化工工艺设计

1、 1. 1.概述概述 化工工艺专业是化工设计的主要专业之一。化工工艺专业是化工设计的主要专业之一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计新的化无论是开发新的化工生产过程，还是设计新的化工装置，化工工艺设计是直接关系到化工装置能工装置，化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车、能否得到预计的生产能力和合格的否顺利开车、能否得到预计的生产能力和合格的产品，最终关系到工厂能否获得最大的经济效产品，最终关系到工厂能否获得最大的经济效益。对于正在运行的化工装置益。对于正在运行的化工装置, ,化工工艺专业通过化工工艺专业通过工艺分析工艺分析, ,了解装置物料和能量消耗情况了解装置物料和能量消耗情况, ,

2、分析设分析设备运行中存在的问题备运行中存在的问题, ,可为制定改进方案、降低原可为制定改进方案、降低原料和能量消耗、提高产品质量以及挖掘生产潜力料和能量消耗、提高产品质量以及挖掘生产潜力提供依据。因此，作为化工工艺设计的人员必须提供依据。因此，作为化工工艺设计的人员必须具备下列基本条件：具备下列基本条件：1.1 1.1 掌握化工基本理论掌握化工基本理论1.2 1.2 掌握化工工艺设计方法和技能掌握化工工艺设计方法和技能（1 1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员的职责。设计人员的职责。（2 2）掌握化工基本理论的应用）掌握化工基本理论的应用（3 3）

3、熟悉设计基本程序和相关专业的基本知）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知识识（4 4）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以及工艺设计的质量保证程序。及工艺设计的质量保证程序。1.3 1.3 掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事 故的能力以及相应的实践经验。故的能力以及相应的实践经验。1.4 1.4 熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面 的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规有：有： 建筑设计防火规范建筑设计防火规范 GBJ6-87(2001G

4、BJ6-87(2001年版年版) ) 石油化工企业设计防火规范石油化工企业设计防火规范 GB 50160-92(1999GB 50160-92(1999年版）年版） 爆炸和危险性环境电力装置设计规范爆炸和危险性环境电力装置设计规范 GB 50058-92GB 50058-92 化工企业安全卫生设计规定化工企业安全卫生设计规定 HG20571-95HG20571-95石油化工企业职业安全卫生设计规范石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH3047-93SH3047-93化工建设项目环境保护设计规定化工建设项目环境保护设计规定 HG20667-1986HG20667-1986石油化工企业环境保护设计

5、规范石油化工企业环境保护设计规范 SH3024-95SH3024-951.5 1.5 具有一定的工作经验具有一定的工作经验2.1 2.1 在工程设计合同书中明确规定的以及业主应在工程设计合同书中明确规定的以及业主应 提供的有关数据。提供的有关数据。（1 1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日）装置的设计能力、操作弹性及年操作日; ;（2 2）产品方案及产品、副产品的规格；）产品方案及产品、副产品的规格；（3 3）建厂地区的气象、水文、地质等条件；）建厂地区的气象、水文、地质等条件；（4 4）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、 气等规格、数量及进界区条件；

6、气等规格、数量及进界区条件；（5 5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指 标及进界区条件；标及进界区条件；2.2 2.2 由专利商提供的：由专利商提供的： 除上述与专利商有关的数据外，还需专利除上述与专利商有关的数据外，还需专利商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化率、收率、控制方案、相关设备条件等。率、收率、控制方案、相关设备条件等。2.3 2.3 工艺所需的物性参数工艺所需的物性参数。 工艺专业是自项目前期的可行性研究阶段即作为工艺专业是自项目前期的可行性研究阶段即作为主要专业参加编制，一直贯穿到工程设计阶段。主

7、要专业参加编制，一直贯穿到工程设计阶段。 在工程设计阶段可分为以下几个阶段：在工程设计阶段可分为以下几个阶段： （1 1）按国内审批要求分为：）按国内审批要求分为： 初步设计（批准后建设单位即可开工）初步设计（批准后建设单位即可开工） 施工图设计施工图设计 （2 2）按国际常规做法分为：）按国际常规做法分为：工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）基础设计（以化工工艺系统专业为主导专基础设计（以化工工艺系统专业为主导专业）业）详细设计（以管道设计专业为主导专业）详细设计（以管道设计专业为主导专业） 在建设单位完成了项目前期工作之后，在建设单位完成了项目前期工作之

8、后，设计单位即可开展项目的工程设计工作。设计单位即可开展项目的工程设计工作。3.1 3.1 工艺设计的内容和深度工艺设计的内容和深度 工艺设计的依据是经批准的可行性研究报告、工艺设计的依据是经批准的可行性研究报告、总体设计、工程设计合同书及设计基础资料。总体设计、工程设计合同书及设计基础资料。 制定相应的工艺流程，其原则是选择先进可靠制定相应的工艺流程，其原则是选择先进可靠的工艺技术路线，进行方案比较，对方案进行优的工艺技术路线，进行方案比较，对方案进行优化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺设备，设备， 在考虑工艺流程方案时，应同时考虑到在考虑工

9、艺流程方案时，应同时考虑到对废物的综合利用方案和必要的治理措施。对废物的综合利用方案和必要的治理措施。 进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程图图(PFD)(PFD)、编制工艺设备数据表和公用工程平衡、编制工艺设备数据表和公用工程平衡图，确定公用工程、环保的设计原则和排出物治图，确定公用工程、环保的设计原则和排出物治理的基本原则。理的基本原则。 在工艺设计的过程中，工艺专业要和外专业在工艺设计的过程中，工艺专业要和外专业互提条件，条件表作为重要的技术文件，是主互提条件，条件表作为重要的技术文件，是主导专业设计的初步成果，是接受专业的设计依导专业设计的初

