化工设计概论第二章

任课教师：任课教师：包宗宏包宗宏2/50包宗宏本章内容2.12.1工艺路线选择工艺路线选择2.22.2工艺流程的设计工艺流程的设计2.32.3工艺流程图的绘制工艺流程图的绘制2.42.4典型设备的控制方案典型设备的控制方案3/50包宗宏第2章工艺流程设计工艺流程图设计是化工厂设计的核心，决定了整个建设的先进工艺流程图设计是化工厂设计的核心，决定了整个建设的先进性、可靠性、经济性。性、可靠性、经济性。工艺流程设计的两大任务：工艺流程设计的两大任务：⑴确定工艺过程的具体内容,包括:确定采用多少工序构成生产全过程?各工序具体任务?各工序间如何连接?由什么设备来完成各工序任务?设备操作条件?控制方案?选择仪表?公用工程及配套措施?三废治理方案?安全生产措施?⑵绘制不同阶段的流程图(工艺包、基础工程设计、详细工程设计)。PFDPCDPID4/50包宗宏第2章工艺流程设计为其它专业提供条件设备概略布置设备条件提出和选型物能衡算、确定操作控制条件确定流程(PFD,PCD,PID)工艺专业化工工程师的职责：化工工程师的职责：流程图设计工作开始最早、结束最晚。流程图设计工作开始最早、结束最晚。涉及到工艺计算、设备涉及到工艺计算、设备选型、设备布置、仪表选型、设备布置、仪表选型、管道布置等选型、管道布置等;;流程图确定后流程图确定后,,其他其他非工艺专业才能开非工艺专业才能开始工作，而非工艺始工作，而非工艺专业设计中的变化专业设计中的变化又会影响到流程图又会影响到流程图;;6/50包宗宏2.1工艺路线选择2.1.12.1.1选择原则选择原则(1)(1)先进性先进性包含两个方面：技术上先进，经济上合理。具体体现在以下包含两个方面：技术上先进，经济上合理。具体体现在以下几个方面：几个方面：①是否符合国家有关的政策及法规；①是否符合国家有关的政策及法规；②生产能力大小；②生产能力大小；③原、辅材料和水、电、汽等公用工程的单耗；③原、辅材料和水、电、汽等公用工程的单耗；④产品质量优劣；④产品质量优劣；⑤劳动生产率高低；⑤劳动生产率高低；⑥建厂时的投资、占地面积、产品成本以及投资回收期等；⑥建厂时的投资、占地面积、产品成本以及投资回收期等；⑦尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施；⑦尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施；⑧确保安全生产，以保证人身和设备的安全，保证生产的稳定⑧确保安全生产，以保证人身和设备的安全，保证生产的稳定性。性。7/50包宗宏2.1工艺路线选择2.1.12.1.1选择原则选择原则⑵可靠性⑵可靠性选择技术路线的成熟程度选择技术路线的成熟程度??只有具备工业化生产的工艺技术路线才能称得上是成熟的。只有具备工业化生产的工艺技术路线才能称得上是成熟的。⑶结合国情，因地制宜⑶结合国情，因地制宜提高原料利用率，提高生产率，采用高效率的设备，降低原材提高原料利用率，提高生产率，采用高效率的设备，降低原材料消耗、水电汽消耗、产品的生产成本、投资和操作费用料消耗、水电汽消耗、产品的生产成本、投资和操作费用。。上述三项原则中，上述三项原则中，可靠性是工艺路线选择的首要原则可靠性是工艺路线选择的首要原则，在可靠，在可靠性的基础上全面衡量，综合考虑。性的基础上全面衡量，综合考虑。8/50包宗宏2.1工艺路线选择2.1.22.1.2工作步骤工作步骤⑴⑴搜集资料，调查研究搜集资料，调查研究有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料。有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料。例：例：国外国外MIBKMIBK产品需求概况调查（产品需求概况调查（20072007））9/50包宗宏2.1工艺路线选择例：国内MIBK产品主要生产厂家概况（2007）19000总计720002010年国内需求引进韩国SYHI公司技术，较先进丙酮一步法15000吉化集团精细化学品有限公司同上丙酮一步法1000濮阳市黄河化工厂国内技术不成熟，已停产丙酮一步法1000金陵石化公司化肥厂同上异丙醇法1000锦西炼油化工总厂较落后丙酮三步法1000上海太平洋化工集团公司溶剂厂备注生产方法生产能力t/a生产厂家10/50包宗宏2.1工艺路线选择2.1.22.1.2工作步骤工作步骤⑵⑵落实关键设备落实关键设备对生产设备类型与制造厂商调研；对生产设备类型与制造厂商调研；⑶对各种生产方法进行技术、经济、安全性等方面的全面比较⑶对各种生产方法进行技术、经济、安全性等方面的全面比较①①几种工艺路线在国内外采用的现状及其发展趋势；几种工艺路线在国内外采用的现状及其发展趋势；②②产品质量和规格；产品质量和规格；③③生产能力；生产能力；④④原材料、能量消耗；原材料、能量消耗；⑤⑤综合利用及三废治理；综合利用及三废治理；⑥⑥建厂投资及产品最终成本。