制药工程学课件第三章-工艺流程设计

1、第三章第三章 工艺流程设计工艺流程设计 n3.13.1概述概述 n3.23.2工艺流程技术设计工艺流程技术设计 n3.33.3工艺流程图工艺流程图 化工装置控制室 焦化厂中控室焦化厂中控室 扬子石化股份有限公司芳烃厂中央控制室扬子石化股份有限公司芳烃厂中央控制室 返 回 n制药厂空调机组 天津开发区海光化学制药厂 制药厂废水处理全套设计图 广州白云山制药厂 制药厂污水处理 潍坊制药厂 制药厂反渗透装置 3.1 3.1 概述概述 生产工艺流程设计生产工艺流程设计 工艺流程设计工艺流程设计 试验工艺流程设计试验工艺流程设计 仅有文献资仅有文献资 料料,尚未进行尚未进行 生产生产 技术成熟、技术成熟

2、、 大量生产大量生产 3.1.13.1.1工艺流程设计的作用工艺流程设计的作用 n工艺流程设计是在工艺流程设计是在确定的原料路线和技术确定的原料路线和技术 路线路线的基础上进行的的基础上进行的,它是整个它是整个工艺设计的工艺设计的 核心核心。其可靠性、合理性及先进性决定产。其可靠性、合理性及先进性决定产 品的高质量、低成本。品的高质量、低成本。 n工程设计中最重要、最基础的设计步骤工程设计中最重要、最基础的设计步骤,车车 间工艺设计的其它项目间工艺设计的其它项目受制于受制于工艺流程。工艺流程。 n其与车间布置设计一起决定车间或装置的其与车间布置设计一起决定车间或装置的 基本面貌。基本面貌。 n

3、1.1.确定工艺流程的组成确定工艺流程的组成 工艺流程设计的任务内容工艺流程设计的任务内容: : 确定流程中各生产过程的确定流程中各生产过程的 具体内容具体内容、顺序顺序和和组合方式组合方式,是是 工艺流程设计的基本任务。可工艺流程设计的基本任务。可 用设备之间的用设备之间的位置关系位置关系和和物料物料 流向流向来表示。来表示。 3.1.23.1.2工艺流程设计的任务工艺流程设计的任务 2.2.确定载能介质的技术规格和流向确定载能介质的技术规格和流向 n3.3.确定操作条件和控制方法确定操作条件和控制方法 常用的载能介质常用的载能介质: :水水、水蒸汽水蒸汽、冷冻盐冷冻盐 水水、空气空气( (

4、真空或压缩真空或压缩) )。载能介质规格载能介质规格 和流向和流向用文字用文字和和箭头箭头标于图中标于图中。 主要工艺参数有主要工艺参数有温度温度、压力压力、浓浓 度度、流量流量、流速流速和和pHpH值值等。等。 n4.4.确定安全技术措施及确定安全技术措施及“三废三废”治理方法治理方法 设置相应的设置相应的预防预防和和应急应急措施措施,如阻火如阻火 器、报警装置、爆破片、安全阀、器、报警装置、爆破片、安全阀、 安全水封、放空管、溢流管、泄水安全水封、放空管、溢流管、泄水 装置、防静电装置、防雷装置和事装置、防静电装置、防雷装置和事 故贮槽等。故贮槽等。 5.5.绘制不同深度的工艺流程图绘制不

5、同深度的工艺流程图 n初步设计初步设计 n施工图设计施工图设计 工艺流程框图工艺流程框图 工艺流程示意图工艺流程示意图 物料流程图物料流程图 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图 施工阶段带控制点的工艺流程图施工阶段带控制点的工艺流程图 （管道仪表流程图）。（管道仪表流程图）。 6.6.编写工艺操作方法编写工艺操作方法 工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则 n保证产品质量符合规定要求保证产品质量符合规定要求 n尽量采用成熟、先进的的技术设备尽量采用成熟、先进的的技术设备 n满足满足GMPGMP的要求的要求 n尽可能少的能耗尽可能少的能耗 n尽量减少尽量减少“三废三废”排放量排放量 n具备开

6、车、停车条件具备开车、停车条件, ,易于控制易于控制 n具有柔韧性具有柔韧性, ,（在不同条件下正常操作的能力）（在不同条件下正常操作的能力） n具有良好的经济效益具有良好的经济效益 n确保安全生产确保安全生产, ,以保证人身和设备安全。以保证人身和设备安全。 3.1.33.1.3工艺流程设计的基本程序工艺流程设计的基本程序 n1 1、工艺路线的选择、工艺路线的选择 n2 2、确定工艺流程的组成和顺序、确定工艺流程的组成和顺序 工业化实施的可行工业化实施的可行 性、可靠性和先进性、可靠性和先进 性性;关键设备和特关键设备和特 殊工艺条件或参数殊工艺条件或参数 容易实现或达到容易实现或达到 在此

7、基础上在此基础上, ,确定确定 各设备之间的连接各设备之间的连接 顺序以及载能介质顺序以及载能介质 的技术规格和流向的技术规格和流向 明确各单元反应和单明确各单元反应和单 元操作的主要设备、元操作的主要设备、 操作条件和基本操作操作条件和基本操作 参数参数( (如温度、压力、如温度、压力、 浓度等浓度等) )。 3 3、绘制工艺流程框图、绘制工艺流程框图 n可用可用方框方框、文字文字和和箭头箭头等形式定性表示出等形式定性表示出 由原料变成产品的路线和顺序由原料变成产品的路线和顺序, ,绘制出工艺绘制出工艺 流程框图。流程框图。 n4 4、绘制工艺流程示意图、绘制工艺流程示意图 n分析各过程的主

8、要工艺设备分析各过程的主要工艺设备, ,以以图例图例、箭头箭头 和必要的和必要的文字说明文字说明定性表示出由原料变成定性表示出由原料变成 产品的路线和顺序。产品的路线和顺序。 5、绘制物料流程图绘制物料流程图 n进行物料衡算和能量衡算进行物料衡算和能量衡算, ,绘制出物料流程绘制出物料流程 图。此时图。此时, ,设计已由设计已由定性定性转入转入定量定量。 6 6、绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图、绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图 n进行设备、管道的工艺计算以及仪表自控设进行设备、管道的工艺计算以及仪表自控设 计。绘制出初步设计阶段带控制点的工艺流计。绘制出初步设计阶段带控制点的工艺流