10、步成果，是接受专业的设计依据。据。工艺设计的文件工艺设计的文件 包括三大内容：包括三大内容： (1) (1) 文字说明文字说明 ( (工艺说明工艺说明) ) ； (2) (2) 图纸；图纸； (3) (3) 表格。表格。 以下介绍工艺设计所做的主要工作：以下介绍工艺设计所做的主要工作：文字说明（工艺说明）文字说明（工艺说明）(1) (1) 工艺设计的范围工艺设计的范围(2) (2) 设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化剂、设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化剂、化学品、公用工程燃料规格、产品及副产品规格化学品、公用工程燃料规格、产品及副产品规格(3) (3) 工艺流程说明：生产方法、化

11、学原理、工艺流程叙工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙述。生产过程的主要危险、危害因素分折述。生产过程的主要危险、危害因素分折(4) (4) 原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量(5) (5) 公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额及消耗量空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额及消耗量(6) (6) 三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建议的处理方法议的处理方法(7) (7) 装置定员装置定员 (8) 安全

12、专篇安全专篇 ( 另行成册另行成册) ：它是工艺系统、布置和：它是工艺系统、布置和管道设计、仪表、电气、总图运输、采暖通凤、土建管道设计、仪表、电气、总图运输、采暖通凤、土建、环保、消防等相关专业开展设计依据之一。它需对、环保、消防等相关专业开展设计依据之一。它需对装置的安全特点作说明。装置的安全特点作说明。(9) 技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）其技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册）其主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面可主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面可能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的技术能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的技术风险。并提

13、出防范及化解风险建议和措施。风险。并提出防范及化解风险建议和措施。(10) 操作指南（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） 它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工艺系统、管道专业设计的重要依据。艺系统、管道专业设计的重要依据。图纸图纸（1 1） PFD:PFD:供基础设计使用（通常分版次逐版供基础设计使用（通常分版次逐版深化）深化） 包括全部工艺设备、主要物料管道包括全部工艺设备、主要物料管道( (表示表示出流向、物料号）、主要控制回路、联锁方出流向、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

14、。案、加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。（2 2）建议设备布置图：是总图布置、装置布置建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供基础设计使用（通常为平面布置的依据，供基础设计使用（通常为平面布置图）图） 根据工艺流程的特点和要求进行布置。根据工艺流程的特点和要求进行布置。（3 3） PCD:PCD:通常是设计院内部设计构成文件最通常是设计院内部设计构成文件最终体在终版终体在终版PFDPFD中（通常由自控专业完成）中（通常由自控专业完成）表格表格（1 1）物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、）物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数状态、流量、密度、焓

15、值、粘度等理化常数（热负荷表示在此表中或（热负荷表示在此表中或PFDPFD图上）图上）（2 2）工艺设备数据表：根据设备形式不同，作）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、搅拌器等。工艺设备数据器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动设计压力、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。（各机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各设计院均有各种规定的表格设计院

16、均有各种规定的表格) )（3 3）取样点汇总表）取样点汇总表（4 4）装置界区条件表：通常由工艺系统专业来）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、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）产品、副产品、进出界区条件等）化工工艺专业尚需参加前期工作，主要前期工化工工艺专业尚需参加前期工作，主要前期工作有：作有：项目建议书：可行性研究报告编制工作。项目建议书：可行性研究报告编制工作。项目报价书：投标书、技术文件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、合引进项目：包括询价书、投标书的评标、合同技术附

17、件谈判。同技术附件谈判。大中型联合装置总体规划设计。大中型联合装置总体规划设计。3.2 3.2 工艺设计方案的优化工艺设计方案的优化 优化的工艺设计方案应是：优化的工艺设计方案应是： （1 1）有较好的经济效益和社会效益）有较好的经济效益和社会效益 （2 2）工艺技术先进适用）工艺技术先进适用 （3 3）生产安全、可靠、并有良好的环保）生产安全、可靠、并有良好的环保措施措施 公用工程换热网络分离系统反应系统“洋葱头洋葱头”模型是工艺流程开发和设计的方法。模型是工艺流程开发和设计的方法。从图中可以十分直观的表示了反应系统的开发和设计从图中可以十分直观的表示了反应系统的开发和设计是核心，它为分离系

18、统规定了处理物料的条件，而反是核心，它为分离系统规定了处理物料的条件，而反应和分离系统一起又规定了过程的冷、热物流的流量应和分离系统一起又规定了过程的冷、热物流的流量和换热的热负荷，最后才是公用工程系统的选择和设和换热的热负荷，最后才是公用工程系统的选择和设计。计。“洋葱头洋葱头”模型强调了过程开发和设计的有序和分层模型强调了过程开发和设计的有序和分层性质，也表明了反应和分离系统的开发是关键，因此性质，也表明了反应和分离系统的开发是关键，因此工艺流程方案的优化应主要集中在反应和分离系统的工艺流程方案的优化应主要集中在反应和分离系统的优化，一旦确定了反应和分离系统的设计，即能对换优化，一旦确定了

