第二章 工艺流程设计

第二章工艺流程设计《化工设计》第二章工艺流程设计《化工设计》《化工设计》•本章主要内容：2.1生产方法和工艺流程的选择2.2工艺流程设计2.3工艺流程图2.4典型设备的自控方案2.5工艺流程图计算机绘制软件简介•本章重点难点：工艺流程选择原则和设计方法；工艺流程图的类型及其绘制法；设备、管道、阀门与管件、自控方案的表示方法。第二章工艺流程设计第一节生产方法和工艺流程的选择•教学内容：•理解生产方法和工艺流程选择的原则和生产方法和工艺流程确定的步骤和内容。•重点和难点：•重点掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。《化工设计》•2.1生产方法和工艺流程的选择•一、生产方法和工艺流程选择的原则•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：1.先进性2.可靠性3.合理性2.1生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计《化工设计》•2.1生产方法和工艺流程的选择•二、生产方法和工艺流程确定的步骤•确定生产方法和工艺流程时，通常要经过下列几个阶段：•1.资料搜集与项目调研；•2.生产设备类型与制造厂商调研；•3.对调研结果进行全面分析对比。2.1生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计第二节工艺流程设计•教学内容：•理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。•重点和难点：•重点掌握工艺流程设计的步骤和内容，以及反应过程、原料预处理过程、产物的分离净化过程设计应考虑的问题。•难点是综合运用所学知识，以反应过程为核心，根据反应过程的特点，提出对原料预处理过程、产物的分离净化过程的的要求，组织工艺流程。《化工设计》•2.2工艺流程设计•一、工艺流程设计的任务•（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）原料与能量的合理利用；•（6）制定“三废”处理方案；•（7）制定安全生产措施。2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计《化工设计》•2.2工艺流程设计•二、工艺流程设计的方法•工艺流程设计方法，首先要看所确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；后者须针对新技术开发进行概念设计。•工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分离净化）过程和“三废”的处理过程。第二章工艺流程设计2.2工艺流程设计《化工设计》•工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：（1）以反应过程为中心（2）原料预处理过程（3）产物的分离净化（4）产品的后处理（5）未反应原料的循环与利用（6）确定“三废”排出物的处理措施（7）确定公用工程的配套措施（8）确定操作条件和制定控制方案（9）制定切实可靠的安全生产措施（10）保温、防腐的设计第二章工艺流程设计2.2工艺流程设计第三节工艺流程图•教学内容：•理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表•控制点的表达方法。•重点和难点：•重点掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注内容和方法。•难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（一）工艺流程草图工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，是工艺流程图设计的依据。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计图2-1脱硫系统工艺方案流程图1一罗茨鼓风机；2一脱硫塔；3一氨水槽；4-1、4-2一氨水泵；5一空气鼓风机；6一再生塔；7一除尘塔《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（二）工艺物料流程图工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。它是初步设计阶段的没计成品，提交设计主管部门和投资者审查，并用作投产后的操作与技术改造的重要资料。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（三）带控制点的工艺流程图•带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导性文件，也是各专业开展设计的依据之一。•带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助物料管线、主要阀门，以及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制的方案。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图一、工艺流程图的种类（四）管道仪表流程图管道仪表流程图(PI图)是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、仪表、管道及主要管件，按其各自的功能，为满足工艺要求和安全、经济目的而组合起来，以起到描述工艺装置结构和功能的作用。PI图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)。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•管道仪表流程图(PI图)应依据“化工工艺设计施工图内容和深度统一规定”HG20519-92和“管道仪表流程图设计规定”HG20559-93的有关规定进行绘制。•（一）通用设计规定•1、图纸规格与图幅管道仪表流程图的图纸应采用标准规格，并带有设计单位名称的统一标题栏。图幅应采用0号(A0)标准尺寸图纸，也可用1号(Al)标准尺寸图纸。•2、线条与比例•3、文字与字母的标注•4、图面布置2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（二）设备的表示方法•1、图形•化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按HG20519.31规定的设备和机械的图例画出能够显示设备形状特征的主要轮廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件(内、外构件亦用中线条)。