第2章 工艺流程设计

2.2
工艺流程设计
一、流程设计的任务 1．确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组 合方式 2．绘制工艺流程图 应解决的问题：
(5) 合理利用原料及能量。

(1) 确定整个流程的组成。
(2) 确定每个过程或工序的组成。 (6) 制定三废的治理方法。
(3) 确定工艺操作条件。
(4) 控制方案的确定。
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2.3 工艺流程图
工艺流程图：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。
一、工艺流程图的种类

工艺流程图分类
在化工设计过程中要绘制的工艺流程图有工艺流程草图、
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(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。管道仪表流程图的图幅，一般应采用 0号(A0)标准尺寸图纸，也可用1号(Al)标准尺寸图纸。对同一装臵只能 使用一种规格的图纸，不允许加长、缩短（特殊情况除外）。 (2) 线条与比例 管道仪表流程图上的所有线条要清晰、光洁、均
未反应原料循环
所以，工艺流程设计主要是围绕这些过程而展开。
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（1）反应过程—核心 由反应过程特点，产品要求、物料特性、基本工艺条件决定反应器 类型(是否带搅拌，搅拌形式，是长是短，是否需要换热，除渣等)以及 采用连续性还是间歇性操作。 （2）原料预处理 根据反应对原料的要求，原料是否净化，预热、预冷，干燥，汽化， 粉碎筛分，提纯精制，混合配制等，如合成氨反应中的脱S、脱碳、变换、 预热和压缩皆是原料的预处理。 (3)产物的分离净化
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水
冷 凝 器 盐酸回收装置
液碱
冷凝器 氯 化 液 干 燥 器
冷凝器
原 料 苯 回收苯 苯 干 燥 器
氯 化 反 应 器
回收苯 粗 馏 塔
水 洗 塔
碱 洗 塔
精 馏 塔
产品
氯气
废水
废水
废水
再 沸 器 多 氯 苯
4．工艺管道及仪表流程图
管道仪表流程图（PI图）过去又称为施工流程图。管道仪表流程图 是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把化工工艺装 臵所需的全部设备、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，以起到描述工艺装臵结构和功 能的作用。 管道仪表流程图要求画出全部设备，全部物料管线和主要公用工
(2) 物流管线及流向箭头 画出全部物料管线和部分辅助管线，在管 线上用箭头表示物料的流向；
(3) 必要的文字注释 包括设备编号和名称、物料名称、物料流向等。
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学习目的和要求：
本部分是化工设计最重要的基础内容之一，工艺 流程反映了化工生产由原料到产品输出的过程。要求： 熟悉工艺方案的选择原则及确定步骤；

