工艺流程设计

化工设计2

工艺流程设计一、工艺流程设计概述现代化学工业化工工艺自动控制材料三大支柱什么叫工艺流程？

化学加工过程是将一种或几种化工原料，经过一系列的物理和化学的单元操作，最终获得产品。这一系列的单元必须在相应的单元设备里进行，用管道将这些单元设备连接，以便于物料从一个单元设备进到另一个单元设备。为了使物料便于控制，要在设备和相应的位置安装一些测量、显示和控制元件，这些设备、连接的管路和相应的控制元件一起就组成了化工工艺流程。电解食盐水化盐工序流程图工艺流程选择的原则

可靠性先进性经济性结合国情:我国国情：①消费水平及各种化工产品的消费趋势。②机械设备及电气仪表的制造能力。③化工原材料及设备用金属村料的供应情况。④环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况。⑤劳动就业与化工生产自动化水平的关系。⑥资金筹措和外汇贮备情况。

工艺流程确定的步骤

1.搜集资料，调查研究生产方式基础资料工艺资料其他资料地形、气象、水文、地址、人文地理、原料燃料、动力、交通、施工条件生产方式及其工艺流程---原料路线、操作规程、控制指标、主要设备等物料衡算、热量衡算、设备计算车间布置、非工艺专业资料、及其他与建设项目有关的资料2.确定方案，落实设备分析各种工艺路线所使用的设备已有定型设备国内设计制造国外进口3.全面分析，对比比较各种工艺路线国内外采用情况及发展趋势产品质量比较生产能力及产品规格原材料及能量消耗建设费用及产品成本三废的产生与治理其他特殊的情况工艺流程设计方法围绕工艺流程的四个重要部分：工艺流程设计的方法－－以反应过程为核心

以方案比较作决定化工工艺的一般流程原料贮存原料预处理反应或提取产品分离产品精制贮存包装液.气.固及易燃.易爆.腐蚀.剧毒等粉碎.稀释.混合.输送条件催化剂.反应条件或提取条件分离方式及分离工艺条件精制的方式与工艺条件干燥方式与干燥工艺条件包装.贮存以反应过程为中心(1)定反应器:根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。有些产品不适合连续化操作，如同一生产装置生产多品种或多牌号产品时，用间歇操作，更为方便。物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置上增加相应的适当措施。如果反应需要在催化剂存在下进行，就须考虑催化反应的方式和催化剂的选择。一般说确定主反应过程的装置，往往都有文献、资料可供参考，或有中试结果。现有工业化装置可以借鉴、参考，因此并不复杂。(2)设计原料预处理过程根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等，以保证反应过程的实现。原料预处理过程：固体：粉碎、溶解---目数、浓度、纯度液体：配制、混合---浓度、均一气体：配比、压缩---浓度、输送原料预处理过程可以牵涉到：粉碎、筛分、配制、混合、压缩、提纯等单元操作。这些操作过程主要根据原料的性质及处理方法选择不同的装置进行组合。因此，设计的工艺流程就有所不同。(3)设计产物的后处理过程根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的特点，实际反应过程可能会出现下列情况:①除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物。②由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以及为使反应尽可能完全而有过剩组分。③原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。④产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的。因此用于产物的净化、分离的化工单元操作过程，往往是整个工艺过程中最复杂、最关键的部分。

产品分离固液分离---过滤、离心液液分离---蒸发、精馏、萃取气液分离---吸收产品分离牵涉到的单元过程：过滤、离心、蒸发、精馏、萃取、吸收等单元操作过程。这些单元操作过程，同样应根据被分离产物的特征，设计与之相适应的单元过程。产品精制对产物进一步纯化，以满足产品的质量要求。液体---精馏、浓缩、结晶固体---重结晶气体---吸收产品精制牵涉到的单元过程：精馏、浓缩、结晶、重结晶等单元操作过程。这些单元操作过程，同样应根据产品的质量要求，设计与之相适应的单元过程。(4)设计产品的后处理过程经精制后的产物，成为最终的产品还需要干燥、包装、储运等过程。固体---干燥、包装液体---灌装气体---灌装储运包装过程牵涉到的单元操作过程有：干燥、计量、包装等过程，应根据产品的特性进行设计工艺过程。(5)设计未反应原料的循环或利用以及副产物的处理由于反应不是全部，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。(6)确定“三废”排出物的处理措施在生产过程中，不得不排放的各种废气、废液和废渣，应尽量综合利用，变废为宝，加以回收。无法回收的应妥善处理。“三废”中如含有有害物质，在排放前应该达到排放标准。因此在化工开发和工程设计中必须研究和设计治理方案和流程，要做到“三废”治理与环境保护工程、“三废”治理工艺与主产品工艺同时设计、同时施工，而且同时投产运行。按照国家有关规定，如果污染问题不解决，是不允许投产的。

