化工设计课件工艺流程设计.ppt

1,化工设计课件工艺流程设计,2,目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程 任务： （1）确定生产工艺流程中各个过程的具体内容、顺序和组织形式。 （2）绘制工艺流程图。,工艺流程设计的目的和任务,4.1 概述,3,工艺流程设计的重要性,决定车间的命运； 化工设计最主要的一环； 关键性步骤,4,工艺流程的设计顺序：,从化工设计工作进程看： 在可行性研究中、生产工艺路线选定后开始 在初步设计、扩初设计和施工设计各个阶段，随着工艺专业和其他专业设计工作的进展，不断地进行补充和修改，然后在最后才完成， 它贯穿于整个设计过程 由浅入深 由定性到定量 逐步分阶段进行,5,4.1.1工艺流程设计的原则,工艺流程设计应遵守以下几个原则： 1、产品质量原则： 尽可能采用先进设备、先进的生产方法和成熟的流程。 2、资源利用原则： 就地取材，充分利用本地资源、减少原料组织与运输。 3、节能原则： 选用的设备效率要高，要降低原材料消耗及水电汽的消耗。 4、安全生产原则： 充分预计生产故障，以便及时妥善处理，保证生产的稳定性。 5、经济效益原则： 这是一个综合的原则，应从原料性质、产品质量和品种、生产能力以及发展等多方面考虑。,6,4.1.2工艺流程设计的任务,1、确定整个流程的组成 2、确定每个工序的组成 3、确定操作条件 4、确定控制方案 5、确定物流和能量的合理利用方案 6、确定公用工程的配套设施 7、确定三废治理方法 8、确定安全生产措施 9、画出工艺流程图,7,确定整个流程的组成 例如：合成氨生产工艺,己内酰胺生产工艺,返回,8,确定各个过程或工序的组成,例如:合成氨工艺中的变换工段,变换反应：,水洗,碱洗,返回,9,确定控制方案,离心泵的流量控制,10,液位控制,返回,11,4.1.3 从工艺角度进行流程设计,A反应过程 根据反应过程的特点、物性和工艺条件决定反应器类型及操作方式，根据产品特点选择连续或间歇生产方式。,B原料预处理过程,C产物的后处理 （1）反应副产物的分离 （2）未反应的反应物返回循环利用 （3）产物净化与分离,D产品包装,E原料的循环利用,12,4.2 流程图绘制方法,各设计阶段的设计成果表现为各种图纸、表格及说明 不同的设计阶段有不同的工艺流程图,初步设计阶段,施工图阶段,物料流程图 带控制点工艺流程图,带控制点工艺流程图 辅助管道系统与蒸汽伴管系统图,项目建议书、 可行性研究阶段,全厂（车间、总装置）物料流程图 工段方案流程图,13,4.2.1 基本要求,C流程简图（P.92 图4-63） 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； 以图例表示出主要控制回路仪表的参数、功能、控制方法。,B流程示意图 用图例表示出主要工艺设备； 用箭头表示物流方向； 标注主要工艺设备的位号和名称。,A流程框图（P.89 图4-62） 用方框及文字表示主要的工艺设备及过程； 用箭头表示物流方向。,14,D物料流程图（P.93 图4-64） 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。,E公用工程系统图 用方框、文字表示使用公用工程的工艺设备及过程； 用箭头表示物流方向。,15,F带控制点的工艺流程图（P.93 图4-65） （1）用图例表示出全部工艺设备。 （2）用图例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，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）用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,16,4.2.2 流程图图面绘制要求,流程图图纸尺寸及线条要求 （1）图幅尺寸 原则上一个主项画一张图，其幅面一般采用1号或2号图纸， 如流程复杂，可分成几部分进行绘制。 （2）设备图例比例 使图面视觉美观 ： 过高、过大或过小的设备，其外形可以适当缩小或放大 （3）线条要求 主要物料管道用粗实线（0.9mm）； 辅助物料管道用中粗实线（0.6mm）； 设备轮廓、管道上的各种附件、局部地坪线、尺寸线、仪表引出线及连接线用细实线（0.3mm）。,17,流程图中设备的绘制和标注方法,设备的绘制,常用设备的外形画法可参照图例绘制，如附录2表21。若没有图例，可绘其象征性的简单外形，以表明该设备的特征； 在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平台； 设备的布置，原则上按流程图自左至右，要求图面饱满匀称，清晰整齐；,18,19,20,返回,21,流程中若有几台相同设备并联，可以只画一台设备，其余几台用细实线方框表示，在方框内注明位号，并画出通往该设备的支管。,22,例：H0101A 表示第一车间第1A换热器,注：设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备增加，则位号应按顺序增补；如有取消，原有设备位号不再使用。,设备的标注方法,位号应标注在设备内或附近空白处，位号和名称用粗实线分开，位号写在上面如：,23,流程图物料管道绘制方法,管道、管件及管道附件图例及常用阀门图例，如附录2附表22和附表23。,管道、管件及管道附件表示方法,24,25,26,固体物料除用粗虚线表示外，还要写出物料名称。 当工艺流程比较复杂，辅助系统图应分开绘制。 在辅助系统流程中，辅助管道只绘制与设备相连的进出口一段支管，并注明代号、编号及管道规格，而辅助管道总管与分管相连的部分由辅助系统图来表示。 如果该项目主流程比较简单，则可不另画辅助系统图，辅助管道总管要在流程图画出来，并画出辅助管道上的附件、仪表，并将图名改为工艺管道和辅助管道及仪表流程图。,27,控制仪表与主流程设备管道及辅助管道有联系时应分别在流程图和辅助管道上适当表示。 当不同的管道有交叉时，同一幅图应以“横断，竖不断”、“辅断主不断”的原则。 同一图纸上的管道无论相隔多远，必须用管线连接，不能用文字表示，对于接到另一张图纸和进出车间的管道要用方框箭头并用文字注明至某设备或管道的图号，以表示来源或出处，如排水或排污管必须用文字说明排入何处。,28,管道的标注方法,29,管道代号 管道代号包括流体代号、车间代号和管段代号。 管道代号应分段编定，其分段编号用管段代号表示。管道的分段可按设备到设备之间为一段，亦可取设备到管道分支点为一段。流程图、系统图和管道布置图上相应的管道代号必须一致。,30,流体代号（物料代号）表示方法： （1）按国家标准管路系统的图形符号，管路（GB6567.286）作出的规定，以介质（物料）英语名称的第一字母大写表示，如： 空气（air）为“A，蒸汽（steam）为“S”， 油（oil）为“O”，水（water）为“W； （2）以分子式为代号，如硫酸为“ H2SO4”； （3）采用国际通用代号，如聚氯乙烯为“PVC”等表示。 此外也可以在类别代号的右下角注以阿拉伯数字，以区别该类物料的不同状态和性质。化工系统有关部门根据化工专业特点，还作了一些具体规定，如表41所示。在工程设计中遇到本规定以外的物料时，可予以补充代号，但不得与表41中的代号相同。,31,常用物料代号规定,32,车间代号： 车间代号与前面“设备位号”的编制方法相同。 管段代号： 即各管段的编号或管段顺序号，每一管段的编号不能重复，一般按物流先后排序。 管道规格 管道规格应标出管经和壁厚。 