第二篇 车间工艺设计

第二篇车间工艺设计一、根据项目性质分类（一）新建项目设计新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。（二）重复建设项目设计由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。（三）已有装置的改造设计一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。绪论二、根据设计性质分类（一）新技术开发过程中的设计(1)概念设计基础研究结束后，应进行概念设计。概念设计的规模应是工业化时的最佳规模。概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计，其作法可参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。(2)中试设计按照现代技术开发的观点，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。(3)基础设计基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。一、工程设计程序三阶段设计前期项目建议书→批准后即为立项可行性研究报告→批准后即可展开工程设计工程设计按国内审批要求分为初步设计→批准后建设单位即可开工施工图设计按国际常规做法分为工艺设计基础设计详细设计施工、安装、试车、性能考核及国家验收（验收后工厂投入正常运行）设计后期一、项目建议书项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括下列内容1.项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；2.产品需求初步预测；3.产品方案和拟建规模；4.工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）；5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应；6.建厂条件和厂址初步方案；7.环境保护；8.工厂组织和劳动定员估算；9.项目实施规划设想；10.投资估算和资金筹措设想；11.经济效益和社会效益的初步估算。二、可行性研究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。根据原化工部对“可行性研究报告”的有关规定，可行性研究报告的内容如下:1.总论。包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。2.需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。3.产品的生产方案及生产规模。4.工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应。6.建厂条件和厂址选择布局方案。7.公用工程和辅助设施方案8.环境保护及安全卫生。9.工厂组织、劳动定员和人员培训。10.项目实施规划。11.投资估算和资金筹措。12.经济效益评价及社会效益评价。13.结论包括综合评价和研究报告的结论等内容（二）工程设计根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。1．初步设计根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。2．扩大初步设计根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。3.施工图设计根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。施工图设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。二、车间工艺设计（一）车间工艺设计的内容1.工艺流程设计2.物料衡算3.能量衡算4.设备选型和工艺计算5.车间布置设计6.管道布置7.非工艺条件设计8.工艺部分设计概算三算二布置二设计（二）车间工艺设计的成果初步设计阶段以文字反映在说明书中，并附工艺设备一览表和带控制点的工艺流程图等施工图设计阶段图纸为主（修正的PID），文字为辅1.设计依据和设计范围2.生产规模、产品方案和包装方式3.原料、辅助原料和中间体的质量规格4.生产工艺操作说明5.物料衡算和原材料消耗6.能量衡算和主要工艺设备的选型及计算，工艺设备一览表7.生产制度和人员组成8.生产控制分析9.环境保护和三废处理10.附图：带控制点的工艺流程图、物料流程图、车间布置图、关键工艺设备总图（三）设计的基础条件1.生产工艺路线及方法2.物料衡算资料3.热量衡算资料4.设备设计资料原辅材料的供应、合成步骤、操作方法及收率、能量单位消耗、技术条件及设备要求，安全生产与环境保护等综合考虑，选一条合适的生产路线。化学反应原料、中间体、成品的规格、理化性质原料配比（理论、实际）反应热原料、中间体、成品的热容、相变热热损失流体力学过程设备的设计数据（粘度、阻力系数）传热过程设备的设计数据（传热系数、传热膜系数）传质过程设备的设计数据（干燥曲线、平衡数据）各种设备的结构图和材料5.