《化工工艺设计》

化工工艺设计1.概述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、能否达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益和社会效益。对于正在运行的化工装置,化工工艺专业通过工艺分析,了解装置物料和能量消耗情况,分析设备运行中存在的问题,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提供依据。1.1掌握化工基本理论1.2掌握化工工艺设计方法和技能（1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员的职责。（2）掌握化工基本理论的应用（3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知识（4）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。1.3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。1.4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主要有：大气污染物综合排放标准GB16297-96职业性接触毒物危害程度分级GBZ230-2010建筑设计防火规范GB50016-2006石油化工企业设计防火规范GB50160-2008爆炸和危险性环境电力装置设计规范GB50058-92工业企业设计卫生标准GBZ1-2010工业企业噪声控制设计规范GBJ87-1985化工建设项目环境保护设计规定HG／T20667-2005石油化工企业环境保护设计规范SH3024-19951.5具有一定的工作经验化工工艺设计的人员必须具备基本条件2、工艺设计基础数据2.1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。（1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日;（2）产品方案及产品、副产品的规格；（3）建厂地区的气象、水文、地质等条件；（4）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；（5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指标及进界区条件；2.2由专利商提供的：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、转化率、收率、控制方案、相关设备条件等。2.3工艺所需的物性参数。3、工艺设计的内容和深度3.1概述：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。在工程设计阶段可分为以下几个阶段：（1）按国内审批要求分为：●初步设计（批准后建设单位即可开工）●施工图设计

（2）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）●基础设计（以化工工艺系统专业为主导专业）●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，设计单位即可开展项目的工程设计工作。●在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依据是经批准的可行性研究报告及其批文、总体设计及其批文、工程设计合同书以及设计基础资料。3.2工艺设计的内容和深度3.2.1概述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。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，对方案进行优化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺设备，在考虑工艺流程方案时，应同时考虑到对废物的综合利用方案和必要的治理措施。进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程图(PFD)、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理的基本原则。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，是主导专业设计的初步成果，是接受专业的设计依据。3.2.2工艺设计的文件

包括三大内容：

(1)文字说明(工艺说明)；

(2)图纸；

(3)表格。

