化工工艺和工艺系统设计中的工程问题

为提高设计质量，不留安全生产隐患，设计应该考 虑哪些问题？
以低分子聚丁二烯的生产工艺开发设计为例来讲 述四性的具体内容
1、研究生产工艺全过程，首先是原料、产品和副 产品的物理化学性质，研究的方法可以是查手册， 积累试验数据，根据国家安全卫生规范，区别哪 些是易燃易爆、有毒的物料，根据安全要求对易 燃易燃物料，要特别设计它们的加料过程、储存 措施，特别要注意防泄漏， 防止窜料的有效措施；
2﹚在装置区内配备了15个可燃气体报警器。
二、防火灾及爆炸事故的措施
1﹚在配制、聚合工段要用手工操作固体危 险品， 操作过程是间断生产， 手工操作多， 设计为室内操作， 把整个厂房按甲级防火 要求设计；
2﹚ 厂房设计达到国家防爆设计规范要求， 用门窗泄爆炸的气压， 房顶设计为工工艺和工艺系统设计中的 工程问题
如何认识工程设计
工程设计与化工原理的区别
化工设计必须符合化工原理基本规律，与化工原理是没有矛盾的，不 过要比化工原理更符合实际生产情况， 不仅是可计算的，而要可以实
际生产，可操作的。
工程设计就是解决生产过程的安全性、经济性、环保性、操作性的问 题。是一项政策性很强的工作， 设计过程充满了辩证法和唯物论的科
储罐的大气排放系统设计
在排气立管弯管的底部一般都设有泄水孔以避免 积水，积聚在那里的水由于受到大气温度或来自 泄露液体的自动制冷作用的影响会产生冰冻。
2 考虑物料对设备及管道材质的影响 3 设备使用的安全措施 4 熟悉生产操作过程 5 防止危险物料生成的措施 6 防止中毒的措施 7 防止户生静电的措施等等
现结合在低分子聚丁二烯工程设计为例，来说明以 上具体措施的应用
整个生产过程中的原料产品和副产品的性质：
物料名称 闪点
丁二烯 四氢呋喃
一、防跑料的措施
1﹚加料及排料都采用储罐密封储存， 管道输送， 丁二焰全部用管道输送，甲苯和四氢呋喃用槽车 运来， 通过软管用泵抽进储罐， 以后全部使用管 道输送，为了防止泄露，还提高了管道的压力等 级， 生产操作压力只要0.5MPa 。把设计压力提 高到1.6MPa 的等级，为了保证生产过程中不泄 露。
经济性，指使生产 技术的经济指标具有竞争性。 要求经济地使用资金，原材抖，水、电、汽和人 的条件。因此必须进行流程的优化工作。
环保性：主要指必须满足环保的要求。
操作性：要求生产流程不仅能满足正常生产的需 要，而且还能满足开、停工及事故状态的操作需 要。
工艺模拟计算的工程程问题
由于计算机技术的飞速发展，使流程模拟技术， 主要是数学迭代回归技术得到充分发挥，使流程 模拟技本也得到充分发挥，几乎达到科学计算的 境界。
可是她仍然有不尽人意的地方，比如建立模拟方 程的组分，并不是实际流体中的全组分，而是挑 选出10-15个“关键组分”。
流程模拟计算的结果，值得相信，又不能全信! 对副流程的计算结果， 一定不能全信原因是“关
键组分”！例如：主流程中的数据是可以相信的， 而副流程中的数据就是不能相信的。实际数据证 明，对于脱重塔，回收塔的放空量，会比计算值 大3-10倍。
设计压力及温度的确定（来自API2510）
宜规定储罐的最低和最高设计温度，在确定最高 设计温度时，宜考虑环境温度，吸收阳光和产品 馏出温度，还包括实际干扰条件等其它因素。在 决定最低温度时，上述因素再加上储存产品闪蒸 至常压时的自动制冷温度都宜考虑在内。带压的 最低温度应按ASME法规第八章控制金属脆裂和 自然断裂的危险。
甲苯 金属钠
萘 聚丁二烯
＜78℃ ＜15℃
4℃ －－ －－ －－
沸点
-4.4℃ 65℃ 110.6℃ －－ 易挥发 沸点高
是否易燃 易爆 是 是 是
遇水燃烧 －－
不燃烧
是否有毒
低毒 低毒 低毒 －－ 有毒 －－
从闪占看以上前三种原料均属于甲级危险品，只是四氢峡附和叩苯的沸点均高 于常温，所以危险性比丁二烯要小一些。其它两种固体原料也是很危附的有毒 物质，在使用过程中都要很小心的使用，要有很完善的安全措施。
工程设计作为一个多目标的优化过程。需要选择一个兼顾 各方面要求的方案， 这种选择贯穿整个设计过程。这是 一个创造性的劳动， 直接创造经济效益。目的是使工艺 技术更加完善， 工艺流程更加成熟，资源综合利用更加 优化。
化工生产中所使用的原科、产品及中间产品多数易燃易爆， 因此设计者必需充分考虑各种安全技术，保证生产工人的 健康和安全。
