化工设计概论之工艺流程设计.ppt

1、第二章 工艺流程设计,本章主要内容： 1）工艺路线选择。 2）工艺流程的设计。 例如：,举例说明工艺路线的流程化,简化后的流程示意图,第二节 工艺路线选择,一、选择原则 （1）先进性(技术上先进，经济上合理）。 （2）可靠性。 （3）结合国情，因地制宜。,第二节 工艺路线选择,二、工作步骤 1、全面收集拟定产品在国内外的各种生 产方法资料。 2、研究关键设备。 3、对各种生产方法进行技术、经济、安 全等方面的要求。 4、对选定生产方法做适当的修改。,要收集的主要资料内容,各国生产情况、各种生产方法及其工艺流程。 原料来源及成品应用情况。 实验研究报告。 原料、中间产品、产品和副产品的规格和性质

2、。 安全技术和劳动保护措施。 综合利用及三废处理 生产技术是否先进、生产机械化、自动化程度。 装备大型化与制造、运输情况。 基本建设投资、产品成本、占地面积。 水、电、汽、水文、气象等方面的资料。 车间环境与周围的情况。,第二节 工艺路线选择,在对生产方法进行论证时应注意的问题 （）满足产品性能规格的要求。 （）尽量采用先进生产技术。 （）选用的工艺路线必须具备工业化生产的条件。 （）对各项技术经济指标进行比较。 （）操作连续化问题。 （）装置大型化。 （ 7）治理三废，消除污染。 （ 8）提高自动化水平，尽量利用计算机进行生 产控制和管理。,第三节 工艺流程的设计,工艺流程设计是工艺设计的核

3、心，它通过工艺流程图的形式，形象地反映化工生产由原料输入到产品输出的过程，其中包括物料和能量发生的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表等。,第三节 工艺流程的设计,工艺流程设计的主要任务 （1）确定生产流程中各个过程的具体内容，顺序和组织方式，操作条件，控制方案，确定“三废”治理方案，确定安全生产措施，达到加工原料以制得所需产品的目的。 （2）在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。,第三节 工艺流程的设计,工艺流程设计的原则 (1)尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟 的科学技术成就，以保证产品质量。 (2)充分利用原料，努力提高原料利用率，提高生产率，采用高

4、效率的设备，降低原材料消耗及水电汽消耗，降低产品的生产成本，降低投资和操作费用，以便获得最佳的经济效益。,第三节 工艺流程设计,工艺流程设计的原则 (3)确保安全生产，以保证人身和设备的安全，充分预计生产的故障，以便即时处理，保证生产的稳定性。 (4)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。 (5)生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。,第三节 工艺流程设计,工艺流程设计中应注意和解决的问题 (1) 确定整个流程的组成。 (2) 确定每个过程或工序的组成。 (3) 确定操作条件。 (4) 控制方案的确定。 (5) 合理利用原料及

5、能量，计算出整个装置的 技术经济指标。 (6) 确定三废治理方法。 (7) 制定安全生产措施。,第三节 工艺流程的设计,实验技术和实际生产中之间存在巨大差距，需要设计人员必须具备工业化生产的概念。如在实验室配制硫酸和硝酸的混合酸过程。,工 业 混 合 酸 流 程 图,第三节 工艺流程的设计,工艺流程设计方法： （1）参考现有的图纸或资料,进行改进完善。 （2）根据现有的生产装置进行工艺流程设计。 （3）根据实验室的实验装置，进行生产工艺流程设计。 （4）由概念设计做起，由一个反应式开始进行工艺设计。该设计主要适合实验流程的设计。,第三节 工艺流程的设计,工艺流程设计步骤 工艺流程设计一开始，首

6、先进行概念设计或方案设计，设计出工艺流程草图，经物料计算后，再设计出工艺物料流程图，当设备计算结束时，开始绘制初步设计的管道及仪表流程图，只有当车间设计结束，进一步修改流程图后才能最后画出正式的施工图阶段的管道及仪表流程图。,第三节 工艺流程设计,一、概念设计 概念设计的主要内容是将工艺路线的流程化，然后完善流程，进行方案比较，选择一最佳方案。,第三节 工艺流程设计,一、概念设计 一个典型工艺过程分为六个重要部分，即原料贮存,预处理、反应、产品分离、净化、贮存包装。还要考虑”三废”处理及公用工程、配套设施。,原料,产品,一、概念设计,1.工艺路线的流程化 将这六个过程详细地加以研究，具体化到各

