工艺流程设计.ppt

,1,化工设计DesignofChemicalEngineering,2,第二章车间工艺流程设计,生产方法的选择工艺流程设计工艺流程图典型设备的自控流程,3,第一节生产方法的选择,一、生产方法和工艺流程选择的原则化工产品生产的技术方案或工艺路线的确定，是决定整个生产工艺是否达到技术上先进、经济上合理，是决定设计质量的关键1、设计基础资料收集（国内外）,4,（1）各种生产方法及其工艺流程设计资料（2）各种生产方法的技术资料（试验报告、主副产品）（3）物料衡算资料（主副反应、中间体）（4）热量衡算资料（潜热）（5）设备计算资料（6）车间布置设计（7）管路布置（8）非公艺设计资料,5,总之：搜集所有技术路线特点、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方面的资料收集资料原则：1、逆时性原则。越是近期的、现时的，信息就越新，适用性就越大。在时间上使用倒查法2、选择性原则。要尽量多搜集资料，但多搜集不等于多用，而是要精选精用。3、直接性原则。要注意资料的真实性和准确性。因此，科研人员应亲自搜集第一手资料，对转手资料应加以去伪存真。4、比较性原则。搜集资料要重点搜集那些为自己研究所需要的资料，也要了解和掌握那些观点不一或与自己构思相对立的资料，这样才能全面的比较、对照、分析，从而得出正确的或比自己构思更加先进的结论,6,2、生产方法比较确定（技术、经济、安全）主要优缺点数据作为比较依据，选出符合我国国情全面对比有以下几方面内容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。,7,3选择生产方法时注意事项（1）满足产品性能规格的要求（项目产品应尽可能比老产品有更好的“性能费用比”）。（2）尽量采用先进生产指标（符合国情，垃圾处理技术）,8,（3）工艺路线必须具备工业化生产条件（若拟引进专有技术或者专利，必须对引进技术的软、硬件进行充分的调查研究，对比多家供应商的技术先进性、可靠性和购买专有技术或者专利所需的费用。）（4）对各项技术经济指标进行比较（5）操作连续化问题,9,（6）装置大型化问题装置的投资和生产能力关系为：I2=I1（C2C1）式中I1、I2-较小型和大型装置所需投资;C1、C2为相应装置的生产能力;0.60.8.（5）治理三废,消除污染治理“三废”必须充分重视，切实贯彻“全面计划、合理布局、综合利用、化害为利,10,（7）治理三废消除污染（应考虑对环境和操作人员的影响，是否会产生“三废”和不安全因素，有无保护和治理措施，是否会破坏自然环境和生态平衡。引进新的工业项目时要避免“倾倒环境垃圾”现象。）（8）提高自动化水平,11,第二节工艺流程设计一、工艺流程设计的内容当生产工艺路线选定后，便可以进行工艺流程设计，它和车间布置设计决定整个车间面貌关键，是确定生产流程中各个生产过程的具体组成顺序和组合方式，设计最终结果是绘制工艺流程图。解决以下问题：1、确定整个流程组成2、确定每个过程或工序的组成,12,3、确定操作条件4、确定控制方案5、合理利用原料和能源6、确定三废的治理方案7、确定安全生产措施二、工艺流程设计方法举例当生产方法确定后，留给流程设计的任务很重要而且复杂，设计人员必须具备工业化生产概念。如实验室制备硝化用的混酸。,13,1）首先要有混合器；（2）如果是间歇操作的，要有硫酸计量槽和硝酸计量槽，以便正确地将两酸送入混合器；（3）另外在工业上要配成一定浓度的混酸，往往不是加水调节，而是用硝化后的废酸来调节。因此，为了正确的掌握废酸的加料，还需设置废酸计量槽；（4）由车间外来的原料硫酸和硝酸必须考虑一定的贮存量。那就需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽；（5）硝化后的废酸也需设置废酸贮槽；,14,6）考虑采用什么方法将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中？