3.2.2.1文字说明（工艺说明）(1)工艺设计的范围(2)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(3)工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙述;主要设备的特点及操作参数;控制、联锁方案等。(4)生产过程的主要危险、危害因素分析(5)原料、催化剂、化学品及燃料等消耗定额及消耗量(6)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(7)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(8)装置定员(9)安全备忘录(另行成册)(10)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，并提出防范及化解风险建议和措施。安全备忘录化工生产大多涉及易燃易爆、有毒有害的物质,为了保证装置稳定安全地运行,确保人身安全,减少事故和危害的发生,降低经济损失,工艺设计通常需编制安全备忘录,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、环保、消防等相关专业开展设计依据之一。1)生产过程中涉及的可能对人体和安全生产造成危害的危险介质的物理性质和燃烧、毒性、爆炸等化学性质,如自燃点、闪点、与空气形成爆炸性混合物的上下限、车间空气中的允许浓度、储存要求、对人身的危害等特征以及简要的急救措施;2)接触危险介质的设备及管道的密封、氮封及维护清洗要求等;说明生产过程中存在的潜在危险;3)工艺装置的火灾危险类别,容易发生火灾危险的区域及建议的消防措施,如设置化学消防、消火栓、灭火器等;4)有毒有害气体危害较大区域的通风范围、通风形式及换气次数;5)总图布置和设备布置的要求及建议;6)可燃气体或有毒气体泄漏检测器、防腐、防静电、事故照明、安全淋浴及洗眼器、防毒、防尘措施及防护用具等方面的建议,以及事故状态下的紧急救护措施等。(11)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。也是工艺系统、管道专业设计的重要依据。操作指南是装置开停工及正常生产、事故处理等操作时应注意问题的总说明,通常包含生产装置的单元和每一单元的主要生产工序和基本原理,以及所需的设备。1)概述简要介绍本装置的生产原理、原料和产品的名称及特性。

A.装置操作的危险性和安全规程

B.推荐的主要安全设备2)工艺流程说明

A.工艺原理

B.工艺流程说明3)原料及公用工程技术规格4)产品质量控制指标5)工艺的控制指标及控制方法6)取样分析方法7)开停车及操作中不正常现象和采取的措施

A.开车步骤;B.正常停车步骤;C.事故停车步骤;D.正常操作及操作中的不正常现象和采取的措施。8)报警联锁系统3.2.2.2图纸（1）工艺流程图PFD:是PID的设计依据，供基础设计使用（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。详细内容将在后面介绍。（2）建议的设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供基础设计使用（通常为平面布置图）根据工艺流程的特点和要求进行布置。（3）工艺控制流程图PCD:通常是设计院内部设计构成文件最终体现在最终版PFD中（通常由自控专业完成）3.2.2.3表格（1）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PFD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、搅拌器等。工艺设备数据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)（3）工艺设设备一览览表（4）取样点点汇总表表（5）装置界界区条件件表：是是生产装装置和外外部原材材料、公公用工程程等互供供关系、、数量及及在界区区交接状状况的重重要文件件,其包括需需要的原原辅材料料、公用用工程、、产品、、副产品品等在界界区处的的条件。。3.2.2补充说明明：化工工工艺专专业尚需需参加前前期工作作，主要要前期工工作有：：●项目建建议书：：可行性性研究报报告编制制工作。。●项目报价书书：投标书、、技术文件编编制工作●引进项目：：包括询价书书、投标书的的评标、合同同技术附件谈谈判。●大中型联合合装置总体规规划设计。3.3工艺设计方案案的优化●在工艺设计计中,首先碰到的就就是选择合适适的工艺路线线,其包括原料路路线和工艺路路线的选择，，也就是我们们常说的工艺艺设计方案的的优化。●优化的工工艺设计方案案应是：（1）有较好的经经济效益和社社会效益（2）工艺技术先先进适用（3）生产安全、、可靠、并有有良好的环保保措施公用工程换热网络分离系统反应系系统3.3.1工艺流流程方方案优优化“洋葱头头”模型（（由史史密斯斯、林林霍夫夫提供供的模模型））“洋葱头头”模型是是工艺艺流程程开发发和设设计的的方法法。(1)从图中中可以以十分分直观观地表表示了了反应应系统统的开开发和和设计计是核核心,它为分分离系系统规规定了了处理理物料料的条条件,而反应应和分分离系系统一一起又又规定定了过过程的的冷、、热物物流的的流量量和换换热的的热负负荷,最后才才是公公用工工程系系统的的选择择和设设计。。(2)“洋葱头头”模型强强调了了过程程开发发和设设计的的有序序和分分层性性质,也表明明了反反应和和分离离系统统的开开发是是关键键,因此工工艺流流程方方案的的优化化应主主要集集中在在反应应和分分离系系统的的优化化,一旦确确定了了反应应和分分离系系统的的设计计,即能对对换热热网络络和公公用工工程系系统进进行设设计,有效地地开发发和设设计出出全过过程最最优或或接近近最优优的流流程。。对此此史密密斯和和林霍霍夫提提出的的“洋葱头头”设计开开发概概念，，其步步骤为为：1)根据经经验规规则初初步建建立反反应和和分离离系统统的流流程。。