化工工艺设计基本要素

1、化工工艺设计根本要素适合初学者1. 概述1.1要建立一个化工厂，必须具有一批化工工艺专业技术人员，这批化工工艺专业技术人员必须具备以下根本条件 掌握化工根本理论：如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反响动力学化学反响工程。 掌握化工工艺设计方法和技能工艺设计的任务、设计围、工艺设计人员职责。化工根本理论的应用化工设计方法。工艺设计根本程序工艺设计技能。工艺设计的成品文件容及深度。工艺设计的质量保证程序。 熟悉环保、平安、消防等方面的法规，如：HG20667-1986化工建立工程环境保护设计规定SH3024-95石油化工企业环境保护设计规HG20571-95化工企业平安卫生设计规定SH304

2、7-93石油化工企业职业平安卫生设计规GBJ16-87（2001版）建筑设计防火规GB50160-92（1999版）石油化工企业设计防火规GB50058-92爆炸和危险性环境电力装置设计规 一定的工作经历1.2化工建立工程阶段建立工程阶段的划分以工程公司为主体，通常分为三个阶段工程前期：工程建议书-批准后即为立项可行性研究报告-批准后即可展开工程设计工程设计：按国审批要求分为：初步设计-批准后建立单位即可开工。施工图设计按国际常规做法分为：根底设计、详细设计施工、安装、试车、性能考核及国家验收验收后工厂投入正常运行建立工程阶段的划分以建立单位为主体，通常分为四个阶段工程前期、工程设计、工程建立

3、、工厂投入生产2. 工艺设计的容和深度2.1工艺设计的文件包括三大容：文字说明工艺说明、图纸、表格文字说明工艺说明1工艺设计的围。设计根底：生产规模、产品方案、原料，催化剂，化学品，公用工程燃料规格、产品及副产品规格。2工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程表达。原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量。3公用工程包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、氮气消耗定额及消耗量。4三废排放：包括排放点、排放量、排放组成及建议处理方法5装置定员6平安备忘录另行成册7技术风险备忘录通常为对使用，另行成册8操作指南通常为对使用，另行成册。供工艺系统、配管等专业使用图纸1PFD是PID的设

4、计依据，供根底设计使用通常分版次逐版深化。包括全部工艺设备、主要物料管道表示出流向、物料号、主要控制回路、联锁方案、加热和冷却介质以及工艺空气 进出位置。2建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供根底设计使用通常为平面布置图。根据工艺流程的特点和 要求进展布置。3PCD通常是部设计过程文件、最终表达在终版 PFD中通常由自控专业完成。表格PFD1物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数热负荷表示在此表中或 图上。2工艺设备数据表：根据设备形式不同、作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、搅拌器 的等。工艺设备数据表需表示出设备位号、

5、介质名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。各均有各种规定的表格。3工艺设备表4取样点汇总表?5装置界区条件表：通常由工艺系统专业来完善并最终发表包括原材料、公用工程、产品、副产品、进出界区条件 等。2.2补充说明：化工工艺专业尚需参加前期工作，主要前期工作有：工程建议书；可行性报告编制工作。工程报价书；投标书、技术文件编制工作。引进工程：包括询价书、投标书的评标、合同技术附件谈判。大中型联合装置总体规划设计。3. 工艺设计方法化工根本理论的应用3.1工艺路线的选择原料来源经济效益和社会效益生产本钱环境保护其它，如操作条件、平安、消防、投资、

6、工艺先进性，可行性，合理性。3.2工艺流程方案优化 洋葱头"模型由史密斯、林霍夫提供的模型从图中可以看出设计的核心是反响系统的设计和开发。洋葱头"模型强调过程开发和设计的有序和分层性质。 反响流程优化反响流程优化需要考虑的问题较多，问题复杂。如反响动力学、反响收率、催化剂特性、反响历程、反响途径。反响器的最优操作条件有如何保证反响温度、反响压力、混合要求、换热要求、各物料配比、给定条件下的生产本钱等 等。 精馏流程的优化精馏流程如需要别离R个组份，就需要有R-1个精馏塔。精馏优化需要考虑：那种组份为主产品，那种组份为付产品。产品的规格要求。精馏流程的优化法1：试探法，主要规

7、那么如下：优先使用普通精馏。尽量防止减压操作和使用冷量。产品数应最少。腐蚀性、危险性的组份应优先分出。难别离的组分最后分出。最大量组份应优先分出。塔顶、塔釜产物最好等摩尔别离。精馏流程的优化法2：调优法精馏流程的优化法3：数学规划法 蒸发流程的优化1单效、双效、三效蒸发。2热泵蒸发、膜式蒸发。3多级闪蒸。4强制循环蒸发、自然循环蒸发、。结合蒸发器的类型标准、悬框、列文、强制循环蒸发器进展选择。3.3工艺设备的选择 反响器：连续1均相1活塞流管式2半连续2非均相2全混釜 搅拌釜3间歇以上反响器的选择要根据物料性质、稳定性、反响复杂性、产品规模、反响时间、温度、压力等因素综合考虑。不同类型的反响器

