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第3章工艺流程设计 3 1概述 3 2工艺方案流程图 3 3物料流程图 3 4带控制点的工艺流程图 作业 1 解释概念 工艺流程图2 工艺流程设计的三个阶段 3 带控制点工艺流程图的基本要求及图面内容 4 工艺流程图中管道和设备的表示方法 第一节概述 按照产品的工艺技术成熟程度 工艺流程设计可分为两类 生产工艺流程设计和试验工艺流程设计 本章主要讨论生产工艺流程设计 一 工艺流程设计的作用 工艺流程设计是在确定的原料路线和技术路线的基础上进行 它是整个工艺设计的中心 工艺流程设计是工程设计中最重要 最基础的设计步骤 对后续的物料衡算 能量衡算 工艺设备设计 车间布置设计和管道布置设计等单项设计起着决定性的作用 并与车间布置设计一起决定着车间或装置的基本面貌 因此 设计人员在设计工艺流程时 要做到认真仔细 反复推敲 努力设计出技术上先进可靠 经济上合理可行的工艺流程 二 工艺流程设计的任务 主要任务 其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序 即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向 应用的生物反应或化工过程及设备 其二是绘制工艺流程图 也就是说通过图解和必要的文字说明将原料变成产品 包括污染物治理 的全部过程表示出来 工艺流程图 工艺流程设计具体内容 1 确定工艺流程的组成确定工艺流程中各生产过程的具体内容 顺序和组合方式 是工艺流程设计的基本任务 2 确定载能介质的技术规格和流向发酵生产中常用的载能介质有水 水蒸气 冷冻盐水 空气 真空或压缩 等 其技术规格和流向可用文字和箭头直接表示在图纸中 3 确定操作条件和控制方法 保持生产方法所规定的工艺条件和参数 是保证生产过程按给定方法进行的必要条件 发酵生产中的主要工艺参数等 需要控制的工艺参数应确定其检测点 显示仪表和控制方法 4 确定安全技术措施对生产过程中可能存在的各种安全问题 应确定相应的预防和应急措施 如设置报警装置 爆破片 安全阀 安全水封 放空管 溢流管 泄水装置 防静电装置等 5 绘制不同深度的工艺流程图 工艺流程设计通常采用两阶段设计 即初步设计和施工图设计 在初步设计阶段 需绘制工艺流程示意图 物料流程图和带控制点的工艺流程图 在施工图设计阶段 需绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 三 工艺流程设计的基本程序 经历三个阶段 生产工艺流程示意图 生产工艺流程草图 生产工艺流程图 1 工艺路线的选择从工业化实施的可行性 可靠性和先进性的角度 对各工艺路线进行全面细致的分析和研究 并确定一条最优的工艺路线 作为工艺流程设计的依据 确定生产方法 2 确定工艺流程的组成和顺序 根据选定的工艺路线 确定工艺流程的组成 包括全部单元反应和单元操作 并明确各单元反应和单元操作的主要设备 操作条件和基本操作参数 如温度 压力 浓度等 在此基础上 确定各设备之间的连接顺序以及载能介质的技术规格和流向 3 绘制工艺流程框图 当工艺路线及工艺流程的组成和顺序确定之后 可用方框 文字和箭头等形式定性表示出由原料变成产品的路线和顺序 绘制出工艺流程框图 4 绘制工艺流程示意图在工艺流程框图的基础上 分析各过程的主要工艺设备 在此基础上 以图例 箭头和必要的文字说明定性表示出由原料变成产品的路线和顺序 绘制出工艺流程示意图 5 绘制物料流程图 当工艺流程示意图确定之后 即可进行物料衡算和能量衡算 在此基础上 绘制物料流程图 此时 设计已由定性转入定量 6 绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图 当物料流程图确定之后 即可进行设备 管道的工艺计算以及仪表自控设计 在此基础上 可绘制出初步设计阶段带控制点的工艺流程图 并列出设备一览表 7 绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 初步设计阶段的工艺流程设计经审查批准后 按照初步设计的审查意见 对工艺流程图中所选用的设备 管道 阀门 仪表等作必要的修改 完善和进一步的说明 在此基础上 可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图 工艺流程图是用来表达生产工艺流程的设计文件 工艺流程图 方案流程图 物料流程图 施工流程图 带控制点的工艺流程图 这几种图由于要求不同 其内容和表达的重点也不一致 但彼此之间却有着密切的联系 在工艺路线选定后 进行概念性设计时完成 不编入设计文件 在初步设计阶段 完成物料衡算时绘制 在方案流程图的基础上绘制的内容较为详细的一种工艺流程图 第二节生产方法的选择和工艺流程的设计原则 一 生产方法的选择生产工艺流程设计是整个工艺设计的基础 工艺流程图是指导施工的重要图纸 生产方法即工艺路线的选择 是发酵工厂设计的关键步骤 一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较分析 从中选出技术先进 经济合理的工艺路线 以保证项目投产后能达到高产 低耗 优质和安全运转 选择生产方法的主要依据如下 1 原料来源 种类和性质 2 产品的质量和规格 3 生产规模 4 技术水平 5 建厂地区的自然环境 6 经济合理性 二 工艺流程的设计原则 1 保证产品质量符合国家标准 外销产品还必须满足销售地区的质量要求 2 尽量采用成熟的 先进的技术和设备 3 尽量减少三废排放量 有完善的三废治理措施 以减少或消除对环境的污染 并做好三废的回收和综合利用 4 确保安全生产 以保证人身和设备的安全 5 生产过程尽量采用机械化和自动化 实现稳产 高产 6 提高设备利用率 第三节工艺流程的设计步骤 一 生产工艺流程示意图此图是在物料恒算前进行 最简单的一种定性图纸 其作用是定性表明原料变成产品的路线和顺序 以及应用的过程及设备 包括全部的单元操作和单元反应 工艺流程示意图可以用简单的设备流程图表示 甚至可用文字示意图表达 例如啤酒生产的工艺流程示意图 工艺流程框图 如图 二 工艺流程草图的设计 工艺流程草图是由物料流程 图例 设备一览表以及必要的文字说明所组成 是初步设计阶段的草图 示意图 物料恒算 设备设计 计量和贮存设备等容积型设备的尺寸和台数 专业设备和通用设备设计选型 包括水电汽计算 所有设备 其制图要求如下 1 应表示出厂房各层楼面的标高 2 画出设备示意图 设备的尺寸大小应适当相称且大致形似 并标明其流程号 3 画出设备的物料及水 汽 真空 压缩空气 冷冻剂等管线和流动方向 以及管线上的主要阀门及管路附件如过滤器 疏水器等 4 画出必要的计量器具和控制仪表 如流量计 压力表 温度计等 5 必要的文字注释 如废水的下水道 废料 废气及半成品 副产品的去向等 6 附注图例 并按国家规定画出图签 图框 制图比例大致按1 100进行绘制 如设备过小或过大时则可采用1 50或1 200 也可不按比例 工艺流程草图的绘图步骤 作图时 按工艺流程由左至右展开画出 具体步骤为 1 把各层楼面的地面线用双细线绘出 注上标高 2 根据设备所处的相对高度 自左至右用细实线画出各设备的外形轮廓有一定间距 3 物料管线用粗实线画出 用箭头标明流向 4 水 汽 真空 压缩空气等动力管线用细实线绘出 