(7)确定公用工程的配套措施在生产工艺流程中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水以及洗涤用水等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。至于生产用电、上下水、空调、采暖通气都是应与其他专业密切配合的。(8)确定操作条件和控制方案一个完善的工艺设计除了工艺流程等以外，还应把投产后的操作条件确定下来，这也是设计要求。这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量（投料量）、组成、温度压力等，并且提出控制方案（与仪表控制专业密切配合）以确保能稳定地生产出合格产品来。

(9)制定切实可靠的安全生产措施在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能存在各种不安全因素，根据生产过程中物料性质和生产特点，在工艺流程和装置中，除设备材质和结构的安全措施外，在流程中应在适宜部位上设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保证安全生产。

(10)保温、防腐的设计这是在工艺流程设计中的最后一项工作，也是施工安装时最后一道工序。流程中应根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况决定管道和设备是否需要保温和防腐。

2.以方案比较作决定工业生产中，一个过程往往可以有多种方法来实现，例如液固混合物的分离，可以用离心、沉降、压缩和真空过滤等方法；含湿固体的干燥，可以用气流、双锥、滚筒、箱式、沸腾等干燥方法，这些也都需要进行方案比较，因地制宜地选择一种最佳工程方案。一个优秀的工程设计要在多种方案的比较中才能产生。进行方案比较首先要明确判据，工程上常用的判据有产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变。过程操作参数如温度、压力、流速、流量等原始信息，设计者是不能变更的。设计者只能采用各种工程手段和方法，保证实现工艺规定的操作参数。

例:

用混酸硝化氯苯制备混合硝化氯苯已知原始数据：混酸的组成（摩尔分数，下同）为HNO347%、H2SO449%、H2O4%；氯苯与混酸中HNO3的摩尔配比为l：1.1，硝化温度80℃，硝化时间3h。硝化废酸中含硝酸＜1.6%，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。试用氯苯和硝酸的单位消耗作为方案判据，确定最适宜的硝化及其后处理工艺。工艺流程设计的步骤1.搜集资料，调查研究

2.确定生产线数目3.确定操作方式4.确定主要生产过程5.确定辅助过程6.合理确定操作条件7.考虑流程的弹性和进行设备设计8.确定控制系统9.逐步完善和简化所设计的流程10.对多种流程设计方案进行比较,选出最优方案流程的组织和分析1、总流程是各个单元操作过程的合理组织例：氯乙烯生产过程的工艺设计1、从实验室获得制取氯乙烯的方法方法1、乙烯直接氯化方法2、乙炔与氯化氢的加成反应方法3、乙烯氯化制二氯乙烷，再进行热裂解方法4、乙烯氧氯化制取二氯乙烷，再热裂解方法5、（3、4）两个联合法反应路线总反应式方法1C2H4+Cl2=C2H3Cl+HCl方法2C2H2+HCl=C2H3Cl方法3C2H4+HCl＋0.5O2=C2H3Cl+H2O方法4C2H4+Cl2＋0.5O2=C2H3Cl+H2O2、提出初始方案：五种方案3、技术评价及经济评价方法1反应收率较低，副产物多，其它方法转化率和收率都较高，反应条件均易实现经济评价：原料及产物价格表单价（美分/kg）原料及产物价格表单价（美分/kg）C2H49H2O0C2H220O20Cl27C2H3Cl13HCl9原料及产物价格表以方法1为例计算：则获1kg氯乙烯毛利氯乙烯产品毛利方案毛利方案毛利16.26843.712-0.58754.9936.2684、流程设计（1）确定核心设备：乙烯的氯化-----------------氯化器二氯乙烷的热裂解-----------裂解炉氯化热裂解C2H4Cl2C2H4Cl2C2H3ClC2H4Cl2HCl（2）物流组合氯化热裂解C2H4Cl2C2H3ClC2H4Cl2HClC2H4Cl2

用什么方法实现裂解产物的分离呢？先考察混合物的沸点，如下表所示：HCl、C2H4Cl2

和C2H3Cl的沸点物质正常沸点／0C压力下沸点／0C0.48MPa1.2MPa2.6MPaHCl-84.8-51.7-26.20C2H3Cl-13.833.170.5110