19、反应和分离系统的设计，即能对换热网络和公用工程系统进行设计，有效地开发和设计热网络和公用工程系统进行设计，有效地开发和设计出全过程最优或接近最优的流程。对此史密斯和林霍出全过程最优或接近最优的流程。对此史密斯和林霍夫提出的夫提出的“洋葱头洋葱头”设计开发概念，其步骤为：设计开发概念，其步骤为： （1 1）根据经验规则初步建立反应和分离系统的流程。）根据经验规则初步建立反应和分离系统的流程。(2)(2)变化主要的设计优化变量，如反应的转化率、惰变化主要的设计优化变量，如反应的转化率、惰性物质循环的浓度等，确定每组变量：性物质循环的浓度等，确定每组变量： 反应和分离系统中主要设备的投资及原材料的消

20、耗；反应和分离系统中主要设备的投资及原材料的消耗； 利用夹点分析法确定换热网络和公用工程消耗的最利用夹点分析法确定换热网络和公用工程消耗的最佳总费用。佳总费用。(3)(3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的关系，建立全过程总费用与主要优化变量之间的关系，其总费用包括：其总费用包括： 反应和分离系统中的主要设备的投资费；反应和分离系统中的主要设备的投资费； 原材料消耗和除换热网络和公用工程之外的反应与原材料消耗和除换热网络和公用工程之外的反应与分离系统的操作费用；分离系统的操作费用； 换热网络和公用工程消耗的各类操作费用。换热网络和公用工程消耗的各类操作费用。 确定最佳条件，并对全流程调优。确

21、定最佳条件，并对全流程调优。 对其他备选流程重复上述步骤，最后比较各流程的对其他备选流程重复上述步骤，最后比较各流程的总费用，获得最佳流程。总费用，获得最佳流程。3 3.2.2 .2.2 反应流程优化反应流程优化 反应流程优化需要考虑的问题较多，反应流程优化需要考虑的问题较多，问题复杂。如反应动力学、反应收率、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。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保证反应器的最优操作条件有如何保证反应温度、反应压力、混合要求、换反应温度、反应压力、混合要求、换热要求、各物料配比、给定条件下的热要求、各物料配比、给定条件下的

22、生产成本等等。生产成本等等。 在实际工业生产中，为了实现高效率、高选在实际工业生产中，为了实现高效率、高选择和达到要求的产量，常常将相同或不同类型择和达到要求的产量，常常将相同或不同类型反应器进行组合。反应器进行组合。3.2.33.2.3反应产物的分离方法反应产物的分离方法 大多数反应产物都是混合物，需要有物料分大多数反应产物都是混合物，需要有物料分离过程。根据反应产物的物性差异可采用不同离过程。根据反应产物的物性差异可采用不同的分离方法，简述如下：的分离方法，简述如下： （1 1）对于气固相混合物可采用干法收集、）对于气固相混合物可采用干法收集、湿法洗涤、纤维过滤、静电沉积分离方法；湿法洗涤

23、、纤维过滤、静电沉积分离方法； （2 2）对于固相混合物可采用筛分、分级分）对于固相混合物可采用筛分、分级分离方法；离方法； （3 3）对于固液相混合可采用沉降、离）对于固液相混合可采用沉降、离心、压榨、过滤、干燥、蒸发、结晶等心、压榨、过滤、干燥、蒸发、结晶等分离方法；分离方法； （4 4）对于液相混合物可采用吸收、萃取、）对于液相混合物可采用吸收、萃取、渗透、蒸馏、精馏等分离分法；渗透、蒸馏、精馏等分离分法； （5 5）对于气液相混合物可采用蒸发、闪）对于气液相混合物可采用蒸发、闪蒸、部分冷凝、精馏等分离方法；蒸、部分冷凝、精馏等分离方法； （6 6）对于气相混合物可采用吸收、吸附、）对于

24、气相混合物可采用吸收、吸附、膜分离等分离方法。膜分离等分离方法。3.2.43.2.4某些分离方法的优化某些分离方法的优化 （1 1） 精馏流程的优化精馏流程的优化 精馏流程如需要分离精馏流程如需要分离R R个组份，就需要有个组份，就需要有R-1R-1个精馏塔。个精馏塔。 精馏优化需要考虑：哪种组份为主产品；哪精馏优化需要考虑：哪种组份为主产品；哪种组份为付产品；产品的规格要求。种组份为付产品；产品的规格要求。 优先使用普通精馏。优先使用普通精馏。 尽量避免减压操作和使用冷量。尽量避免减压操作和使用冷量。 产品数应最少。产品数应最少。 腐蚀性、危险性的组份应优先分出。腐蚀性、危险性的组份应优先分

25、出。 难分离的组分最后分出。难分离的组分最后分出。 最大量组份应优先分出。最大量组份应优先分出。 塔顶、塔釜产物最好等摩尔分离。塔顶、塔釜产物最好等摩尔分离。精馏流程的优化法精馏流程的优化法1 1）：试探法，）：试探法，精馏流程的优化法精馏流程的优化法2 2）：调优法）：调优法精馏流程的优化法精馏流程的优化法3 3）：数学规划法）：数学规划法 确定精馏分离序列后，可对每一塔系进行确定精馏分离序列后，可对每一塔系进行优化，最佳的目标应使塔系的设备费和操作优化，最佳的目标应使塔系的设备费和操作费两项之和，即总费用为最小。费两项之和，即总费用为最小。 （2 2） 蒸发流程的优化蒸发流程的优化 蒸发系