如果采用泵输送，还需添置送料泵。如果真空吸料或压缩空气压料，还需考虑真空系统或压缩空气系统；最后还要设法将混酸贮槽中供硝化用。,15,1、设备方面各台储槽不但要作为贮存酸性物料的容器，又作为压送比重较高酸液的内压容器（扬液器），设备具有较高的壁厚数值和耐压结构形式，因而不如在工艺上分别设计两台设备，其中一个体积大作为储槽在常压下工作，零一个体积小作为承压酸性扬液器,16,2、工艺方面各溢流管很难工作，当扬液过多时，过量的酸液可自计量槽沿溢流管线返回常压酸性储槽3、储存运输方面增加一台泵，其中作用将储槽中酸液输送到扬液器中，别处用于将槽车中酸液通过软管吸到泵中后打入到储槽。,17,四、工艺流程设计方法1、充分做好准备调研试验比选选出最适宜查阅第一手资料,18,2、确定生产线数目：是流程设计第一步，若产品品种和牌号较多，换产次数较多，常采用几条生产线同时生产（规模、冗余）(“瓶颈“漂移”)3、操作方式（物料特点、反应特点、生产规模、工业化条件成熟否）,19,从前在英格兰北部的一个小镇里，有一个名叫艾薇的人开的鱼和油煎土豆片商店。在店里面，每位顾生产线客需要排队才能点他（她）要的食物（比如油炸鳕鱼，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶）。然后每个顾客等着盘子装满后坐下来进餐。艾薇店里的油煎土豆片是小镇中最好的，在每个集市日中午的时候，长长的队伍都会排出商店。所以当隔壁的木器店关门的时候，艾薇就把它租了.他们没办法再另外增加服务台了；艾薇的鳕鱼和伯特的油煎土豆片是店里面的主要卖点。但是后来他们想出了一个聪明的办法。他们把柜台加长，艾,20,薇，伯特，狄俄尼索斯和玛丽站成一排。顾客进来的时候，艾薇先给他们一个盛着鱼的盘子，然后伯特给加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再给盛上豌豆糊，最后玛丽倒茶并收钱。顾客们不停的走动；当一个顾客拿到豌豆糊的同时，他后面的已经拿到了油煎土豆片，再后面的一个已经拿到了鱼。一些穷苦的村民不吃豌豆糊-但这没关系，这些顾客也能从狄俄尼索斯那里得个笑脸。这样一来队伍变短了，不久以后，他们买下了对面的商店又增加了更多的餐位。这就是流水线。将那些具有重复性的工作分割成几个串行部分，使得工作能在工人们中间移动，每个熟练工人只需要依次的将他的那部分工作做好就可以了。虽然每个顾客等待服务的总时间没变，但是却有四个顾客能同时接受服务，这样在集市日的午餐时段里能够照顾过来的顾客数增加了三倍。,21,连续操作（1)操作设备小，生产能力大，减少基建固定资产费用（2）操作稳定，易于自动化控制（3）产品均匀，提高产品质量间歇操作（1）间歇设备转产费用低（2）数据不全或连续设备未成熟（3）产量小贵重产品且市场需求不稳定,22,（4）反应速度慢（连续会增加分离和循环费用）联合操作中间采用缓冲器4、确定主要过程同一生产过程可选用不同生产方法实现分离（过滤、真空过滤、沉降分离）需选择确定，同一过程，可以用不同设备来实现以反应为核心,23,原料预处理反应过程三废处理产物后处理总之“一切为了产品，一切为了反应”,24,A以反应过程为核心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。(1)操作方式（连续、间歇）(2)能量供给、移出方式(3)催化反应。如果反应需要在催化剂存在下进行，应从催化反应的装置形式进行考虑，同时选择相应的催化剂。,25,B原料预处理过程在主反应装置已经确定之后，根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等。因此原料预处理可能需要采取预热(冷)、汽化、粉碎、筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等措施。这些操作过程就需要相应的化工单元操作加以组合。