a.反应和和分离离系统统中主主要设设备的的投资资及原原材料料的消消耗；；b.利用夹夹点分分析法法确定定换热热网络络和公公用工工程消消耗的的最佳佳总费费用。。3)建立全全过程程总费费用与与主要要优化化变量量之间间的关关系，，其总总费用用包括括：a.反应和和分离离系统统中的的主要要设备备的投投资费费用；；b.原材料料消耗耗和除除换热热网络络和公公用工工程之之外的的反应应与分分离系系统的的操作作费用用；c.换热网网络和和公用用工程程消耗耗的各各类操操作费费用。。4)确定最最佳条条件，，并对对全流流程调调优。。5)对其他他备选选流程程重复复上述述步骤骤，最最后比比较各各流程程的总总费用用，获获得最最佳流流程。。2)变化主主要的的设计计优化化变量量，如如反应应的转转化率率、惰惰性物物质循循环的的浓度度等，，确定定每组组变量量：3.3.1.1反应流流程优优化反应流流程优优化需需要考考虑的的问题题较多多，问问题复复杂。。如反反应动动力学学、反反应收收率、、催化化剂特特性、、反应应历程程、反反应途途径。。反应器器的最最优操操作条条件有有如何何保证证反应应温度度、反反应压压力、、混合合要求求、换换热要要求、、各物物料配配比、、给定定条件件下的的生产产成本本等等等。在实际际工业业生产产中，，为了了实现现高效效率、、高选选择和和达到到要求求的产产量，，常常常将相相同或或不同同类型型反应应器进进行组组合。。3.3.1.2反应产物物的分离离方法大多数反反应产物物都是混混合物，，需要有有物料分分离过程程。根据据反应产产物的物物性差异异可采用用不同的的分离方方法，简简述如下下：（1）对于气气固相混混合物可可采用干干法收集集、湿法法洗涤、、纤维过过滤、静静电沉积积等分离离方法；；（2）对于固固相混合合物可采采用筛分分、分级级分离方方法；（3）对于固固液相混混合可采采用沉降降、离心心、压榨榨、过滤滤、干燥燥、蒸发发、结晶晶等分离离方法；；（4）对于液液相混合合物可采采用吸收收、萃取取、渗透透、蒸馏馏、精馏馏等分离离分法；；（5）对于气气液相混混合物可可采用蒸蒸发、闪闪蒸、部部分冷凝凝、精馏馏等分离离方法；；（6）对于气气相混合合物可采采用吸收收、吸附附、膜分分离等分分离方法法。3.3.1.3某些分离离方法的的优化（1）精馏馏流程的的优化精馏流程程如需要要分离R个组份，，就需要要有R-1个精馏塔塔。精馏优化化需要考考虑：哪哪种组份份为主产产品；哪哪种组份份为付产产品；产产品的规规格要求求。精馏流程程的优化化法1）：试探探法，主主要规则则如下：：●优优先使用用普通精精馏。●尽尽量避免免减压操操作和使使用冷量量。●产产品数应应最少。。●腐腐蚀性、、危险性性的组份份应优先先分出。。●难难分离的的组分最最后分出出。●最最大量组组份应优优先分出出。●塔塔顶、塔塔釜产物物最好等等摩尔分分离。精馏流程程的优化化法2）：调优优法精馏流程程的优化化法3）：数学学规划法法确定精馏馏分离序序列后,可对每一一塔系进进行优化化,最佳的目目标应使使塔系的的设备费费和操作作费两项项之和,即总费用用为最小小。（2）蒸发发流程的的优化蒸发系统统常以单单位蒸汽汽消耗量量来评价价能量的的有效利利利用率率。蒸发发类型有有：单效效、双效效、三效效蒸发，，效数越越多，蒸蒸汽单耗耗越低，，但投资资越高。。在同样样的工艺艺要求下下，是采采用多效效蒸发、、热泵蒸蒸发，还还是多级级闪蒸,除考虑技技术因素素外，单单位蒸发发量的总总成本起起着主导导作用。。对于强强制循环环蒸发，，其循环环速度和和耗电能能之间也也有一个个优化问问题。而而热泵蒸蒸发在提提高压缩缩比和消消耗外功功之间也也有一个个系统优优化问题题。总的的来说蒸蒸发流程程的优化化,就是要找找到在投投资和经经常运行行费用之之间的最最佳点。。3.3.2工艺设备备的选择择工艺设备备的选择择首先要要满足工工艺生产产的需要要，要在在工艺生生产中体体现它的的合理性性和先进进性，同同时要充充分注意意它在使使用过程程中的安安全可靠靠，确保保生产的的连续稳稳定长周周期满负负荷运行行。以充充分发挥挥设备能能力，达达到经济济运行。。3.3.2.1反应器在反应器器中进行行的是化化学反应应过程，，它不仅仅有种类类繁多、、性质各各异的化化学反应应，而且且伴随着着传热、、传质的的物理过过程。因因此就反反应器的的类别也也有多种种多样，，它适用用于不同同反应。。(1)反应器器的型型式与与特征征1)搅拌槽槽：适适用于于液相相、液液~液相、、液~固相。。它适适用性性大、、操作作弹性性大，，连续续操作作时温温度、、浓度度容易易控制制,产品质质量均均一，，但高高转化化率时时，反反应容容积大大。2)管式：：适适用于于气相相、液液相。。它返返混小小，所所需反反应器器容积积较小小，比比传热热面大大，但但对慢慢速反反应，，管要要很长长，压压降大大。3)空塔或或搅拌拌塔：：适适用于于液相相、液液~液相。。它结结构简简单，，返混混程度度与高高径比比及搅搅拌有有关，，轴向向温差差大。。4)填料塔塔：适适用用于液液相、、气~液相。。它结结构简简单，，返混混小、、压降降小，，有温温差，，填料料装卸卸麻烦烦。5)板式塔塔：适适用于于气~液相。。塔内内两相相逆流流接触触，气气液返返混均均小，，流速速有限限制，，如需需传热热，可可在板板间另另加传传热面面。6)固定床床：适适用用于气气~固(催化或或非催催化)相。它它返混混小，，高转转化率率时催催化剂剂用量量少，，催比比剂不不易磨磨损，，传热热控温温不易易，催催化剂剂装卸卸比较较麻烦烦。