C2H4Cl283.7146193242

由上述沸点可知，混合物中各物质沸点甚大，用蒸馏法实现分离．其分离方案可用两个串联的蒸馏塔组成．（3）产物的分离（4）操作参数的实现（五）乙烯制氯乙烯过程单元组合的流程二、工艺流程设计1、工艺流程设计的任务(1)确定采用多少生产过程(或工序)来构成由原料制得产品的全过程，以及每个生产过程(或工序)之间如何连接;(2)确定每个生产过程(或工序)的具体任务,即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化和能量变化;(3)确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件;(4)确定控制方案、选用合适的控制仪表;(5)确定三废治理和综合利用方案;(6)确定安全生产措施,例如设置安全阀、阻火器和事故贮槽,危险状况下发出信号、或自动开启放空阀或自动停车联锁等。2、工艺流程设计的成果1）确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式2）绘制工艺流程图3)表格:如工艺设备一览表等在流程设计的不同阶段,绘制不同的工艺流程图(1)方框流程图:在技术路线选定后,工艺流程进行概念设计时完成的一种流程图、不列入设计文件。(2)方案流程图:是一个半图解式工艺流程图,供化工计算时使用,不列入设计文件。(3)工艺物料流程图和带控制点工艺流程图:列入初步设计阶段的设计文件中。(4)管道仪表工艺流程图(PID):表示全部工艺设备、物料管路、阀门、设备的辅助管路和控制仪表的图例、符号等。列入施工图设计阶段的设计文件中。Cl2卤化反应器蒸发器C2H4排放泵蒸馏塔（Ⅰ）热裂解炉喷淋急泠塔冷凝塔蒸馏塔（Ⅱ）C2H4Cl2C2H3ClHCl图：C2H3Cl生产工艺方框流程图三、工艺流程图（二）工艺方案流程图（三）工艺物料流程图（四）带控制点的工艺流程图（一）化工制图基本规定化工设备图样的分类

1、总图:表示化工设备及附属装置的全貌组成和特性2、装配图:表示化工设备结构尺寸各零部件装配关系3、部件图:表示部件结构形状,尺寸,技术特性的图样4、零件图:表示零件结构形状,尺寸,加工处理的图样5、管口方位图:管口方位,管口与支坐,地脚螺栓关系6、表格图:结构形状相同,尺寸大小不同设备部件零件7、标准图:国家标准化或系列化设备,部件,零件图样8、通用图:经过生产检验系列化设备,部件,零件图样（一）绘制化工设备图样的基本规定

1、图纸幅面

(GB4457.1-84)

0号图幅841×11891号图幅594×841

2号图幅420×594

3号图幅297×420

4号图幅210×2975号图幅148×210

2、比例(GB4457.2-84)

1:21:31:41:51:101:61:151:30

3、图样上的文字、符号及代(GB4457.3-84)

7号、5号、2.5-3.5号(高度mm).图纸标题栏明细表管口表技术特性表在设计（使用）年限内允许腐蚀的厚度。技术特性表（二）方案流程图

1.方案流程图的作用及内容作用：表达物料从原料到成品或半成品的工艺过程，及所使用的设备和机器。用于设计开始时的工艺方案的讨论，也可作为施工流程图的设计基础。内容：①设备——用示意图表示生产过程中所使用的机器、设备；用文字、字母、数字注写设备的名称和位号。②工艺流程——用工艺流程线及文字表达物料由原料到成品或半成品的工艺流程。设备设备位号工艺流程线用文字表明流程情况某物料残液蒸馏处理的工艺方案流程图（二）方案流程图2.方案流程图的画法按照工艺流程的顺序，把设备和工艺流程线自左至右地展开画在一个平面上，并加以必要的标注和说明。设备画法设备位号及名称的注写工艺流程线的画法用细实线画出设备的大概轮廓和示意图，一般不按比例，但应保持它们的相对大小。

V0408A真空受槽车间或工段号

设备分类号

设备序号相同设备的序号设备名称

用粗实线来绘制主要物料的工艺流程线，用箭头标明物料的流向，并在流程线的起始和终了位置注明物料的名称、来源或去向。（二）方案流程图

（三）

工艺物料流程图工艺物料流程图是在方案流程图的基础上，用图形与表格相结合的形式，反映设计中物料衡算和热量衡算结果的图样。在方案流程图上增加以下内容：在设备位号及名称的下方加注设备特性数据或参数。如：换热设备的换热面积；塔设备的直径、高度；贮罐的容积；机器的型号等。在流程的起始处以及使物料产生变化的设备后，列表注明物料变化前后其组分的名称、流量（kg/h）、摩尔分数（%）等参数及各项的总和，实际书写项目依具体情况而定。表格线和指引线都用细实线绘制。物料变化前后

