化工设计 第二章 工艺流程设计

2. 可靠性 可靠性是指生产方法和工艺流程是否成熟可靠。
应坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产 厂当作试验工厂来进行设计。另外，要考虑原料供 给的可靠性。
3. 合理性 合理性是指设计时应结合我国国情。应该着重
考虑消费水平和趋势、原材料供应、设备和仪表技 术和制造能力、环保、就业、资金。
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二、生产方法和工艺流程确定的步骤
3. 管道的表示方法
画出全部工艺管道、阀门和主要管件，表示出与设备、 机械、工艺管道相连接的全部辅助物料和公用物料的管道。
（1）管道画法
• 线型规定：各种常用管道的线型见表2-1。 • 交叉和转弯：尽量避免，不能避免注意断开间隙； • 放气、排液及液封：注意位置； • 管道仪表流程图工艺物料管道一般采用左进右出；辅
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二、生产方法和工艺流程确定的步骤
具体搜集和整理的内容主要有以下几个方面: ① 国内外各种生产方法及工艺流程，生产现状和发展规划； ② 原料来源、产品特点及应用情况； ③ 试验研究技术报告； ④ 综合利用及 “三废”处理情况； ⑤ 生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度； ⑥ 安全技术、劳动保护与卫生措施； ⑦ 设备的大型化及制造、运输情况； ⑧ 基本建设投资和产品生产成本、车间占地面积； ⑨ 水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应； ⑩ 厂址、地质、水文、气象等资料；工厂环境与周围
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第三节 工艺流程图
工艺流程图是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 二、管道仪表流程图
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一、工艺流程图的种类
按设计阶段不同 •工艺方案讨论阶段
工艺流程草图（方框图、示意图）
• 初步设计文件阶段
工艺物料流程图、带控制点的工艺流程图
设备在施工图和初步设计中编号和名称应一致。 设备位号：设备均有相应的位号，如“J101”，三
部分组成：① J为设备类别号，② 第一个数字1表示 工序代号，③ 01为设备在该工序同类设备中的顺序 号。
标注的方式：①设备位号标在设备旁; ②设备的位 号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方。
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二、管道仪表流程图
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一、工艺流程设计的任务
2.工艺流程设计的步骤
（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。
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二、工艺流程设计的方法
• 工艺流程设计的方法：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。
➢ 制定合理的控制方案，确保能稳定生产出合格 的产品；
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二、工艺流程设计的方法
制定切实可靠的安全生产措施
➢ 选择合适的设备材质和采取保证结构安全的措 施；
➢ 适宜部位设置放空管、事故槽、安全阀、阻火 栓、安全水封、防爆膜等。
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二、工艺流程设计的方法
保温、防腐设计
➢ 需要保温的场合：设备和管道表面温度超过 50℃，介质要求不结晶、不凝结，制冷系统介 质输送需要保冷、介质温度低于周围露点温度 需要保冷等；
的情况。
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二、生产方法和工艺流程确定的步骤
2. 生产设备类型与制造厂商调研
✓设备是完成化工生产的重要条件； ✓定型设备、需要进口的设备及需要设计的设备
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二、生产方法和工艺流程确定的步骤
3. 对调研结果进行全面分析对比
① 各种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； ② 产品的质量指标和产品规格情况； ③ 生产能力及工艺技术条件情况； ④ 主要原材料和能量消耗情况； ⑤ 建设费用及产品生产成本情况； ⑥ “三废”的产生及治理情况； ⑦ 安全生产与劳动保护措施 ⑧ 其他特殊情况。
图2-2 阿司匹林的生产工艺流程图
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一、工艺流程图的种类
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一、工艺流程图的种类
2. 工艺物料流程图（PFD)
• 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。
• 工艺物料流程图中的设备外形不必精确。
• 流程下方用物料表的形式分别列出物料的名称、 质量流量、质量分数及mol流量、mol分数等， 一般在设备附近列出热量衡算的结果。