7)流化床床：适适用用于气气~固(催化或非催催化)相，特别是是催化剂失失活很快的的反应。它它传热好、、温度均匀匀、易控制制，催化剂剂有效系数数大；粒子子输送容易易，但磨耗耗太；床内内返混大,对高转化率率不利,操作条件限限制较大。。8)移动床：适适用于气气~固(催化或非催催化)相、催化剂剂失活很快快的反应。。它固体返返混小，固固气比可变变性大，粒粒子传送较较易；床内内温差大、、调节困难难。9)蓄热床：适适用用于气相，，以固相为为热载体。。它结构简简单，材质质容易解决决，调节范范围较广；；但切换频频繁，温度度波动大，，收率较低低。10)回转筒式：：适适用于气固固相，固固固相，高粘粘度液相，，液固相。。它粒子返返混小，相相接触界面面小，热传传效能低，，设备容积积较大。(2)设计反应器器所需掌握握的资料和和数据1)温度、浓度度和压力对对反应速率率的影响，，副反应的的情况，反反应条件对对选择性的的影响2)催化剂的粒粒度对反应应速率的影影响，催化化剂的失活活原因和失失活的速率率，催化剂剂的强度和和耐磨性。。

催化剂剂的使用条条件和活化化条件3)反应热效应应4)原料中杂质质对反应的的影响5)反应物和产产物的物理理性质、爆爆炸极限等等6)反应器中物物料的流动动和返混特特性，反应应器的传热热特性和允允许的压降降7)搅拌釜中搅搅拌桨的特特性8)多相流中分分散相的分分散方法和和聚并特性性9)气固流态化化系数中粒粒子的磨损损和带出10)开停车所需需的辅助设设施11)反应器操作作、控制方方法3.3.2.2气液传质设设备化工生产中中常需要借借助气液传传质设备将将反应生成成的产物进进行分离，，以获得目目标产品，，一般有采采用精馏、、吸收解析析、蒸发、、气提、萃萃取等方法法来达到此此目的。常常用的气液液传质设备备型式是板板式塔和填填料塔。而而板式塔和和填料塔又又因采用的的塔板和填填料不同，，他们又可可分为多种种型式，如如板式塔塔塔板可分为为浮阀、筛筛板、泡罩罩及各种高高效塔板，，填料塔的的填料有鲍鲍尔环，鞍鞍环等散装装填料和丝丝网填料、、波纹板填填料等各种种规整填料料。气液传质设设备的选用用应根据处处理物料的的性质、分分离要求、、运行费用用和投资费费用等因素素综合考虑虑，其基本本选型要求求为：（1）相际传质质面积大,气液两相接接触充分,以获得较高高的传质效效率;（2）生产能力大大;（3）操作稳定，，弹性大,即使气相或液液相负荷发生生一定的变化化和波动仍能能正常工作；；（4）阻力小;（5）结构简单，，制造安装方方便、加工制制造费用低;（6）耐腐蚀，不不易堵塞，易易检修。板式塔和填料料塔有各自的的特点，它们们适用于不同同的情况，在在下述情况下下应优先考虑虑选用板式塔塔：(1)操作负荷波动动较大或进料料浓度波动较较大的分离过过程；(2)液相负荷较小小的分离过程程；(3)易结晶、结垢垢的物料；(4)需高压操作的的分离过程；；(5)内部需要设置置蛇管等换热热部件的情况况。在下述情况下下应优先考虑虑选用填料塔塔：(1)分离要求高的的情况下，采采用新型高效效填料塔可降降低塔的高度度；(2)新型填料的压压降较低，有有利节能，而而且新型填料料的持液量较较小，尤其适适用于热敏性性物料的分离离；(3)腐蚀性物料的的分离；(4)发泡物料的分分离。两种塔型的塔塔径计算，都都与液泛有关关，因为液泛泛会造成塔的的压降增大，，效率降低，，最后导致塔塔无法正常操操作。板式塔塔塔径通常由由允许有效空空塔速度WG,max来确定,而WG,max主要受塔的液液泛制约，板板式塔的液泛泛有夹带液泛泛和降液管液液泛二种，书书中介绍的由由夹带液泛确确定WG,max设计空塔速度度W取（0.6～0.8)*WG,max。而填料塔是是通过计算泛泛点速度Uf,考虑比较经济济可靠的操作作气速U=(0.6～0.8)Uf,然后由此可算算得塔径。3.3.2.3传热设备（1）传热设备选选型主要考虑虑的因素：1）热负荷及流流量大小2）流体的性质质3）温度、压力力及允许压降降的范围4）对清洗、维维修的要求5）设备结构材材料、尺寸、、重量、价格格6）使用安全性性和寿命流体的性质对对换热器类型型的选择往往往会产生重大大影响，如流流体的物理性性质（如比热热、导热系数数、粘度）、、化学性质（（如腐蚀性、、热敏性、结结垢情况、是是否有磨蚀性性固体颗粒等等因素，都对对传热设备的的选型有影响响。(2)传热设备的分分类1)按功能分：冷冷却器、冷凝凝器、加热器器、换热器、再沸器、、蒸汽发生器器、过热器、、废热锅炉等等。2)按结构型式分分：采用二物物流换热的换换热器从结构上分为以以下5种型式：a.管壳式（固定定管板式、浮浮头式、填料料函式、U型管式）b.板式（板翅式式、螺旋板式式、伞板式、、波纹板式））c.管式（空冷器器、套管式、、喷淋管式、、箱管式）d.液膜式（升降降膜式、刮板板薄膜式、离离心薄膜式））e.其它型式（板板壳式、热管管式）(3)换热器的选择择依据是：1)固定管板式换换热器固定管板式换换热器即两端端管板和壳体体连接成一体体，由于壳程程不易检修和和清洗，因此此选用固定管管板式换热器器时，壳方流流体应是较清清洁且不易结结垢的物料；；两流体温差差较大（大于于60℃）时应考虑热热补偿，两流流体温差不宜宜大于120℃。2)浮头式换热器器该换热器壳程程易清洗，但但内垫片易渗渗漏，适用于于需要补偿热热膨胀的换热热器，两流体体温差可大于于120℃。3)U型管式换热器器该换热器制造造、安装方便便，造价较低低，管程耐高高压，但结构构不紧凑。适适用于高温和和高压的场合合，且管内流流体必须洁净净。