8、在工业生产中的应用情况见P-547。气液相反响器及固相反响器的使用情况见 P-54 8固体催化反响器的使用情况见表 743-3（P-548。 气液传质设备：1板式塔：泡罩、浮阀、筛板等。板式塔塔板流体流向分布类型可分为U形流，单溢流，双溢流等2填料塔：a拉西环、鲍尔环、矩鞍环等填料。b散堆、规整填料。c实体填料、丝网填料。以上传质设备的选择要根据别离难易程度、压降大小、真空热敏性物料、物料性质、投资情况、腐蚀情况、物料清 洁情况、平安要求、弹性大小、发泡等情况选择。（见P-549） 传热设备：按功能分：冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再沸器、蒸汽发生器、过热器、废热锅炉等。按构造型式分：采用二

9、物流换热的换热器从构造上分有以下5种型式：A. 管壳式固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式B. 板式板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式C管式空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式D. 液膜式升降膜式、刮板薄膜式、离心薄膜式E. 其它型式板壳式、热管式以上型式换热器的选择依据是：A.固定管板式换热器固定管板式换热器即两端管板和壳体连接成一体，由于壳程不易检修和清洗，因此选用固定管板式换热器时，壳方流体 应是较清洁且不易结垢的物料；两流体温差较大大于60C丨时应考虑热补偿，两流体温差不易大于 120C。B. 浮头式换热器该换热器壳程易清洗，但垫片易渗漏，适用于需要补偿热膨胀的换热器，两流体温差大于12

10、0C。C. U型管式换热器该换热器制造、安装方便，造价较低，管程耐高压，但构造不紧凑。适用于高温和高压的场合，且管流体必须干净。D. 板式换热器板翅式：紧凑、效率高、可多股物料同时换热。使用温度不大于150C。螺旋板式：可用于带颗粒物料，物位利用好。不易检修。伞板式：制造简单、紧凑、易清洗，使用温度不大于150C，使用压力不大于0.12MPa。波纹板式：紧凑、效率高、易清洗，使用温度不大于150C，使用压力不大于0.15MPa。E. 空冷器的选择依据a. 空气入口温度即设计温度低于 38 C。b. 热流体的出口温度高于5065C,并允许有一定的波动围35C。c. 对数平均温差大于40 C。d.

11、 流体接近温度即热流体的出口温度与冷流体入口温度之差至少大于15C。e. 管给热系数小于2325.6W/(m2.K)。f. 冷却水的污垢系数大于0.0002(m2.K)/W。g. 水源较远，取水费用大。h. 热流体的凝固点较低(小于0C)。 化工用泵：根据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、有毒、高温、高压、低温、粘度大小、挥发性、固体颗粒等因素综合考虑， 此外还要考虑泵的平安性、可靠性和密封等要求。1 容器储罐：根据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、有毒、高温、高压、低温、粘度大小、挥发性、固体颗粒等因素综合考虑。 压力容器分类见表745-5 P-557。4. 工艺设计工作程序5. 设备设计压

12、力和设计温度确实定5.1压力：正常操作工作压力、最高工作压力、设计压力的选取温度：正常操作温度、最高操作温度、设计温度的选取6. 过程控制方案确实定6.1过程控制方案确定的原那么保证装置运行的平稳、生产平安、控制简单适用。用单回路简单控制系统可以解决的，决不要用复杂的控制系统。6.2过程控制的分类压力、温度、流量、物位、化学成分和物性数据6.3选用控制仪表的要求准确可靠、灵敏度高、反响迅速、滞后小、使用维护方便、价格廉价6.4典型化工单元的控制方案641反响 反响控制的要求到达规定的转化率、产品浓度。处理量平稳。当出现不正常工况时，能报警、联锁或自动选择性调节系统。 反响控制方案以反响转化率为

13、控制变量 见图 P-564。以反响工艺状态变量为控制对象见图 P-565。精馏精馏是常见的液液别离方法，精馏控制主要目的是到达规定的别离要求。主要变量有进料量、组成、温度、操作压力、 冷却和加热介质、压力及温度的变换。精馏控制可分为：按精馏段指标的控制方案按提馏段指标的控制方案塔顶压力控制方案真空度控制方案其它控制方案传热设备控制载体的流量、控制传热面积、控制载体的气化温度、工艺介质旁路控制流体输送设备离心泵控制方案改变转速的控制方案往复泵（位移式旋转泵）的控制方案7. 能耗计算目前人类面临的共同任务是保护资源、减少环境污染、维护生态平衡、实现可持续开展。化工生产中传热过程是经常的 发生的事，因此合理使用能源，节约能源消耗是每个化工工艺设计人员应尽的职责。过程能量分析的常用方法有：夹点分析法和三环节能量分析法7.1夹点分析法将需要优化的换热网络用冷、热流复合线表示在温焓图T-*丨上，热流复合线位于冷流上方，冷、热流体的复合线 中间垂直距离最短处称为夹点，其温差厶Tmin称为夹点温差。夹点分析法应遵循三个原那么：尽量防止有热流体通过夹