9、程图程图, ,并列出设备一览表。并列出设备一览表。 7 7、绘制施工阶段带控制点的工艺流程图、绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 n初步设计阶段的工艺流程初步设计阶段的工艺流程设计审批设计审批后后, ,按审按审 查意见查意见, ,对工艺流程图中所选用的设备、管对工艺流程图中所选用的设备、管 道、阀门、仪表等作必要的道、阀门、仪表等作必要的修改修改、完善完善和和 进一步的说明。在此基础上进一步的说明。在此基础上, ,绘制施工阶段绘制施工阶段 带控制点的工艺流程图。带控制点的工艺流程图。 流程设计的基本程序可用下图表示流程设计的基本程序可用下图表示: 3.1.43.1.4工艺流程设计的成果工艺流程设

10、计的成果 n初步设计阶段的主要成果是初步设计阶段的主要成果是初步设计阶段初步设计阶段 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图; ; n施工图设计阶段的主要成果是施工图设计阶段的主要成果是施工阶段带施工阶段带 控制点的工艺流程图控制点的工艺流程图。 3.23.2工艺流程设计技术工艺流程设计技术 n3.2.13.2.1工艺流程设计中的方案比较工艺流程设计中的方案比较 n进行方案比较时首先应明确进行方案比较时首先应明确评判标准评判标准。许多技术。许多技术 经济指标经济指标, ,如产物收率、原料单耗、能量单耗、如产物收率、原料单耗、能量单耗、 产品成本、设备投资、操作费用等均可作为方案产品成本、设备

11、投资、操作费用等均可作为方案 比较的评判标准。此外比较的评判标准。此外, ,环保、安全、占地面积环保、安全、占地面积 等也是方案比较时应考虑的重要因素。等也是方案比较时应考虑的重要因素。 n选出好的选出好的技术方案、操作方式、设备型式技术方案、操作方式、设备型式。 n例例3-13-1、例、例3-23-2、例、例3-33-3、例、例3-43-4 实例实例3-13-1 n药品精制中药品精制中, ,粗品常先用溶剂溶解粗品常先用溶剂溶解, ,然后加然后加 入活性炭脱色入活性炭脱色, ,最后再滤除活性炭等固体杂最后再滤除活性炭等固体杂 质。假设溶剂为低沸点易挥发溶剂质。假设溶剂为低沸点易挥发溶剂, ,试

12、确定试确定 适宜的过滤流程。适宜的过滤流程。 n解解: :首先选定过滤速度和溶剂收率为方案比首先选定过滤速度和溶剂收率为方案比 较的评判标准。较的评判标准。 方案方案I,I,常压过滤方案常压过滤方案 溶溶 解解 脱脱 色色 釜釜 水水蒸蒸气气 滤滤液液 活活性性炭炭 溶溶剂剂 粗粗品品 过过滤滤器器 溶溶剂剂 去去三三废废 放放空空 图图3-1 3-1 常压过滤方案常压过滤方案 采用常压过滤方采用常压过滤方 案虽可滤除活性案虽可滤除活性 炭等固体杂质炭等固体杂质, ,但但 过滤速度较慢过滤速度较慢, ,因因 而不宜采用。而不宜采用。 方案方案II,II,真空抽滤方案真空抽滤方案 溶溶 解解 脱

13、脱 色色 釜釜 水水蒸蒸气气 滤滤液液 溶溶剂剂 去去三三废废 抽抽滤滤器器 活活性性炭炭 溶溶剂剂 粗粗品品 接接真真空空 图图3-2 3-2 真空抽滤方案真空抽滤方案 该方案采用真空抽滤该方案采用真空抽滤 方式方式, ,过滤速度明显加快过滤速度明显加快, ,从而克服了从而克服了 方案方案过滤速度较慢的缺陷过滤速度较慢的缺陷, ,但由于但由于 出口未设置冷凝器出口未设置冷凝器, ,因而易造成大因而易造成大 量低沸点溶剂的挥发损失量低沸点溶剂的挥发损失, ,使溶剂的使溶剂的 收率下降收率下降, ,故该方案不太合理故该方案不太合理。 方案方案III,III,真空抽滤冷凝方案真空抽滤冷凝方案 溶溶

14、 解解 脱脱 色色 釜釜 水水蒸蒸气气 滤滤液液 溶溶剂剂 去去三三废废 抽抽滤滤器器 活活性性炭炭 溶溶剂剂 粗粗品品 冷冷凝凝器器 冷冷却却剂剂 接接真真空空 接接 收收 罐罐 图图3-33-3真空抽滤真空抽滤- -冷凝方案冷凝方案 同方案同方案相比相比, , 该方案在该方案在 出口设置了冷凝器出口设置了冷凝器, ,以回以回 收低沸点溶剂收低沸点溶剂, ,从而减少从而减少 了溶剂的挥发损失了溶剂的挥发损失, ,提高提高 了溶剂的收率了溶剂的收率, ,因而较为因而较为 合理。合理。 方案方案IV,IV,加压抽滤方案加压抽滤方案 溶溶 解解 脱脱 色色 釜釜 水水蒸蒸气气 压压缩缩空空气气或或

15、氮氮气气 滤滤液液 压压滤滤器器 活活性性炭炭 溶溶剂剂 粗粗品品 溶溶剂剂 去去三三废废 放放空空 图图3-43-4加压过滤方案加压过滤方案 该方案是该方案是 在压滤器上部通在压滤器上部通 入压缩空气或氮气入压缩空气或氮气, ,即采用即采用 加压过滤方式加压过滤方式, ,过滤速度快过滤速度快, , 且溶剂的挥发损失很少且溶剂的挥发损失很少, ,因因 而最为合理。而最为合理。 实例实例3-23-2 n用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯。已知混酸的用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯。已知混酸的 组成为组成为:HNO:HNO3 3 47% 47%、H H2 2SOSO4 4 49% 49%、H H2 2O