26、统常以单位蒸汽消耗量来评价能量的有效蒸发系统常以单位蒸汽消耗量来评价能量的有效利用率。蒸发类型有：单效、双效、三效蒸发，利用率。蒸发类型有：单效、双效、三效蒸发，效数越多，蒸汽单耗越低，但投资越高。在同效数越多，蒸汽单耗越低，但投资越高。在同样的工艺要求下，是采用多效蒸发、热泵蒸发，还样的工艺要求下，是采用多效蒸发、热泵蒸发，还是多级闪蒸，除考虑技术因素外，单位蒸发量的总是多级闪蒸，除考虑技术因素外，单位蒸发量的总成本起着主导作用。对于强制循环蒸发，其循环速成本起着主导作用。对于强制循环蒸发，其循环速度和耗电能之间也有一个优化问题。而热泵蒸发在度和耗电能之间也有一个优化问题。而热泵蒸发在提高压

27、缩比和消耗外功之间也有一个系统优化问题提高压缩比和消耗外功之间也有一个系统优化问题。总的来说蒸发流程的优化，就是要找到在投资和。总的来说蒸发流程的优化，就是要找到在投资和经常运行费用之间的最佳点。经常运行费用之间的最佳点。 3.33.3工艺设备的选择工艺设备的选择 工艺设备的选择首先要满足工艺生产的需要，要工艺设备的选择首先要满足工艺生产的需要，要在工艺生产中体现它的合理性和先进性，同时要充在工艺生产中体现它的合理性和先进性，同时要充分注意它在使用过程中的安全可靠，确保生产的连分注意它在使用过程中的安全可靠，确保生产的连续稳定长周期满负荷运行。以充分发挥设备能力，续稳定长周期满负荷运行。以充分

28、发挥设备能力，达到经济运行。达到经济运行。 3.3. 1 3.3. 1 反应器反应器 在反应器中进行的是化学反应过程，它不仅有种在反应器中进行的是化学反应过程，它不仅有种类繁多、性质各异的化学反应，而且伴随着传热、类繁多、性质各异的化学反应，而且伴随着传热、传质的物理过程。因此就反应器的类别也有多种多传质的物理过程。因此就反应器的类别也有多种多样，它适用于不同反应。样，它适用于不同反应。(1)(1)反应器的型式与特证反应器的型式与特证 多相流中分散相的分散方法和聚并特性多相流中分散相的分散方法和聚并特性 气固流态化系数中粒子的磨损和带出气固流态化系数中粒子的磨损和带出 开停车所需的辅助设施开停

29、车所需的辅助设施 ) )反应器操作、控制方法反应器操作、控制方法 3.3.2 3.3.2气液传质设备气液传质设备 化工生产中常需要借助气液传质设备将化工生产中常需要借助气液传质设备将反应生成的产物进行分离，以获得目标产反应生成的产物进行分离，以获得目标产品，一般有采用精馏、吸收解析、蒸发、品，一般有采用精馏、吸收解析、蒸发、气提、萃取等方法来达到此目的。常用的气提、萃取等方法来达到此目的。常用的气液传质设备型式是板式塔和填料塔。而气液传质设备型式是板式塔和填料塔。而板式塔和填料塔又因采用的塔板和填料不板式塔和填料塔又因采用的塔板和填料不同，他们又可分为多种型式，如板式塔，同，他们又可分为多种型

30、式，如板式塔，塔板可分为浮阀、筛板、泡罩及各种高效塔板可分为浮阀、筛板、泡罩及各种高效塔板，填料塔的填料有鲍尔环、鞍环等散塔板，填料塔的填料有鲍尔环、鞍环等散装填料和丝网填料、波纹板填料等各种规装填料和丝网填料、波纹板填料等各种规整填料。整填料。气液传质设备的选用应根据处理物料的性质、气液传质设备的选用应根据处理物料的性质、分离要求、运行费用和投资费用等因素综合分离要求、运行费用和投资费用等因素综合考虑，其基本选型要求为：考虑，其基本选型要求为： （1 1）相际传质面积大）相际传质面积大 （2 2）生产能力大）生产能力大 （3 3）操作稳定，弹性大）操作稳定，弹性大 （4 4）阻力小）阻力小

31、（5 5）结构简单，制造安装方便、加工制造费）结构简单，制造安装方便、加工制造费用低用低 （6 6）耐腐蚀，不易堵塞，易检修。）耐腐蚀，不易堵塞，易检修。板式塔和填料塔有各自的特点，它们适用于不同的板式塔和填料塔有各自的特点，它们适用于不同的情况，在下述情况下优先考虑选用板式塔：情况，在下述情况下优先考虑选用板式塔： (1)操作负荷波动较大或进料浓度波动较大的分操作负荷波动较大或进料浓度波动较大的分离过程；离过程； (2)液相负荷较小的分离过程；液相负荷较小的分离过程； (3)易结晶、结垢的物料；易结晶、结垢的物料； (4)需高压操作的分离过程；需高压操作的分离过程； (5)内部需要设置蛇管等

32、换热部件的情况。内部需要设置蛇管等换热部件的情况。在下述情况下应优先考虑选用填料塔：在下述情况下应优先考虑选用填料塔： (1)分离要求高的情况下，采用新型高效填料塔可分离要求高的情况下，采用新型高效填料塔可降低塔的高度；降低塔的高度； (2)新型填料的压降较低，有利节能，而且新型填新型填料的压降较低，有利节能，而且新型填料的持液量较小，尤其适用于热敏物料的分离；料的持液量较小，尤其适用于热敏物料的分离； (3)(3)腐蚀性物料的分离；腐蚀性物料的分离； (4)(4)发泡物料的分离。发泡物料的分离。 二种塔型的塔径计算，都与液泛有关，因为液泛会二种塔型的塔径计算，都与液泛有关，因为液泛会造成塔的