,26,C产物的后处理根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的特点，产物的后处理有多种方式。(四方面）(1)反应过程除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物。例如烃类裂解制取乙烯的裂解炉出口，产物是非常复杂的多组分的混合物，,27,(2)由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制反应物未完全转化，以及为使反应尽可能完全而又过剩组分，因而产物中还会有未反应的原料物。例如在用氢和氮合成氨的过程中，通过合成塔后，会有80以上的氮气和氢气未参与反应。又如氨和二氧化碳合成尿素的过程，加入的氨是过量的，而且反应后对二氧化碳来说其转化率也不过60-70。因此，必然有未反应的反应物与产物混在一起，需要进行分离，获得合格的产品，同时未反应的原料返回循环利用。,28,(3)原料中含有的杂质往往不是反应需要的，如果原料的预处理中并未除净，则在反应后将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。例如在合成氨的原料气制造中，如采用煤的蒸汽转化制取，由于煤中含有硫化物，在制酸的原料气中将会有硫化氢等有害气体存在，因此合成氨之前应设置脱硫工序。,29,(4)产物的聚集状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的产品，例如氨碱法制造纯碱过程，主要反应是在碳化塔中进行，过程是气、液、固三相反应。从碳化塔取出的产物是固液混合物，为获取固体产物，须有过滤分离装置,30,d、产品的后处理经过前述分离净化后达到合格的目的产品，除本厂直接运用于其他产品生产外，一般均需包装进行销售。根据产品聚集状态即气、液、固的不同情况，对气体进行计量罐装，对液体可以桶装或槽车运输，对固体则包装堆放。,31,5、合理利用物料和能源，确定辅助过程对废热废液应考虑综合利用研究换热过程和换热方式（交叉换热、原料和产品）安排好换热顺序（高高、中中）,32,利用位能输送物料，设备相对高低、连续性、自上而下充分利用静压能进料（高压-低压）减压设备靠真空吸料，高位槽与加压设备顶部设平衡管以利于进料对未转化物料分离，回收手段可采用溶剂和载体单元回收6、合理确定操作条件（温度、压力）根据操作条件配备相应设备（高压-压缩机；反应器-产品设减压设备等）,33,7、流程生产能力弹性和设备设计因全年生产不均衡性和设备操作周期性会产生负荷波动来确定适宜弹性幅度，尽可能考虑传流程生产能力的弹性，尽可能使每台设备能力一致（设计中各设备余度不要太大、瓶颈效应）,34,8、控制系统确定：根据流程中操作需要设置合理控制方案（采样、放空、开停车）必须与自控专业协调9、工艺流程的逐步完善与简化：全面检查、考虑开停车和事故处理，增添必要设备（事故池）增补管线（消防、活化催化剂）减少物料循环量，力求简化,35,进行多种流程设计方案比选，评出最优,36,补充：工艺流程三种形式：1、工艺流程图（PDF）可研2、带主要控制点流程图初设3、管道及仪表流程图（PID）施工图阶段前两类流程图由工艺专业负责绘制，后一类流程图是由工艺系统专业绘制完成带主要控制点流程图；当工程项目小，控制方案简单，专业分工不细，工艺专业直接提出控制点流程图，最后,第三节工艺流程图的绘制,37,工艺专业人员根据工艺流程图PFD、PCD物料平衡表及操作要求说明等资料绘制并完成管道及仪表流程图（PID）工艺流程图PCD带主要控制点流程图PID特殊时，当施工阶段工艺流程图与初设阶段相同时，可用控制点代替PID,38,带主要控制点流程图是指具有主要控制点的控制项目（控制方式、指示记录、调节与集中程度及检测等内容）的工艺流程图,39,一、生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、说明和注（标题栏）1、物料流程采用A1号图纸，从做到右按流程顺序绘制，只画出设备外形、图例，不按比例绘制，但应标注设备名称或位号2、图例画在图纸右上方，可以把图例放在首页3、说明和注注：图例省，应放到首页或改图尺寸为样图，数据不必引用,40,4、标题栏标题栏的作用是表明图名、设计单位、设计、制图、审核人员签名、图纸比例尺、图号、日期其位置一般在流程草图右下角。