化工工艺设计复习精简课件2

化工工艺设计复习精简课件22024/3/28化工工艺设计复习精简课件2第一章绪论

一、化工工艺设计的意义和作用设计：在正式做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等。化工工艺设计：是将一个化工系统（如一个化工厂、化工车间等）全部用工程制图的方法描绘成图纸、表格及必要的文字说明。也就是把工艺流程、技术装备转化为工程语言的过程。2化工工艺设计复习精简课件2四、化工厂概况1、化工厂结构（1）人：人员配置；（2）财：资金（固定资产及流动资金）；（3）物：物资（机器设备、材料、仪表、运输工具等）；（4）产：生产（原料→产品）；（5）供：生产所需要财、物（原材料、保养维修工具等）；（6）销：营销（经营销售）；（7）管：管理（各环节和谐）；3化工工艺设计复习精简课件23、化工厂主要组成（1）生产部门：根据流程性质划分若干个车间等；（2）辅助部门：为正常生产提供保障的相关部门；（4）行政、生活部门：行政办公、生活保障；（3）物流部门：供应与销售；4化工工艺设计复习精简课件2五、化工设计程序基本建设：形成新的整体性固定资产的经济活动，称为基本建设。通常讲的基建就是基本建设的简称。5化工工艺设计复习精简课件2一个工程项目从设想到建成投产，这一阶段称为基本建设阶段。基本建设阶段可以分为三个时期：投资决策时期，投资时期和生产时期。投资决策时期，主要是作好技术经济分析工作，以选择最佳方案，确保项目建设顺利进行和取得最佳经济效果。投资时期，包括谈判和订立合同、设计、施工、试运转等阶段。生产时期是正式投产后进行正常生产了。6化工工艺设计复习精简课件2基本建设工作的一般可被划分为三个阶段：编制设计任务书、设计、现场施工其中设计阶段往往分两步：初步设计、施工图设计基本建设工作的全部程序常被划分为四个阶段：（1）编制设计任务书（2）初步设计（3）施工图设计（4）现场施工7化工工艺设计复习精简课件2设计任务书包含下列内容：（1）设计项目名称；（2）生产规模（主要产品的产量和品种等）；产品方案：纵向产品组合、横向产品组合、多种经营。（3）建厂地点和占地面积；建厂地点：布点、选址、厂区位置8化工工艺设计复习精简课件2（4）建设依据（水文、地质资料，原料及燃料供应，运输条件，生活资料及劳动力资源等）；（5）主要协作关系（协作产品，资源综合利用，水、电、蒸汽用量及规格要求，运输条件等）；9化工工艺设计复习精简课件2（6）主要技术经济指标（总投资、消耗定额、成本估算和总定员）；经济技术指标按其性质可分为两类：●数量指标它是计划期内企业生产经营应达到的数量目标，通常用绝对值表示。例如：工程项目、工程数量、建安工作量、劳动工资、固定资金、流动资金、物资设备数量、降低成本额等指标。●质量指标它是计划期内企业生产经营应达到的工作质量要求指标，通常用相对值表示。例如，劳动生产率、产品合格率、机械完好率、机械利用率、成本降低率指标等。●“数量指标”与“质量指标”是对企业经营活动的量和质两个方面反映，是相互促进、相互制约的。“数量指标”常常反映着工作质量的变化，而“质量指标”同样也反映着工作数量的变化。例如，在增产不增人的情况下，产量的增长，必然反映着劳动生产率的提高和工程成本的降低。10化工工艺设计复习精简课件2（7）三废治理和综合利用；（8）建设工程分期及建设速度；（9）设计单位分工，设计速度；（10）有关技术资料；11化工工艺设计复习精简课件2A.工艺专业初步设计文件的内容①初步设计说明书⑴概述说明车间设计的规格、生产方法、流程特点及技术先进性、可靠性和经济合理性；车间内三废治理及环境保护的措施与实际效果；车间组成、生产制度等。12化工工艺设计复习精简课件2

⑵原材料及产品（包括中间产品）的主要技术规格；⑶车间危险性物料主要物性表⑷简述生产流程，写出主反应和副反应方程式，主要操作指标，说明产品及原料的贮存、运输方式及其有关的安全措施和注意事项；⑸主要设备的选择与计算；⑹原材料、动力（水、电、汽、气）消耗定额及消耗量；13化工工艺设计复习精简课件2

