工艺流程设计

第二章工艺流程设计本章主要内容：一、生产方法和工艺流程的选择二、工艺流程设计三、工艺流程图（简）四、典型设备的自控方案本章需要掌握的内容：

工艺流程选择的原则工艺流程选择的步骤工艺流程设计的任务工艺流程设计方法第二章工艺流程设计工艺流程设计是化工设计中非常重要的环节，它通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料进入到产品输出的过程，其中包括物料和能量的变化，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。工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。本章主要介绍生产方法和工艺流程的选择，工艺流程设计，工艺流程图，典型设备的自控方案四个内容。第一节生产方法和工艺流程的选择

生产同一化工产品可以采用不同原料，经过不同生产路线而制得；即使采用同一原料，也可采用不同生产路线；同一生产路线中也可以采用不同的工艺流程。选择生产路线也就是选择生产方法，这一步是决定设计质量的关键。本节主要介绍已有生产路线的工艺流程设计。一、生产方法和工艺流程选择的原则1.先进性

在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三项原则：

先进性主要指技术上的先进程度和经济上的合理可行。技术利润先进性的评价包括基建投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面的内容。应选择物料损耗小、循环量少、易于回收利用，能量消耗少和利于环保的生产方法。2.可靠性

可靠性是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。

★不允许把未来的生产工厂当作试验工厂来进行设计！另外，要考虑原料供给的可靠性，必须保证在其服务期限内有足够的、稳定的原料来源。3.合理性（是否符号国情）

中国是一个发展中国家。在进行工厂设计时，不能单纯从技术、经济观点考虑问题，应从中国的具体情况出发考虑各种具体问题。如：国家资源的合理利用、建厂地区的发展规划、“三废”处理是否可行。

(1)中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势。

(2)中国化工机械设备及电器仪表的制造能力。

(3)中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属材料的供应情况。

(4)中国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)资金筹措和外币储备情况。上述三项原则必须在技术路线和工艺流程选择中全面衡量，综合考虑。经过全面分析、反复对比后选出优点较多、符合国情、切实可行的技术路线和工艺流程。“技术上先进，经济上合理”二、生产方法和工艺流程确定的步骤1.搜集资料、调查研究确定生产方法，选择工艺流程一般要经过三个阶段：

是确定生产方法和选择工艺流程的准备阶段。有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料。掌握国内外化工技术经济资料，仅靠设计人员自己搜集是不够的，还应取得技术信息部门的配合，有时还要向咨询部门提出咨询。2.落实设备

对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型，并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解。3.全面对比

对调研结果进行全面分析对比，主要包括以下内容：①各种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；②产品的质量指标及产品规格情况；③生产能力和工艺技术条件情况；④原材料、能量消耗情况；⑤建设费用及产品成本情况；⑥“三废”的产生及治理情况；⑦其他特殊情况。产品规格是指对产品特定形式的描述。指介绍产品的成份、性能、品牌、产地、型号等产品的基础数据。化学试剂的纯度较高，根据纯度及杂质含量的多少，可将其分为以下几个等级。

（1）优级纯试剂亦称保证试剂，为一级品，纯度高，杂质极少，主要用于精密分析和科学研究，常以GR表示。

（2）分析纯试剂亦称分析试剂，为二级品，纯度略低于优级纯，杂质含量略高于优级纯，适用于重要分析和一般性研究工作，常以AR表示。

（3）化学纯试剂为三级品，纯度较分析纯差，但高于实验试剂，适用于工厂、学校一般性的分析工作，常以CP表示。

（4）实验试剂为四级品，纯度比化学纯差，但比工业品纯度高，主要用于一般化学实验，不能用于分析工作，常以LR表示。此外还有：医药级（MG）、基准级（PT）、食品添加剂（FA）、特定级（SG）、生物染色试剂（BS）、生物试剂（BR）、指示剂（IND）、超纯（EP）

物理或化学特征的规格说明

物理或化学特征的规格设定，是指对产品的性质描述，且这些性质描述通常就是要检测的项目，检测成本较低。

以甘油（化学名称：丙三醇）为例：

外部性质详细描述色度（APHA）≤10甘油含量%≥98.5密度（ρ20）g/ml≥1.2572硫酸化灰分%≤0.01酸度或碱度≤0.064皂化当量≤0.64氯化物（以Cl计）%≤0.001第二节工艺流程设计

当生产工艺路线选定之后，即可进行流程设计。它和车间布置设计是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性的步骤，对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用。

工艺流程设计是工艺设计的核心，只有在工艺流程确定后，其它各项工作才能陆续展开。本节主要介绍工艺流程设计的任务和方法。一、工艺流程设计的任务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。

包括两方面：2.绘制工艺流程图。

设计步骤：①确定整个流程的组成；②确定每个过程或工序的组成；③确定工艺操作条件；④控制方案的确定；⑤合理利用原料及能量；⑥制定三废的治理方法；⑦制定安全生产措施。二、工艺流程设计的方法

首先要看所选定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺，还是待开发的新工艺。前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局部采用新技术新工艺的问题。后者需针对新技术开发进行概念设计。原料预处理反应过程三废处理产物后处理

工艺流程可分为四大部分：1.反应过程

反应器操作方式（连续、间歇）能量供给、移出方式催化反应2.原料预处理

预热（冷）汽化干燥粉碎筛分

提纯精制混合配制压缩等

在主反应装置已经确定之后，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。

是工艺流程设计的核心。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：

3.产物后处理

产物处理（分离净化）（往往是整个工艺过程中最复杂、最关键的部分）产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等）未反应物循环利用（返回反应过程或加工成副产物）副产物处理（设计制备、包装、贮运等）4.三废处理

三废：废气、废液、废渣所含有害物质在排放前应该达到排放标准；尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决，不允许投产。相关政策法规

其他相关措施及设计：确定公用工程的配套措施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制定切实可靠的安全生产措施保温、防腐的设计

方案比较法前提：保持原始信息不变。即过程的操作参数如温度、压力、流速、流量等原始信息，设计者是不能变更的。判据：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。第三节工艺流程图（简）

工艺流程图是把各个生产单元按照一定的目的要求有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来。方案流程图（工艺流程草图、流程示意图）物料流程图（PFD）带控制点工艺流程图（管道及仪表流程图、施工流程图）

带控制点的工艺流程图一般分为初步设计阶段的带控制点工艺流程图和施工设计阶段带控制点的工艺流程图，而施工设计阶段带控制点的工艺流程图也称管道及仪表流程图(PI图)。一般在基础工程设计阶段应绘制A版PI图（初版）、B版PI图（内审版）、C版PI图（用户版）及D版PI图（确认版）；在详细工程设计阶段应绘制E版PI图（详1版）、F版PI图（详2版）、G版PI图（施工版）。第五节典型设备的自控方案

现代化学工业的特点之一是自动化程度较高。

本节介绍常用的化工典型设备（泵、压缩机、换热器、反应釜）的自控流程。一、泵类的自控方案1.离心泵2.容积式泵

往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等。

当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流量。旁路调节二、压缩机的自控方案控制阀前后压差太大，功率损耗大！三、换热器的自控方案1.载热体流量控制方案（一）无相变时换热器的自控方案载热体入口压力平稳载热体入口压力波动大载热体流量不允许调节2.被控物料流量控制方案被控物料流量不允许调节1.加热器的