其尺寸一般长175cm，宽45cm。而设备一览表的长度需和图签长度取齐这样显得整齐美观。,41,二、物料流程图是在物料横算和热量衡算后绘制，一般以车间为单位绘制，是一种图形和表格相结合的形式反映物料衡算结果作用：为设计审查提供资料，又可为进一步设计提供依据。内容：1、设备外形轮廓、位号名称2、物料表从物料管线上引线到该处,42,引线用细实线，管线设备用粗实线3、当物料组分复杂，变化多，在流程图列表困难，可以在流程图下方按流程顺序从左到右编顺序号（ABC）和管线上顺序号相对应,43,三、带主要控制点工艺流程图指具有主要控制点的控制项目（控制方式、指示记录、调节与集中程度及检测等内容）的工艺流程图。是初设阶段结果(图样、设备、管道、阀门和管件、仪表）(一）图样内容（未定义形状的边；图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。）包括图形、标注、图例、标题栏四部分,44,1、图形：将设备管线阀门控制点连接在一起2、标注：设备名称、位号、管段编号、控制点符尺寸3、图例：图形符号及其的标注、说明4、标题栏：图名、图号、设计项目,45,(二）、流程图中设备的表示方法（设备、机器、物流管线、工艺数据（1）流程图中的设备、机器图形按图2-4中规定的图例绘制。未规定的设备、机器、及其图形可根据实际外形和内部结构特征绘制，只取相对大小，可不按实物比例。通常设备、机器上的全部接口（包括人孔、手孔等）均应画出。其中与配管以及与外界有关的管口（如排夜口、排气口、放空口、仪表接口等）则必须画出,46,47,48,49,50,51,2、设备布置原则（1）按生产实际，按物料流向从左到右展开（2）通常设备机械全部接口画出，并反应出相对高度。,52,3、设备名称与设备位号的表示法a设备名称设备名称以汉字标注。但应指出，施工图中设备名称与初步设计（含基础设计）所确定的名称一致。b.设备位号（1）组成：每台设备只编一个位号，由四个单元组成，如下所示：,53,P0301A设备位号线1234这四个单元依次是：（1）设备类别代号；（2）设备所在主要（工序）的编号；（3）主项内同类设备顺序号；（4）相同设备的数量尾号。,54,（2）设备类别代号按设备类别编制不同的代号，一般取设备英文名称的第一个字母（大写）做代号。具体规定如下：塔（tower）泵（pump）压缩机（compressor）换热器：exchanger,55,（3）主项（工序）编号按工程总负责人给定的主项（工序）编号填写。采用两位数字，从01开始，最大为99。特殊情况下允许以主项代号作为主项编号。（4）设备顺序号按同类设备在工艺流程中流向的先后顺序编制，采用两位数字，从01开始，最大99。（5）相同设备的数量尾号两台或两台以上相同设备并联时，它们的位号前三项完全相同，用不同的设备尾号予以区别。按数量和排列顺序依次以大写英文字母A、B、C作为作为每台设备的尾号,56,57,(三）管路表示方法与标注1、物流管线的表示方法a.设备间物流走向表示法两设备之间的物流走向以物流本身带箭头（全箭头或半箭头均可）表示，尽可能表注在设备的进口处或拐弯处。,58,b、进出装置（车间）界区（一般指由其他车间、公用系统外管与本装置（车间）衔接的物流走向走向表示法以8mm、10mm、12mm圆圈内画粗箭头表示。在一张图内圆圈的大小尺寸只能是上述三种规格的一种，物料走向一水平方向表示，带箭头的圆圈画在图纸的左端或右端，靠近圆圈的物流线上应表示介质名称或代号，由何处来至何处去，并标注相连的装置名称、设备名称或设备位号。