⑺成本估算（以表格形式表示）成本估算公式一览表14化工工艺设计复习精简课件2

⑻生产定员（表）

⑼车间生产控制分析

⑽三废排放量及有害物质含量（表）15化工工艺设计复习精简课件2

⑾管道材料表

⑿存在问题及解决意见②表格⑴设备一览表⑵材料表设计中悬而未决或难于定论的问题，须向有关单位提出的建议和要求等。

③图纸⑴工艺流程图⑵公用系统流程图及平面图⑶布置图：设备布置图、车间平面布置图等16化工工艺设计复习精简课件23、施工图设计A.施工图设计的内容在初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道布置设计和设备、管路的保温及防腐设计。施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。施工图设计的内容：文字说明、表格、图纸施工图设计内容主要部分是图纸17化工工艺设计复习精简课件2六、化工生产车间工艺设计内容化工生产车间（装置）设计是化工企业设计的核心内容。1、生产方法的选择生产方法即生产工艺路线2、工艺流程设计工艺流程设计：确定生产过程的具体内容、顺序和组合方式，并以图解的方式表示出整个生产过程的全貌。18化工工艺设计复习精简课件23、工艺计算化工车间工艺设计：定性定量工艺计算工艺计算是工艺设计的中心环节。工艺计算的内容：物料衡算、能量衡算、设备计算与选型、管道计算工艺计算所得的设计成果：物料流程图、主要设备总图和必要部件图、带控制点的工艺流程图。19化工工艺设计复习精简课件24、车间布置设计车间布置设计就是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。5、化工管道设计6、提供设计条件20化工工艺设计复习精简课件2第二章工艺路线第一节原料路线的选择2.1.1化学工业原料的多元化所谓原料路线：就是制造产品选用什么做原料的问题。

化学工业原料多元化：同一产品可以由不同的原料制造，同一原料也可以制造出不同的产品。

氨氰酸石油、天然气H2CH4,NH3H2NH3+CONaCN煤炭、焦碳石油化学工业非石油化学工业21化工工艺设计复习精简课件28、工艺专业的主要设计内容●工艺流程设计——工艺管道及仪表流程图●工艺设备设计●化工厂布置设计——设备布置图●化工管路设计——管道布置图●材料统计●工艺路线设计●物料衡算和能量衡算——物料流程图22化工工艺设计复习精简课件22.1.2原料路线选择的原则（1）原料来源的可靠性原料数量和质量的稳定可靠地供应是进行正常生产的基本条件。连续生产尤其重要。（2）尽可能选择当地或附近的原料这样既可以确保来源，又能减少运输费用和货运量。（3）经济性是指采用不同的原料路线所造成的经济效果，而不是只看原料本身价格的高低。（4）资源利用的合理性从国民经济角度来考察，要重视资源的耗竭成本，有限的资源要用来获得好的经济效果。23化工工艺设计复习精简课件2第二节工艺路线的选择2.2.1工艺路线选择的重要性所谓工艺路线，就是把原料加工成为产品的方法。包括工艺流程、生产方法、工艺设备和技术方案等。2.2.2工艺路线选择的原则（1）先进性工艺路线首要条件是技术上可行和经济上合理。24化工工艺设计复习精简课件2（2）可靠性工艺路线必须是经过科学试验与大生产的检验证实是可靠的技术，不能把没有通过严格的科学鉴定的试验性工艺技术应用在生产性企业中。（3）经济性投产后能否取得良好的经济效果。25化工工艺设计复习精简课件2化工工艺路线的生命周期：（貌似考了）新生期、成长期、成熟期、衰退期。●新生期：该期技术经济指标比较先进；若采用有望得到超过平均水平的效益；该期技术往往刚刚工业化，还不完全成熟，选用它具有一定的风险。26化工工艺设计复习精简课件2

●依赖物料衡算的后续设计工作：（1）确定设备的容量、套数和主要尺寸；（2）设计生产工艺流程草图；（3）进行热量衡算；（4）确定设备的材料；（5）计算化工管道。第一节物料衡算27化工工艺设计复习精简课件2

（09级考）例：氨解吸过程在30℃和101kPa下进行。空气和氨水的摩尔比为2，进口空气不含氨，氨水含氨0.1%（摩尔）。用一块塔板，塔板默弗里气相效率为75%。在30℃时氨—水体系的亨利常数为129kPa，求出口液相和气相组成。（塔板效率是过程限制条件）28化工工艺设计复习精简课件23、循环目的：维持操作，控制产品质量，降低原料消耗，提高原料利用率等典型的稳定循环过程：工艺过程混合分离总进料总产物新鲜原料净产品循环流RIFOPⅠⅡⅢⅣ因为进料往往可以确知一部分或全部数据，一般按流程顺序进行计算。29化工工艺设计复习精简课件2工艺过程混合分离总进料总产物新鲜原料净产品循环流RIFOPⅠⅡⅢⅣ概念：30化工工艺设计复习精简课件2工艺过程混合分离总进料总产物新鲜原料净产品循环流RIFOPⅠⅡⅢⅣ31化工工艺设计复习精简课件23.1.4物料衡算的方法和步骤结合实例说明：乙烯直接水合制乙醇过程1、画出流程示意图ⅠⅡⅢⅣⅤ

水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇32化工工艺设计复习精简课件22、写出主、副化学反应式主反应：副反应：33化工工艺设计复习精简课件23、确定计算任务求循环物流组成、循环量、放空气体量、C2H4总转化率、乙醇的选择性及总收率、生成1吨乙醇的乙烯消耗定额（乙醇水溶液蒸馏时损失乙醇2%）。34化工工艺设计复习精简课件24、收集基础数据原料乙烯组成（体积分数）：乙烯96%，惰性物4%；进入反应器的混合气体（干基，体积分数）：C2H485%，惰性物13.98%，H21.02%；原料乙烯与水蒸气的摩尔比为1:0.6；乙烯单程转化率（摩尔）：5%(其中生产乙醇占95%，生成乙醚、聚合物各占2%，生成乙醛占1%)；洗涤过程产物气中C2H4溶解5%；常压分离出的乙烯5%进入循环气体中，95%作别用。