管道等级 管道等级号由两个英文字母及一个数字组成； 如上例B2A中： B同一材质同一压力等级的顺序号，A、B、C、D等； 2管道压力等级号； A管道材质代号；,33,管道材质代号： A铸铁及硅铸铁 B碳素钢 C普通低合金钢 D合金钢 E不锈钢耐酸钢 F有色金属 G非金属 H衬里管 管道压力等级号： 00.6MPa 11.0 MPa 21.6 MPa 32.5 MPa 44.0 MPa 56.4 MPa 610.00 MPa,34, 保温代号 保温代号包括伴管尺寸和隔热代号。 伴管尺寸与主管标注方法相同，应标出管经和壁厚 隔热代号：一般常压可不标 H保温 O导热油伴热供温 JO热油夹套保温,35,流程图中自控及仪表的表示,工艺生产流程中的仪表及控制点应该在流程图的有关管道上的大致安装位置用图例、位号两部分给以表示: 图例见附录2 表2-4所示,仪表位号由字母代号和阿拉伯数字编号组成,标注仪表位号的方法： 字母代号写在圆圈的上半部分， 数字编号写在圆圈的下半部分。,36,流程图图纸名称 在图纸的右下方为图签，图签中主标题栏中应写上图纸的名称，例如： (1) 吨/年 车间工段 带控制点工艺流程图 (2) 吨年车间（界区）工段 工艺管道及仪表流程图,37,流程图辅助管道及仪表系统图,不同的专业有不同的辅助管道 工艺专业： 包括蒸汽、冷凝水、给排水、压缩空气、真空等系统 自控专业：压缩空气、真空、电路、电缆等系统,（1）在流程图上未曾画出的辅助管道系统必须单独绘制，每一种辅助管道系统绘制一张系统图。 （2）图上的设备一般用矩形框以细实线表示，框内标注设备位号及设备名称或管道代号。 （3）图上必须表示该辅助管道总管和支管上的全部阀门、异径管及控制点等。图纸名称可写为： 吨年车间（界区）工段 蒸汽管道及仪表流程图,38,4.3 带控制点的工艺流程,4.3.1 化工典型设备的自控流程 输送设备的自控流程设计 输送设备: 固体输送设备：输送带、斗提机 流体输送设备：离心泵、容积式泵、真空泵、压缩机,流体输送设备的控制变量：流量、真空度或压力 A离心泵 离心泵流程设计的一般要求：,（1）泵的入口和出口均需设置切断阀； （2）出口处应安装止回阀； （3）在泵的出口处应安装压力表； （4）泵出口管线的管径一般与泵的管口一致或放大一档； （5）泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀。,39,离心泵流量的控制方法：直接节流、旁路调节、调速法,直接节流法： 在泵的出口管线上设置调节阀，利用阀的开度变化来调节流量,优点：简单,缺点：不适用于正常流量低于泵额定流量的30%以下的场合；调节阀直径较大。,40,旁路调节法：,在泵的进出口旁路管道上设置调节阀，使一部分液体从出口返回到进口管线。,优点：调节阀直径较小，可用于介质流量偏低的场合。 缺点：泵的总效率降低。,41,调速法 ：,电磁调速法：用电磁吸合原理调节驱动力矩来调节泵的转速 优点：节能；驱动机和调速设施投资相对变频调速小 缺点：驱动机的总效率降低,变频调速法：用调节频率改变驱动电机转速来调节泵的转速 优点：相对电磁调速更节能；泵的总效率高 缺点：驱动机和调速设施投资大,42,多分支调节法 ：,43,B容积式泵（往复泵、齿轮泵、螺杆泵、旋涡泵）,特点：当流量减小时容积式泵的压力急剧上升。,设计时注意：不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量,流量的控制方法： 旁路调节 改变转速 改变冲程大小,图44是旋涡泵的流量调节流程，此流程亦适用于其他容积式泵。,44,C真空泵,真空泵的调节方案： 吸入支管调节：图45（a） 吸入管阻力调节：图45（b）,45,蒸汽喷射泵的真空度调节：,调节蒸汽,46,D离心压缩机,压缩机流程设计的一般要求：（见教材P.62） 常用的流量调节方法：入口流量调节旁路法、改变进口导向叶片的角度和改变压缩机的转速等方法。,进口压力调节： 在压缩机进口前设置一缓冲罐，从出口端引出一部分介质返回缓冲罐以调节缓冲罐的压力。,47,管壳式换热设备的自控流程,相关知识： 管壳程流体的选择原则： 应能满足提高总传热系数，合理利用压力降、便于维护检修等要求。 