浅谈化工工艺设计流程和规范

主讲人：许俊强教授硕导E-mail：[e-mail]重庆理工大学化学化工学院2013年5月3日可行性研究报告与项目建议书的规范一工艺流程图的相关规范设备布置车间布置二三四一、可行性研究报告与项目建议书的规范可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价．为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。（一）可行性研究报告一、可行性研究报告与项目建议书的规范（一）可行性研究报告一、可行性研究报告与项目建议书的规范（一）可行性研究报告一、可行性研究报告与项目建议书的规范化工厂设计的内容与程序工程的含义：将作为原料的自然产物或农作物制成生活资料和生产资料的过程，称为工业制造过程，而研究工业制造过程的学科称为工程学。化学工程：运用化学的方法或手段来研究工业制造过程，同时研究此制造（生产）过程的共同规律、摸索最佳的工艺条件、解决规模放大和大型化生产中出现的诸多工程技术问题。（二）项目建议书一、可行性研究报告与项目建议书的规范一、根据项目性质分类(一)重复建设项目设计(二)已有装置的改造设计(三)新建项目设计（二）项目建议书新技术开发过程中的设计一、可行性研究报告与项目建议书的规范概念设计：概念设计的规模应是工业化时的最佳规模。概念设计的作用：是暴露和提出基础研究中存在的工艺流程、主要单元操作、设备结构及材质、过程控制方案及环保安全等方面存在的问题，并为解决这些问题提供途径或方案。另一方面，概念设计结合技术经济评价，应得出开发的新产品或新技术是否有工业化价值的结论。中试设计：中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。由于中试装置较小，一般可不画出管道、仪表、管架等安装图纸。（二）项目建议书一、可行性研究报告与项目建议书的规范化工厂设计的工作程序一般的化工设计的工作程序是以基础设计为依据提出项目建议书，经上级主管部门认可后写出可行性研究报告，上级批推后，编写设计任务书，进行扩大初步设计，后者经上级主管部门认可后进行施工图设计。（二）项目建议书一、可行性研究报告与项目建议书的规范（二）项目建议书目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程任务：（1）确定生产工艺流程中各个过程的具体内容、顺序和组织形式。（2）绘制工艺流程图。1.工艺流程设计的目的和任务二、工艺流程图的相关规范工艺设计流程的步骤(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2.工艺流程图1、工艺流程图概述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，即是工艺流程图2、分类1．工艺流程草图2．物料流程图3．工艺管道及仪表流程图工艺流程草图物料流程（重点）图例设备•设备示意图•流程管线及流向箭头•文字注释（1）将各设备的简单形状按工艺流程顺序展示在同一平面上（2）配以连接主、辅线，管件、阀件、仪表控制点等符号（3）注写设备位号及名称。（4）注写代号、符号及其他标注的说明（5）填写标题栏，注写图名、图号流程图绘制步骤工艺流程草图PFD-工艺物料流程图要求：在物料衡算和热量衡算完成后绘制，以图形和表格结合来表达，重在反映物料衡算和热量衡算的结果。图中设备不必精确，但在流程下方用物料表的形式列出物料名称，质量流量，质量分数以及摩尔流量、摩尔分数等。一般在设备附近列出热量衡算结果，如在换热器旁列出热负荷。PFD1.PFD与PID的原则与要求PFD示例：PID要求：画出所有工艺设备，工艺物料管线，辅助辅料管线，主要阀门及工艺参数的测量点和自控方案。3.管道的表示方法•工艺物料管道•工艺物料埋地管道•辅料及公用管道•辅料及公用埋地管道•仪表管道•保温管道•电伴热管道•蒸汽伴热管道•夹套管道(2)交叉与转弯:若管线交叉不能避免时，应将其中一报管道断开一段，断开处的间隙应为线粗的5倍左右。管道要尽量画成水平和垂直，不用斜线。(3)放气、排液及液封：管道上的取样口、放气口、徘液管、液封管等应全部画出。放气口应画在管道的上边，排液管则绘于管道下侧，(4)来向和去向：上方则注明物料来向或去向的设备位号或管段号。4.管道的标注方法每段管道上都要有相应的标注，一般横向管线标注在管线的上方，竖向管线则标注在管线的左方；5.仪表的标注在管道及仪表流程图中，标注仪表位号的方法是将字母代号填写在圆圈的上半部分，数字编号填写在圆圈的下半部分P被测变量代号，I为仪表的功能代号，8是工段号，01是序号。1.化工设备总体上分类：一类称标准设备或定型设备:工艺设计的任务是根据工艺要求，计算并选择某种型号，以便订货。一类称非标准设备或非定型设备:工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他一些要求。由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造。三、设备布置选型和工艺设计的原则如下合理性先进性安全性经济性2.泵的选择方法和步骤：（1）列出基础数据（介质特性、操作条件、安装位置等）。（2）确定流量和扬程。（3）选择泵型及泵的具体型号。（4）核算泵的性能。（5）确定泵的几何安装高度。（6）确定泵的备用率和台数。（7）填写泵的规格表，作为泵的订货依据和汇总归档资料。