实验数据、生产记录、相关手册等35化工工艺设计复习精简课件25、确定计算基准（09级考貌似问的是有几种基准？）●时间基准：指以一段时间间隔为计算基准。●时间基准：指以一段时间间隔为计算基准。如以1秒、1小时投料量或主要产品的产量为计算基准。

连续生产过程以时间基准计算比较方便；间歇生产过程以时间基准计算不太方便。●质量基准：指以一定质量的产品或原料为计算基准。●质量基准：指以一定质量的产品或原料为计算基准。如以1000Kg、1000Kmol投料量或主要产品的产量为计算基准。●体积基准：指以一定体积的产品或原料为计算基准。●体积基准：指以一定体积的产品或原料为计算基准。多适合气体物料。●干湿基准：指在计算中是否考虑物料中的水分。若不考虑物料中的水分，称为干基。否则称为湿基。

本题以100mol干燥混合气为计算基准。36化工工艺设计复习精简课件26、列式计算（09级考）当已知原料量，欲求产品时，则顺流程自前向后推算；反之，已知生产任务（年产量或每小时产量），欲求所需原料量，则逆流程由后向前推算。本题已经给出进入反应器的混合气体的组成及转化率，因而可从反应器开始，顺流程由前向后推算。37化工工艺设计复习精简课件2水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇Ⅰ混合气组成（干基）：C2H485mol，惰性物13.98mol，H21.02mol反应消耗的乙烯：

85×5%=4.25mol生成：乙醇4.25×95%=4.04mol，乙醚4.25×2%×0.5=0.04mol乙醛4.25×1%=0.04mol氢气4.25×1%=0.04mol聚合物4.25×2%×1/n=0.085/nmol未反应的乙烯：

85×（1-5%）=80.75mol出口氢气总量：1.02+0.04=1.06mol惰性组分量：13.98mol38化工工艺设计复习精简课件2水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇Ⅱ气体流出成分：C2H480.75×（1-5%）=76.7mol，83.6%惰性物13.98mol，15.24%；H21.06mol,1.16%。液体流出物：乙醇4.04mol，乙醚0.04mol乙醛0.04mol乙烯80.75×5%=4.04mol聚合物4.25×2%×1/n=0.085/nmol39化工工艺设计复习精简课件2水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇Ⅲ粗乙醇：乙醇4.04mol，乙醚0.04mol乙醛0.04mol聚合物0.085/nmol气体流出成分：C2H4:4.04mol循环：4.04×5%=0.20mol别用：4.04×95%=3.84mol40化工工艺设计复习精简课件2水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇Ⅳ乙烯平衡：惰性物平衡：加入的水蒸气量=10.93×0.6=6.56molRC中氢气量=88.88×1.16%=1.03mol解得：放空气W41化工工艺设计复习精简课件2Ⅴ

反应消耗的乙烯量：乙烯的总转化率：理论上的乙醇量：乙醇的总收率：水放空W混合器反应器洗涤塔常压分离器原料乙烯水蒸气EFC乙烯粗乙醇42化工工艺设计复习精简课件2乙醇的选择性：在许多化学反应中，不仅有生成目的产物的主反应，还有生成副产物的副反应存在，转化了的原料中只有一部分生成目的产物。选择性表示了在反应过程中，主反应在主副反应竞争中所占的比例，反映了反应向主反应方向进行的趋势性。乙醇的选择性：副反应：主反应：43化工工艺设计复习精简课件2消耗定额：生产1吨乙醇消耗的原料乙烯量乙醇水溶液蒸馏时损失乙醇2%所以每生产1吨乙醇产品实际需要生产出的乙醇量：需要的纯乙烯量：需要的原料乙烯量：44化工工艺设计复习精简课件27、整理计算结果一般是列物料衡算表

表1混合器的物料衡算表45化工工艺设计复习精简课件28、绘制物料流程图化工制图已经详细介绍，这里就不再重复了。46化工工艺设计复习精简课件23.2.2单元设备的热量衡算（一）方法与步骤1、画出单元设备的物料流向及变化示意图47化工工艺设计复习精简课件2在实际应用中，热平衡方程式常写成以下形式：体系吸热为正，放热为负；热效应如化学反应放热为正（被体系吸收），吸热为负。48化工工艺设计复习精简课件23、搜集有关数据

