化工设计概论 第二章 工艺流程设计

1. 2. 3. 4. 5. 确定整个流程的组成。 确定每个过程或工序的组成。 确定操作条件。 控制方案的确定。 合理利用原料及能量，计算出整个装置 的技术经济指标。 6. 确定三废治理方法。 7. 制定安全生产措施。
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四、工艺流程设计的应注意和解决的问题
实验技术和实际生产中之间存在巨大差
距，需要设计人员必须具备工业化生产的概念。 如在实验室配制硫酸和硝酸的混合酸过程。
量发生的变化，物料的流向以及生产中所经历
的工艺过程和使用的设备仪表等。
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§2.2 工艺流程的设计
一、工艺流程设计的主要任务
二、工艺流程设计的内容
三、工艺流程设计的原则
四、工艺流程设计中应注意和解决的问题
五、工艺流程设计方法
六、工艺流程设计步骤
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一、工艺流程设计的主要任务
1 、确定生产流程中各个过程的具体内容，顺序和
组织方式，操作条件，控制方案，确定“三废”
治理方案，确定安全生产措施，达到加工原料
以制得所需产品的目的。 2 、在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺 流程图。
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二、工艺流程设计的内容
在化工设计中工艺流程的设计总是最早开 始，最晚结束。 一个典型的化工工艺流程一般可由六个单 元组成，如图所示。
（5）操作连续化问题。
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四、工作步骤 在对生产方法进行论证时应注意的问题：
（6）装置大型化。 （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。
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§2.2 工艺流程的设计
工艺流程设计是工艺设计的核心，它通过
工艺流程图的形式，形象地反映化工生产由原
料输入到产品输出的过程，其中包括物料和能
3、对各种生产方法进行技术、经济、安全等方面 的研究。 4、对选定生产方法做适当的修改。
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四、工作步骤 要收集的主要资料内容：
1. 各国生产情况、各种生产方法及其工艺流程。
2. 原料来源及成品应用情况。
3. 实验研究报告。 4. 原料、中间产品、产品和副产品的规格和性质。 5. 安全技术和劳动保护措施。 6. 综合利用及三废处理。
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二、工艺流程设计的内容
3、反应
反应是化工生产过程的核心。将原料按比例送 入反应器中，在适当条件下，发生化学变化得到产 品。 根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、 基本工艺条件来确定采用的操作条件、反应器类型 及采用的生产方式。
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二、工艺流程设计的内容
4、产品的分离
在实际反应过程中，往往会出现一些副产物或 不希望得到的杂质。反应结束后，将产品、副产品、 杂质与未反应的原料分离，再分别加以利用。 用于产物的净化、分离的过程，往往是整个工 艺过程中最复杂、最关键的部分，有时甚至成为制 约整个工艺生产能否进行的关键环节，是保证产品 质量的极为重要的步骤。
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五、工艺流程设计方法
确定工艺流程一般要经过三个阶段。
3．方案比较
下面用氨合成工艺流程工程实例来阐述“方案 比较”这一基本设计方法。 因而原则流程主要包含有：氨的合成、氨的分 离、原料气的补充、惰性气体的放空、增压和循环。 氨合成的原则流程见下图所示。
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氨冷器
冷交换器
气氨 液氨 新鲜气 液氨产品 合成塔 液氨产品 循环机
第二章 工艺流程设计
本章主要内容： 1）工艺路线选择。 2）工艺流程的设计。 例如：
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举例说明工艺路线的流程化
简化后的流程示意图
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§2.1 工艺路线选择
一、化工生产方法（工艺路线）
二、化工生产方法/工艺路线的选择
三、选择原则 四、工作步骤
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一、化工生产方法（工艺路线）
是将工厂全年生产的品种、产量、生产时间、生产 班次等作一个安排，形成一个化工生产的方案。 按目前化工生产的特点，连续性生产的工厂，全年 的生产时间可为8000h，约330天，每天三班连续生 产。间歇性的生产工厂，可按实际情况而定。 在安排生产方案时，尽量做到“四个满足”：
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三、选择原则
（5）安全技术及劳动保护措施
安全生产是化工厂生产管理的重要内容。 化工生产具有易燃、易爆、易中毒、高温、 高压、有腐蚀等特点，与其他工业部门相比具有 更大的危险性，因此从设备上、技术上、管理上 对安全予以保证，严格制订规章制度、对工作人 员进行安全培训，采用相应的劳动保护措施，做 好安全生产防护，达到安全生产的目的。
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二、工艺流程设计的内容
5、精制 分离后的产品要进行精制，成为合格产品以提 升其价值。这些产品或者是下一工序的原料，或者 作为商品直接进入市场流通。具有经济价值的副产 品，可经精制后销售。
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二、工艺流程设计的内容
6、贮存和包装 气体产品的贮藏、装瓶；液体产品的罐区设置、 装桶，甚至包括槽车的配备；固体产品的输送、包 装和堆放等等。
27. 8℃
28. 5M Pa
15M Pa 27.