了解工艺流程设计的任务； 掌握工艺流程图包括的内容：比例与图幅、设备
的表示方法、管道的表示方法、阀门与管件的表示方法、 仪表控制点的表示方法；
掌握工艺流程图的绘制方法及阅读。
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二、生产方法和工艺流程确定的步骤
1．搜集资料，调查研究 收集资料主要包括以下几方面：技术路线特点(各种生产方法和工 艺流程)、工艺参数、原材料供应情况(原材料和水、电、汽燃料的用 量及供应)、产品质量、试验研究报告、基本建设投资、占地面积、 产品成本限制、厂址的地质、水文、气象资料、三废治理、安全劳动
图2-3 工艺管道及仪表流程图
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二、管道仪表流程图( PI图)
管道仪表流程图又称施工流程图包含如下内容：图形：将各设备的简单形状按 工艺流程次序，展示在同一平面上，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表 控制点符号等；标注：注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的 尺寸、数据等；图例：代号、符号及其他标注的注明，有时还有设备位号的索 引等；标题栏：用来注写图名、图号、设计阶段、设计单位等。 通常配有： 辅助管道及仪表流程图和公用系统管道及仪表流程图 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)。 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》 HG/T 20519－2009和《管道仪表流程图设计规定》HG 20559－93的有关规定进 行绘制。下面扼要地介绍有关规定的内容。
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。工艺物料流程图一般包括： (1) 图形 包括设备示意图形、各种仪表示意图形及各种管线示意图形； (2) 标注内容 主要标注设备的位号、名称及特性数据，如流程中物料的 组分、流量等； (3) 设备一览表 包括图名，图号、设计阶段等。
图2-2 M/DBT(苄基甲苯)工艺物料流程图
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3．带控制点的工艺流程图
初步设计阶段，工艺设计人员除了进行工艺计算、确定工艺流程外， 还应确定工艺参数的控制方案，并绘制带控制点的工艺流程图。带控
(4)产品的后处理 产物经过前述分离净化后达到合格的目的产品，有些产品可作为下一个工 序的原料，加工成其他产品；有些产品可直接作为商品。但往往还需要进 行一定的后处理工序，如筛选、包装、灌装、计量、输送、贮存等过程。
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工艺物料流程图、带控制点的工艺流程图及管道仪表流程 图等。
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1、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。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表三个部分组成。 其中物料流程包括： (1) 设备示意图 设备可按大致几何形状画出，设备位臵的相对高低 不要求准确，但要标出设备名称及位号；
再 沸 器
图1 氯苯生产工艺流程示意图
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2．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设计成
保护措施、车间环境与周围的情况以及各种技术路线的发展情况与动
向等。 2．生产设备类型与制造厂商调研(落实设备)
设备主要包括以下2种类型：定型设备：国内购买或进口
非定型设备：需设计制造
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3. 对调研结果进行全面分析对比
全面分析对比的主要内容 ： 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； ⑤ 建设费用及产品成本； ⑥ 三废的产生及治理情况；
⑦ 他特殊情况。
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(4) 物料表 在流程下方用物料表的形式分别列出物料的名称、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的结果，例如在换热器旁注出其热负荷。
图2-2是M/DBT工艺物料流程图。
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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。
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第二章 工艺流程设计
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 典型设备的自控流程 2.5 工艺流程图计算机绘制软件简介
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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
1．先进性:
2．可靠性:
技术上的先进性和经济上的合理性
生产方法和工艺流程应成熟可靠
3．结合国情:中国人的消费水平和消费趋势；
程管线，以及开车、停车、事故、维修、取样、备用、催化剂再生所设
臵的管线和全部阀门、管件，标注所有测量、调节仪表和控制器的安装 位臵和功能代号，并符合HG/T 20519.2-2009的规定。
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中国机械设备和电气仪表的制造能力；
化工原料及设备用金属材料供应情况； 环保法规和三废排放情况； 劳动就业和自动化水平关系； 资金筹措的情况。
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设计思想的基本观点
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 服从国家近期和远期经济发展规划目标, 执行党和国家各种方针政策。 严格遵守法律、法规、标准、规范和技术规定。 重视国土资源的合理配臵利用, 资源的综合利用。 重视企业的经济效益的同时, 还应注意社会效益。 重视产品的国内、国际市场的调查和预测发展趋势。 化工厂设计要符合经济规模, 而不是规模经济。 设计者应是先进技术的组织者和推广。 采用的技术装备应尽量提高国产化率。 尽量降低原材料、燃料消耗,降低能耗,减少人员,降低产品成本,提高 劳动生产率。 (10) 工厂设计要设法减少投资。 (11) 搞好工厂环境保护,保持生态环境良好,重视劳动保护和安全卫生。 (12) 便于实现工厂现代化经营管理。
(7) 制定安全生产措施。
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二、工艺流程设计方法
化工生产的目的通常都是通过化学方法将各种原料加
工成为合格产品，其过程通常包含以下几个部分：
原料 预处理 化学 反应 产物 后处理
原 料
来自百度文库
产 品
(5)未反应原料的循环与利用 因为原料在化学反应中不是全部转化为产品，剩余的原料组分在产物 处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。例如，合 成甲醇生产中，有大量未反应原料气都通过冷却分离，加压循环返回到合 成塔。因此循环方式就必须精心设计。 (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