16、 4%;O 4%;氯苯与混氯苯与混 酸中酸中HNOHNO3 3的摩尔比为的摩尔比为1 1: :1.11.1; ;反应开始温度为反应开始温度为4040 55 ,55 ,并逐渐升温至并逐渐升温至80 80 ; ;硝化时间为硝化时间为2h2h; ;硝化硝化 废酸中含硝酸小于废酸中含硝酸小于1.6%1.6%, ,含混合硝基氯苯为获得含混合硝基氯苯为获得 混合硝基氯苯量的混合硝基氯苯量的1%1%。试通过方案比较。试通过方案比较, ,确定适确定适 宜的硝化及后处理工艺流程。宜的硝化及后处理工艺流程。 n解解: :首先选定混合硝基氯苯的收率以及硫酸、硝首先选定混合硝基氯苯的收率以及硫酸、硝 酸及氯苯的单耗作

17、为方案比较的评判标准。酸及氯苯的单耗作为方案比较的评判标准。 方案方案I,I,硝化分离方案硝化分离方案 配配 酸酸 釜釜 冷冷却却水水 水水 连连 续续 分分 离离 器器 粗粗硝硝基基物物去去精精制制 硫硫酸酸 氯氯苯苯 硝硝 化化 釜釜 冷冷却却水水 水水蒸蒸汽汽 硝硝酸酸 分分离离废废酸酸出出售售 图图3-5 3-5 硝化硝化- -分离方案分离方案 硫酸、硝酸、硫酸、硝酸、 氯苯单耗高氯苯单耗高;硝硝 基氯苯收率低基氯苯收率低; 废酸用途受限。废酸用途受限。 方案方案II,II,硝化分离萃取方案硝化分离萃取方案 配配 酸酸 釜釜 冷冷却却水水 水水 连连 续续 分分 离离 器器 粗粗硝硝基

18、基物物去去精精制制 硫硫酸酸 氯氯苯苯 萃萃 取取 罐罐 硝硝 化化 釜釜 冷冷却却水水 水水蒸蒸汽汽 硝硝酸酸 萃萃取取废废酸酸出出售售 与与比比, ,硝基氯硝基氯 苯收率提高苯收率提高; ;硝硝 酸消耗降低酸消耗降低; ;但但 硫酸、氯苯单硫酸、氯苯单 耗高耗高; ;废酸用途废酸用途 受限。受限。 方案方案III,III,硝化硝化- -分离分离- -萃取萃取- -浓缩方案浓缩方案 配配 酸酸 釜釜 冷冷却却水水 回回收收硫硫酸酸 冷冷却却水水冷冷凝凝器器 接接真真空空 水水蒸蒸汽汽 浓浓 缩缩 釜釜 接接 收收 罐罐 补补充充硫硫酸酸 去去水水处处理理 连连 续续 分分 离离 器器 粗粗硝

19、硝基基物物去去精精制制 氯氯苯苯 萃萃 取取 罐罐 硝硝 化化 釜釜 冷冷却却水水 水水蒸蒸汽汽 硝硝酸酸 回回收收氯氯苯苯 废酸循环使用废酸循环使用, ,硫酸单耗大大降低硫酸单耗大大降低, ,氯苯可以共沸物形式氯苯可以共沸物形式 回收回收, ,单耗下降单耗下降, ,减少污染。为最佳方案。减少污染。为最佳方案。 实例实例3-33-3 n在加压连续釜式反应器中在加压连续釜式反应器中, ,用混酸硝化苯制备硝用混酸硝化苯制备硝 基苯。已知混酸组成为基苯。已知混酸组成为:HNO:HNO3 3 5% 5%、H H2 2SOSO4 4 65% 65%、H H2 2O O 30%;30%;苯与混酸中苯与混酸

20、中HNOHNO3 3的摩尔比为的摩尔比为1 1: :1.11.1; ;反应压力反应压力 为为0.46MPa0.46MPa, ,反应温度为反应温度为130130; ;反应后的硝化液进反应后的硝化液进 入连续分离器入连续分离器, ,分离出的酸性硝基苯和废酸的温分离出的酸性硝基苯和废酸的温 度约为度约为120120; ;酸性硝基苯经冷却、碱洗、水洗等酸性硝基苯经冷却、碱洗、水洗等 处理工序后送精制工段。试以单位能耗为评判标处理工序后送精制工段。试以单位能耗为评判标 准准, ,确定适宜的工艺流程。确定适宜的工艺流程。 n解解: :以单位能耗为方案比较的评判标准以单位能耗为方案比较的评判标准, ,确定适

21、宜确定适宜 的工艺流程。的工艺流程。 方案I,图图3-8 3-8 间接水冷间接水冷- -常压浓缩方案常压浓缩方案 配配 酸酸 釜釜 冷却水冷却水 循环废酸循环废酸 酸性硝基苯酸性硝基苯 连连 续续 分分 离离 器器 硝硝 化化 釜釜 苯苯 粗硝基苯粗硝基苯 去精制工段去精制工段 去水处理去水处理 中中 和和 器器 稀碱、水稀碱、水 冷却水冷却水 冷却水冷却水 冷凝器冷凝器 水蒸汽水蒸汽 浓浓 缩缩 罐罐 接接 收收 罐罐 废废 酸酸 罐罐 中中 间间 罐罐 硝酸、硫酸硝酸、硫酸 循环酸罐循环酸罐 泵泵 回收苯回收苯 120 130 方案存在问题 n酸性硝基苯冷却过程放热全由冷却水带走; n废酸

22、浓缩脱水要消耗大量水蒸气。 n此方案能量利用不合理。 方案II,图图3-9 3-9 原料预热原料预热- -闪蒸浓缩方案闪蒸浓缩方案 配配 酸酸 釜釜 冷却水冷却水 硝酸、硫酸硝酸、硫酸 循环废酸循环废酸 原料苯原料苯 换热器换热器 酸性硝基苯酸性硝基苯 连连 续续 分分 离离 器器 硝硝 化化 釜釜 热苯热苯 去水处理去水处理 中中 和和 器器 稀碱、水稀碱、水 冷却水冷却水 冷却水冷却水冷凝器冷凝器 接真空接真空 水蒸汽水蒸汽 闪闪 蒸蒸 罐罐 接接 收收 罐罐 废废 酸酸 罐罐 循环酸罐循环酸罐 中中 间间 罐罐 泵泵 粗硝基苯粗硝基苯 去精制工段去精制工段 回收苯回收苯 120 130