4)板式换热器板翅式：紧凑凑、效率高、、可多股物料料同时换热。。使用温度不不大于150℃。螺旋板式：可可用于带颗粒粒物料，物位位利用好。不不易检修。伞板式制造简简单、紧凑、、易清洗，使使用温度不大大于150℃，使用压力不不大于0.12MPa。波纹板式：紧紧凑、效率高高、易清洗，，使用温度不不大于150℃，使用压力不不大于0.15MPa。(4)空冷器的选择择依据1)空气入口温度度（即设计温温度）低于38℃。2)热流体的出口口温度高于50～65℃，并允许有一一定的波动范范围（3～5℃）。3)对数平均温差差大于40℃。4)流体接近温度度（即热流体体的出口温度度与冷流体入入口温度之差差）至少大于于15℃。5)管内给热系数数小于2325.6W/(m2.0K)。6)冷却水的污垢垢系数大于0.0002(m2.0K)/W7)水源较远，取取水费用大。。8)热流体的凝固固点较低(小于0℃)。3.3.2.4化工用泵泵是化工生产产中最常用的的设备，它所所输送液体种种类繁多，有有强腐蚀性的的、易燃易爆爆、有毒、高高温、高压、、低温、粘度度大小、易挥挥发、带有固固体颗粒等。。同时，对化化工用泵又要要求它能长周周期运行、安安全可靠、密密封性能好等等要求，有些些场合还要求求绝对不能泄泄漏。所以对对于不同物料料、不同要求求,必须选用不同同类型的泵,来适应化工生生产的需要。。有关主要化化工用泵的性性能特点及使使用条件。在选泵中工艺艺参数是泵选选型的最重要要依据，应根根据工艺流程程和操作变化化范围慎重确确定。（1）流量：是指指工艺装置生生产中，要求求泵输送介质质的量，应给给出正常、最最小和最大流流量，即要求求泵能适应流流量变化的要要求。一般般在在泵泵数数据据表表上上往往往往只只给给出出正正常常和和额额定定流流量量。。选选泵泵是是要要求求额额定定流流量量不不小小于于装装置置的的最最大大流流量量，，或或取取正正常常流流量量的的1.1～1.15倍。。此外外选选泵泵时时应应注注意意容容积积式式泵泵不不能能采采用用开开关关排排出出阀阀的的方方法法来来调调节节泵泵的的流流量量,一般般应应采采用用旁旁路路或或改改变变转转速速、、活活塞塞行行程程的的方方法法调调节节流流量量。。（2）扬扬程程：：指指工工艺艺装装置置所所需需的的扬扬程程值值，，也也称称计计算算扬扬程程。。计计算算扬扬程程应应考考虑虑最最低低吸吸入入液液面面和和最最高高送送液液高高度度，，且且留留有有裕裕量量，，一一般般要要求求泵泵的的额额定定扬扬程程为为装装置置所所需需扬扬程程的的1.05～1.1倍。。（3）进进口口压压力力和和出出口口压压力力：：是是指指泵泵进进出出接接管管法法兰兰处处的的压压力力，，进进出出口口压压力力的的大大小小影影响响到到壳壳体体的的耐耐压压和和轴轴封封要要求求。。（4）温温度度：：指指泵泵的的进进口口介介质质温温度度，，一一般般应应给给出出工工艺艺过过程程中中泵泵进进口口介介质质的的正正常常、、最最低低和和最最高高温温度度。。（5）装装置置汽汽蚀蚀余余量量：：NPSHa：要要求求所所选选泵泵的的NPSHr<NPSHa（6）物物性性参参数数：：介介质质在在进进口口条条件件下下的的密密度度、、粘粘度度等等（7）操操作作状状态态：：分分为为连连续续和和间间歇歇操操作作两两种种3.3.2.5气体输输送机机械●气体体输送送机械械按作作用原原理可可分容容积式式和透透平式式两种种，按按机械械达到到的压压力可可分为为通风风机、、鼓风风机和和压缩缩机。。通风风机和和鼓风风机主主要用用于输输送气气体，，压缩缩机则则用于于提高高气体体压力力。●排气气压力力小于于0.14715MPa(1.5Kg/cm2)的称为为通风风机；；●排气气压力力小于于0.2MPa(2Kg/cm2)且大于于0.14715MPa(1.5Kg/cm2)的称为为鼓风风机；；●排气气压力力大于于0.2MPa(2Kg/cm2)的称为为压缩缩机。。●同样在在气体体输送送机械械选型型中，，工艺艺参数数是最最重要要的依依据，，应根根据工工艺流流程和和操作作变化化范围围慎重重确定定。（1）气体体组成成：一一般应应按湿湿基提提供。。若气气体组组成有有变化化，宜宜按平平均分分子较较大的的组成成提出出(若不同同组成成的气气量相相同时时）；；（2）入口口温度度：应应提出出正常常、最最高和和最低低；（3）入口口压力力：应应提出出正常常、最最小和和最大大；（4）入口口流量量：应应提出出正常常、最最小和和最大大；（5）出口口压力力；（6）驱动动机型型式：：主要要是由由电机机驱动动还是是蒸气气透平平驱动动，若若是蒸蒸汽透透平驱驱动则则还需需提出出蒸汽汽参数数及背背压凝凝汽等等要求求；（7）流量量控制制方式式：●活活塞式式（容容积式式）压压缩机机一般般均采采用旁旁路和和余隙隙调节节，其其余隙隙调节节一般般只能能调节节10%流量。。●透平式式通风风机、、鼓风风机一一般以以采用用进口口或出出口调调节居居多，，有的的风机机输送送气量量大，，调节节要求求较高高，同同时该该风机机所处处位置置较重重要，，也有有采用用改变变转速速的方方法。。●透平式式压缩缩机：：大多多以蒸蒸汽透透平驱驱动.采用改改变转转速来来调节节气量量，此此调节节方法法最节节能。。旁路路调节节，一一般作作为防防喘振振控制制。若若是输输送介介质为为空气气，可可采用用出口口放空空简单单的流流量控控制方方式。。