设备特性数据或参数（三）

工艺物料流程图（四）

带控制点的工艺流程图施工流程图的内容：设备示意图：带接管口的设备示意图，注写设备位号及名称；管道流程线：带阀门管件和仪表控制点（测温、测压、测流量及分析点等）的管道流程线，注写管道代号；对阀门管件和仪表控制点的图例符号的说明；标题栏。带控制点的工艺流程图也称施工流程图，是在方案流程图的基础上绘制的内容较为详尽的一种工艺流程图。是设计、绘制设备布置图和管道布置图的基础，又是施工安装和生产操作时的主要参考依据。在施工流程图中应把生产中涉及的所有设备、管道、阀门以及各种仪表控制点等都画出。设备示意图管道流程线设备位号管道代号阀门仪表（四）

带控制点的工艺流程图1.设备的画法与标注在施工流程图中，设备的画法与方案流程图基本相同。与方案流程图不同的是：对于两个或两个以上的相同设备一般应全部画出。施工流程图中每个工艺设备都应编写设备位号并注写设备名称。与方案流程图中的设备位号应该保持一致。当一个系统中包括两个或两个以上完全相同的局部系统时，可以只画出一个系统的流程，其他系统用双点画线的方框表示，在框内注明系统名称及其编号。

（四）

带控制点的工艺流程图细实线0.15～0.3mm中粗线0.5～0.7mm粗实线0.9～1.2mm喷淋管伴热（冷）管道同心异径管管线宽度与其相接的新管线宽度相同原有管线柔性管气动信号线翅片管电动信号线

仪表管道管道隔热层引线、设备、管件、阀门、仪表等图例夹套管其他物料管道电伴热管道主要物料管道名称图例名称图例2.管道流程线的画法及标注（四）

带控制点的工艺流程图管道流程线要用水平和垂直线表示，注意避免穿过设备或使管道交叉，在不可避免时，则将其中一管道断开一段，管道转弯处一般画成直角。

(a)管道相连(b)管道交叉管道流程线上应用箭头表示物料的流向。图中的管道与其他图纸有关时，应将其端点绘制在图的左方或右方，并用空心箭头标出物料的流向（进或出），在空心箭头内注明与其相关图纸的图号或序号，在其上方注明来或去的设备位号或管道号或仪表位号。进出（四）

带控制点的工艺流程图施工流程图中的每条管道都要标注管道代号。横向管道的管道代号注写在管道线的上方;竖向管道则注写在管道线左侧，字头向左。工段号按工程规定填写，采用两位数字，从01开始，至99为止管段序号工段号物料代号VE0401——32x3.5B管路外径壁厚管道材料代号管段序号采用两位数字，从01开始，至99为止，相同类别的物料在同一主项内以流向先后为序，顺序编号隔热或隔音的功能管路的使用温度范围管道等级代号CW0401——32x3.5A1A—C6管道尺寸一般标注公称通径，以mm为单位，注数字，不注单位（四）

带控制点的工艺流程图3.阀门管件的画法与标注管道上的管道附件有阀门、管接头、异径管接头、弯头、三通、四通、法兰、盲板等。这些管件可以使管道改换方向、变化口径，可以连通和分流以及调节和切换管道中的流体。截止阀闸阀球阀直流截止阀螺纹管帽管端盲板管帽法兰连接管端法兰(盖)鹤管三通截止阀三通球阀四通球阀四通旋塞阀（四）

带控制点的工艺流程图3.阀门管件的画法与标注在施工流程图中，管道附件用细实线按规定的符号在相应处画出。阀门图形符号尺寸一般为长为6mm，宽为3mm或长为8mm，宽为4mm。为了安装和检修等目的所加的法兰、螺纹连接件等也应在施工流程图中画出。管道上的阀门、管件要按需要进行标注。当它们的公称直径同所在管道通径不同时，要注出它们的尺寸。当阀门两端的管道等级不同时，应标出管道等级的分界线，阀门的等级应满足高等级管的要求。对于异径管标注大端公称通径乘以小端公称通径。