23、方案 n用原料苯替代冷却水冷却酸性硝基苯,减少 了中和器的冷却水消耗,降低了硝化釜的蒸 汽消耗; n废酸浓缩改为闪蒸浓缩工艺,减少了浓缩过 程蒸汽消耗。 n该方案能量利用较合理。 实例实例3-43-4 n甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸的反应方程式为甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸的反应方程式为 n已知反应在间歇釜已知反应在间歇釜( (磺化釜磺化釜) )中进行中进行, ,磺化反应速度与甲苯浓磺化反应速度与甲苯浓 度成正比度成正比, ,与硫酸含水量的平方成反比。为保持较高的反应与硫酸含水量的平方成反比。为保持较高的反应 速度速度, ,可向甲苯中慢慢加入浓硫酸。同时可向甲苯中慢慢加入浓硫酸。同时, ,

24、应采取措施将磺应采取措施将磺 化生成的水及时移出磺化釜。试通过方案比较化生成的水及时移出磺化釜。试通过方案比较, ,确定适宜的确定适宜的 脱水工艺流程。脱水工艺流程。 n解解: :磺化过程中产生的水能否及时移走以及脱水后的甲苯能磺化过程中产生的水能否及时移走以及脱水后的甲苯能 否及时返回磺化釜可作为方案比较的评判标准。否及时返回磺化釜可作为方案比较的评判标准。 CH3CH3 SO3H + H2SO4+ H2O 110140 0C 方案方案I,I,图图3-10 3-10 间歇脱水方案间歇脱水方案 水水蒸蒸汽汽 冷冷却却水水 间间 歇歇 式式 脱脱 水水 器器 磺磺 化化 釜釜 浓浓硫硫酸酸 甲甲

25、苯苯 冷冷凝凝器器 水水 回收甲苯不回收甲苯不 能及时返回能及时返回 磺化釜磺化釜, ,不不 能保证釜内能保证釜内 甲苯量。甲苯量。 方案方案II,II,图图3-11 3-11 连续脱水方案连续脱水方案 水水蒸蒸汽汽 冷冷却却水水 连连 续续 式式 脱脱 水水 器器 磺磺 化化 釜釜 浓浓硫硫酸酸 甲甲苯苯 冷冷凝凝器器 水水 可及时移可及时移 出磺化生出磺化生 成水成水, ,甲苯甲苯 及时返回及时返回 磺化釜磺化釜, ,劳劳 动强度低。动强度低。 3.2.23.2.2以单元操作或单元反应为中心以单元操作或单元反应为中心, ,完善工完善工 艺流程艺流程 n例例3-53-5工业生产中工业生产中,

26、 ,硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中 进行进行, ,试以搅拌釜为中心试以搅拌釜为中心, ,完善硝化混酸配制过程的工完善硝化混酸配制过程的工 艺流程。艺流程。 n首先首先, ,配制混酸需有一台带有夹套的搅拌釜。配制混酸需有一台带有夹套的搅拌釜。 n其次其次, ,混酸配制采用间歇操作混酸配制采用间歇操作, ,是间歇过程。为保证硫是间歇过程。为保证硫 酸与硝酸的配比酸与硝酸的配比, ,设置硫酸计量罐和硝酸计量罐。设置硫酸计量罐和硝酸计量罐。 n第三第三, ,在工业生产中在工业生产中, ,要配制一定浓度的混酸要配制一定浓度的混酸, ,通常并通常并 不加水调节不加水调节, ,

27、而是用硝化后回收的废酸来调节。因此而是用硝化后回收的废酸来调节。因此, , 设置废酸计量罐。设置废酸计量罐。 n第四第四, ,要设置硫酸贮罐、硝酸贮罐和废酸贮罐。要设置硫酸贮罐、硝酸贮罐和废酸贮罐。 n工业混酸配制过程的工艺流程如图工业混酸配制过程的工艺流程如图3-123-12。 图图3-12 3-12 混酸配制过程的工艺流程示意图混酸配制过程的工艺流程示意图 废废酸酸 计计量量槽槽 搅搅 拌拌 釜釜 冷冷却却水水 硫硫酸酸 计计量量罐罐 泵泵 硫硫酸酸 贮贮罐罐 硫硫酸酸 硝硝酸酸 计计量量罐罐 泵泵 硝硝酸酸 贮贮罐罐 硝硝酸酸 泵泵 废废酸酸 贮贮罐罐 回回收收废废酸酸 混混酸酸 贮贮罐

28、罐 去去硝硝化化 例例3 36 6 n在合成抗菌药诺氟沙星的生产中在合成抗菌药诺氟沙星的生产中, ,以对氯硝基苯以对氯硝基苯 为原料制备对氟硝基苯的反应方程式为为原料制备对氟硝基苯的反应方程式为 n反应拟在间歇釜式反应器中进行反应拟在间歇釜式反应器中进行, ,试以反应器为试以反应器为 中心中心, ,完善反应过程的工艺流程。完善反应过程的工艺流程。 NO2 Cl + KF NO2 F 环丁砜 170180 0C + KCl 图图3-13 3-13 氟化反应过程的工艺流程示意图氟化反应过程的工艺流程示意图 氟氟 化化 釜釜 导热油导热油 环丁砜环丁砜 对氯硝基苯对氯硝基苯 回流冷凝器回流冷凝器 冷

29、却水冷却水氟化钾氟化钾 接真空接真空 去精制去精制 环丁砜环丁砜 去三废去三废 抽滤器抽滤器 (1)(1)需一带夹套的反应釜需一带夹套的反应釜 (2)(2)选定合适加热介质选定合适加热介质 (3)(3)设回流冷凝器设回流冷凝器, ,回收易挥回收易挥 发组分发组分 (4)(4)设效率较高的过滤装置设效率较高的过滤装置 3.2.33.2.3工艺流程设计中应考虑的技术问题工艺流程设计中应考虑的技术问题 n1 1、生产方式的选择、生产方式的选择 n产品的生产方式产品的生产方式 连续生产、间歇生产、联连续生产、间歇生产、联 合生产方式。合生产方式。 n制药工业多采用间歇生产制药工业多采用间歇生产 2 2