为了提高换热效率，应尽量采用逆流换热流程。 一般情况下，高压流体，有腐蚀性、有毒性、易结焦、易结垢、含固体物、粘度较小的流体以及普通冷却水等应走管程，要求压力降较小的流体一般可走壳体。 进入并联的换热设备的流体应采用对称形式的流程，换热器冷、热流体进出口管道上及冷却器、冷凝器热流体进出口管道上均不宜设置切断阀，但需要调节温度或不停工检修的换热设备可设置旁路和旁路切断阀。 两种流体的膜传热系数相差很大时，膜传热系数较小者可走壳程，以便选用螺纹管、翅片管或折流管等冷换设备。,48,管壳式换热设备的自控原理：,管壳式换热设备的控制变量是温度； 冷流体获得的热量等于热流体供给的热量（无热损失时）。 对无相变的换热过程： Q = m热CP热T = m冷CP冷t 调节换热介质流量m的大小，可改变传热量Q，并调节温度T。 对有相变的换热过程：Q = m热HT相 = m冷CP冷t = mKFtm 1.调节热介质的流量m热，控制被加热介质的温度t 2.调节蒸汽的压力来改变其冷凝温度，即改变其传热温差tm 3.调节换热器中的冷凝水量达到改变传热面积F。 调节换热介质流量是一种应用最广的调节方案，有无相变的换热过程均适用，但更适用于无相变的过程。,49,A无相变的管壳式换热器流程情况,对无相变的换热过程，调节换热介质流量。 调节介质的选择一般遵循以下原则： 被控的流体的流量必须是可以改变的，即改变该股流体的流量对生产过程不会造成太大的影响。这时应以调节温差较大的流体流量为原则，即： a) 当T热t冷时，调冷流体（图4-8） b) 当T热t冷时，调热流体（图4-9） c) 当T热150时，不宜采用三通调节阀， 可采用两个两通调节阀：一个气开，一个气关（图4-10） 对于两股流体的流量均不允许调节的场合，应使总的流量保持不变。 a) 用三通阀来调节进换热器流体的流量，分流部分接出口； b) 采用两个两通调节阀，一个气开，一个气关（图4-10）,50,B一侧有相变的管壳式换热器,（1）蒸汽冷凝供热的加热器 调节蒸汽的压力改变其冷凝温度，即改变传热温差tm (图4-11) 调节冷凝水量以改变传热面积F （图4-12） （2）再沸器 调节热介质的流量（图4-13） 当热介质的流量不允许改变时，在冷介质管道上设置三通调节阀（图4-14） C两侧有相变的管壳式换热器 控制方法与一侧有相变的热交换器相类似： (1) 改变蒸汽冷凝温度，即改变其传热温差 (2) 改变冷凝水量以改变热交换器的传热面积,51,反应器的自控流程,反应器的类型不同，反应器的控制方案也不相。 典型反应器在温度、流量、配比等方面的控制方案： A釜式反应器的温度控制 （1）单回路温度控制方案 强制循环式：如图435。 特点：通过冷却介质的温度变化来稳定反应温度。 优点：冷却介质流量大，传热效果好。 缺点：釜温与冷却介质温差比较小，能耗大。 流量控制式：如图436。 特点：通过控制冷却介质的流量变化来稳定反应温度 优点：冷却介质流量相对较小，釜温与冷却介质温差比较大，传热速率快。 缺点：当内部温度不均匀时，易造成局部过热或过冷,52,（2）串级温度控制方案,特点：引入副控制参数进行串级操作，属多参数控制，较单回路方案可靠。, 图437： 主参数是反应器的温度，副参数是载热体的流量 反应温度与载热体流量串级控制, 图438： 主参数是反应器的温度，副参数是夹套温度。 反应温度与反应器的夹套温度串级控制,53,B反应器进料流量的控制,反应器进料流量的稳定对保持物料平衡、保持反应所需的停留时间、稳定反应温度有着重要的意义。, 单股进料: 以进料流量为控制参数，用调节阀作控制设备，在进料管上设置一个单回路控制系统。, 多股进料时，可采用图439的控制方案。 对每一物料都设置一个单回路控制系统，使各进料量的稳定，也保证各反应物之间的静态关系。,54,C物料流量比值控制方案,当有两种以上的物料进入反应器，且由于各股物料的组成变化需要调节物料配比时，需要设置物料流量比值控制方案，如图440所示。