建厂投资及产品最终成本。11/50包宗宏例：MIBK产品原料消耗、公用工程消耗定额比较表(2007)2.1工艺路线选择12/50包宗宏2.1工艺路线选择2.1.22.1.2工作步骤工作步骤⑷对选定生产方法做适当修改⑷对选定生产方法做适当修改①要满足产品性能规格的要求；①要满足产品性能规格的要求；②要采用新技术和新工艺；②要采用新技术和新工艺；③选用的工艺路线必须具备工业化生产的条件；③选用的工艺路线必须具备工业化生产的条件；④要对各项技术经济指标进行比较；④要对各项技术经济指标进行比较；⑤要考虑连续化问题；⑤要考虑连续化问题；⑥⑥要考虑装置大型化问题，装置的投资和生产能力关系为：要考虑装置大型化问题，装置的投资和生产能力关系为：⑦治理三废，消除污染；⑦治理三废，消除污染；⑧提高自动化水平，尽量利用计算机进行生产控制和管理。⑧提高自动化水平，尽量利用计算机进行生产控制和管理。0.6~0.82211()CIIC=小型装置投资大型装置所需投资大型装置生产能力小型装置生产能力14/50包宗宏2.2工艺流程的设计工艺路线确定后，即可进行工艺流程的设计工艺路线确定后，即可进行工艺流程的设计。。工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌，工艺流程设计工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌，工艺流程设计也是工艺设计的核心。也是工艺设计的核心。工艺流程设计涉及各个专业方面，必须根据各方面的反馈信息工艺流程设计涉及各个专业方面，必须根据各方面的反馈信息修改原先的工艺流程，因此工艺流程设计是逐步深化的过程。修改原先的工艺流程，因此工艺流程设计是逐步深化的过程。流程框图管道及仪表流程图实际工业生产流程图15/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.12.2.1工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则①①尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的科学技术尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的科学技术;;在保证可靠性的前提下，尽可能选择先进的工艺技术路线。在保证可靠性的前提下，尽可能选择先进的工艺技术路线。如果先进性和可靠性二者不可兼得，宁可选择可靠性大而先如果先进性和可靠性二者不可兼得，宁可选择可靠性大而先进性稍次些的工艺技术作为流程设计的基础。进性稍次些的工艺技术作为流程设计的基础。②②保证原料利用率，采用高效率的设备，降低原材料消耗及水保证原料利用率，采用高效率的设备，降低原材料消耗及水电汽消耗，降低产品的生产成本，降低投资和操作费用电汽消耗，降低产品的生产成本，降低投资和操作费用;;采用标准型、结构简单和造价低廉的设备；采用标准型、结构简单和造价低廉的设备；16/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.12.2.1工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则厂址靠近原料基地和销售地域，或有相应规模的交通运输系统；厂址靠近原料基地和销售地域，或有相应规模的交通运输系统；大化工向大型、高效、节能、自动化、微机控制发展；大化工向大型、高效、节能、自动化、微机控制发展；精细化工产品向小批量、多品种、高质量方向发展；精细化工产品向小批量、多品种、高质量方向发展；减少不必要的辅助设备或辅助操作；减少不必要的辅助设备或辅助操作；选用适宜的耐久抗蚀材料；选用适宜的耐久抗蚀材料；工序和厂房的衔接安排要合理。工序和厂房的衔接安排要合理。