•常用设备和机械的图形画法，可参见表2-2，其他设备可参照画出。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（二）设备的表示方法•2、设备的标注•（1）标注的内容工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。•（2）设备的位号每台设备均有相应的位号;设备位号由两部分组成，前部分用大写英文字母表示设备类别;后部分用阿拉伯数字表示设备所在位置(工序)及同类设备的顺序，一般数字为3-4位。•例如，图2-3中的“J101”，由三部分组成：J为设备类别代号。•（3）标注的方式PI图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表示在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部注写设备位号，在位号线下部注写设备名称。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（三）管道的表示方法•1．管道的画法•2、管道的标注2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（四）阀门与管件的表示方法2.3工艺流程图第二章工艺流程设计《化工设计》•2.3工艺流程图•二、管道仪表流程图(PI图)•（五）仪表控制点的表示方法•管道仪表流程图上要以规定的图形符号和文字代号，表示出在设备、机械、管道和仪表站上的全部仪表。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计表2-11仪表安装位置的图形符号第四节典型设备的自控方案•教学内容：•理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控设计条件的内容。•重点和难点：•重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。•难点是如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•一、泵类的自控方案•1.离心泵•离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，如图2-7(a)。也可以使用旁路调节方法(见图2-7(b))，旁路调节耗费能量，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(a)控制泵的出口阀门开度(b)控制泵的出口旁路图2-7离心泵的拴制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•二、压缩机的自控方案•2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计图2-9压缩机分程控制方案图2-10压缩机旁路控制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•三、换热器的自控方案2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(a)改变被控物料流量(b)改变物料旁路流量图2-12控制被控物料流量的控制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•四、反应器的自控方案•(一)釜式反应器的温度自动控制2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(c)载热体流量釜温串级控制(d)夹套温度釜温串级控制(e)釜压釜温串级控制图2-16釜式反应器的温度控制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•四、反应器的自控方案•(二)固定床反应器的温度控制2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(a)用进料浓度控制(b)用进料温度控制Ⅰ(c)用进料温度控制Ⅱ(d)用冷料量控制图2-17固定床反应器的控制方案《化工设计》•2.4典型设备的自控方案•五、蒸馏塔的控制方案2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计(a)提馏段控制方案(b)精馏段控制方案图2-18蒸馏塔原则控制方案第五节工艺流程图计算机绘制软件•教学内容：•运用多媒体手段演示用PIDCAD绘制工艺流程图的过程，理解PIDCAD的工作界面和绘制工艺流程图的步骤和方法。•重点和难点：•有条件的院校，应上机让学生运用计算机绘制一个简单过程的管道仪表流程图，重点掌握设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的绘制方法和管道标注内容和方法。•难点是绘制工艺流程图的顺序，以及各种管线的类型、线宽的确定，阀门类型的确定。《化工设计》•2.5工艺流程图计算机绘制软件简介•一、计算机在绘制工艺流程图中的应用•流程图绘制软件常用美国Autodesk公司的AutoCAD200x。•利用其本身强大的开发功能进行了AutoCAD的二次开发，出现了很多专业软件：例如AspenTech公司AspenPlus；加拿大VMG集团(VirtualMaterialsGroup)开发的VMGSim；Chemstations公司的ChemCAD；青岛伊科思技术工程有限公司开发的ECSS化工之星等。•绘制管道仪表流程图还必须使用专门的软件，例如：上海尤里卡的PEDS三维配管工程设计系统、中科辅龙的PDSOFT三维工厂设计软件等都有绘制管道仪表流程图的功能，深圳维远泰克公司还推出一款专门用于绘制工艺流程图的软件PIDCAD。2.5工艺流程图计算机绘制软件简介第二章工艺流程设计《化工设计》•2.5工艺流程图计算机绘制软件简介•二、用PIDCAD软件简介•PIDCAD软件是深圳市维远泰克科技有限公司开发研制的，是基于Windows操作系统和AutoCAD2002、AutoCAD2004、AutoCAD2006平台从事工程设计、绘制管道、物料及仪表流程图的专业软件。按行业标准，建有国家标准图幅库、设备符号库、阀门库、仪表库。利用PIDCAD软件绘制的工艺物料及管道和仪表流程图，使工厂的工艺、设备设计与管理变得更加简单、实用、高效。•PIDCAD软件操作简单、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用；结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。2.5工艺流程图计算机绘制软件简介第二章工艺流程设计