30、、提高设备利用率、提高设备利用率 n合理的工艺流程设计合理的工艺流程设计, ,对间歇操作对间歇操作, ,应保持各设备应保持各设备 之间的能力平衡之间的能力平衡, ,提高设备利用率。提高设备利用率。 n前后工序操作周期相差大时前后工序操作周期相差大时, ,常用中间贮槽进行常用中间贮槽进行 缓冲。贮槽结构简单缓冲。贮槽结构简单, ,制造易。设中间贮槽增加制造易。设中间贮槽增加 费用费用提高设备利用率而获效益提高设备利用率而获效益。 n为保持主要设备之间的能力平衡为保持主要设备之间的能力平衡, ,提高设备利用提高设备利用 率率, ,设备台数、批生产能力和操作周期之间应满设备台数、批生产能力和操作周期

31、之间应满 足下列关系足下列关系: : 1 24 操操作作周周期期 设设备备台台数数 日日产产品品量量 能能力力以以产产品品量量计计算算的的批批生生产产 提高设备利用率提高设备利用率, ,先按生产能力先按生产能力最小最小的工序确定的工序确定 日生产能力日生产能力 操作周期 设备台数产品的批生产能力日产品量 24 由由日生产能力日生产能力和其他工序的操作和其他工序的操作周期周期、设备、设备台数台数 （或（或批批生产生产能力能力）由前式求）由前式求批生产能力批生产能力（或（或设备设备 台数台数） 24 设备台数 操作周期日产品量 批生产能力 24 批生产能力 操作周期日产品量 设备台数 设备台数批生

32、产能力 操作周期日产品量 闲置时间 24 例例3-73-7 n某产品的生产过程由磺化、冷却中和、浓某产品的生产过程由磺化、冷却中和、浓 缩三道工序组成缩三道工序组成, ,磺化液和中和液均为液态磺化液和中和液均为液态, , 磺化釜的操作周期为磺化釜的操作周期为12h12h, ,冷却中和釜的操冷却中和釜的操 作周期为作周期为4h4h, ,浓缩釜的操作周期为浓缩釜的操作周期为8h8h。试。试 确定适宜的设备配置方案。确定适宜的设备配置方案。 n 解解: :该产品的生产过程有多种不同的设备该产品的生产过程有多种不同的设备 配置方案配置方案, ,部分方案列于本例附表中。部分方案列于本例附表中。 例例3

33、37 7附表附表 设备名称磺化釜中和釜浓缩釜 操作周期1248 方 案 设备台数111 每批操作产品量/日产品量111 日总操作批数111 每台设备闲置时间122016 方 案 设备台数111 每批操作产品量/日产品量0.50.50.5 日总操作批数222 设备闲置时间0168 方案方案 方案方案方案 n方案 磺化釜与中和釜间及中和釜与浓缩釜间 需设中间贮槽 n方案 磺化釜与中和釜间及中和釜与浓缩釜间 需设中间贮槽 n方案 磺化釜与中和釜间需设中间贮槽 方案 h12 11 121 2424 设备台数批生产能力 操作周期日产品量 闲置时间 磺化釜磺化釜 中和釜中和釜 浓缩釜浓缩釜 h20 11

34、41 24 闲置时间 h16 11 81 24 闲置时间 方案 h0 15 . 0 121 2424 设备台数批生产能力 操作周期日产品量 闲置时间 磺化釜磺化釜 中和釜中和釜 浓缩釜浓缩釜 h16 15 . 0 41 24 闲置时间 h8 15 . 0 81 24 闲置时间 方案 h0 15 . 0 121 2424 设备台数批生产能力 操作周期日产品量 闲置时间 磺化釜磺化釜 中和釜中和釜 浓缩釜浓缩釜 h8 125. 0 41 24 闲置时间 h0 1 3 1 81 24 闲置时间 方案 h0 225. 0 121 2424 设备台数批生产能力 操作周期日产品量 闲置时间 磺化釜磺化釜

35、中和釜中和釜 浓缩釜浓缩釜 h0 1 6 1 41 24 闲置时间 h0 1 3 1 81 24 闲置时间 方案 h0 225. 0 121 2424 设备台数批生产能力 操作周期日产品量 闲置时间 磺化釜磺化釜 中和釜中和釜 浓缩釜浓缩釜 h0 1 6 1 41 24 闲置时间 h0 2 6 1 81 24 闲置时间 3 3、物料的回收与套用、物料的回收与套用 n物料的回收与套用物料的回收与套用, ,可降低原辅材料消耗可降低原辅材料消耗, ,提高产提高产 品收率品收率, ,降低产品成本。降低产品成本。 n流程设计中流程设计中, ,实现含有未反应原料、副产物和产实现含有未反应原料、副产物和产

36、物的反应母液的循环套用物的反应母液的循环套用, ,能降低原辅材料消耗能降低原辅材料消耗, , 提高产品收率提高产品收率, ,减少环境污染。减少环境污染。 n生产中经常使用各种有机溶剂生产中经常使用各种有机溶剂, ,考虑这些溶剂的考虑这些溶剂的 回收与套用回收与套用, ,构成溶剂的闭路循环构成溶剂的闭路循环, ,既降低溶剂单既降低溶剂单 耗耗, ,又减少环境污染又减少环境污染 4 4、能量的回收利用、能量的回收利用 n充分考虑能量的回收与利用充分考虑能量的回收与利用, ,提高能量利用率提高能量利用率, ,降降 低能耗低能耗, ,是降低产品成本的有效措施。是降低产品成本的有效措施。 n采用工艺物料