33、压降增大，效率降低，最后导致塔无法正常造成塔的压降增大，效率降低，最后导致塔无法正常操作。板式塔塔径通常由最大允许气速操作。板式塔塔径通常由最大允许气速n,maxn,max来确来确定定, ,而而n,maxn,max主要受塔的液泛制约，板式塔的液泛有主要受塔的液泛制约，板式塔的液泛有夹带液泛和降液管液泛二种，书中介绍的由夹带液泛夹带液泛和降液管液泛二种，书中介绍的由夹带液泛确定确定n,maxn,max设计空塔气速设计空塔气速w w取（取（0.60.60.8)0.8)* *n,maxn,max 。而。而填料塔是通过计算泛点速度填料塔是通过计算泛点速度U Uf f, ,考虑比较经济可靠考虑比较经济可

34、靠的操作气速的操作气速U=(0.6U=(0.60.8)U0.8)Uf f, ,然后由此可算得塔径。然后由此可算得塔径。 3.3.3 3.3.3 传热设备传热设备传热设备选型主要考虑的因素：传热设备选型主要考虑的因素： （1 1）热负荷及流量大小）热负荷及流量大小（2 2）流体的性质）流体的性质（3 3）温度、压力及允许压降的范围）温度、压力及允许压降的范围（4 4）对清洗、维修的要求）对清洗、维修的要求（5 5）设备结构材料、尺寸、重量、价格）设备结构材料、尺寸、重量、价格（6 6）使用安全性和寿命）使用安全性和寿命 流体的性质对换热器类型的选择往往会产流体的性质对换热器类型的选择往往会产生重

35、大影响，如流体的物理性质（如比热、导生重大影响，如流体的物理性质（如比热、导热系数、粘度）、化学性质（如腐蚀性、热敏热系数、粘度）、化学性质（如腐蚀性、热敏性、结垢情况、是否有磨蚀性固体颗粒等因素，性、结垢情况、是否有磨蚀性固体颗粒等因素，都对传热设备的选型有影响。都对传热设备的选型有影响。传热设备的分类传热设备的分类 按功能分：冷却器、冷凝器、加热器、换热按功能分：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。器、再沸器、蒸汽发生器、过热器、废热锅炉等。 按结构型式分：采用二物流换热的换热器从按结构型式分：采用二物流换热的换热器从结构上分有以下结构上分有以下5种型式

36、：种型式：管壳式管壳式(固定管板式、浮头式、填料函式、固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式型管式)板式（板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式）板式（板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式）管式（空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式）管式（空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式）液膜式（升降膜式、刮板薄膜式、离心薄膜式）液膜式（升降膜式、刮板薄膜式、离心薄膜式）其它型式（板壳式、热管式）其它型式（板壳式、热管式） 以上型式换热器的选择依据是：以上型式换热器的选择依据是：固定管板式换热器固定管板式换热器 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

37、和清洗，因此选用固定管板式换热器时，壳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（大于6060）时应考虑热补偿，两流体温差不宜大于）时应考虑热补偿，两流体温差不宜大于120120。浮头式换热器浮头式换热器 该换热器壳程易清洗，但内垫片易渗漏，适用于需要补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，两流体温差大于偿热膨胀的换热器，两流体温差大于120120。 U型管式换热器型管式换热器 该换热器制造、安装方便，造价较低，管程耐高压，但该换热器制造、安装方便，造价较低

38、，管程耐高压，但结构不紧凑。适用于高温和高压的场合，且管内流体必结构不紧凑。适用于高温和高压的场合，且管内流体必须洁净。须洁净。 板式换热器板式换热器 板翅式：紧凑、效率高、可多股物料同时换热。使用温板翅式：紧凑、效率高、可多股物料同时换热。使用温度不大于度不大于150。 螺旋板式：可用于带颗粒物料，物位利用好。不易检修。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，使用温度不大于伞板式：制造简单、紧凑、易清洗，使用温度不大于150，使用压力不大于，使用压力不大于0.12MPa。 波纹板式：紧凑、效率高、易清洗，使用温度不大于波纹板式：紧凑、效率高、易清洗

39、，使用温度不大于150，使用压力不大于，使用压力不大于0.15MPa。 空冷器的选择依据空冷器的选择依据a.空气入口温度（即设计温度）低于空气入口温度（即设计温度）低于38。b.热流体的出口温度高于热流体的出口温度高于5065，并允许有一定的波，并允许有一定的波动范围（动范围（35）。）。c.对数平均温差大于对数平均温差大于40。d.流体接近温度（即热流体的出口温度与冷流体入口流体接近温度（即热流体的出口温度与冷流体入口温度之差）至少大于温度之差）至少大于15。e.管内给热系数小于管内给热系数小于2325.6W/(m2K)。f.冷却水的污垢系数大于冷却水的污垢系数大于0.0002(m2K)/W