物料量、工艺条件（温度、压力）、热力学数据、其它物性数据等4、确定计算基准温度

一般以273K(0℃)或298K(25℃)为计算基准温度。另外还要确定基准相态。如273K水、273K冰。49化工工艺设计复习精简课件25、各种热量的计算（考了）（1）各种物料带入（出）的热量Q1和Q4的计算160℃440℃取基准温度为25℃工程上，常取0℃作为计算基准温度，所以，很多书籍上直接把计算式写为：50化工工艺设计复习精简课件2（2）过程热效应Q3的计算过程的热效应可以分为两类：化学反应热和状态热主要从手册上查取或从实际中获取（3）加热设备消耗的热量的计算对于连续操作的设备，可以忽略不计。51化工工艺设计复习精简课件2（4）设备热损失的计算52化工工艺设计复习精简课件2注意：●对于连续操作的设备，因为所有条件都不是时间的函数，只需要建立物料平衡和热量平衡；但对于间歇操作的设备，还需要建立时间平衡。这是因为在间歇操作中，条件随时间而改变，热量负荷也是随时间改变的。●如果整个过程为低温，则热平衡方程式的为负值，表示冷量损失。53化工工艺设计复习精简课件2（5）传热剂向设备传入或传出的热量的计算

由加热剂（或冷却剂）传给（带走）设备和所处理物料的热量在大多数情况下为未知数，是在热量衡算中待求取的数值。当求出以后，就可进一步确定传热剂种类、用量及设备所具备的传热面积。（6）列出热量平衡表参照物料平衡表格式54化工工艺设计复习精简课件2（7）传热剂用量的计算①加热剂用量的计算常用的加热剂：水蒸汽、烟道气、电能、其它载热体a.间接加热时水蒸汽消耗量的计算因为0℃水的焓为055化工工艺设计复习精简课件2b.直接加热时水蒸汽消耗量的计算或56化工工艺设计复习精简课件2c.燃料消耗量的计算57化工工艺设计复习精简课件2d.电能消耗量的计算58化工工艺设计复习精简课件2②冷却剂消耗量的计算常用的冷却剂：水、空气、冷冻盐水等59化工工艺设计复习精简课件2液态冷却剂在换热设备中气化时：60化工工艺设计复习精简课件2例题：20℃，2700kg/h苯与630kg/h氯气（含空气30kg/h）发生连续氯化反应，氯化液温度为80℃，组成为（m%）C6H6:68%、C6H5Cl:30%、C6H4Cl2:1%、HCl:1%，气相经回流冷凝器得30℃冷凝液循环使用，尾气处理排放。求（1）气相输出物中苯与氯苯的量kg/h；（2）输出的氯化液量kg/h；（3）需要通过回流冷凝器移走的热量kcal/h。忽略热损失及尾气中带出的苯、Cl2全部参加反应、氯化反应气相中不含C6H4Cl2。61化工工艺设计复习精简课件2氯化反应器冷凝器Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气解：（1）画流程示意图（2）写反应方程式m=?m苯=?m氯苯=?Q2=?C6H6:68%C6H5Cl:30%C6H4Cl2:1%HCl:1%80℃62化工工艺设计复习精简课件2（3）收集数据查相关化工手册63化工工艺设计复习精简课件2（4）确定计算基准物料恒算基准：1小时热量恒算基准：0℃（5）列式计算体系1体系2体系3氯化反应器冷凝器C6H6:68%C6H5Cl:30%C6H4Cl2:1%HCl:1%Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气m=?m苯=?m氯苯=?Q2=?80℃64化工工艺设计复习精简课件2稳流过程质量守恒：输入量=输出量输入量：输出量：氯化反应器冷凝器C6H6:68%C6H5Cl:30%C6H4Cl2:1%HCl:1%Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气体系1m=?m苯=?m氯苯=?Q2=?80℃65化工工艺设计复习精简课件2氯化反应器冷凝器C6H6:68%C6H5Cl:30%C6H4Cl2:1%HCl:1%Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气体系1m=?m苯=?m氯苯=?Q2=?80℃66化工工艺设计复习精简课件2物料恒算无法进行，因为单程转化率和选择性均未知。热量恒算：体系2C6H6:2053kg/hC6H5Cl:906.4kg/hC6H4Cl2:30.6kg/hHCl:30kg/h氯化反应器冷凝器Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气80℃00067化工工艺设计复习精简课件2C6H6:2053kg/hC6H5Cl:906.4kg/hC6H4Cl2:30.6kg/hHCl:30kg/h氯化反应器冷凝器Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气体系280℃回流液：Xi0.7610.2330.0060.00068化工工艺设计复习精简课件2C6H6:2053kg/hC6H5Cl:906.4kg/hC6H4Cl2:30.6kg/hHCl:30kg/h氯化反应器冷凝器Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气体系280℃氯化液：气相：69化工工艺设计复习精简课件2C6H6:2053kg/hC6H5Cl:906.4kg/hC6H4Cl2:30.6kg/hHCl:30kg/h氯化反应器冷凝器Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气体系280℃70化工工艺设计复习精简课件2000冷凝器体系3氯化反应器C6H6:68%C6H5Cl:30%C6H4Cl2:1%HCl:1%Cl2:600kg/h,20℃空气:30kg/hC6H6:2700kg/h,20℃30℃HCl,空气Q2=?80℃若用温度为10℃的冷却水逆流换热，冷却水的出口温度为40℃，求冷却水用量：71化工工艺设计复习精简课件2工艺流程设计特点：由浅入深，从定性到定量；开始早，完成晚。工艺流程设计过程：工艺流程示意图工艺流程草图工艺流程图工艺流程设计的主要内容：（1）确定从原料到产品整个生产过程的具体组成、顺序和组合方式；（2）绘制工艺流程图72化工工艺设计复习精简课件2工艺流程设计应解决好以下问题：（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）确定控制方案（5）合理利用原料及能量，计算出整个装置的技术经济指标生态工艺特点：低物耗、低能耗、低排放、高效率