车间布置资料6.管道设计资料7.非工艺设计资料平立面布置图、制药和精烘包部分布置的特殊要求管道布置图和施工说明、管道布置、管道及管件规格、材料管道敷设和架设方法，管道保温材料电力照明资料，自控仪表资料，防火卫生、地质水文资料注意：涉及知识产权，则要提供方以合同的方式转让适用第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图重要性是车间工艺设计的中心，着眼于全流程的优化（牺牲局部）第一节工艺流程设计的重要性和任务一、工艺流程设计的重要性最重要、基础的设计步骤，对后续的三算、二布置起决定性作用，决定车间或装置的基本面貌。设计者技术上先进可靠、经济上合理可行的工艺流程工艺流程设计生产工艺流程设计试验工艺流程设计工艺技术成熟的产品，中试成功需通过设计工业化的产品仅有文献资料，尚未进行试验和生产，技术复杂二、工艺流程设计的任务1.确定全流程的组成；生产过程的具体内容、顺序、组合方式2.确定载能介质的技术规格和流向制药生产中的载能介质有水、水蒸气、冷冻盐水、空气等3.确定生产控制方法工艺参数：T、P、V、pH等，对需要控制的工艺参数确定检测点、显示仪表和控制方法。4.确定安全技术措施预防和应急措施，报警装置，爆破片、安全阀、安全水封、溢流管、泄水装置、防静电、事故储槽、特别考虑开车、停车、停水、停电等非正常运转情况下可能存在的各种安全问题。6.编写工艺操作方法5.绘制不同深度的工艺流程图工艺流程框图工艺流程示意图带控制点的工艺流程图施工阶段的PID(管道仪表流程图)PID第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图一、工艺流程设计的基本程序由浅入深、由定性到定量、反复推敲、不断完善的过程工艺流程的选择确定工艺流程的组成和顺序绘制工艺流程框图绘制工艺流程示意图绘制物料流程图PFD绘制初步PID绘制施工阶段PID可行性、可靠性、先进性、最优设备条件参数、顺序、介质规格方框、文字、箭头定性图例、文字、箭头物衡、热量衡算定量设备、管道、仪表、设备一览表设备、管道、仪表、等作必要的修正、完善和说明二、工艺流程设计的基本方法——方案比较1.常用的判据技术经济指标：产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等；环保、安全、占地面积也应考虑。2.前提保持原始信息不变（过程的操作参数等）3.工程举例实例1在药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后加入活性炭脱色，最后再滤除活性炭等固体杂质，加设溶剂为低沸点易挥发的溶剂，确定适宜的过滤流程。E-1V-1溶解脱色釜粗品溶剂活性炭水蒸气去三废滤液过滤器溶剂放空方案1——常压过滤方案评判标准：过滤速度和溶剂收率过滤速度慢，不宜用方案2——真空抽滤方案E-1V-1溶解脱色釜活性炭抽滤器溶剂接真空滤液过滤速度加快，大量低沸点溶剂挥发损失，溶剂收率下降，不合理E-1V-1溶解脱色釜粗品溶剂活性炭水蒸气去三废滤液抽滤器溶剂E-2E-3V-2冷凝器冷却剂接真空接受罐方案3——真空抽滤－冷凝方案在出口设置冷凝管，回收低沸点溶剂，提高了溶剂的收率，较为合理方案4——加压过滤方案在压滤器的上部通入压缩空气或氮气，采用加压过滤方式，过滤速度快，且溶剂的挥发损失少，最合理E-1V-1溶解脱色釜粗品溶剂活性炭去三废滤液压滤器溶剂压缩空气或氮气放空实例2用混酸硝化制备混合硝基氯苯。已知混酸的组成为HNO3为47％，H2SO4为49％，H2O4％，氯苯与混酸中硝酸的摩尔比为1：1.1，反应开始温度为40～55℃，并逐渐升温至80℃，硝化时间为2h，硝化废酸中含硝酸小于1.6％，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1％，试通过方案比较，确定适宜的硝化及后处理工艺流程。E-1E-2V-1V-2E-3硫酸水硝酸配酸釜冷却水氯苯水蒸气硝化釜粗硝基物去精制分离废酸出售连续分离器冷却水方案1——硝化－分离方案分离后的废酸直接出售，可生产出合格的硝基氯苯问题：1.消耗大量硫酸，硫酸的单耗高；2.废酸中有硝酸和少量硝基氯苯，硝酸的单耗高，硝基氯苯的收率低；3.废酸的用途受限制。E-1E-2V-1V-2E-3硫酸水硝酸配酸釜冷却水氯苯水蒸气硝化釜粗硝基物去精制连续分离器冷却水E-5V-3V-4V-5氯苯萃取罐萃取废酸出售方案2——硝化－分离－萃取方案将氯苯和硝化废酸加入萃取罐，硝化废酸中的硝酸继续与氯苯硝化，生成硝基氯苯，回收废酸中的硝酸，降低了硝酸单耗，同时，生成的硝基氯苯一起进入氯苯层，提高了收率。问题：萃取废酸中仍含有1.2％～1.3％的氯苯，直接出售，硫酸的单耗仍然居高不下，而且增加了氯苯的单耗；废酸的用途受限E-1E-2V-1V-2E-3硫酸水硝酸配酸釜冷却水氯苯水蒸气硝化釜粗硝基物去精制连续分离器冷却水E-5V-3V-4V-5氯苯萃取罐E-8V-6回收硫酸E-9E-11V-7V-8V-9水蒸气接真空冷凝器浓缩釜接受罐去水处理回收氯苯冷却水方案2——硝化－分离－萃取－浓缩方案萃取后的废酸经减压浓缩后可循环使用，大大降低了硫酸的单耗，同时，由于氯苯与水可形成低