7、个过程需要哪些化工单元操作加以组合，各化工单元操作又需要什么样的装备、设备、机械，这些单元操作的运行参数以及它们的运行次序，物料在化工单元操作中的“流水线”关系，以保证获得预期质量和数量的产品，这个将工艺过程具体化的设计过程，称为工艺路线的流程化。,一、概念设计,工艺路线流程化工作方法 (1)首先确定主反应过程； (2)根据反应要求，决定原料贮存方式,量,原料准备过程 和投料方式流程； (3)根据产品质量要求和反应过程实际，确定产物的分离、 精制的过程； (4)产品的计量、包装或后处理工艺过程； (5)副产物处理的工艺过程； (6)“三废”排出物的综合治理流程； (7)确定动力使用和公用工程的

8、配套。,举例说明工艺路线的流程化,例1. 以HCl和CH3OH合成CH3Cl为例，假如我 们已经选择了“气一液相”合成CH3Cl，主 反应是：,举例说明工艺路线的流程化,举例说明工艺路线的流程化,举例说明工艺路线的流程化,简化完善工艺流程,为了控制水洗塔生成废酸水的量，可以设计一个带有再沸器的HCl吸收塔，充分吸收HCl，制成稀盐酸，再将夹有微量水份和甲醇的CH3Cl经冷冻除水、脱醇。原料预处理流程可以简化为不必混合，直接进入反应釜。简化后的流程框图。,简化后的工艺流程简图,甲醇,盐酸,压缩机,冷冻塔,冷凝器,脱酸塔,冷凝器,反应釜,汽化釜,计量槽,盐酸,冷凝器,产品,钢瓶,汽提塔,催化剂,举

9、例说明工艺路线的流程化,简化后的流程示意图,工艺流程设计,2.初步设计阶段工艺流程的设计 在概念设计的基础上，将流程深化，即深入细致地加以完善，对工艺流程和各操作单元。化工装置进行深入的量化设计，通过计算，对化工工艺流程进行逐步完善、拾遗补缺，全面系统地研究物料、能量、操作、控制，使各化工单元过程完整地衔接和匹配，能量得到充分利用。,工艺流程设计,2.初步设计阶段工艺流程的设计 对工艺流程的方案设计，要从下列几个方面加以完善设计： (a)流程能力、操作弹性和设备设计。 (b)工艺操作条件的确定和流程细节安排。 (c)操作单元装置的衔接和辅助装置的完善 。 (d)确定操作控制过程中各参数控制点。

10、,工艺流程设计,3.施工图设计阶段工艺流程设计 在初步设计方案的基础上，完善管道和仪表的设计，各种物料、公用工程、全部设备、管道、管件、阀门、全部的控制点、检测点、自动控制系统装置及其管道、阀门设计。作为安装施工指导的工艺流程设计，最终表现为绘制“管道及仪表流程图”(简称PID图)。,工艺流程设计,工艺流程简图设计练习 1）设计一将98%浓硫酸稀释成30%的稀硫酸的工艺流程简图。 2）设计一气液吸收流程，要求在两个吸收塔中，对吸收液来说既能串联也能并联操作。,第四节 工艺流程图的绘制,1、方框流程图和工艺流程草图 2、工艺物料流程图 3、管道及仪表流程图,一、方框流程图和工艺流程草图,1、方框

11、流程图(Block Flowsheet) 方框流程图是在工艺路线选择确定之后，工艺流程进行概念设计时完成的一种流程图。其主要作用是：定性地表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的过程及设备。将主要工艺步骤或单元操作，用一方框表示，注明方框名称和主要操作条件，同时用主要的物流将各方框连接起来。,一、方框流程图(Block Flowsheet),绘制要求：矩形框用细实线，用粗实线加箭头表示出主要物 流方向，并加上必要的文字注释。,反应,过滤,结晶,离心,硫酸,氧化铜,母液,滤液,产品,生产硫酸铜的方框流程图,生产聚甲醛的方框流程图,一、方框流程图和工艺流程草图,2、工艺流程草图 在方框图流程图的基

12、础上，将各个工序过程换成设备示意图，进一步修改、完善可得到工艺流程草图。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、必要的文字说明三部分组成。,2、工艺流程草图,1.要画出主要设备示意外形 设备用细实线画出外形、形状不要求准确，用线条和箭头表示主要物料管线和流向，物料线用粗实线绘制。至于管件、阀门等一般不标出。 2.还要求附有图例，有的单位流程图上还有设备一览表。,生产硫酸铜的工艺流程草图,二、工艺物料流程图的绘制,工艺物料流程图(process flowsheet diagram PFD)简称物流图 主要内容： A：设备简单的外型图、名称及位号。 B：主要工艺条件，物料平衡表（对物料发生变化的设