必要时在物流线下面注名明衔接装置的图纸号。非物流管线供料（例如采用吊斗或叉车运料）以粗双点划线表示。见图25。,59,60,c.装置（车间）界区内部应在图上标出各物流点的编号并用细实线绘制适当尺寸的菱形框，菱形边长为8mm-10mm，框内按顺序填写阿拉伯数字，数字位数不限，但同一车间内物流点编号不得相同。菱形可在物线的正中，也可紧靠物流线，也可用细实线引出,61,d装置（车间）界区内部（一般指车间内各工段的衔接或工段内部衔接：图纸小）每张图纸进出的物流线的始端或终端连接3245（mm）或2030（mm）的长方框，框内依次注明介质名称，来自何处或去向何处的设备位号，衔接的图纸档案编号（简称为图号）。在同一张图内的方框尺寸应相同。,62,63,e、正常生产条件下放空、排液的表示法放空和排液管线在管线端或管线中心标注符号，VG表示放空气、LD表示排液,图2-8放空、排液管线表示法,64,f、设备或管线上允许用细实线引出取样点符表示取样点在图中的相对位置取样点符以椭圆，内标以SC表示，流程中若有二个或二个以上的取样点则必须编写序号，在SC右下角以阿拉伯数字表示,65,2.管道的标注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；标注内容：管道号、管径和管道等级。,66,（1）、管道组合号组成与标注管道组合号由四个部分，共六个单元组成。如图238所示。第一部分包括三个单元，为物料代号、主项（工序）编号、管道顺序号；第二部分包括一个单元，为管道直径。第三部分包括一个单元，为管道等级。第四部分包括一个单元，为隔热或隔声。,67,PG1313300A1AH第1单元为物料代号。第2单元为主项编号，按工程规定的主项编号填写，采用两位数字，从01、02开始，至99为止。第3单元为管道顺序号，相同类别的物料在同一主项内以流向先后为序，顺序编号。采用两位数字，从01、02开始，至99为止。以上三个单元组成管道号（管段号）。第4单元为管道尺寸，一般标注公称通径，以mm为单位，只注数字，不注单位。凡采用HGJ3590标准中系列外径管者，只需注数字，如“200”如用英寸，需标in,68,补充、物料代号（1）编制方法按物料的名称和状态取其英文名词的字头组成物料代号。一般采用2-3个大写英文字母来表示。,（2）工艺物料代号PA工艺空气PG工艺气体PGL气液两相流工艺物料PGS气固两相流工艺物料PL工艺液体PLS液固两相流工艺物料PS工艺固体PW工艺水,69,（3）辅助、公用工程物料代号空气AR空气CA压缩空气IA仪表空气蒸汽、冷凝水HS高压蒸汽（饱和或微过量）HUS高压过热蒸汽LS低压蒸汽（饱和或微过量）LUS低压过热蒸汽MS中压蒸汽（饱和或微过量）MUS中压过热蒸汽SC蒸汽冷凝水TS伴热蒸汽,70,水BW锅炉给水CSW化学污染CWR循环冷却水回水CWS循环冷却水上水DNW脱盐水DW饮用水、生活用水FW消防水HER热水回水HWS热水上水RW原水、新鲜水SW软水WW生产废水,71,第5单元为管道等级。管道等级号由下列三个单元组成：A1A（1）(2）（3）第一单元表示管道的公称压力；第二单元表示顺序号第三单元表示管道材质的类别。（1）第一单元：管道的公称压力（Mpa）等级代号，用大写英文字母表示。AK用于ANSI标准压力等级代号（其中I、J不用），LZ用于国内标准压力等级代号（其中O、X不用）。,72,A-150LB(英美国家的重量单位或用lb，1磅=4.4482牛，如果用来表示压力，则为lb/in,150lb=1.035Mpa)B-300LBC-400LBD-600LBE-900LBF-1500LBG-2500LB,73,。第二单元表示顺序号（表示相同压力等级下顺序号）；(3)第三单元：管道材质类别，用大写英文字母表示。A铸铁E不锈钢B炭钢F有色金属C普通低合金钢G非金属D合金钢H衬里及内防腐,74,第6单元为隔热或隔声。,75,76,(四)阀门与管件的表示方法1、在流程图中，用细线画出所有阀门和部