（6）确定公用工程的配套设施73化工工艺设计复习精简课件2（7）确定三废的治理方法和综合利用方案（8）确定安全生产措施循环经济也称为资源闭环利用型经济，建立“资源—生产—产品—消费—废弃物再资源化”的物质的清洁闭环流动模式。

“资源—生产—产品—消费—废弃物治理—达标排放”74化工工艺设计复习精简课件24.2工艺流程设计方法4.2.1充分做好准备工作4.2.2确定生产线数目一般产品的种类多、换产次数多，则采用几条生产线。如一些精细化工产品。对于生产规模较大、产品比较单一、设备价格昂贵、生产相对稳定的流程多采用一条生产线。如合成尿素。75化工工艺设计复习精简课件24.2.3操作方式（貌似考了）1、连续操作的优点（1）所需设备小，生产能力大，费用省，因而降低了基建投资，固定资产及维修费用；操作方式：连续操作、间歇操作、联合操作（2）操作稳定，易于自动控制，提高生产能力；（3）产品均匀，因而提高了产品的质量；（4）有利于大规模生产。76化工工艺设计复习精简课件22、间歇操作常用于下列情况（1）产量较小的贵重产品，该种产品市场需要不稳定；或者生产该种产品时，可在同一设备中进行几个生产过程；（2）由于反应速度过慢，需要较长的反应时间，即需要物料在设备内停留时间过长。3、联合操作联合操作=间歇操作+连续操作如合成氨：造气（间歇操作）其它（连续操作）气柜77化工工艺设计复习精简课件24.2.4确定主要生产过程及设备一般是以反应过程作为主要生产过程的核心加以研究，然后再逐个建立与之相关的生产过程及设备。如制备硝化混酸实验室：量筒、烧杯、搅拌棒工业上（间歇操作）：（1）首先要有混合器；（2）要有硫酸计量槽、硝酸计量槽；（3）工业上往往不是加水，而是用硝化后的废酸来调节，那么要有废酸计量槽；78化工工艺设计复习精简课件2（4）因为外购，所以要有硫酸贮槽、硝酸贮槽，另外还要有废酸贮槽；（5）硫酸泵、硝酸泵、废酸泵；（6）混酸贮槽。硫酸泵硝酸泵废酸泵硫酸贮槽硝酸贮槽废酸贮槽硫酸计量槽硝酸计量槽废酸计量槽混合器混酸贮槽79化工工艺设计复习精简课件24.2.5合理利用物料和能量（考了）合理利用物料（1）尽量提高原料的转化率；采用先进技术、催化剂；（2）尽量提高总收率；对未转化物料分离循环或回收；（3）三废综合利用。合理利用能量（1）充分利用热能；合理设计（2）充分利用静压能。高压物料进入低压设备，利用位能输送物料80化工工艺设计复习精简课件24.2.6合理确定操作条件4.2.7流程生产能力的弹性和设备设计4.2.8控制系统的确定81化工工艺设计复习精简课件2公用工程换热网络分离与在循环系统4.2.9工艺流程的逐步完善与简化（09级考）

化工过程设计的“洋葱”模型：反应器化工过程设计方法：（1）建立一个不可简化的流程（2）建立并优化一个可简化的流程82化工工艺设计复习精简课件2PI4.4化工典型设备的自控流程：4.4.1泵的流量自控离心泵、容积式泵、真空泵等（A）泵的入口和出口均需设置切断阀；（B）为了防止离心泵未启动时物料的倒流，在其出口处应安装止回阀；（C）在泵的出口处应安装压力表，以便观察其工作压力；（D）泵出口管线的管径一般与泵的管口一致或放大一档，以减小阻力；（F）泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀，并将排出物送往合适的排放系统。切断阀止回阀压力表放净阀离心泵83化工工艺设计复习精简课件2（B）调节传热面积TRC401方式：调节滞留在换热器内冷凝液量的大小。要求：有较大的传热面积余量。特点：传热量的变化比较缓和，可以防止局部过热。优点：对热敏性介质有好处。蒸汽凝液1184化工工艺设计复习精简课件2第五章化工设备的选型和设计计算5.1概述设备计算与选型的目的：决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和台数。设备设计一般分两个阶段：第一阶段：物料恒算之后第二阶段：热量恒算之后容积型的设备技术型的设备计量和贮存设备等换热器等85化工工艺设计复习精简课件25.2设备设计与选型的基本要求1、技术经济指标（1）生产能力是指设备单位体积（或单位质量或单位面积）上单位时间内能完成的生产任务。●