37、间换热以减少加热剂和冷却剂的消采用工艺物料间换热以减少加热剂和冷却剂的消 耗。耗。 n用闪蒸浓缩代替常压浓缩回收物料的余热用闪蒸浓缩代替常压浓缩回收物料的余热, ,降低降低 能耗。能耗。 n合理布置设备位置合理布置设备位置, ,减少输送流体的动能消耗。减少输送流体的动能消耗。 n热集成可提高热利用率。下面例子热集成可提高热利用率。下面例子: n不存在热集成的系统不存在热集成的系统 存在热集成的系统存在热集成的系统a 存在热集成的系统存在热集成的系统b 5 5、安全技术措施、安全技术措施 n物料多是易燃、易爆和有毒的物质物料多是易燃、易爆和有毒的物质, ,因此安全问因此安全问 题十分突出。题十分

38、突出。 n所设计的设备或装置在正常运转以及开车、停车、所设计的设备或装置在正常运转以及开车、停车、 检修、停水、停电等非正常运转情况下可能产生检修、停水、停电等非正常运转情况下可能产生 的各种安全问题的各种安全问题, ,应进行认真而细致的分析应进行认真而细致的分析, ,制订制订 出切实可靠的安全技术措施。出切实可靠的安全技术措施。 n设置设置: :报警装置报警装置 事故贮槽事故贮槽 安全水封、安全阀或安全水封、安全阀或 爆破片爆破片 溢流管、溢流管、 阻火器阻火器 、设置排空阀、设置排空阀 、接地、接地 装置装置 、防雷装置。、防雷装置。 6 6、仪表和控制方案的选择、仪表和控制方案的选择 n

39、对需要控制的工艺参数如温度、压力、浓对需要控制的工艺参数如温度、压力、浓 度、流量、流速、度、流量、流速、pHpH值、液位等值、液位等, ,都要确定都要确定 适宜的检测位置、检测和显示仪表以及控适宜的检测位置、检测和显示仪表以及控 制方案。制方案。 n仪表和自控水平的高低在很大程度上反映仪表和自控水平的高低在很大程度上反映 了一个制药企业的技术水平。了一个制药企业的技术水平。 3.3 3.3 工艺流程图工艺流程图 n工艺流程图是以图解形式表示的工艺流程。工艺流程图是以图解形式表示的工艺流程。 n两阶段设计两阶段设计 n初步设计阶段需绘制工艺流程框图、工艺初步设计阶段需绘制工艺流程框图、工艺 流

40、程示意图、物料流程图和带控制点的工流程示意图、物料流程图和带控制点的工 艺流程图。艺流程图。 n在施工图设计阶段需绘制施工阶段带控制在施工图设计阶段需绘制施工阶段带控制 点的工艺流程图点的工艺流程图。 3.3.13.3.1工艺流程框图工艺流程框图 n最简单的工艺流程图最简单的工艺流程图, ,其作用是定性表示出其作用是定性表示出 由原料变成产品的工艺路线和顺序由原料变成产品的工艺路线和顺序, ,包括包括全全 部单元操作部单元操作和和单元反应单元反应。 n以以方框方框表示表示单元操作单元操作, ,以以圆框圆框表示表示单元反应单元反应, , 以箭头表示物料和载能介质的流向以箭头表示物料和载能介质的流

41、向, ,以文字以文字 表示物料及单元操作和单元反应的名称。表示物料及单元操作和单元反应的名称。 图图3-14 3-14 阿司匹林的生产工艺流程框图阿司匹林的生产工艺流程框图 酰化酰化 醋酐醋酐 水杨酸水杨酸 结晶结晶离心脱水离心脱水气流干燥气流干燥 旋风分离旋风分离过筛过筛包装包装阿司匹林阿司匹林 母液母液 蒸汽、水蒸汽、水冷冻盐水冷冻盐水水水 3.3.23.3.2工艺流程示意图工艺流程示意图 n以以图例、箭头图例、箭头和必要的和必要的文字文字说明说明定性表示定性表示 出由原料变成产品的路线和顺序出由原料变成产品的路线和顺序, ,绘制出工绘制出工 艺流程示意图。艺流程示意图。 n单元操作和单元

42、反应的主要工艺单元操作和单元反应的主要工艺设备设备以以图图 例例表示。表示。 n以以箭头箭头表示物料和载能介质的表示物料和载能介质的流向流向, , n以以文字文字表示物料、载能介质和工艺设备的表示物料、载能介质和工艺设备的 名称名称。 图图3-15 3-15 阿司匹林的生产工艺流程示意图阿司匹林的生产工艺流程示意图 醋醋酐酐、水水杨杨酸酸 母母液液贮贮槽槽 离离心心机机 水水蒸蒸汽汽 冷冷却却水水 酰酰 化化 釜釜 接接真真空空 冷冷冻冻盐盐水水 母母液液泵泵 水水 气气 流流 干干 燥燥 器器 过过 筛筛 机机 成成品品 冷冷凝凝器器 冷冷却却水水 结结 晶晶 釜釜 旋旋 风风 分分 离离

43、器器 旋旋 风风 分分 离离 器器 3.3.33.3.3物料流程图物料流程图 n物料衡算完毕物料衡算完毕, ,绘制出物料流程图绘制出物料流程图, ,是初步设计的成是初步设计的成 果果, ,编入初步设计说明书。设计已由定性转入定量。编入初步设计说明书。设计已由定性转入定量。 n物料流程图绘制方法物料流程图绘制方法 n（1 1）将物能衡算结果直接加在工艺流程示意图中。）将物能衡算结果直接加在工艺流程示意图中。 n（2 2）用框图表示）用框图表示, ,有三纵行有三纵行: : n左边的表示原料、中间体和产品左边的表示原料、中间体和产品; ; n中间的表示单元反应和单元操作中间的表示单元反应和单元操作;

44、 ; n右边的表示副产品和右边的表示副产品和“三废三废”排放物。（为突出单元排放物。（为突出单元 过程常把中间纵行的图框绘成双线）过程常把中间纵行的图框绘成双线） 图图3-16 3-16 氯苯硝化的物料流程图氯苯硝化的物料流程图 冷冷却却水水 冷冷却却水水 接接真真空空 水水蒸蒸汽汽 冷冷却却水水 水水蒸蒸汽汽 序序号号 1 1序序号号 2 2 序序号号 6 6 序序号号 8 8 序序号号 1 15 5 序序号号 1 10 0 序序号号 3 3 序序号号 5 5 序序号号 9 9 序序号号 4 4 序序号号 1 14 4 序序号号 1 11 1 序序号号1 12 2 序序号号 1 13 3 序