40、g.水源较远，取水费用大。水源较远，取水费用大。h.热流体的凝固点较低热流体的凝固点较低(小于小于0)。 3.3.4 3.3.4 化工用泵化工用泵泵是化工生产中最常用的设备，它所输送的泵是化工生产中最常用的设备，它所输送的液体种类繁多，有强腐蚀性的、易燃易爆、液体种类繁多，有强腐蚀性的、易燃易爆、有毒、高温、高压、低温、粘度大小、易挥有毒、高温、高压、低温、粘度大小、易挥发、带有固体颗粒等。同时，对化工用泵又发、带有固体颗粒等。同时，对化工用泵又要求它能长周期运行、安全可靠、密封性能要求它能长周期运行、安全可靠、密封性能好等要求，有些场合还要求绝对不能泄漏。好等要求，有些场合还要求绝对不能泄漏

41、。所以对于不同物料、不同要求必须选用不同所以对于不同物料、不同要求必须选用不同类型的泵来适应化工生产的需要。有关主要类型的泵来适应化工生产的需要。有关主要化工用泵的性能特点及使用条件详见有关资化工用泵的性能特点及使用条件详见有关资料。料。在选泵中工艺参数是泵选型的最重要依据，在选泵中工艺参数是泵选型的最重要依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定。应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定。 （1 1）流量：是指工艺装置生产中，要求泵输）流量：是指工艺装置生产中，要求泵输送介质的量，应给出正常、最小和最大流量，送介质的量，应给出正常、最小和最大流量，即要求泵能适应流量变化的要求。即要求泵能适应流量

42、变化的要求。 一般在泵数据表上往往只给出正常和额定一般在泵数据表上往往只给出正常和额定流量。选泵是要求额定流量不小于装置的最流量。选泵是要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量的大流量，或取正常流量的1.11.11.151.15倍。倍。 （2 2）扬程：指工艺装置所需的扬程值，也称）扬程：指工艺装置所需的扬程值，也称计算扬程。计算扬程应考虑最低吸入液面和最计算扬程。计算扬程应考虑最低吸入液面和最高送液高度，且留有裕量，一般要求泵的额定高送液高度，且留有裕量，一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的扬程为装置所需扬程的1.051.051.11.1倍。倍。 （3 3）进口压力和出口压力：是指泵进

43、出接管）进口压力和出口压力：是指泵进出接管法兰处的压力，进出口压力的大小影响到壳体法兰处的压力，进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封要求。的耐压和轴封要求。 （4 4）温度：指泵的进口介质温度，一般应给）温度：指泵的进口介质温度，一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。温度。 （5 5）装置汽蚀余量：）装置汽蚀余量：NPSHaNPSHa：要求所选泵的：要求所选泵的NPSHrNPSHaNPSHrNPSHa （6 6）物性参数：介质在进口条件下的密度、粘度等）物性参数：介质在进口条件下的密度、粘度等 （7 7）操作状态：分为连续和间歇操作两种

44、）操作状态：分为连续和间歇操作两种3.3.5 3.3.5 气体输送机械气体输送机械气体输送机械按作用原理可分容积式和透平式两种，气体输送机械按作用原理可分容积式和透平式两种，按机械达到的压力可分为通风机、鼓风机和压缩机。按机械达到的压力可分为通风机、鼓风机和压缩机。通风机和鼓风机主要用于输送气体，压缩机则用于通风机和鼓风机主要用于输送气体，压缩机则用于提高气体压力。提高气体压力。排气压力小于排气压力小于0.14715MPa(1.5Kg/cm0.14715MPa(1.5Kg/cm2 2) )的称为通风机；的称为通风机；排气压力小于排气压力小于0.2MPa(2Kg/cm0.2MPa(2Kg/cm2

45、 2) )且大于且大于0.14715MPa 0.14715MPa (1.5Kg/cm(1.5Kg/cm2 2) )的称为鼓风机；的称为鼓风机；排气压力大于排气压力大于0.2MPa(2Kg/cm0.2MPa(2Kg/cm2 2) )的称为压缩机。的称为压缩机。 同样在气体输送机械选型中，工艺参数是同样在气体输送机械选型中，工艺参数是最重要的依据，应根据工艺流程和操作变化最重要的依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定。范围慎重确定。 （1 1）气体组成：一般应按湿基提供。若气体）气体组成：一般应按湿基提供。若气体组成有变化，宜按平均分子较大的组成提出组成有变化，宜按平均分子较大的组成提出( (

46、若不同组成的气量相同时）；若不同组成的气量相同时）； （2 2）入口温度：应提出正常、最高和最低；）入口温度：应提出正常、最高和最低； （3 3）入口压力：应提出正常、最小和最大；）入口压力：应提出正常、最小和最大； （4 4）入口流量：应提出正常、最小和最大；）入口流量：应提出正常、最小和最大； （5 5）出口压力；）出口压力； （6 6）驱动机型式：主要是由电机驱动还是蒸）驱动机型式：主要是由电机驱动还是蒸气透平驱动，若是蒸汽透平驱动则还需提出气透平驱动，若是蒸汽透平驱动则还需提出蒸汽参数及背压凝汽等要求；蒸汽参数及背压凝汽等要求； （7 7）流量控制方式：）流量控制方式： 活塞式（容积式

47、）压缩机一般均采用旁路活塞式（容积式）压缩机一般均采用旁路和余隙调节，其余隙调节一般只能调节和余隙调节，其余隙调节一般只能调节10%10%流量。流量。 透平式通风机、鼓风机一般以采用进口或透平式通风机、鼓风机一般以采用进口或出口调节居多，有的风机输送气量大，调节出口调节居多，有的风机输送气量大，调节要求较高，同时该风机所处位置较重要，也要求较高，同时该风机所处位置较重要，也有采用改变转速的方法。有采用改变转速的方法。 透平式压缩机一般采用改变转速居多，并透平式压缩机一般采用改变转速居多，并辅以旁路调节，一般用作防喘振控制。若是辅以旁路调节，一般用作防喘振控制。若是输送空气的，可采用出口放空简单