助和公用物料管道不受左进右出限制。注意管道图纸 连接的画法。
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二、工艺流程设计的方法
确定公用工程的配套措施
➢ 工艺用水：软水、冷却水、溶剂用水、洗涤用 水等；
➢ 蒸汽：原料用汽、加热用汽、动力用汽等； ➢ 压缩空气、氮气、冷冻、真空等； ➢ 生产用电、上下水、空调、采暖通风等。
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二、工艺流程设计的方法
确定操作条件和制定控制方案
➢ 工艺操作条件包括：各个单元设备的物料流量、 组成、温度、压力等；
化工设计
赵云鹏
中国矿业大学化工学院
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第二章 工艺流程设计
• 工艺流程设计是工艺设计的核心。 • 工艺流程设计的成品通过图解形式表示—
工艺流程图，它反映了化工生产由原料到 产品的全部过程，既物料和能量的变化， 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。
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第二章 工艺流程设计
• 第一节 生产方法和工艺流程的选择 • 第二节 工艺流程设计 • 第三节 工艺流程图 • 第四节 典型设备的自控方案 • 第五节 工艺流程图计算机绘制软件
（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。
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二、工艺流程设计的方法
反应过程 ➢ 工艺流程设计的核心；
反应器类型； 连续操作或间歇操作； 是否需要外供能量或移出热量； 催化剂的类型和方式。
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二、工艺流程设计的方法
产品的后处理
➢ 筛选、包装、灌装、计量、输送、储存等过程。
未反应原料的循环和利用
➢ 返回反应设备继续参与反应； ➢ 引出加工成其其他产物；
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二、工艺流程设计的方法
确定“三废”排出物的处理措施
➢ 综合利用、变废为宝； ➢ 达到排放标准； ➢ “三废”治理工艺与主产品设计同时设计、施
工和投产运行； ➢ 污染问题不解决，不允许开工生产。
• 工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、 反应过程、产物的处理（分离净化）过程和 三废”的处理过程。
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二、工艺流程设计的方法
• 工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：
（1）反应过程；
（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；
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一、生产方法和工艺流程选择的原则
选择生产方法和工艺流程的三项原则： 1.先进性 先进性是指技术上的先进和经济上的合理可 行。 先进性评价包括：基建投资、产品成本、消 耗定额和劳动生产率等方面。应选择物料损耗小、 循环量少并利于回收利用，能量消耗少和环境友 好的生产方法 。
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一、生产方法和工艺流程选择的原则
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二、管道仪表流程图
2.பைடு நூலகம்设备的表示方法
（1）图形
设备可不按比例、用中线条画出设备主要轮廓，并表示 出设备类别特征以及内部、外部构件（内外部构件亦用中线 条）。在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平 台。常用设备和机械的图例和代号见表2-2。
筛板塔塔板
浮阀塔塔板
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二、管道仪表流程图
（2）设备的标注 标注内容：设备位号及名称，设备位号不得重复，
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一、工艺流程图的种类
图2-4 M/DBT 工艺物料流程图 33
一、工艺流程图的种类
3. 带控制点的工艺流程图（PID)
• 一个工程项目设计文件的指导性文件，各专业开 展设计的依据；
• 画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助物料管 线、主要阀门；
• 工艺参数（温度、压力、流量、液位、物料组成、 浓度等）测量点，并表示出自动控制的方案。
（1）确定生产流程中全部生产过程的具体内容、 顺序和组合方式，达到由原料制得所需产品的目的；
（2）绘制工艺流程图。要求以图解的形式表示生 产过程中，当原料经过各个单元操作过程制得产品时， 物料和能量发生的变化及其流向，以及采用了哪些化 工过程和设备，再进一步通过图解形式表示出化工管 道流程和计量控制流程。
➢ 保温设计任务：选择保温材料和确定保温层厚 度，确定保温结构。
➢ 选择合适耐腐蚀材料、防腐衬里和涂层。
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二、工艺流程设计的方法