3.3.2.6容器（（储罐罐）储罐按按用途途大致致可分分两大大类，，一类类是用用于储储存，，一般般指原原料储储存、、中间间产品品或成成品储储存，，原料料及成成品储储存一一般与与工厂厂对外外运输输有很很大关关系，，中间间产品品储存存与该该中间间产品品的前前后装装置生生产情情况有有很大大关系系，例例如要要考虑虑前后后装置置生产产周期期、正正常开开停车车及事事故停停车情情况决决定储储存量量的多多少。。这一一类一一般单单独设设置罐罐区。。另一一类是是用于于装置置内工工艺流流程中中需要要的储储罐，，(通常有回回流罐（（停留时时间取5～10分钟），，受槽和和缓冲罐罐（通常常取20分钟），，气液分分离罐（（通常取取2～3分钟），，液液分分离罐等等。根据储罐罐的结构构来分,有球罐、、卧式储储罐、立立式储罐罐、固定定顶罐、、浮顶罐罐、内浮浮顶罐等等。根根据介质质的性质质、温度度、压力力和储存存要求,选择不同同型式、、不同结结构的储储罐。一般储罐罐的容积积用下列列方式计计算：容积=物料流量量*停留留时间（（储存周周期）/装料系数数。装料系数数的取值值:易挥发液液体物料料为0.7～0.75;不易挥发发液体物物料为0.75～0.85。计算出出容积后后，根据据需要选选用不同同型式的的储罐。。从外形形来分有有球罐、、立式储储罐和卧卧式储罐罐等,根据介质质的性质质、温度度、压力力和储存存量,选择不同同型式、、不同结结构的储储罐。目目前国内内已有立立式、卧卧式储罐罐和球罐罐的系列列标准，，可供选选择。3.3.2.7蒸发器蒸发器的的型式和和结构互互有差异异，但总总的来说说它是由由加热器器与蒸发发室（气气液分离离室）两两个基本本部分组组成。应应用最广广泛的是是管壳式式加热元元件的蒸发器器。蒸发设备备的选型型是蒸发发装置设设计首先先要考虑虑的问题题，在选选型时应应优先考考虑采用用传热系系数高的的型式，，但料液液的物理理、化学学性质常常常限制制它们的的使用，，因此在在选型时时，需要要考虑的的因素有有以下几几个方面面：（1）料液性质质：包括括料液组组成、粘粘度变化化范围、、热稳定定性、发发泡性、、腐蚀性性、是否否易结垢垢、结晶晶、是否否有固体体悬浮物物等。（2）生产要要求：包包括处理理量、蒸蒸发量、、料液进进出口浓浓度、温温度、安安装场地地的大小小和厂房房高矮、、设备投投资限额额、要求求连续还还是间歇歇生产等等。（3）公用工工程条件件：包括括可以利利用的热热源情况况、供电电情况以以及能利利用的冷冷却水的的水量、、水质和和温度等等。蒸发器的的设计要要考虑传传热、气气液分离离和能量量合理利利用三个个主要方方面。（1）传热方方面应考考虑在最最小传热热表面积积下传递递给溶液液尽可能能多的热热量，传传热的热热阻主要要来自溶溶液在壁壁面析盐盐结垢的的阻力，，这是选选择蒸发发器型式式、决定定其尺寸寸与造价价的主要要因素。。（2）气液分分离方面面应考虑虑在达到到所需要要求的前前提下，，设备结结构尽量量简单。。（3）能量的的合理利利用应注注意到蒸蒸发所需需的热量量，包括括料液预预热、分分离液态态溶剂与与固态溶溶质所需需的热量量（溶解解热的反反效应））、溶剂剂气化所所需的热热量。通通常溶剂剂气化所所需的热热量为最最高。而而溶解热热反效应应热因很很小可忽忽略不计计。3.3.2.8干燥器由于被干干燥的物物料种类类繁多，，性质不不同，要要求各异异，故不不可能有有万能的的干燥器器，只能能选择最最佳的干干燥方法法和干燥燥器型式式、干燥燥器选择择首先要要确定或或测定被被干燥物物料的特特性，进进行干燥燥试验，，确定干干燥动力力学和传传递特性性，以证证明所选选的是否否适用，，然后确确定干燥燥设备的的工艺尺尺寸，进进行成本本核算，，最后确确定干燥燥器的型型式。若若几种干干燥器同同时适用用时，要要同时进进行干燥燥试验，，核算成成本及方方案比较较，最后后选择其其中最佳佳者。3.3.3设备备材材质质的的选选择择由于于化化工工生生产产的的原原料料、、产产品品及及其其工工艺艺路路线线的的多多样样化化，，而而使使化化工工设设备备所所需需的的材材质质也也多多样样化化，，为为满满足足工工艺艺生生产产的的需需要要。。工工艺艺专专业业应应根根据据介介质质的的腐腐蚀蚀性性质质、、材材质质机机械械性性能能及及使使用用要要求求、、设设备备的的工工作作温温度度、、工工作作压压力力并并结结合合已已有有工工厂厂实实际际生生产产使使用用的的情情况况加加以以选选择择，，提提出出我我们们的的要要求求。。3.3.3.1化工工设设备备用用材材料料(1)金属属类类1)黑色色金金属属：：包包括括铸铸铁铁、、碳碳钢钢(普通通碳碳素素钢钢、、优优质质碳碳素素钢钢、、高高级级优优质质钢钢)、合合金金钢钢(普通通低低合合金金钢钢、、特特种种钢钢、、不不锈锈钢钢)。2)有色色金金属属：：包包括括稀稀有有金金属属、、铜铜、、钛钛、、铝铝、、铅铅等等及及其其合合金金。。(2)非金金属属类类：：有有玻玻璃璃、、陶陶瓷瓷、、辉辉绿绿岩岩、、铸铸石石、、石石墨墨等等无无机机材材料料、、工工程程塑塑料料等等。。(3)复合合材材料料:有搪搪瓷瓷、、玻玻璃璃钢钢、、衬衬里里和和涂涂层层材材料料等等。。3.3.3.2材料料选选用用的的一一般般原原则则(1)满足足工工艺艺要要求求,这是是选选材材的的最最基基本本的的要要求求,要优优先先满满足足工工艺艺生生产产的的温温度度、、压压力力、、环环境境等等各各种种要要求求。。(2)材质质可可靠靠，，使使用用安安全全。。(3)易于于加加工工，，材材料料性性能能不不因因受受加加工工因因素素而而影影响响其其使使用用性性能能和和使使用用寿寿命命。。(4)材料料易易于于采采购购，，尽尽可可能能立立足足国国内内。。