并标出流向 5 画出设备和管道上主要附件 计量和控制仪器以及阀门等 6 标注设备流程号和辅助线 7 最后写上必要的文字说明 三 工艺流程图的设计 当设备设计和工艺流程草图设计完成后 便开始车间布置设计 在这阶段 可能会发现工艺流程草图设计中某些设备的空间位置不合适 或是个别设备的型式和主要尺寸选取不当 因此需要修改和完善 经过多次反复逐项审查后 确认设计合理无误后才正式绘制生产工艺流程图 显然 工艺流程图的内容比工艺流程草图更加全面 完整和合理 3 2方案流程图 3 2 1方案流程图的作用及内容 作用 表达物料从原料到成品或半成品的工艺过程 及所使用的设备和机器 用于设计开始时的工艺方案的讨论 也可作为施工流程图的设计基础 内容 设备 用示意图表示生产过程中所使用的机器 设备 用文字 字母 数字注写设备的名称和位号 工艺流程 用工艺流程线及文字表达物料由原料到成品或半成品的工艺流程 3 2方案流程图 设备 设备位号 工艺流程线 用文字表明流程情况 某物料残液蒸馏处理的工艺方案流程图 3 2方案流程图 3 2 2方案流程图的画法 按照工艺流程的顺序 把设备和工艺流程线自左至右地展开画在一个平面上 并加以必要的标注和说明 设备画法 设备位号及名称的注写 工艺流程线的画法 用细实线画出设备的大概轮廓和示意图 一般不按比例 但应保持它们的相对大小 用粗实线来绘制主要物料的工艺流程线 用箭头标明物料的流向 并在流程线的起始和终了位置注明物料的名称 来源或去向 3 3物料流程图 物料流程图是在方案流程图的基础上 用图形与表格相结合的形式 反映设计中物料衡算和热量衡算结果的图样 在方案流程图上增加以下内容 在设备位号及名称的下方加注设备特性数据或参数 如 换热设备的换热面积 塔设备的直径 高度 贮罐的容积 机器的型号等 在流程的起始处以及使物料产生变化的设备后 列表注明物料变化前后其组分的名称 流量 kg h 摩尔分数 等参数及各项的总和 实际书写项目依具体情况而定 表格线和指引线都用细实线绘制 3 3物料流程图 物料变化前后 设备特性数据或参数 第四节带控制点的工艺流程 带控制点的工艺流程图是表示全部工艺设备 物料管道 阀门 设备附件以及工艺和自控仪表的图例 符号等的一种工艺流程图 也称工艺控制流程图 是设计文件的必须的附件 一 带控制点的工艺流程图基本要求1 表示出生产过程中的全部工艺设备 包括设备图例 位号和名称 2 表示出生产过程中的全部工艺物料和载能介质的名称 技术规格及流向 3 表示出全部物料管道和各种辅助管道 如水 冷冻盐水 蒸汽 压缩空气及真空等管道 的代号 材质 管径及保温情况 4 表示出生产过程中的全部工艺阀门以及阻火器 视镜 管道过滤器 疏水器等附件 但无需绘出法兰 弯头 三通等一般管件 5 表示出生产过程中的全部仪表和控制方案 包括仪表的控制参数 功能 位号以及检测点和控制回路等 二 图面内容 1 图形2 标注3 图例4 标题栏 三 表示方法1 比例与图幅 原则 一个主项 车间 工序 绘一张流程图 复杂的可拆分为数张 一张图 比例 可以1 100 1 200或1 50也可不按比例 标题栏不用注明 图幅 标准图纸加长 2 设备的画法 图形 设备按比例细线画出主要轮廓 相对位置 按高低绘出 3 设备标注 标注内容 位号和名称位号在整个车间不能重复 标注方式 放在图形的上 下方 排成一行 同一高度 两个以上设备图形按相对位置放在另一设备下方或用引出线引出 注在空白处 4 管道的表示方法 应画出所有的工艺物料和辅助物料的管道 初设简单 施工图复杂 管道画法 a 线形规定 工艺管道用粗实线 b 0 9mm 辅助管道用中实线 b 0 6mm 仪表管用细 虚 实线 b 0 3mm b 交叉与转弯 如图交叉 转弯 