13、 备，要从物料管线上引线列表表示：物料组分名称、 物料量（kg/h)、质量%、kmol(kmol/h)、以及 mol% 等，每项均应标出其总和数。 C ：标题栏。,二、工艺物料流程图的绘制,（1）设备图形和流程线 设备图形按设备外形绘制，此设备的外形不必精确，常采用标准规定的设备表示方法，简化绘制。 设备之间用流程线连接起来，设备外形用细实线，设备之间的流程线用粗实线表示。在图上要标注设备位号及名称 。,常用设备符号,工艺设备图例,工艺设备图例,工艺设备图例,工艺设备图例,二、工艺物料流程图的绘制,（2）物流管线表示方法 a.流程线用带箭头的粗实线表示 b.进出装置用接续标志标明,二、工艺物料

14、流程图的绘制,（2）物流管线表示方法 c.用细实线菱形框(边长810mm)标出各物流点的编号,二、工艺物料流程图的绘制,（2）物流管线表示方法 d.界区内部，图纸进出管线的始终端用32x45长方框并注明介质名称，去向等。,反应气体 来自R0201 见图8413-9-40-0320,二、工艺物料流程图的绘制,（3）工艺数据的表示 表示出主要工艺数据：温度，压力，流量等。 （4）物料平衡表,二、工艺物料流程图的绘制,（2）物流变化和物流表 对于物料发生变化的设备，要从物料管线上画一个引出线，并于引出线端用列表的形式表示物料的组成、名称、质量流量(kgh)、质量百分数、摩尔流量(kmolh)。 物料

15、的某些工艺参数，例如物料温度、压力等可在流程线旁注明。,物流表图例,二、工艺物料流程图的绘制,V0104,乙苯贮槽,物流表图例,热量衡算的结果的表示,二、工艺物料流程图的绘制,(2)设备标注 标注的内容 设备在图上应标注位号及名称。设备位号在整个车间(装置)内不得重复，施工图设计与初步设计中的编号应该一致，不要混乱。如果施工图设计中设备有增减，则位号应按顺序补充或取消(即保留空号)。设备的名称也应前后一致。,二、工艺物料流程图的绘制,(2)设备标注 标注的方式 设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，各设备在横向之间的标注方式应排成一行；若在同一高度方向出现两个以上设备图形时，则可

16、按设备的相对位置将某些设备的标注放在另一设备标注的下方。,二、工艺物料流程图的绘制,（3）标题栏及其它 标题栏按图纸常规，注明图号，设计阶段等。,物料流程图,作业,1.绘制一张以98%硫酸为原料，生产 2000kg/a 30%硫酸的物料流程图。,三、管道及仪表流程图 (PID) piping and instrument diagram,作用：为设备布置、管道布置设计提供依据；为设备布置、管道布置及仪表控制等施工安装提供依据；它是施工安装的指导性文件。 要求：表示出全部工艺设备、物料管路、阀件、设备的辅助管路以及工艺和自控仪表的图例、符号等。,三、管道及仪表流程图,主要内容： 设备图形、管线、

17、控制点和必要数据、图例、标题栏等。 (1) 图形 将生产过程中的全部设备的简单形状按工艺流程次序，展示在同一平面上，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表控制点符号等。 （2）标注 注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸、数据等。 （3）图例 （4）标题栏,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(1)比例与图幅 管道及仪表流程图不按比例绘制，因此标题栏中“比例”一栏不予注明。一般设备（机器）图例只取相对比例，允许实际尺寸过大的设备（机器）比例适当缩小，实际尺寸过小的设备（机器）比例可适当放大。在图的下方画一条细实线作为地平线，可以相对示意出设备位置的高低。如有必要还可以将各层楼面的高度

18、分别标出。整个图面要协调、美观。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(1)比例与图幅 绘制时一般可以一个车间或工段为主进行绘制，原则上一个主项绘一张图样，不太主张把一个完整的产品流程划分得太零碎，尽量有一个流程的“全貌”感。在保证图样清晰的原则下，流程图尽量在一张图纸上完成。图幅一般采用A1或A2的长边绘制，流程图过长时，幅面也常采用标准幅面的加长，长度以方便阅览为宜，也可分张绘制。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(2)图形 图样采用展开图形式，从左到右画出全部设备示意图，排列顺序应符合实际生产过程。外形和主要轮廓接近实物，显示设备的主要特征，有时其内部结构及具有工艺特征的内部构件也应画出