48、的控制方输送空气的，可采用出口放空简单的控制方式。式。3.3.6 3.3.6 容器（储罐）容器（储罐） 储罐按用途大致可分两大类，一类是用于储存，储罐按用途大致可分两大类，一类是用于储存，一般指原料储存、中间产品或成品储存，原料及成一般指原料储存、中间产品或成品储存，原料及成品储存一般与工厂对外运输有很大关系，中间产品品储存一般与工厂对外运输有很大关系，中间产品储存与该中间产品的前后装置生产情况有很大关系，储存与该中间产品的前后装置生产情况有很大关系，例如要考虑前后装置生产周期、正常开停车及事故例如要考虑前后装置生产周期、正常开停车及事故停车情况决定储存量的多少。这一类一般单独设置停车情况决定

49、储存量的多少。这一类一般单独设置罐区。另一类是用于装置内工艺流程中需要的储罐，罐区。另一类是用于装置内工艺流程中需要的储罐，通常有回流罐（停留时间取通常有回流罐（停留时间取5 51010分钟），受槽和缓分钟），受槽和缓冲罐（通常取冲罐（通常取2020分钟），气液分离罐（通常取分钟），气液分离罐（通常取2 23 3分钟），液液分离罐等，一般储罐的容积用下列方分钟），液液分离罐等，一般储罐的容积用下列方式计算：式计算：容积容积= =物料流量物料流量* *停留时间（储存周期）停留时间（储存周期）/ /装装料系数料系数装料系数的取值：易挥发液体物料为装料系数的取值：易挥发液体物料为0.70.7 0.7

50、50.75；不易挥发液体物料为；不易挥发液体物料为0.750.750.850.85。计算出容积后，根据需要选用不同型式的计算出容积后，根据需要选用不同型式的储罐。从外形来分有球罐、立式储罐和卧式储罐。从外形来分有球罐、立式储罐和卧式储罐等，一般储存量大的可采用球罐，但受储罐等，一般储存量大的可采用球罐，但受压力的制约。压力的制约。目前国内已有立式、卧式储罐和球罐的系目前国内已有立式、卧式储罐和球罐的系列标准，可供我们选择。列标准，可供我们选择。3.3. 7 蒸发器蒸发器 蒸发器的型式和结构互有差异，但总的来说蒸发器的型式和结构互有差异，但总的来说它是由加热器与蒸发室（气液分离室）两个基它是由加

51、热器与蒸发室（气液分离室）两个基本部分组成。应用最广泛的是管壳式加热元件本部分组成。应用最广泛的是管壳式加热元件的蒸发器。的蒸发器。 蒸发设备的选型是蒸发装置设计首先要考虑蒸发设备的选型是蒸发装置设计首先要考虑的问题，在选型时应优先考虑采用传热系数高的问题，在选型时应优先考虑采用传热系数高的型式，但料液的物理、化学性质常常限制它的型式，但料液的物理、化学性质常常限制它们的使用，因此在选型时，需要考虑的因素有们的使用，因此在选型时，需要考虑的因素有以下几个方面：以下几个方面： （1）料液性质：包括料液组成、粘度变化范料液性质：包括料液组成、粘度变化范围、热稳定性、发泡性、腐蚀性、是否易结垢、围、

52、热稳定性、发泡性、腐蚀性、是否易结垢、结晶、是否有固体悬浮物等。结晶、是否有固体悬浮物等。 （2）生产要求：包括处理量、蒸发量、料液）生产要求：包括处理量、蒸发量、料液进出口浓度、温度、安装场地的大小和厂房高进出口浓度、温度、安装场地的大小和厂房高矮、设备投资限额、要求连续还是间歇生产等。矮、设备投资限额、要求连续还是间歇生产等。 （3）公用工程条件：包括可以利用的热源情）公用工程条件：包括可以利用的热源情况、供电情况以及能利用的冷却水的水量、水况、供电情况以及能利用的冷却水的水量、水质和温度等。质和温度等。 各种型式的蒸发器选型参考见有关资料各种型式的蒸发器选型参考见有关资料 蒸发器的设计要

53、考虑传热、气液分离和能量合理利蒸发器的设计要考虑传热、气液分离和能量合理利 用三个主要方面。用三个主要方面。 （1 1）传热方面应考虑在最小传热表面积下传递给溶液）传热方面应考虑在最小传热表面积下传递给溶液尽可能多的热量，传热的热阻主要来自溶液在壁面析盐尽可能多的热量，传热的热阻主要来自溶液在壁面析盐结垢的阻力，这是选择蒸发器型式、决定其尺寸与造价结垢的阻力，这是选择蒸发器型式、决定其尺寸与造价的主要因素。的主要因素。 （2 2）气液分离方面应考虑在达到所需要求的前提下，）气液分离方面应考虑在达到所需要求的前提下，设备结构尽量简单。设备结构尽量简单。 （3 3）能量的合理利用应注意到蒸发所需的