45、序号号 7 7 硝硝化化釜釜 R1102 配配酸酸釜釜 R1101 连连续续分分离离器器 V1105 冷冷凝凝器器 E1101 浓浓缩缩釜釜 R1104 接接收收罐罐 V1112 萃萃取取罐罐 R1103 序号序号物料名称物料名称 流量流量/kg/kg h h-1 -1 HNO3H H2 2SOSO4 4H H2 2O O 氯苯氯苯硝基氯苯硝基氯苯总计总计 1 1补充硫酸补充硫酸2.42.40.20.22.62.6 2 2硝酸硝酸2302304.74.7234.7234.7 3 3回收废酸回收废酸237.6237.614.714.7252.3252.3 4 4配制混酸配制混酸230230240

46、24019.619.6489.6489.6 5 5萃取氯苯萃取氯苯403.4403.4 18.718.7 422.1422.1 6 6硝酸损失硝酸损失2.32.32.32.3 7 7硝化液硝化液909.4909.4 8 8粗硝基苯粗硝基苯2.42.40.20.26.16.1 569.3569.3 578.0578.0 9 9分离废酸分离废酸5.25.2237.6237.682.982.9 5.75.7 331.4331.4 1010氯苯氯苯416.8416.8416.8416.8 1111萃取废酸萃取废酸237.6237.684.484.44.14.1326.1326.1 1212浓缩蒸汽浓缩

47、蒸汽73.873.8 1313冷凝冷凝液液73.873.8 1414废水废水69.769.769.769.7 1515回收氯苯回收氯苯4.14.14.14.1 图图3-17 3-17 用框图绘制的氯苯硝化的物料流程图（用框图绘制的氯苯硝化的物料流程图（CBCB氯苯氯苯;NCB;NCB硝基氯苯硝基氯苯; ;基基 准准:kg:kg h h-1 -1 ） ） V 1 1 0 1 硫硫 酸酸 组组 成成重重量量 % H2S O4 H2O 2 . 4 0 . 2 9 2 . 3 7 . 7 合合 计计 2 . 61 0 0 . 0 V 1 1 0 2 硝硝 酸酸 组组 成成重重量量 % HNO3 H2O

48、 2 3 0 . 0 4 . 7 9 8 2 合合 计计 2 3 4 . 71 0 0 V 1 1 0 8 氯氯 苯苯 组组 成成重重量量 % CB4 1 2 . 71 0 0 V 1 1 0 3 萃萃取取氯氯苯苯 组组 成成重重量量 % NCB CB 1 8 . 7 4 0 3 . 4 4 . 4 9 5 . 6 合合 计计 4 2 2 . 11 0 0 . 0 V 1 1 1 0 回回收收废废酸酸 组组 成成重重量量 % H2S O4 H2O 2 3 7 . 6 1 4 . 7 9 4 . 2 5 . 8 合合 计计2 5 2 . 3 1 0 0 . 0 V 1 1 1 1 回回收收氯氯苯

49、苯 组组 成成重重量量 % CB4 . 11 0 0 R 1 1 0 1 混混酸酸配配制制 组组 成成重重量量 % HNO3 H2S O4 H2O 2 3 0 . 0 2 4 0 . 0 1 9 . 6 4 7 4 9 4 合合 计计 4 8 9 . 61 0 0 V 1 1 0 5 分分 离离 硝硝基基物物层层 废废酸酸层层 5 7 8 . 0 3 3 1 . 4 合合 计计 9 0 9 . 4 R 1 1 0 3 萃萃取取分分离离 萃萃取取物物料料 7 4 8 . 2 R 1 1 0 4 减减压压浓浓缩缩 浓浓缩缩物物料料 3 2 6 . 1 R 1 1 0 2 硝硝化化反反应应 反反应应

50、物物料料 9 1 1 . 7 V 1 1 0 4 吸吸 收收 组组 成成重重量量 % HNO32 . 31 0 0 V 1 1 0 6 粗粗硝硝基基物物 组组 成成重重量量 % NCB CB H2S O4 H2O 5 6 9 . 3 6 . 1 2 . 4 0 . 2 9 8 . 4 9 1 . 0 6 0 . 4 2 0 . 0 3 合合 计计 E 1 1 0 1 浓浓缩缩蒸蒸汽汽 组组 成成重重量量 % H2O CB 6 9 . 7 4 . 1 9 4 . 4 5 . 6 V 1 1 0 7 分分离离废废酸酸 组组 成成重重量量 % HNO3 H2S O4 H2O NCB 5 . 2 2

51、3 7 . 6 8 2 . 9 5 . 7 1 . 5 7 7 1 . 7 0 2 5 . 0 1 1 . 7 2 合合 计计 V 1 1 0 9 萃萃取取废废酸酸 组组 成成重重量量 % H2S O4 H2O CB 2 3 7 . 6 8 4 . 4 4 . 1 7 2 . 8 6 2 5 . 8 8 1 . 2 6 合合 计计 3 3 1 . 4 1 0 0 . 0 0 5 7 8 . 01 0 0 . 0 0 3 2 6 . 11 0 0 . 0 0 合合 计计 7 3 . 81 0 0 . 0 V 1 1 1 3 废废 水水 组组 成成重重量量 % H2O6 9 . 71 0 0 V

52、1 1 1 2 接接 收收 罐罐 冷冷凝凝液液 7 3 . 8 3.3.43.3.4带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图 n用用图示图示方法把工艺流程所需的全部方法把工艺流程所需的全部设备设备、 管道、阀门、管件管道、阀门、管件和和仪表及控制方法仪表及控制方法等。等。 表示出来。表示出来。 n工艺设计中必须完成的的图样工艺设计中必须完成的的图样, ,是施工、安是施工、安 装和生产过程中设备操作、运行和检修的装和生产过程中设备操作、运行和检修的 依据。依据。 （一）基本要求（一）基本要求 n1 1、表示出、表示出全部工艺设备全部工艺设备, ,包括包括设备图例、位号和设备图例、位号和 名称。名