设备的生产能力与流程设计的能力年产1.584万吨设备生产能力4(T/h)不相适应86化工工艺设计复习精简课件2（2）消耗系数指生产单位质量或单位体积产品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、水、电等。（3）设备价格87化工工艺设计复习精简课件2（4）设备管理费用设备管理包含设备的使用、维护和检修。设备管理涉及到的费用有：人工费、材料费。在保证设备质量和生产效率的前提下优先选择管理费用低的设备。（5）产品总成本2、设备结构要求88化工工艺设计复习精简课件25.3设备设计的基本内容设备设计的基本内容：●定型（或标准）设备设备的选择如：输送流体的定型设备很多，具体工艺中应该选择哪一种？●非定型（非标准）设备的工艺计算与设计如：贮存设备有多种多样，具体工艺中应该是多大，什么形状？89化工工艺设计复习精简课件2除了满足设备设计与选型的基本要求外，还要注意以下事项：（1）根据操作方式、生产能力和生产周期确定设备台数；动设备要考虑其负荷和操作条件；静设备要严格计算特征参数再选型。（2）要注意备品（件）的供应情况；生产能力和操作条件若与生产实际不完全适应时，应偏高一级选择。90化工工艺设计复习精简课件26、泵的台数和备用率确定泵的台数，考虑一开一备是合理的，但如为大型泵，一开一备的配置并不经济，这种情况下可设两台较小的泵供正常操作使用，另设一台同样大小的泵作备用。一般来说，一些重要岗位的泵、高温操作或其它苛刻条件下使用的泵，均应设备用泵，备用率一般取100%，而其它情况下连续操作的泵，可考虑用50%的备用率。在连续操作的大型装置中使用的泵应考虑较大的备用率。溶剂油泵总台数为2台，正常生产1台，备用1台。91化工工艺设计复习精简课件25.3.2贮罐的选型和设计化工生产中需要贮存的有原料、中间产品、成品、副产品以及废液和废气等。介绍贮罐设计的一般程序：1、汇集工艺设计数据2、选择贮罐的材料3、确定贮罐的型式方式上：敞口、密封状态上：常压、高压不受天气影响的固体物料：露天存放大量液体：圆柱形或球形储槽易液化的气体：高压钢瓶92化工工艺设计复习精简课件24、贮罐存贮量的确定●原料储罐指导思想：是不因为原料供应市场的变化而影响正常生产；在保证正常生产的前提下减少存储量。全厂性原料库房储罐一般以能维持1～3个月的生产量为宜。若货源充足、运输周期又短时则存储量可少些。车间的原料储罐一般考虑至少半个月的用量，因为车间成本核算常常是逐月进行的，因而储罐存储量一般不主张超过1个月。93化工工艺设计复习精简课件2●中间储罐

指导思想：不因为前面工序临时停产而影响正常生产；在保证正常生产的前提下减少存储量。对于连续化生产视情况储存几小时至几天的用量，而对间歇生产过程，至少应考虑存储一个班的生产用量。●成品储罐指导思想：不因为短期停产而引起本产品销售市场的波动。液体产品储罐常按至少储存一周的产品产量设计。94化工工艺设计复习精简课件25、贮罐台数和尺寸的确定用需要贮存的物料总体积除以初步确定的贮罐适宜容积所得的数值经圆整后就是所需的台数。95化工工艺设计复习精简课件2贮存设备比较经济的高径比为：H:D=2:1～4:1贮存设备适宜容积的计算公式：96化工工艺设计复习精简课件2例：年产100%醋酸乙酯1500t/a生产车间，原料乙醇贮槽的设计。一年生产328天。已知乙醇纯度为95%。解：1、选择圆柱形贮槽2、计算确定总存储量97化工工艺设计复习精简课件23、确定存储时间乙醇属于中间产品，只需保证车间生产正常，存储量不需很大。一般只需几天时间。本例题可取3个昼夜。4、计算确定容积及台数98化工工艺设计复习精简课件2可见，选择n=1，D=2m，H=4m较适宜99化工工艺设计复习精简课件2