54、热量，包括）能量的合理利用应注意到蒸发所需的热量，包括料液预热、分离液态溶剂与固态溶质所需的热量（溶解料液预热、分离液态溶剂与固态溶质所需的热量（溶解热的反效应）、溶剂气化所需的热量。热的反效应）、溶剂气化所需的热量。 通常溶剂气化所需的热量为最高。而溶解热反效应热通常溶剂气化所需的热量为最高。而溶解热反效应热因很小可忽略不计。因很小可忽略不计。3.3.8 干燥器干燥器 由于被干燥的物料种类繁多，性质不同，要由于被干燥的物料种类繁多，性质不同，要求各异，故不可能有万能的干燥器，只能选求各异，故不可能有万能的干燥器，只能选择最佳的干燥方法和干燥器型式、干燥器选择最佳的干燥方法和干燥器型式、干燥器

55、选择首先要确定或测定被干燥物料的特性，进择首先要确定或测定被干燥物料的特性，进行干燥试验，确定干燥动力学和传递特性，行干燥试验，确定干燥动力学和传递特性，以证明所选的是否适用，然后确定干燥设备以证明所选的是否适用，然后确定干燥设备的工艺尺寸，进行成本核算，最后确定干燥的工艺尺寸，进行成本核算，最后确定干燥器的型式。若几种干燥器同时适用时，要同器的型式。若几种干燥器同时适用时，要同时进行干燥试验，核算成本及方案比较，最时进行干燥试验，核算成本及方案比较，最后选择其中最佳者。后选择其中最佳者。 3.4 3.4 设备材质的选择设备材质的选择 由于化工生产的原料、产品及其工艺路线的多样由于化工生产的原

56、料、产品及其工艺路线的多样化，而使化工设备所需的材质也多样化，为满足化，而使化工设备所需的材质也多样化，为满足工艺生产的需要。工艺专业应根据介质的腐蚀性工艺生产的需要。工艺专业应根据介质的腐蚀性质、材质机械性能及使用要求、设备的工作温度、质、材质机械性能及使用要求、设备的工作温度、工作压力并结合已有工厂实际生产使用的情况加工作压力并结合已有工厂实际生产使用的情况加以选择，提出我们的要求。以选择，提出我们的要求。 3.4.13.4.1化工设备用材料化工设备用材料 金属类金属类 A.A.黑色金属：包括铸铁、碳钢黑色金属：包括铸铁、碳钢( (普通碳素钢、优普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质钢质碳素钢、

57、高级优质钢) ) 、合金钢、合金钢( (普通低合金钢、普通低合金钢、特种钢、不锈钢特种钢、不锈钢) ) 。因素。因素。 PFD PFD是工程项目设计的一个指导性文件，是是工程项目设计的一个指导性文件，是化工工艺设计的一个主要设计文件，它是各化工工艺设计的一个主要设计文件，它是各有关专业开展工作的依据之一。有关专业开展工作的依据之一。 PFDPFD是从工艺方案（即经过工艺流程优化和是从工艺方案（即经过工艺流程优化和工艺设备选择）过渡到化工工艺流程设计的工艺设备选择）过渡到化工工艺流程设计的重要工序之一。在重要工序之一。在PFDPFD的设计过程中要完成的的设计过程中要完成的主要工作：主要工作： （

58、1 1）工艺流程设计）工艺流程设计 （2 2）操作参数的确定）操作参数的确定 （3 3）全系统的物料、热量衡算）全系统的物料、热量衡算 一般进行全系统不同方案的流程模拟计算，一般进行全系统不同方案的流程模拟计算，找到更合理的优化的工艺操作条件，从而可找到更合理的优化的工艺操作条件，从而可以修改某些不合理的操作条件，提供全流程以修改某些不合理的操作条件，提供全流程的物料热量平衡数据。的物料热量平衡数据。 （4 4）主要控制方案）主要控制方案 （5 5）设备工艺尺寸的计算）设备工艺尺寸的计算PFDPFD中体现的主要设计内容：中体现的主要设计内容： （1 1）反映出工艺物料所经过的全部设备）反映出工

59、艺物料所经过的全部设备 （2 2）主要物料的管道及相关的阀门）主要物料的管道及相关的阀门 （3 3）物料的走向及相关的参数）物料的走向及相关的参数 （4 4）标出特殊阀门的位置）标出特殊阀门的位置 （5 5）反映出主要控制点）反映出主要控制点 （6 6）公用系统物料用户的进出位置）公用系统物料用户的进出位置 （7 7）图例及图面上必要的说明和注解）图例及图面上必要的说明和注解 (3) (3)对某些贵重物料对某些贵重物料, ,需减少排放损失的情况需减少排放损失的情况 (4)(4)由于化学反应或其它原因可能引起工作压力急由于化学反应或其它原因可能引起工作压力急剧上升的情况。剧上升的情况。名词说明名

60、词说明 最大最大( (最高最高) )工作压力：工作压力： 容器容器( (设备设备) )在正常工作过程中在正常工作过程中, ,其顶部可能达到其顶部可能达到的的最大压力最大压力, ,称为最大工作压力或最大正常工作压力。称为最大工作压力或最大正常工作压力。 内压容器：系指容器顶部在正常工作过程中内压容器：系指容器顶部在正常工作过程中, ,其顶部可能出现的最大压力。其顶部可能出现的最大压力。 真空容器：系指容器顶部在正常工作过程中真空容器：系指容器顶部在正常工作过程中, ,顶部可能出现的最大真空度。顶部可能出现的最大真空度。 外压容器：系指容器顶部在正常工作过程中外压容器：系指容器顶部在正常工作过程中