(5)要综综合合考考虑虑价价格格和和使使用用寿寿命命、、维维修修费费用用的的综综合合因因素素。。3.3.4压力力容容器器的的设设计计分分类类及及工工艺艺设设备备的的特特殊殊制制造造要要求求3.3.4.1压力力容容器器的的设设计计分分类类3.3.4.2工艺艺设设备备的的特特殊殊制制造造要要求求工艺艺应应根根据据工工艺艺生生产产中中对对某某些些设设备备有有特特殊殊制制造造要要求求的的提提出出我我们们的的要要求求。。4、工工艺艺流流程程图图（（PFD)●PFD是工工程程项项目目设设计计的的一一个个指指导导性性文文件件，，是是化化工工工工艺艺设设计计的的一一个个主主要要设设计计文文件件，，它它是是各各有有关关专专业业开开展展工工作作的的依依据据之之一一。。●PFD是从从工工艺艺方方案案（（即即经经过过工工艺艺流流程程优优化化和和工工艺艺设设备备选选择择））过过渡渡到到化化工工工工艺艺流流程程设设计计的的重重要要工工序序之之一一。。在在PFD的设设计计过过程程中中要要完完成成的的主主要要工工作作：：（1）工工艺艺流流程程设设计计（2）操操作作参参数数的的确确定定（3）全全系系统统的的物物料料、、热热量量衡衡算算一般般进进行行全全系系统统不不同同方方案案的的流流程程模模拟拟计计算算，，找找到到更更合合理理的的优优化化的的工工艺艺操操作作条条件件，，从从而而可可以以修修改改某某些些不不合合理理的的操操作作条条件件，，提提供供全全流流程程的的物物料料热热量量平平衡衡数数据据。。（4）主主要要控控制制方方案案（5）设设备备工工艺艺尺尺寸寸的的计计算算4.1PFD中体体现现的的主主要要设设计计内内容容：：（1）反反映映出出工工艺艺物物料料所所经经过过的的全全部部设设备备（2）主主要要物物料料的的管管道道及及相相关关的的阀阀门门（3）物物料料的的走走向向及及相相关关的的参参数数（4）标标出出特特殊殊阀阀门门的的位位置置（5）反反映映出出主主要要控控制制点点（6）公公用用系系统统物物料料用用户户的的进进出出位位置置（7）图图例例及及图图面面上上必必要要的的说说明明和和注注解解4.2单元元设设备备的的典典型型设设计计一个个化化工工工工艺艺设设计计工工程程师师只只有有掌掌握握各各种种单单元元设设备备的的典典型型设设计计，，根根据据工工艺艺流流程程和和工工程程项项目目的的特特殊殊要要求求，，再再结结合合以以往往积积累累的的工工程程经经验验，，方方可可进进行行单单元元设设备备设设计计。。5设备备设设计计压压力力和和设设计计温温度度的的确确定定原原则则5.1设备备设设计计压压力力的的确确定定5.1.1设备备设设计计压压力力选选取取的的原原则则：：5.1.2设备备设设计计压压力力确确定定的的原原则则5.1.2.1设备备的的设设计计压压力力是是设设备备强强度度设设计计的的主主要要依依据据,因此此在在确确定定设设备备设设计计压压力力时时,应在在满满足足设设备备长长周周期期安安全全生生产产的的基基础础上上，，做做到到既既经经济济又又合合理理。。5.1.2.2设备备设设计计压压力力的的确确定定不不仅仅根根据据其其正正常常工工作作情情况况下下，，容容器器顶顶部部可可能能达达到到的的最最大大压压力力，，还还应应考考虑虑该该设设备备所所处处的的系系统统附附加加条条件件(如系统压力变变化、安全阀阀在系统中相相对位置对设设计压力的影影响等情况)来确定该设备备的设计压力力。5.1.2.3对承受多种不不同工况的设设备，如某些些反应器要适适应吹扫、试试压、升温还还原、化学反反应、催化剂剂再生等多种种化工过程的的多种工作条条件的变化,并应向设备专专业说明各阶阶段工作压力力及工作温度度相应变化的的情况。5.1.2.4低压下蒸汽表表面冷凝器按按全真空条件件设计。5.1.2.5对下述特殊情情况的设备,应根据具体情情况,按特殊要求确确定其设计压压力。(1)剧毒介质的泄泄漏直接影响响到人身和环环境安全；(2)对一些凝固点点较高的介质质,如沥青、石蜡蜡、苯酐等,由于较容易使使系统堵塞或或者在排放时时堵塞或者在在排放时堵塞塞安全装置和和排放系统,引起系统压力力的升高,故除了考虑伴伴热措施外,可适当提高此此类设备的设设计压力。(3)对某些贵重物物料,需减少排放损损失的情况(4)由于化学反应应或其它原因因可能引起工工作压力急剧剧上升的情况况。5.1.3名词说明(部分)5.1.3.1最大(最高)工作压力容器(设备)在正常工作过过程中,其顶部可能达达到的最大压压力,称为最大工作作压力或最大大正常工作压压力。此值通通常由化工工工艺专业提出出。(1)内压容器：系系指容器顶部部在正常工作作过程中,其顶部可能出出现的最大压压力。(2)真空容器：系系指容器顶部部在正常工作作过程中,顶部可能出现现的最大真空空度。(3)外压容器：系系指容器顶部部在正常工作作过程中,其顶部可能出出现的最大内内外压差。5.1.3.2最高(大)压力用以确定容器器设计压力的的基准压力。。它是由容器器最大工作压压力加上流程程中工艺工作作系统的附加加条件后,在容器顶部可可能达到的压压力。此值由由工艺系统专专业确定。5.1.3.3设计压力系指设定的容容器顶部的最最高压力(包括前述的附附加条件),与相对应的设设计温度一起起作为工艺系系统专业向设设备专业提出出的设备设计计载荷的条件件,其值不低于最最高压力。在确定了设备备的设计压力力后，还要根根据该设备在在系统中的情情况,结合系统前后后的管道压力力降或静压头头,才能得到该设设备可靠的设设计压力。有有关这方面的的内容还可参参考“化工装置工艺艺系统工程设设计规定二））”和“石油化工设计计手册（第四四卷）”等相关资料。。