,图440（a）为两种物料流量比值控制方案 图440（b）为多种物料流量比值控制方案,一般选择比较贵重的反应物或是对反应起主导作用的反应物作为主物料（图中A物料，限制组分），除主物料之外的其他反应物则为副物料（图中B、C 物料，过剩组分） 。 如果各反应物的成分、压力、温度等参数变化较大时，应引入成分、压力和温度等参数的校正方案。,55,4.3.2 特定过程及管路的流程,主要有：气流输送、真空过程、导热油加热和取样系统,定义：借助正压或负压气流通过管道输送物料的技术 组成：供料装置；输送管道；分离设备；空气动力源 类型：用于输送散装粉粒状物料的气力输送系统主要是以下三种类型：吸送式、压送式和混合式,A吸送式 系统为负压操作，流程如图4-41所示,B压送式 系统为正压操作，流程如图4-42所示,C混合式 吸送和压送两种方式的组合,4.3.2.1 气流输送,56,取样系统,取样的基本要求： 所取的样品必须干净，并且有代表性； 取样时应避免取样介质排入大气，避免环境污染或形成爆炸危险区域； 注意人身安全。,A取样系统流程设计基本要求： 取样点应选择在有压力的、流动的工艺物料主管道的低温部位。 对人体有害介质应设有防护措施。 流体取样，一般情况下宜选用循环流程，在满足取样要求的情况下也可采用直接取样流程。 取样介质的温度：一般应小于或等于40为宜。,57,B取样流程,（1）直接取样流程 样品直接从工艺主管道上取出，一般用于： a）一般无害不冷凝气体，如图4-47所示。 b）含有固体粉尘的气体，如图4-48所示。 c）无害的液体和油品，如图449(a)、(b)、(c) 根据实际情况，置换取样管内的滞留油或排入地漏，或排入桶内或须冷却后取样,（2）差压式取样流程 即取样时上游管和下游管有一定的压力差，压差可以是阀门或调节阀，也可是设备所形成的压力降。 差压式取样流程分为：循环流程、非循环流程。 循环流程即介质从下游管回到自身管道的系统。,58,差压式取样流程一般用于：,a）对人体有害的气体或油气，宜采用差压式循环流程，如图4-50(a)、(b) b）高温高压气体，宜采用差压式非循环流程，如图4-51,59,容器 1、接口,放空管的形式,排放,3、排放,2、放空,4.3.3 化工工艺流程的经验设计,60,4、溢流管,61,6、下降腿,7、折角进料管,62,容器中固体物料处理装置,63,1.塔顶的液封,塔器,64,2.塔底与再沸器,塔釜液位,蒸汽,冷凝水,65,1.放空,换热器,66,2.冲溅防护,67,离心泵,泵的循环管路,68,69,70,72,返回,73,4.4 辅助生产流程,化工工艺流程不仅要满足生产稳态过程的需要,还应满足生产处于非稳态过程的需要(开停车,安全生产,事故状态),74,公用工程 开停车流程 安全生产流程 A安全阀的设置 B爆破片的设置 C高压管路,75,附表 2-4,返回,76,表 4-2,返回,77,（图4-8）,返回,78,（图4-9）,返回,79,（图4-10）,返回,80,（图4-11）,返回,81,（图4-12）,返回,82,（图4-13）,返回,83,（图4-14）,返回,84,（图4-35）,返回,85,（图4-36）,返回,86,（图4-37）,返回,87,（图4-38）,返回,88,（图4-39）,返回,89,（图4-40a）,返回,90,（图4-40b）,返回,91,（图4-41）,返回,92,（图4-42）,返回,93,（图4-47）,返回,94,（图4-48）,返回,95,（图4-49）,返回,96,（图4-50）,返回,97,（图4-51）,返回,98,99,返回,100,4.5 工艺流程图绘制软件介绍,4.5.1 主要流程设计软件,PDMS (Plant Design Management System)，即3D工厂设计管理系统，是由英国CAD Centre公司出品。主要用于工厂管道布置、