65M Pa 26.
46M Pa 26.
合 成 塔
水 冷 器
38℃
冷 交 换 器
22. 3℃
氨 分 离 器
放 空 气
循 环 机
29M Pa 2℃ 10.
35℃ 新鲜气
液氨
30M Pa 29. 9℃ 31.
油分离器 35℃ 新鲜气
氨冷器
29. 11M Pa
产方法。
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三、选择原则
（1）先进性(技术上先进，经济上合理）。
首要条件是技术上先进可行、工艺路线成熟 可靠，体现当代化工生产水平的企业，才可能有 较大的竞争能力。 原材料及能源消耗少，成本低，产品质量好。 在评价时，应在同一规模情况下进行比较，以避 免规模效应的影响。
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三、选择原则
（2）可靠性。
(1)几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；
(2)产品的质量情况；
(3)生产能力及产品规格；
(4)原材料、能量消耗情况；
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五、工艺流程设计方法
确定工艺流程一般要经过三个阶段。
2．全面分析对比
全面分析对比的内容主要有以下几项：
(5)建设费用及产品成本；
(6)三废的产生及治理情况；
(7)其他需注意的情况。
三、选择原则
（7）环境保护
环境保护是建设化工企业必须重点审查的一 项内容，化工生产过程中易产生有毒、有害物质， 造成环境污染。因此，新建工厂的三废排放物必 须达到国家规定的排放标准，符合相关环境保护 法律法规的要求。
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四、工作步骤
1、全面收集拟定产品在国内外的各种生产方法资 料。
2、研究关键设备。
(1)满足产量质量的要求 (2)满足经济效益的要求
(3)满足安全生产的要求 (4)满足环境保护的要求
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二、化工生产方法/工艺路线的选择
这个阶段的任务是确定生产方法和生产流程，它 们是整个工艺设计的基础。运用所掌握的各种资
料，根据有关的基本理论进行不同生产方法和生
产流程的对比分析，从而选取一种先进合理的生
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三、选择原则
（6）综合利用及清洁生产
从产品的生命周期的全过程考虑，采用能耗、 物耗少的、污染物产生量少的清洁生产工艺，合 理利用自然资源，防止生态破坏。 从产品的设计、产品的寿命、产品报废后的 处置等是否合理进行充分地论证后再进行相应的 工艺设计，对在生产中排放出来的废物尽可能做 到循环利用和综合利用，从而实现从源头削减环 境污染，提高资源利用率。 11
新鲜气
27.34MPa 27.15MPa
26.95MPa
38°C
29.79MPa
合 成 塔
水 冷 器
氨 分 离 器
放 空 气
35°C
循 环 机
46.6°C
油 分 离 器
29.59MPa
液氨
氨冷器
20.8°C 29.11MPa
冷交换器
10.2°C 28.8MPa
图1 流程 A 示意图 循环机设在水冷器和氨冷器之间，放空气设在氨分离器后， 图4-4-4 流程A示意图 补充气设在冷交换器前 43
一个工艺过程除了上述的各单元外，还需要有 公用工程（水、电、气）及其他附属设施（消防设 施、辅助生产设施、办公室及化验室等）的配合。
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三、工艺流程设计的原则
1、尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的 科学技术成就，以保证产品质量。 2、充分利用原料，努力提高原料利用率，提高生 产率，采用高效率的设备，降低原材料消耗及 水电汽消耗，降低产品的生产成本，降低投资 和操作费用，以便获得最佳的经济效益。
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五、工艺流程设计方法
确定工艺流程一般要经过三个阶段。
3．方案比较
一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中 才能产生。
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五、工艺流程设计方法
确定工艺流程一般要经过三个阶段。
3．方案比较 下面用氨合成工艺流程工程实例来阐述“方案 比较”这一基本设计方法。
小合成氨厂合成工艺流程虽然各不相同，但实 现氨合成的几个基本原则是相同的，受化学平衡的 限制，氨的单程合成率很低，因此氨分离后未反应 的原料气返回合成塔循环利用。
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工 业 混 合 酸 流 程 图
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五、工艺流程设计方法
1. 参考现有的图纸或资料,进行改进完善。
2. 根据现有的生产装置进行工艺流程设计。
3. 根据实验室的实验装置，进行生产工艺流程 设计。 4. 由概念设计做起，由一个反应式开始进行工 艺设计。该设计主要适合实验流程的设计。
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五、工艺流程设计方法
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三、工艺流程设计的原则
3、确保安全生产，以保证人身和设备的安全，充 分预计生产的故障，以便即时处理，保证生产 的稳定性。 4、尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施， 以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回 收和综合利用。