3.换热器选型（考虑参数）（1）加热或冷却介质物性。（2）工艺所需温差、操作温度、压力。（3）价格。（4）要求达到交换的热负荷量。（5）对清洗、维修的要求。（6）设备结构材料、尺寸和空间的限制。3.换热器选型（工艺设计计算过程）（1）热负荷Q的计算。（2）热平衡计算，求G，确定冷却剂或加热剂的量。（3）确定ΔTm，（先设为单程）（4）假设传热系数K，求传热面积A。（5）选型（查手册）或设计，确定管径、管数、管长、壳径、排管、折流板、板间距等和其他结构。（6）核算K，A。（7）流体力学计算ΔP。（8）经济评价4、反应器的选型与设计1.反应器的设计要点（1）保证物料转化率与反应时间（2）满足反应的热传递要求（3）设计适当的搅拌器或类似作用的机构（4）注意材质选用和机械加工要求5、塔器的选型与设计1.塔型选择的基本原则（1）生产能力大，弹性好（2）满足工艺要求，分离效率高（3）运转可靠性高，操作、维修方便（4）结构简单，加工方便，造价较低（5）塔压降小工艺计算①根据工艺要求，确定塔顶、塔釜产品的质量②确定塔顶和塔釜操作压力③进行全塔物料衡算，列出全塔物料平衡表④根据气液相平衡关系，验算操作压力，并估算塔顶、塔釜温度⑤选定进料状态，确定进料温度⑥求最小回流比Rm，确定实际回流比R⑦求理论板数，确定加料位置⑧计算塔内温度分布，确定灵敏板位置⑨全塔热量衡算，塔釜再沸器、塔顶冷凝器热量衡算⑩计算或查图表求得板效率，最终确定实际塔板数6.化工设备图6.1化工设备图的分类（1）总图（2）装配图（3）部件图（4）零件图（5）管口方位图（6）表格图（7）标准图（8）通用图6.2.化工设备图的基本内容：（1）标题栏本栏主要为说明本张图纸的主题，包括：设计单位名称，设备名称，本张图纸名称，图号，设计阶段，比例，图纸张数，以及设计、制图、校核、审核、审定等人的签字及日期。（2）明细表明细表是说明组成本张图纸的各部件的详细情况，一般格式如下（3）管口表是将本设备的各管口用英文小写字母自上而下按顺序填入表中，以明确各管口的位置和规格等。（4）技术特性表技术特性表是化工设备图的一个重要组成部分，它将设备的设计、制造、使用的主要参数技术特性以列表的形式供施工、检验、生产中执行。（5）技术要求①通用技术条件②焊接要求③设备的检验④其他要求6.3化工设备图的视图表达特点（1）视图配置灵活由于化工设备的主体结构多为回转体，其基本视图常采用两个视图。立式设备一般为主、俯视图；卧式设备一般为主、左视图，用以表达设备的主体结构。当设备的高较高时，由于图幅有限，俯、左视图难于安排在基本视图位置，可以将其配置在图面的空白处，注明其视图名称，也允许画在另一张图纸上，并分别在两张图纸上注明视图关系即可。6.3化工设备图的尺寸分析及标注化工设备的尺寸标注，与一般机械装配图基本相同；但化工设备的尺寸数量稍多，有的尺寸较大，尺寸精度要求较低，允许注成封闭尺寸链（加近似符号）。化工设备的尺寸标注，除遵守《机械制图》GB4458.4-84中的规定外，还可结合化工设备的特点，使尺寸标注做到完整、清晰、合理。四、车间布置化工设计过程中，完成了工艺流程图和设备选型之后，进一步的工作就是将各工段与设备生产流程在空间上进行组合，布置；并用管道将各工段和各设备连接起来。（一）车间布置设计的程序、内容及相互关系Page55西北风NorthwestWind2011年的作品N甲醇原料区Methanol生产区ProductionArea辅助生产区AssistantArea厂前区PlantAropareaPage56西北风NorthwestWind2011年的作品N甲醇原料区Methanol生产区ProductionArea辅助生产区AssistantArea厂前区PlantAroparea57（二）、车间布置的内容车间布置内容合作：车间厂房布置、车间设备布置、厂房布置、各工段、各设施在车间的范围内，按照它们在生产中和生活中所起的作用进行合理的平面和立面布置。设备布置是根据生产流程中各种情况，把各种工艺设备在一定的区域内进行排列。58（三）、车间布置设计的原则①、最大限度地满足工艺生产包括设备维修的要求。②、有效利用车间建筑面积（包括空间）和土地。③、要为车间的技术经济指标、先进合理以及节能等创造条件。④、考虑其他专业对本车间布置的要求。⑤、要考虑车间的发展和厂房的扩建。⑥、车间中所采取的劳动保护、防腐、防火、防毒、防爆及安全卫生等措施是否符合要求。⑦、本车间与其他车间在总平面图上的位置合理，力求使他们之间输送管线最短，联系最方便。⑧、考虑建厂地区的气象、地质、水文等到条件。⑨、人流物流不能交错。59（四）、车间设备布置的内容车间设备是确定各个设备在车间平面与立面上的位置；确定场地与建筑物、构筑物的尺寸；确定管道、电气仪表管线、采暖通风管道的走向和位置。60（5）管道平面布置1、较重的管道（大直径、液体管道等）就布置在靠近支柱处，这样梁和柱所受弯矩小，节约管架材料。2、连接管廊同侧设备的管道布置在设备同侧的外边；连接管架两侧的设备的管道布置在公用工程管线的左、右两边。3、当采用双层管架时，一般将公用工程管道置于上层，工艺管道置于下层。4、管架上支管上切断阀应布置成一排，其位置应能从操作台或管廊上的人行道貌岸然上进行操作和维修。5、高温或低温的管道要用管托，将管道从管架上升高0.1m，以便于保温。6、支架间的距离要适当，固定支架距离太大时，可能引起因热膨胀而产生弯曲变形；活动支架距离大时，两支架之间的管道因管道自重而产生下垂。（六）、卧式容器管口方位图谢谢