（09级考原题）例：邻-硝基氯苯连续氨化，然后再分批操作法用Na2S还原邻硝基苯胺制取邻苯二胺。已知每小时氨化出料为0.83m3，还原工序操作周期为7小时（不包括受料时间）。如果工厂能够制造的最大容积的还原釜为6m3。问需用几个还原釜？后备系数多大？并用图表示操作程序。解：选用6m3还原釜100化工工艺设计复习精简课件2101化工工艺设计复习精简课件2受料还原受料还原受料还原受料还原第一个釜第二个釜第三个釜第一个釜受料第二个釜操作程序图：单位h受料第三102化工工艺设计复习精简课件25.3.3.4釜式反应器的设计（1）确定反应釜的操作方式根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作还是间歇操作（即分批式操作）。间歇操作是原料一次装入反应釜，然后在釜内进行反应，经过一定时间后，达到要求的反应程度便卸出全部物料，接着是清洗反应釜，继而进行下一批原料的装入、反应和卸料，即一批一批地反应，所以这种反应釜又叫分批式反应釜或间歇反应釜。连续操作是连续地将原料加入反应器，反应后的物料也连续地流出反应器，所使用的反应釜叫连续釜。103化工工艺设计复习精简课件2（2）汇总设计基础数据设计基础数据包括物料流量，反应时间，操作压力，操作温度，投料比，转化率，收率，物料的物性数据等。（3）计算反应釜的体积a.连续釜连续釜反应体积计算公式为：104化工工艺设计复习精简课件2105化工工艺设计复习精简课件2b.间歇釜间歇釜反应体积计算公式为：106化工工艺设计复习精简课件2无论是连续釜还是间歇釜，都应考虑釜的装料系数，一般来说，对于处于沸腾状态或会起泡的液体物料，应取小些的系数如0.4～0.6，而对于不起泡或不处于沸腾状态的液体，可取0.7～0.85。107化工工艺设计复习精简课件2例在连续釜中用己二酸和己二醇在70℃下进行缩聚反应生产醇酸树脂，反应以H2SO4为催化剂，其动力学方程式如下：RA=KCA2（A指己二酸）70℃，k=1.97×10-3L/(mol·min)，己二酸的起始浓度（CA0=4mol/L），每天处理己二酸2400kg，要求己二酸的转化率达到80%，求反应釜的体积。解：（1）计算连续反应釜的空时

108化工工艺设计复习精简课件2

（2）计算反应釜进口液体的体积流量己二酸的摩尔流量为

（3）计算反应釜的体积反应釜的有效体积为

取装料系数0.75，则反应釜实际体积为109化工工艺设计复习精简课件2例在间歇釜中用己二酸和己二醇在70℃下进行缩聚反应生产醇酸树脂，反应以H2SO4为催化剂，其动力学方程式如下：RA=KCA2（A指己二酸）70℃，k=1.97×10-3L/(mol·min)，己二酸的起始浓度（CA0=4mol/L），每天处理己二酸2400kg，要求己二酸的转化率达到80%，每批操作的辅助生产时间t0=1h，求间歇釜的体积。解：（1）计算制取每批产品需要的反应时间

110化工工艺设计复习精简课件2

（2）每小时处理的物料量

（3）计算反应釜的体积取装料系数0.75，则反应釜实际体积为

与连续釜相比，间歇釜所需要的体积小得多。111化工工艺设计复习精简课件2四、设备材料的选择（1）介质的性质、温度和压力（2）设备的类型和结构（3）材料价格和来源（4）制造加工方便112化工工艺设计复习精简课件2第六章化工厂布置6.1厂址选择化工厂布置是化工厂设计中的重要内容，主要包括三个方面：厂址选择、化工厂总平面布置和车间布置。6.1.1概述6.1.2厂址选择的原则和指标厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性、技术性很强的工作。113化工工艺设计复习精简课件2厂址选择工作按拟建项目的隶属关系，由主管部门组织勘察设计单位和所在地的有关部门共同进行。6.1.3厂址选择的组织6.1.4厂址选择的程序厂址选择按它的工作深度，分为规划性选厂和工程性选厂。规划性选厂是厂址选择的第一阶段。目的是选择拟建项目的建设地点（地理位置）。这项工作通常由综合部门或项目的主管部门根据国民经济远景发展的战略要求，结合资源的分布和现有生产力的配置情况以及勘察、测量等技术经济资料，在比较广阔的地域范围内进行选择。并在初步选定的区域内提出多个可供考虑的建厂地址，作出方案比较，供研究选择。114化工工艺设计复习精简课件26.1.5理想的厂址a.满足所选工艺要求；b.满足环保和社区的要求；c.使原料和产品运输费用最低以使利润最大化。厂址选择按它的工作深度，分为规划性选厂和工程性选厂。115化工工艺设计复习精简课件26.2总平面布置总平面布置图又称厂区布置，也有称总图布置。将生产、运输、安全、卫生、管理各部门及车间进行统筹安排。要总体地解决全厂所有的建筑物和构筑物在平面和竖向上的布置，运输网和地上、地下工程技术管网的布置、行政管理、福利及美化设施的布置等问题，亦即工厂的总体布置。寻求物料和人员的最佳流动布局。6.2.1概述116化工工艺设计复习精简课件26.2.2总图布置应满足的要求（1）生产要求总体布局首先要求保证径直和短捷的生产作业线，尽可能避免交叉和迂回，使各种物料的输送距离为最小。同时将水、电、汽耗量大的车间尽量集中，形成负荷中心，并使其与供应来源靠近，使水、电、汽输送距离为最小。工厂总体布局还应使人流和货流的交通路线径直和短捷，避免交叉和重叠。117化工工艺设计复习精简课件2（2）安全要求化工厂具有易燃、易爆、有毒的特点，厂区应充分考虑安全布局，严格遵守防火、卫生等安全规范和标准的有关规定，重点是防止火灾和爆炸的发生，并考虑一旦发生危险时能及时疏散和有效救援。（3）发展要求厂区布置要求有较大的弹性，使其对工厂的发展变化有较大的适应性。也就是说，随着工厂不断的发展变化，厂内的生产布局和安全布局仍然合理。118化工工艺设计复习精简课件26.3车间布置设计6.3.1概述车间布置设计是车间工艺设计的重要项目之一；车间布置设计是在工艺流程设计和设备选型完成后进行的；车间布置设计：以工艺专业为主导，各专业密切配合进行；车间布置设计内容：车间的整体布置设计、厂房的轮廓设计和车间设备布置设计。车间布置设计应考虑到的方面：工艺要求、操作条件、生产运行、安装维修、车间管理、物料利用、能量利用、经济效益等119化工工艺设计复习精简课件26.3.2车间的整体布置设计和厂房的轮廓设计一、车间的整体布置（这部分肯定考了具体靠什么就不知道了120~125页）根据生产规模和生产特点以及厂区面积、厂区地形、地质条件等考虑车间的整体布置。在进行车间的整体布置时要处理好几个方面的问题。1、分散布置（分离式布置）对生产规模较大，车间内各工段的生产特点有显著差异（如防火、防爆等级等），需要严格分开；或厂区平坦的地形较少（如山区等）。一般考虑分散布置。厂房的安排多采用单元式，即把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段、控制室及特殊设备独立布置，分散为多个单元。120化工工艺设计复习精简课件22、集中布置（集中式布置）