方案比较
➢ 工艺设计往往有多个方案； ➢ 方案比较判据：收率、原料消耗、能量单耗、
产品成本、工程投资等； ➢ 需考虑环保、安全、占地面积； ➢ 方案比较前提：保持过程操作参数不变； ➢ 方案比较方法：人工比较法、计算机比较法
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二、管道仪表流程图
1. 通用设计规定
（1）图纸规格与图幅
图纸采用标准规格，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。同一装置只能使用一种规格的图纸。
（2）线条和比例
线条清晰、光洁、均匀，线与线间要有充分的间隔，同 一类线条宽度应一致，不应小于0.25mm。管道仪表流程图 上的线条宽度推荐值见表2-1。
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二、管道仪表流程图
• PI图在基础工程设计阶段应绘制A版图(初版)、B 版 (内审版)、C版 (用户版)及D版(确认版)；在 详细工程设计阶段应绘制E版 (详1版)、F版 (详2 版)、G版(施工版)。
• PI图以车间（装置）或工段（分区或工序）为主 项进行绘制，原则上一个主项绘一张图样。
• 管道仪表流程图样包括如下内容：( l ）图形； ( 2 ）标注；( 3 ）图例；（4 ）标题栏。
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二、管道仪表流程图
（3）文字与字母的标注
匀称、工整，尽量用工程字体。字体大小高度符合要求。
（4）工艺管道仪表流程图
一般按装置的工序来分别绘制，只有当工艺过程比较简 单时才按装置绘制。
（5）备注栏、详图和表格 （6）图面布置
设备从左到右排布，不同类型设备布置高度不同，对有 安装高度的操作台需要注明相对位置尺寸或标高。
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图2-5 酒精生产带控制点的工艺流程图
一、工艺流程图的种类
4. 管道仪表流程图（PI图）
• 又称施工流程图； • 借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示方法
把全部设备、仪表、管道及主要管件组合起来，起 到描述工艺装置结构和功能的作用； • 要求画出全部设备、全部物料管线和主要公用工程 管线、阀门、管件，标注所有设备、仪表和控制器 的安装位置和功能代号。
原料预处理过程 ➢ 纯度、温度、压力以及加料方式； ➢ 预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、 提纯精制、混合、配制、压缩等措施。
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二、工艺流程设计的方法
产物的分离净化
➢ 副产物的分离； ➢ 未反应原料的分离； ➢ 原料中杂质或杂质转化产物的清除； ➢ 复杂集聚状态产物的分离。
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二、工艺流程设计的方法
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第二节 工艺流程设计
工艺流程设计是在确定原料路线和工艺 技术路线的基础上进行的。由于在整个设计 中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作 都与工艺流程有直接关系。工艺流程设计是 工艺设计的核心，动手最早，又结束最晚。
一、工艺流程设计的任务 二、工艺流程设计的方法
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一、工艺流程设计的任务
1.工艺流程设计的任务
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第二章 工艺流程设计
教学目的与要求：
•熟悉生产方法和工艺流程选择的原则和步骤； •熟悉工艺流程设计的任务和方法； •掌握工艺流程图的分类、表示、绘制和阅读； •掌握典型设备的自控方案。
重点难点：
•工艺流程图的类型和绘制 •典型设备自控方案
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第一节 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 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要经过几个阶段： 1.资料搜集与项目调研
资料搜集与项目调研是确定生产方法和选择工艺流程 的准备阶段。
在此阶段，要根据建设项目的产品方案及生产规模，有 计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括 技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质 量、三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等技术经 济资。
• 施工图设计文件
管道仪表流程图
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一、工艺流程图的种类
1. 工艺流程草图
用来表达整个工厂或车间流程的图样，是工艺流程图设计 的依据。在物料计算之前设计的，只是定性地说明由原料转 变为成品的技术路线和顺序。一般有物料流程、图例和设备 一览表组成。
图2-1 啤酒生产工艺流程示意图
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一、工艺流程图的种类