（四）

带控制点的工艺流程图测量点4.仪表控制点的画法与标注在施工流程图上要画出所有与工艺有关的检测仪表、调节控制系统、分析取样点和取样阀（组）。仪表控制点用符号表示，并从其安装位置引出。符号包括图形符号和字母代号，它们组合起来表达仪表功能、被测变量、测量方法。仪表的图形符号

检测、显示、控制等仪表的图形符号是一个细实线圆圈，其直径约为10mm。圈外用一条细实线指向工艺管线或设备轮廓线上的检测点。（四）

带控制点的工艺流程图就地仪表盘面后安装仪表集中仪表盘面安装仪表集中仪表盘面后安装仪表嵌在管道内就地仪表盘面安装仪表就地安装仪表备注图形符号安装位置备注图形符号安装位置仪表安装位置的图形符号

（四）

带控制点的工艺流程图仪表位号仪表位号的组成被测变量字母代号功能字母代号PRC—301序号工段代号仪表位号的标注方式就地安装的压力指示仪表PRC

301集中仪表盘面安装的压力记录控制仪表

PI（四）

带控制点的工艺流程图602施工流程图一般采用A1图幅，横幅绘制，特别简单的用A2图幅，不宜加宽和加长。附注的内容是对流程图上所采用的，除设备外的所有图例、符号、代号作出的说明。5.图幅和附注（四）

带控制点的工艺流程图一、看标题栏和图例中的说明

6.施工流程图的阅读（四）

带控制点的工艺流程图二、掌握系统中设备的数量、名称及位号

（四）

带控制点的工艺流程图三、了解主要物料的工艺施工流程线

（四）

带控制点的工艺流程图四、了解其它物料的工艺施工流程线（四）

带控制点的工艺流程图熔盐FSL生产废水WW低压过热蒸汽LUS排液、导淋DR软水SW低压蒸汽LS原水、新鲜水RW高压过热蒸汽HUS热水上水HWS高压蒸汽HS热水回水HWR仪表空气IA消防水FW压缩空气CA合成气SG饮用水、生活用水DW空气AR转化气CG脱盐水DNW工艺水PW氨水AW液体乙烯或乙烷ERL循环冷却水上水CWS工艺固体PS放空VT气体乙烯或乙烷ERG循环冷却水回水CWR液固两相流工艺物料PLS真空排放气VE液氨AL化学污水CSW工艺液体PL泥浆SL气氨AG锅炉给水BW气固两相流工艺物料PGS氮N天然气NG伴热蒸汽TS气液两相流工艺物料PGL惰性气体IG固体燃料FS蒸汽冷凝水SC工艺气体PG氢H液体燃料FL中压过热蒸汽MUS工艺空气PA物料名称代号代号物料名称代号代号物料名称物料名称物料代号（四）

带控制点的工艺流程图A

1

A管道材质的类别顺序号管道的公称压力管道等级（四）

带控制点的工艺流程图管道材料使用温度代号代号温度范围/℃管材ABCDEF-100～22～2021～7071～9394～400401～650碳钢或铁合金碳钢或铁合金碳钢或铁合金碳钢或铁合金碳钢或铁合金碳钢或铁合金代号温度范围/℃管材GHJKL-100～22～2021～9394～650＞650不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢HGFEDCBA代号衬里及内防腐非金属有色金属不锈钢合金钢普通低合金钢碳钢铸铁材料类别管道材质类别（四）

带控制点的工艺流程图

管道公称压力等级

20.0T4.0P600D32.0W16.0S2.5N2500G400C25.0V10.0R1.6M1500F300B22.0U6.4Q1.0L900E150A公称压力/MPa代号公称压力/MPa代号公称压力/MPa代号公称压力/LB代号公称压力／LB代号压力等级（用于国内标准）压力等级（用于ANSI标准）（四）

带控制点的工艺流程图隔热及隔声代号采用隔声材料隔声N采用夹管套和保温材料夹套伴热J采用热油伴管和保温材料热油伴热O采用热水伴管和保温材料热水伴热W采用蒸汽伴管和保温材料蒸汽伴热S采用电热带和保温材料电伴热E采用保冷材料防结露D采用保温材料人体防护P采用保冷材料保冷C采用保温材料保温H备注功能类别代号（四）

带控制点的工艺流程图表2-1设备类别代号(摘自HG/T2051.35一1992)设备类别塔泵工业炉换热器反应器起重设备压缩机火炬烟囱容器其他机械其他设备计量设备代号TPFERLCSVMXW四、典型设备的自控流程

泵、换热器、蒸馏塔的自控流程应用。（一）泵1.离心泵

流量调节一般是采用出口节流的