对生产规模较小，生产中各工段联系频繁，生产特点无明显差异，且地形较平坦时，一般可以考虑集中布置。即在符合建筑设计防火规范及工业企业设计卫生标准的前提下，结合建厂地点的具体情况，可将车间的生产、辅助、生活设施集中在一幢楼房内。

另外，在保证流程化布置的同时，相同的或同类设备尽可能集中布置，便于统一管理和操作。121化工工艺设计复习精简课件23、露天化布置与室内布置

对不需要经常操作的设备、自动化操作程度较高的设备、受气候影响不大的设备，可进行露天或半露天布置。如：塔、冷凝器、贮槽等在车间布置设计中，露天布置是优先考虑的第一方案，也就是说只要有可能都应采用露天布置或半露天布置。122化工工艺设计复习精简课件2露天布置或半露天布置的优点：（貌似考了）（1）节约大量建筑面积，即节约大量基本建设投资；（2）节约土建施工工程量，可加快基本建设的进度；（3）将具有火灾及爆炸危险的设备露天化，可降低厂房的防火防爆等级，因而降低了厂房的造价；（4）将有毒物质的设备露天化，可减少厂房通风次数、节约通风设备及动力消耗；（5）对厂房的改建和扩建的灵活性较大。123化工工艺设计复习精简课件2

对不允许有显著温度变化，不能受大气影响的设备以及经常要监测和就近操作的设备宜布置在室内。

不允许放在室外，宜室内布置的设备有：（1）不能受大气影响，不允许有显著温度变化的设备。如反应釜等；（2）操作频繁的设备或低温地区的设备。如间歇操作的设备；（3）各种有机械传动的设备和机器。如压缩机、冷冻机等；（4）生产控制和操作台。124化工工艺设计复习精简课件24、流程式布置按流程顺序在中心管廊的两侧依次布置各工段，可以避免管道的重复往返，缩短管道总长。这种布置方案最经济。车间平面愈近方形愈经济。车间布置常见的几种方案：（1）直通管廊长条布置（又称直线形或一字形布置）（2）T形布置及L型布置（3）组合布置125化工工艺设计复习精简课件26.3.3厂房的平面布置化工厂厂房的平面布置是根据生产工艺条件以及建筑本身的可能性与合理性来考虑的。化工厂厂房的轮廓在平面上有：长方形型、L型、T型等。其中长方形型最常被采用。这是由于长方形型厂房便于总平面的布置，节约用地，便于设备管理，缩短管道的安装，便于安排交通和出入口，有较多可供自然采光和通风的墙面。化工厂厂房多为框架结构，柱网布置。化工厂厂房的总宽度、总跨度以及柱网间距即要满足设备布置的要求，又要符合建筑模数的要求。126化工工艺设计复习精简课件26.3.4厂房的立体布置（竖向布置）化工厂厂房的立面有单层与多层之分，或单层与多层相结合的形式。主要根据生产工艺特点抉择，同时，也要满足建筑上采光、通风等各方面的要求。厂房层高主要取决于设备的高低、安装位置、检修要求及安全卫生条件等。如：有高温、有毒害气体的厂房，要适当加高建筑物的层高；有爆炸危险的车间宜采用单层厂房。若必须采用多层厂房结构，则应将有爆炸危险的车间置于厂房的顶层。有爆炸危险的厂房，必须设置足够的泄压面积。即在平面和立面方向均要考虑余地。127化工工艺设计复习精简课件26.4车间设备布置最佳的设备布置应做到：经济合理，节约投资，操作维修方便，安全，设备排列紧凑，整齐美观。进行设备布置设计时要注意下列问题：1、露天化布置与室内布置2、生产流程化布置6.4.1设备布置的内容与原则3、符合操作、安装与检修要求4、符合安全技术要求128