《化工工艺制定》讲座

《化工工艺制定》讲座

1.概述

1.1要建设一个化工厂，必需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

员必需具备以下基本条件。

>掌握化工基本理论

如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反应动力学（化学反应工程）。

>掌握化工工艺制定方法和技能

工艺制定的任务、制定范围、工艺制定人员使命。

化工基本理论的应用（化工制定方法）。

工艺制定基本程序（工艺制定技能）。

工艺制定的成品文件（内容及深度）。

工艺制定的质量确保程序。

>熟悉环保、安全、消防等方面的法规，如:

HG20667-1986化工建设项目环境保护制定规定

SH3024-95石油化工企业环境保护制定规范

HG20571-95化工企业安全卫生制定规定

SH3047-93石油化工企业职业安全卫生制定规范

GBJ16-87（2001版）建筑制定防火规范

GB50160-92（1999版）石油化工企业制定防火规范

GB50058-92爆炸和危险性环境电力装置制定规范

>一定的工作经验

1.2化工建设项目阶段

1.2.1建设项目阶段的划分以工程公司为主体，通常分为三个阶段

>项目前期

项目建议书一批准后即为立项

可行性研究报告一批准后即可展开工程制定

工程制定

按国内审批要求分为:初步制定-批准后建设单位即可开工。

施工图制定

按国际常规做法分为:工艺制定

基础制定

具体制定

>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）

1.2.2建设项目阶段的划分以建设单位为主体，通常分为四个阶段

>项目前期

>工程制定

>工程建设

>工厂投入生产

2.工艺制定的内容和深度

2.1工艺制定的文件包括三大内容：

>文字说明（工艺说明）

>图纸

>表格

2.1.1文字说明（工艺说明）

>工艺制定的范围。

>制定基础：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。

>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。

>公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、慰气）消耗

定额及消耗量。

>三废排放：包括排放点、排放量、排放组成及建议处理方法

>装置定员

>安全备忘录（另行成册）

>技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）

>操作指南（通常为对内使用，另行成册。供工艺系统、配管等专业使用）

2.1.2图纸

>PFD：是PID的制定依据，供基础制定使用（通常分版次逐版深入）。

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。

>建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供基础制定使用（通常为平面

布置图）。依据工艺流程的特点和要求进行布置。

>PCD：通常是制定院内部制定过程文件、最终体现在终版PFD中（通常由自控专业

完成）。

2.1.3表格

>物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、结值、粘度等理

化常数（热负荷表示在此表中或PFD图上兀

>工艺设备数据表：依据设备形式不同、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、介质

名称、操作压力、制定压力、操作温度、制定温度、材质、传动机构、外形尺寸、

特征尺寸及特别要求。（各制定院均有各种规定的表格）。

>工艺设备表

>取样点汇总表

>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：

>项目建议书：可行性报告编制工作。

>项目报价书；投标书、技术文件编制工作。

>引进项目：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制定。

3.工艺制定方法（化工基本理论的应用）

3.1工艺路线的选择

>原料来源

>经济效益和社会效益（生产成本）

>环境保护

>其它，如操作条件、安全、消防、投资、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）

从图中可以看出制定的核心是反应系统的制定和开发。“洋葱头”模型强调过程开发和

制定的有序和分层性质。

>反应流程优化见表-7.4.2（P-544）

反应流程优化需要合计的问题较多，问题复杂。如反应动力学、反应收率、催化

剂特性、反应历程、反应途径。

反应器的最优操作条件有如何确保反应温度、反应压力、混合要求、换热要求、

各物料配比、给定条件下的生产成本等等。

>精储流程的优化

精馆流程如需要分开R个组份，就需要有RT个精储塔。

精馆优化需要合计：那种组份为主产品，那种组份为付产品。

产品的规格要求。

精馆流程的优化法1）：试探法，主要规则如下：

优先使用一般精微。

尽量避免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。

难分开的组分最后分出。

最大量组份应优先分出。

塔顶、塔釜产物最好等摩尔分开。

精馆流程的优化法2）：调优法

精馆流程的优化法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）进行选择。

3.3工艺设备的选择

＞反应器：

1）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

以上反应器的选择要依据物料性质、稳定性、反应复杂性、产品规模、反应时间、温

度、压力等因素综合合计。

不同类型的反应器在工业生产中的应用状况见P-547。

气液相反应器及固相反应器的使用状况见P-548o

固体催化反应器的使用状况见表7.4.3-3（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依据分开难易程度、压降大小、真空（热敏性物料）、物料性质、

投资状况、腐蚀状况、物料清洁状况、安全要求、弹性大小、发泡等状况选择。（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。

按结构型式分：采纳二物流换热的换热器从结构上分有以下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、螂旋板式、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：

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）时应合计热补偿，两流体温差不易大于120C。

该换热器壳程易清洗，但内垫片易渗漏，适用于需要补偿热膨胀的换热器，两流

体温差大于120C。

该换热器制造、安装方便，造价较低，管程耐高压，但结构不紧凑。适用于高温

柔高压的场合，且管内流体必需洁净。

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

0.12MPa0

波纹板式：紧凑、效率高、易清洗，使用温度不大于15CTC,使用压力不大于

0.15MPa0

a.空气入口温度（即制定温度）低于38C。

b.热流体的出口温度高于50〜65C,并同意有一定的波动范围（3〜5C）。

,Co

d.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15℃。

e.管内给热系数小于2325.6W/（m2.K）,

f.冷却水的污垢系数大于0.0002（m2.K）/Wo

g.水源较远，取水费用大。

h.热流体的凝固点较低（小于0*C）。

》化工用泵：

依据物料性质、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合计，此外还要合计泵的安全性、可靠性和密封等要求。见表

7.4.5-3(P-553)

>容器(储罐)：

依据物料性质、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合计。

压力容器分类见表7.4.5-5(P-557)。

4.工艺制定工作程序

5.设备制定压力和制定温度确实定

5.1压力：

>正常操作(工作)压力

>最高工作压力

制定压力的选取见表7.6.1”设备制定压力一览表”(P-561)。

5.2温度：

>正常操作温度

>最高操作温度

“设备制定温度选取表”(P-562)»

6.过程控制方案确实定

>确保装置运行的平稳、生产安全、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。

>压力

>温度

>流量

>物位

>化学成分和物性数据

准确可靠

>灵敏度高

>反应迅速

>滞后小

>使用维护方便

>价格便宜

>反应控制的要求

达到规定的转化率、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。

>反应控制方案

以反应转化率为控制变量见图7.7.3-1中-564)。

以反应工艺状态变量为控制对象见图7.7.3-2(P-565)。

精储是常见的液液分开方法，精储控制主要目的是达到规定的分开要求。主要变

量有进料量、组成、温度、操作压力、冷却和加热介质、压力及温度的变幻。精储控

制可分为：

>按精饵段指标的控制方案见图7.7.3-3中-566)。

>按提惚段指标的控制方案见图7.7.3-4(P-567)o

>塔顶压力控制方案见图7.7.3-5(P-568)。

真空度控制方案见图7.7.3-6(P-569)o

>其它控制方案见图7.7.3-7(P-569)。

>控制载体的流量见图7.7.3-8(P-570)o

>控制传热面积见图7.7.3-9(P-570)o

>控制载体的气化温度见图7.7.3-10(P-571)o

>工艺介质旁路控制见图7.7.3-11(P-571)。

离心泵控制