5.2设备设计温度度的确定：●工艺专业经经传热计算或或参考同类装装置相同设备备的操作条件件，确定该设设备的工作温温度，同时还还要考虑容器器内部介质在在工作过程中中可能出现的的最高温度。。（1）容器内介质质用蒸汽直接接加热（如加加热盘管）或或被内置加热热元件（如电电热元件）间间接加热时，，设计温度取取受热介质的的最高工作温温度。（2）容器内介质质间接加热或或冷却时。(3)容器壁与介质质直接接触且且有外保温时时。（4）安装在室外外且为液体介介质，器壁不不保温，壁温温受环境温度度影响可能小小于等于-20°C时，其最低工工作温度应考考虑建厂地区区环境温度的的影响。6.过程控制方案案的确定6.1过程控制方案案确定的原则则（1）保证装置运运行的平稳、、生产安全、、控制简单适适用。（2）用单回路简简单控制系统统可以解决的的，决不要用用复杂的控制制系统。（3）要明确被控控制的对象，，例如:温度、压力、、流量、液液位、转化率率、组成等。。（4）寻找对控制制对象起主导导作用的调节节手段。（5）控制方法：：就地、集中中、自调等（6）要考虑安全全要求,例如：报警、、联锁、紧急急停车等.6.2过程控制的分分类6.2.1简单控制系统统简单控制系统统是生产过程程中最常见、、应用最广泛泛、数量最多多的控制系统统。它是由被被控对象、测测量变送单元元、调节器和和执行器组成成的单回路控控制要求。简单控制系统统结构简单，，投资少，易易于调整和投投运，能满足足一般生产过程的控制要要求,因而应用广泛泛。按被控制制的工艺变量量来划分,最常见的是温温度、压力、、流量、液位位、化学成分分。简要介绍绍如下：(1)温度控制系统统

温度度控制实质上上是一个传热热的控制问题题。例如在控控制换热器加加热(或冷却却)介质的的流入入量或或改变变该介介质的的入口口温度度,控制被被加热热(或冷却却)介质的的出口口温度度；或或者采采用控控制换换热管管浸没没在液液体中中的换换热面面积,改变传传热面面积的的手段段,调节被被加热热介质质的温温度。。(2)压力控控制系系统a.气体压压力气气体体压力力与液液位相相似,它是系系统内内进出出物料料不平平衡的的度量量,因而气气体的的压力力控制制不是是改变变流入入量就就是改改变流流出量量。b.液体压压力由由于于液体体不可可压缩缩性,因而液液体的的压力力控制制与流流量控控制非非常相相似c.蒸汽压压力常常见见的锅锅炉汽汽包压压力控控制,精馏塔塔、蒸蒸发器器压力力控制制,其实质质上是是传热热的控控制,系统蒸蒸汽的的压力力就表表征了了热平平衡的的状况况。所所以在在这类类控制制系统统中它它的特特性在在某些些方面面与温温度控控制有有相仿仿之处处。(3)流量控控制系系统在在流流量控控制系系统中中,被控变变量和和操纵纵变量量均是是流量量,大部分分的流流量检检测都都采用用孔板板或差差压流流量计计。(4)液位控控制系系统一一个个设备备或储储罐的的液位位,表征了了它的的流入入量和和流出出量之之差的的累积积,在化工工生产产中,由于生生产的的连续续性,所以液液位控控制是是为物物料平平衡服服务的的,液位控制制应完成成：A.保持设备备或储罐罐内的滞滞留量是是在规定定的高限限和低限限之内,使它们具具有一定定的缓冲冲能力；；B.在每一种种滞留量量下,在绝大部部分时间间内保持持入口流流量和出出口流量量之间的的平衡；；C.通过容积积的缓冲冲来保持持前后工工序负荷荷的平衡衡,在需要改改变流量量时,希望能逐逐步地、、平滑地地调整流流量。(5)成分控制制系统在在生产现现场中，，出问题题最多的的往往是是成分控控制系统统。成分分控制系系统的对对象也是是多容的的,且时间常常数大,纯滞后时时间大。。造成成成分控制制系统工工作不良良的原因因,还有分析析器本身身结构比比较复杂杂,取样系统统和样品品预处理理部分工工作不良良,纯滞后过过大等多多方面的的原因。。一般在在选不到到合适的的成分分分析器时时,也可以采采用间接接的被控控变量,如温度、、温差等等来代替替。6.2.2复杂控制制系统单回路简简单控制制系统能能解决化化工厂大大部分的的控制问问题，但但是它们们有一定定的局限限性。这这些局限限性主要要表现在在它们只只能完成成定值控控制，功功能单一一；对纯纯滞后较较大，出出现干扰扰多而剧剧烈的对对象,控制质量量较差;对各个过过程变量量内部存存在相关关的过程程,控制系统统相互之之间会出出现干扰扰等。因因此在简简单控制制系统的的基础上上,又发展了了众多的的复杂控控制系统统,现将后面面举例中中出现的的复杂控控制系统统简要介介绍如下下:(1)串级控制制系统它的特点点是两个个调节器器相串联联,主调节器器的输出出作为副副调节器器的给定定,适用于时时间常数数及纯滞滞后较大大的对象象。串级级控制系系统的目目的主要要在于控控制主被被控变量量稳定。。(2)比值控制制系统它可以控控制两个个或两个个以上的的物料流流量保持持一定的的比值关关系。(3)均匀控制制它用于解解决前后后工序的的供求矛矛盾,控制两个个相关变变量之间间相互兼兼顾和协协调操作作,使它们都都在允许许的范围围内呈缓缓慢的变变化，使使后续设设备的操操作较为为平稳。。(4)分程控制制：由一个调调节器去去控制两两个或两两个以上上调节阀阀,可应用于于一个被被控变量量需要两两个以上上的操纵纵变量来来分阶段段进行控控制的场场合。一一般分程程控制可可应用在在以下几几种场合合：a.能适应工工艺要求求,采用两种种或多种种手段、、介质来来进行控控制。b.满足工艺艺生产不不同负荷荷和开、、停车过过