53、称。 n2 2、表示出生产过程中的、表示出生产过程中的全部工艺物料全部工艺物料和和载能介载能介 质质的名称、技术规格及流向。的名称、技术规格及流向。 n3 3、表示出、表示出全部全部物料管道和各种辅助管道的代号、物料管道和各种辅助管道的代号、 材质、管径及保温情况。材质、管径及保温情况。 n4 4、表示出、表示出全部全部工艺阀门、阻火器、视镜、管道工艺阀门、阻火器、视镜、管道 过滤器、疏水器等附件。过滤器、疏水器等附件。 n5 5、表示出、表示出全部全部仪表和控制方案仪表和控制方案, ,包括仪表的控制包括仪表的控制 参数、功能、位号以及检测点和控制回路等。参数、功能、位号以及检测点和控制回路等

54、。 （二）图面要求（二）图面要求 n1 1、图纸尺寸、图纸尺寸 n1 1号或号或2 2号图纸号图纸 00号或号或1 1号图纸号图纸 n2 2、比例、比例 n设备按相对比例绘制设备按相对比例绘制 n3 3、图线和字体（附录、图线和字体（附录3 P2943 P294） n主物料、设备位号线用粗实线主物料、设备位号线用粗实线(0.9(0.91.2mm1.2mm） n辅助物料用中粗线（辅助物料用中粗线（0.50.50.7mm0.7mm） 设备轮廓设备轮廓 n其它用细实线（其它用细实线（0.150.150.3mm0.3mm） （三）绘制方法（三）绘制方法 n1 1、设备、设备 n常用设备的代号和图例见附

55、录常用设备的代号和图例见附录4 4（P295P295）。）。 n设备上的管道接头、支脚、支架、基础、平台设备上的管道接头、支脚、支架、基础、平台 等不需表示。等不需表示。 n流程图中流程图中, ,当有当有多台相同多台相同的设备并联时的设备并联时, ,可只画可只画 一台设备一台设备, ,其余设备可分别用其余设备可分别用细实线方框细实线方框表示表示, , 在方框内注明在方框内注明设备位号设备位号, ,并画出通往该设备的并画出通往该设备的 支管。支管。 n在在初步设计初步设计阶段阶段, ,当有多台相同的当有多台相同的设备串联设备串联或或 轮换使用时轮换使用时, ,一般只画一般只画1 1台设备台设备;

56、 ;而在而在施工阶段施工阶段 则应根据需则应根据需要画出要画出2 2台或台或2 2台以上的设备。台以上的设备。 设备位置设备位置 n流程图中流程图中,机器、设备的位置一般按机器、设备的位置一般按流程顺序自流程顺序自 左至右排列左至右排列,其相对位置一般考虑便于管道的连其相对位置一般考虑便于管道的连 接和标注接和标注 n对有流体自上而下并与其他设备的位置有密切关对有流体自上而下并与其他设备的位置有密切关 系时系时,设备间的设备间的相对高度相对高度应与设备布置情况相似。应与设备布置情况相似。 n设备布置在楼板孔、操作台上以及地坑里均需作设备布置在楼板孔、操作台上以及地坑里均需作 相应表示相应表示,

57、地下或半地下设备在图上要表示出一地下或半地下设备在图上要表示出一 段相关的地面。段相关的地面。 设备位号应与设备名称的表示设备位号应与设备名称的表示 相相同同设设备备尾尾号号 RA02 设设备备序序号号 21 工工段段或或工工序序序序号号 车车间间或或装装置置序序号号 设设备备分分类类代代号号 图图3-18 3-18 设备位号的表示方法设备位号的表示方法 设备的标注设备的标注 n（a a）一种是在设备图形内部或近旁）一种是在设备图形内部或近旁, ,仅标仅标 注设备位号注设备位号 n（b b）标注于流程图的上方或下方）标注于流程图的上方或下方, ,位置力位置力 求整齐、明显求整齐、明显, ,并尽

58、可能正对设备并尽可能正对设备, ,设备位设备位 号线（粗实线）上面标注设备位号号线（粗实线）上面标注设备位号, ,下面注下面注 明设备名称。明设备名称。 R 1 2 0 3 A 、 B 反反 应应 器器 2 2、管道管件和阀门、管道管件和阀门 n（1 1）常见管道、管件和阀门的图例见附录）常见管道、管件和阀门的图例见附录 五（五（P334P334）。图例中没有的管件或阀门可）。图例中没有的管件或阀门可 根据其特点增补图例。流程图中采用的管根据其特点增补图例。流程图中采用的管 道、管件和阀门道、管件和阀门图例图例应在应在流程图或首页图流程图或首页图 中加以说明。中加以说明。 n（2 2）初步设计

59、阶段的工艺流程图中）初步设计阶段的工艺流程图中, ,应绘应绘 出主要管道、阀门、管件和控制点出主要管道、阀门、管件和控制点; ;施工图施工图 设计阶段的工艺流程图中设计阶段的工艺流程图中, ,则应绘出全部管则应绘出全部管 道、阀门、管件和控制点。道、阀门、管件和控制点。 n（3 3）物料物料管线用管线用粗线粗线表示表示, ,其它管线用其它管线用中中 粗线粗线, ,控制回路用控制回路用细线细线表示。表示。 n（4 4）在同一流程图中）在同一流程图中, ,当两设备相距较远当两设备相距较远 时时, ,其物料管线仍需连通其物料管线仍需连通, ,不能用文字表示。不能用文字表示。 两根无联系的管线两根无联

60、系的管线相互相互交叉交叉时时, ,将一根画成将一根画成 连续实线连续实线, ,另一根在交叉处断开（通常采用另一根在交叉处断开（通常采用 副断主不断副断主不断, ,竖断横不断竖断横不断的原则）。线条的原则）。线条拐拐 弯弯处可画成直角。处可画成直角。 n（5 5）流程图中的管道需与另一流程图中）流程图中的管道需与另一流程图中 的管道相连时的管道相连时, ,可在管道断开处用箭头注可在管道断开处用箭头注 明至某设备或管道的图号明至某设备或管道的图号, ,即即 n此外此外, ,对于排水或排污管道对于排水或排污管道, ,应用文字说明应用文字说明 排入何处。排入何处。 图号XXX图号XXX 自设备XXX自