水 蒸汽 蒸汽 未反应的原料循环 副产品 增加了热集成的工艺过程（1） 循环进料 反应器 进料 蒸汽 冷却水 冷却水 蒸汽 蒸汽 副产品 产品 增加了热集成的工艺过程（2） 反应器 进料 蒸汽 冷却水 冷却水 蒸汽 循环进料 副产品 产品 化工设计 教学内容： 理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程 图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达 方法。 重点和难点： 重点掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀 门和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注 内容和方法。 难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表 示方法。 第三节 工艺流程图 化工设计 2.3 工艺流程图 一、工艺流程图的种类 （一） 工艺流程草图 l 工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，是用来表达整 个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案 讨论常用的流程图，是工艺流程图设计的依据。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 图2-1 脱硫系统工艺方案流 程图 1一罗茨鼓风机；2一脱硫塔 ；3一氨水槽；4-1、4-2一氨 水泵；5一空气鼓风机；6一 再生塔；7一除尘塔 化工设计 2.3 工艺流程图 一、工艺流程图的种类 （二）工艺物料流程图 l 工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以 图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果 。它是初步设计阶段的没计成品，提交设计主管部门和投资 者审查，并用作投产后的操作与技术改造的重要资料。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 工艺物料流程图是在物料衡算和热 量衡算完成后绘制，是以图形与表 格相结合的形式来反映物料衡算和 热量衡算的结果。 化工设计 2.3 工艺流程图 一、工艺流程图的种类 （三）带控制点的工艺流程图 带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导 性文件，也是各专业开展设计的依据之一。 带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备、工艺物料管线 、辅助物料管线、主要阀门，以及工艺参数(温度、压力、流 量、液位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制 的方案。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 一、工艺流程图的种类 （四）管道仪表流程图 l 管道仪表流程图(pi图) 是借助统一规定的图形符号和文字代 号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、仪 表、管道及主要管件，按其各自的功能，为满足工艺要求和 安全、经济目的而组合起来，以起到描述工艺装置结构和功 能的作用。 l pi图在基础工程设计阶段应绘制a版pi图(初版)、b版pi图(内 审版)、c版pi图(用户版)及d版pi图(确认版)；在详细工程设 计阶段应绘制e版pi图(详1版)、f版pi图(详2版)、g版pi图( 施工版)。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) 管道仪表流程图(pi图)应依据 “化工工艺设计施工图内容和深 度统一规定” hg20519-92和 “管道仪表流程图设计规定” hg20559-93的有关规定进行绘制。 （一）通用设计规定 1、图纸规格与图幅 管道仪表流程图的图纸应采用标准规格 ，并带有设计单位名称的统一标题栏。图幅应采用0号(a0)标 准尺寸图纸，也可用1号(al)标准尺寸图纸。 2、线条与比例 3、文字与字母的标注 4、图面布置 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) （二）设备的表示方法 1、图形 化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按hg 20519.31 规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮 廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件(内、外构件 亦用中线条)。 常用设备和机械的图形画法，可参见表2-2，其他设备可参照 画出。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) （二）设备的表示方法 2、设备的标注 （1）标注的内容 工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。 （2）设备的位号 每台设备均有相应的位号;设备位号由两部分组成，前 部分用大写英文字母表示设备类别;后部分用阿拉伯数字表示设备所在位 置(工序)及同类设备的顺序，一般数字为3-4位。 例如，图2-3中的“j101”，由三部分组成：j为设备类别代号。 （3）标注的方式 pi图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表示 在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处位 号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部注写设备位 号，在位号线下部注写设备名称。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) （三）管道的表示方法 1管道的画法 2、管道的标注 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) （四）阀门与管件的表示方法 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 化工设计 2.3 工艺流程图 二、管道仪表流程图(pi图) （五）仪表控制点的表示方法 管道仪表流程图上要以规定的图形符号和文字代号，表示出 在设备、机械、管道和仪表站上的全部仪表。 2.3 工艺流程图 第二章 工艺流程设计 表2-11 仪表安装位置的图形符号 第四节 典型设备的自控方案 教学内容： 理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸 馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控 设计条件的内容。 重点和难点： 重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器 及蒸馏塔的自控方案。 难点是如何确定操纵变量、主变量和副变 量，以及控制方案的表达方法。 化工设计 2.4 典型设备的自控方案 一、泵类的自控方案 1. 离心泵 离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，如图2-7(a) 。也可以使用旁路调节方法(见图2-7(b)，旁路调节耗费能量 ，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。 2.4 典型设备的自控方案 第二章 工艺流程设计 (a)控制泵的出口阀门开度 (b)控制泵的出口旁路 图2-7 离心泵的控制方案 化工设计 2.4 典型设备的自控方案 二、压缩机的自控方案 2.4 典型设备的自控方案 第二章 工艺流程设计 图2-9 压缩机分程控制方案 图2-10压缩机旁路控制方案 化工设计 2.4 典型设备的自控方案 三、换热器的自控方案 2.4 典型设备的自控方案 第二章 工艺流程设计 (a)改变被控物料流量 (b)改变物料旁路流量 图2-12 控制被控物料流量的控制方案 化工设计 2.4 典型设备的自控方案 四、反应器的自控方案 (一)釜式反应器的温度自动控制 2.4 典型设备的自控方案 第二章 工艺流程设计 (c)载热体流量釜温串级控制 (d)夹套温度釜温串级控制 (e)釜压釜温串级控制 图2-16 釜式反应器的温度控