19、。如列管换热器，反应器的搅拌形式，加热管，盘管，活塞，分布器，填充料等。这些可以用细实线表示，也可以用剖面形式将内部构件表示。电机可用一个矩形或圆形注明“M”表达，设备上的管口允许不画，或用一细实线表示。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(2)图形 对于需隔热的设备和机器要在其相应部位画出一段隔热层图例。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(3)相对位置 设备间的高低和楼面高低的相对位置，一般也按比例绘制（标题栏中“比例”一栏不予注明）。低于地面的需相应画在地平线以下，尽回能地符合实际安装状况。至于设备横向间距，通常亦无定规，则视管线绘制及图面清晰的要求而定，以不疏不密为宜，既美观又便于标注

20、。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(4)设备标注 标注的内容 设备在图上应标注位号及名称。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(4)设备标注 标注的方式 设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，各设备在横向之间的标注方式应排成一行；若在同一高度方向出现两个以上设备图形时，则可按设备的相对位置将某些设备的标注放在另一设备标注的下方。 在设备内部或旁边也要标注设备位号。,管道及仪表流程图绘制的规定及要求,(4)设备标注 标注的方式 标注方式如图。水平线一般以粗实线，线宽0.6mm。标注式样如下： P0301A 中间泵 编号由4个单元组成。（a）设备分类代号；（b）主项代号（设备所在

21、工段或装置编号）；（c）同工序内同类设备顺序号；（d）相同设备的数量尾号。,设备的标注,设备的表示方法,A.设备的画法 B.设备的标注,细实线,粗实线,设备 名称,设备 代号,设备 位号,管道及仪表流程图的绘制的规定及要求,（5）管道的表示方法 A、管道的画法 画管道时，主要工艺物料管道用粗实线(0.91.2mm)表示，辅助物料管道用中粗实线(0.5 0.7mm表示，仪表管道用细实线(0.15 0.3mm)表示。 B、管道的标注,管道的表示方法,工艺物料管道： 工艺物料埋地管道： 辅助物料及公用系统管道： 辅助物料及公用系统埋地管道：,管道的表示方法,气动信号仪表管线： 热保温管道： 冷保温管

22、道： 蒸汽伴热管道：,管道的表示方法,电伴热管道： 套管管道：,管道的表示方法,管道的表示方法,工艺流程管道，应尽量减少交叉、拐弯，以免图样零乱。实在避免不了，交叉管道应将其中一条管道断开一截，断开处约为线宽度5倍，一般采取 “主管不断次管断” ，“竖断横不断”的原则。,图2.16 管道交叉与转弯 图2.17 管道排气、排液及液封,2）管道交叉，转弯，排气、排液及液封,管道的表示方法,A表示人工取样点，1301为取样点编号（13为主项编号，01为取样点序号）。园为直径10mm的细线园。,3）分析取样点表示,管道的表示方法,接续标志用中线条表示。图纸接续标志内注明与该管道接续的图号，接续标志旁的

23、连接管线上方，注明所来自（或去）的设备位号或管道号（管道号只标注基本管道号）。,4）图纸接续管道的表示,管道的表示方法,管道标注：,PL0102-100 A1B-H,物料代号,主项代号,顺序号,管道尺寸,管道等级,隔热代号,管道标注的物料代号,管道等级的标注,管道的材质代号,隔热及隔声代号,阀门与管件的表示方法,管道上的阀门，管件和管道附件按化工部HG20519.3292规定的图形符号，全部用细实线绘制。,阀门与管件的表示方法,管道上的阀门、管件、管道附件的公称直径与管道相同时，可不标注。若公称直径与管道不同时，应当标注它们的尺寸，必要时还应标注型号、分类编号或文字。 管线的伴热管要全部绘出，

24、夹套管可在两端只画出一小段，隔热管则应在适当位置画出过热图例。,仪表、控制点的表示方法,集中仪表,就地仪表,LI,LI,0104,0104,参量代号,功能代号,顺序编号,仪表、控制点的表示方法,仪表、控制点应在有关管道上按大致安装位置用代、符号表示之。检测、控制等仪表在图上用细实线圆(直径约10mm)表示，仪表的信号线均以细实线绘制。 仪表及控制点、控制元件的代号及图形符号可参见化工部HG 250592标准。表115摘录了部分内容。,仪表、控制点的表示方法,仪表、控制点的图示与标注,调节与控制系统图示,信号线的图示,阀门与管件的表示方法,在工艺流程图上，所有控制阀组一般可不予画出，但在施工图上的左下角应给出控制阀表，分项详细列出相关数据。若控制阀组较少，也可在流程图上直接画出。,图例和索引,1、图形标志和物料代号 将本图上出现的阀门，管道附件等一一加以说明，将本