17/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.12.2.1工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则③确保生产安全，以保证人身和设备安全，充分预计可能的③确保生产安全，以保证人身和设备安全，充分预计可能的生产故障，在设计中有应对措施；生产故障，在设计中有应对措施；④尽量减少三废排放量，有完善的三废治理、回收和综合利④尽量减少三废排放量，有完善的三废治理、回收和综合利用措施；用措施；⑤尽量采用机械化和自动化操作。⑤尽量采用机械化和自动化操作。18/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.22.2.2工艺流程设计中应解决的问题工艺流程设计中应解决的问题⑴确定整个流程的组成⑴确定整个流程的组成采用多少工序来实现全过程？采用多少工序来实现全过程？每个单元过程的具体任务每个单元过程的具体任务((即物料通过时要发生什么物理变即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化和能量变化化、化学变化和能量变化))？？工序之间如何连接？工序之间如何连接？⑵确定每个过程或工序的组成⑵确定每个过程或工序的组成完成这一工序所需的设备形式及其数量？完成这一工序所需的设备形式及其数量？各设备之间如何连接？各设备之间如何连接？明确每台设备的作用和它的主要工艺参数；明确每台设备的作用和它的主要工艺参数；19/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.22.2.2工艺流程设计中应解决的问题工艺流程设计中应解决的问题⑶确定操作条件⑶确定操作条件确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件；的操作条件；⑷⑷确定控制方案确定控制方案确定控制方案，选用合适的控制仪表。要考虑正常生产、开确定控制方案，选用合适的控制仪表。要考虑正常生产、开停车和检修所需要的各个过程的连接方法，最后完成管道及停车和检修所需要的各个过程的连接方法，最后完成管道及仪表流程图；仪表流程图；⑸⑸合理利用原料及能量，计算出整个装置的技术经济指标合理利用原料及能量，计算出整个装置的技术经济指标确定水、电、蒸汽和燃料的消耗，确定各个生产过程的效确定水、电、蒸汽和燃料的消耗，确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率率，得出全装置的最佳总收率;;20/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.22.2.2工艺流程设计中应解决的问题工艺流程设计中应解决的问题⑹⑹确定三废治理方法确定三废治理方法对三废尽量综合利用，暂时无法回收利用的，需妥善处理对三废尽量综合利用，暂时无法回收利用的，需妥善处理;;⑺⑺制定安全生产措施制定安全生产措施对化工装置在开车，停车、长期运转以及检修过程中，可对化工装置在开车，停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行分析，制订出可靠的安全措施能存在哪些不安全因素进行分析，制订出可靠的安全措施;;21/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.32.2.3工艺流程设计的步骤工艺流程设计的步骤实验室的实验流程和实验装置与实际工业生产之间存在巨实验室的实验流程和实验装置与实际工业生产之间存在巨大差距，在实验室一个非常简单的过程，可是到实际生产大差距，在实验室一个非常简单的过程，可是到实际生产中，就变得很复杂。中，就变得很复杂。示例1：硫酸硝酸混合22/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.32.2.3工艺流程设计的步骤工艺流程设计的步骤硫酸硝酸混合工艺流程图23/50包宗宏2.2工艺流程设计24/50包宗宏2.2工艺流程设计2.2.3.12.2.3.1概念设计阶段工艺流程设计概念设计阶段工艺流程设计主要内容是先将工艺路线的流程化，然后完善流程，进行多方主要内容是先将工艺路线的流程化，然后完善流程，进行多方案比较，最后选择一最佳方案。案比较，最后选择一最佳方案。(1)(1)工艺路线的流程化工艺路线的流程化一个典型的化工工艺流程一般可由六个单元组成：一个典型的化工工艺流程一般可由六个单元组成：保证连续或间歇生产的需要。液体、保证连续或间歇生产的需要。液体、气体原料需设一定容量的贮罐，固气体原料