管道应画直线不要画斜线c 放气口 排液口和液封口如图d 管道来向和去向 如图相同图号 管道标注 尺寸用公称直径 b 物料代号 管道系统图形符号管道 GB6567 86规定英文名称的第一字母c 管道序号 工艺流程顺序编写d 管道等级e 流向f 其他尺寸 5 管件与阀门的表示方法 6 仪表控制点的表示方法 7 地面和楼面 地面线用细实线 也可不画 8 图例和索引 简单在右上角复杂单独列表 二 不同阶段的带控制点的流程图的区别 1 设备表达 数量 设备的轮廓 设备位置2 主管道的表达3 仪表控制表达 三 绘制方法和步骤 1 确定图纸幅面和绘图比例2 用细实线画出设备外型轮廓 3 按有关规定 用不同符号画出设备的管道连接和流动方向 管道上各种阀门和仪表内位置 4 对设备标明编号和名称 对管道按不同设计阶段的要求 进行标注 5 所采用的介质代号和阀门符号均需在流程图右上方列出图例及必要的文字说明 3 4带控制点的工艺流程图 施工流程图的内容 设备示意图 带接管口的设备示意图 注写设备位号及名称 管道流程线 带阀门等管件和仪表控制点 测温 测压 测流量及分析点等 的管道流程线 注写管道代号 对阀门等管件和仪表控制点的图例符号的说明 标题栏 带控制点的工艺流程图也称施工流程图 是在方案流程图的基础上绘制的内容较为详尽的一种工艺流程图 是设计 绘制设备布置图和管道布置图的基础 又是施工安装和生产操作时的主要参考依据 在施工流程图中应把生产中涉及的所有设备 管道 阀门以及各种仪表控制点等都画出 3 4带控制点的工艺流程图 3 4 1设备的画法与标注 在施工流程图中 设备的画法与方案流程图基本相同 与方案流程图不同的是 对于两个或两个以上的相同设备一般应全部画出 施工流程图中每个工艺设备都应编写设备位号并注写设备名称 与方案流程图中的设备位号应该保持一致 当一个系统中包括两个或两个以上完全相同的局部系统时 可以只画出一个系统的流程 其他系统用双点画线的方框表示 在框内注明系统名称及其编号 3 4带控制点的工艺流程图 3 4带控制点的工艺流程图 3 4 2管道流程线的画法及标注 3 4带控制点的工艺流程图 管道流程线要用水平和垂直线表示 注意避免穿过设备或使管道交叉 在不可避免时 则将其中一管道断开一段 管道转弯处一般画成直角 管道流程线上应用箭头表示物料的流向 图中的管道与其他图纸有关时 应将其端点绘制在图的左方或右方 并用空心箭头标出物料的流向 进或出 在空心箭头内注明与其相关图纸的图号或序号 在其上方注明来或去的设备位号或管道号或仪表位号 3 4带控制点的工艺流程图 施工流程图中的每条管道都要标注管道代号 横向管道的管道代号注写在管道线的上方 竖向管道则注写在管道线左侧 字头向左 工段号按工程规定填写 采用两位数字 从01开始 至99为止 管段序号采用两位数字 从01开始 至99为止 相同类别的物料在同一主项内以流向先后为序 顺序编号 隔热或隔音的功能 管路的使用温度范围 管道等级代号 管道尺寸一般标注公称通径 以mm为单位 注数字 不注单位 3 4带控制点的工艺流程图 3 4 3阀门等管件的画法与标注 管道上的管道附件有阀门 管接头 异径管接头 弯头 三通 四通 法兰 盲板等 这些管件可以使管道改换方向 变化口径 可以连通和分流以及调节和切换管道中的流体 3 4带控制点的工艺流程图 3 4 3阀门等管件的画法与标注 在施工流程图中 管道附件用细实线按规定的符号在相应处画出 阀门图形符号尺寸一般为长为6mm 宽为3mm或长为8mm 宽为4mm 为了安装和检修等目的所加的法兰 螺纹连接件等也应在施工流程图中画出 管道上的阀门 管件要按需要进行标注 当它们的公称直径同所在管道通径不同时 要注出它们的尺寸 当阀门两端的管道等级不同时 应标出管道等级的分