学。要求工艺设计人员不能只知其一，不知其二， 既要看到有利的一
面， 又要看到不利的因素。
换句话说，工应设计是一个多目标的优化过程。
工程设计是工程项目建设的“灵魂” 。因为一个项目的工程设计完成 后， 项目的投资总额也就基本确定了， 误差不应过10% 。施工的工 作且也就知道了， 可以进行关键设备和专利设备制造的订货。工程的 概貌也可以有到了。
5﹚全部电气设备按规范要求， 边用d II B T4 的隔 爆型电机， 仪表都使用本安系统。
三、防过氧化物生成的措施
四氢呋喃遇氧易生成危险的过氧化物，为防止过氧 化物的生成，设计的防范措施是: 1﹚全系统在开车时，要用氮气置换到氧含量< 2% ，同时在四氢呋喃原料罐和溶剂分离塔入口设 计有由静态混合器组成的2 、6 、4 抗氧剂加入系 统。
再沸器的选型
再沸器分为三种：釜式、卧式热虹吸、立式热虹 吸三种。
从基本功能而言，这三种再沸器都是一样，没有 原则区别。只是各自的适用范围不同！
他们的基本区别：釜式再沸器的汽化率高达80%， 操作弹性大；塔的安装高度最低，但同样传热面 积下，需要的材料最多，占地面积最大。当塔底 物料在操作条件下，可以得到较高的汽化率时， 首选釜式再沸器；当汽化率不大，而所需要换热 面积较大时安装位置也允许时，可以选用卧式再 沸器，选用卧式再沸器时，可以降低塔高。
吹扫置换时的阻力降，特点是出口全开。不憋压。
设计真空度
液化石油气储罐最好按全真空设计。并用惰性气 体保护。
以真空泄压阀和连接到可靠的氯气供应源的方法， 可设计为部分真空；另要设计有当保持压力而不 需要氮气时，能将进入容器的氮气放空的措施。
在POSM项目中D-10711和E-10712是组合在一起 的设计， 罐是常压及真空设计，设计压力为 0.35Mpa，换热器是正压设计，设计压力是 0.52MPa。为什么这样设计，和Black讨论后知 道，这是他们公司的经验，如果换热器也按全真 空设计，壳侧可能不耐真空，就需要安装真空支 撑圈，和提高设计压力增加厚度比较， 还是增加 厚度划界。按中国标准， 把两台设备的工艺条件 取同样的设计压力也是可以的。
设计压力不应低于储存产品在最大设计温度时的 蒸汽压。此处还宜考虑由不凝气在油气空间的分 压以及产品在最大允装时的静压力所形成的附加 压力。通常为保证实际应用，采用泄压阀的技术 条件加上上述分压和静压，规定设计压力应大于 产品最大蒸汽压。
有的常压罐，操作压力是100mm水柱， 按规定 设计压力取250mm柱也是合理的，但如果这个罐 连接到放空总管上，那么就有危除。要设计为 0.1-0.2MpaG 。
工程设计是工程项目建设的“灵魂”。设计是创新， 是综合。化工工 艺和工艺系统设计是一种创造性劳动。
工应设计又是一项理论联系实际的工作， 从事化工设计不仅要有专业 的理论知识，较广博的基础知识，扎实熟练的技能，还要有丰富的实 践经验和运用先进设计手段的操作能力，因此，设计人员要善于向工 人师傅学习，向老工程师学习，向新技术学习。
化工工程设计的目的是设计一个化工装置， 该装置是由 各种单元设备以系统的、合理的的方式组合起来的整体， 设计师根据现有的原料和公用工程条件，设计最经济和安 全的途径，保证该装置生产出符合质量标准的产品。
装置可大可小， 但必须是完整的， 完整的含义指从原料 到产品的完整、副产品的出路要完善、三废的处理措施也 要得当、也就是说要全面达到整个生产流程都实现可安全、 环保、经济的操作目标。
3﹚ 金属钠不能遇水， 因此在使用金属钠 的第三层操作间内， 如果出现火灾，不能 用水去灭火， 因此特别在三楼配备了专门 用于灭金属火灾的干粉灭火器。
二、防火灾及爆炸事故的措施
4﹚为防止金属钠在加料过程中遇空气中水分而起 火， 在整个金属钠的使用过程中都用液体石蜡保 护。熔钠釜要加热，通常是使用蒸汽加热， 为防 止漏蒸汽使金属钠起火，把加热物料设计为导热 油， 故多设计了一套导热油的储存和加热系统， 增加了相应的设备。
新工艺开发中的工程问题
对于分离模拟计算而言，虽然理论板的计 算是比较科学， 比较准确的， 可是要转换 成实际板，还得依靠“塔板效率”，这个 塔板效率到目前为止， 还没有公认的科学 计算方法， 使得实际塔板数的计算，不何 不依靠实际生产经验来选取。
由于模拟计算中存在“关键组分”和“塔 板效率”的因素，使得它的科学性降低了， 人为因素增加了， 对它的计算结果不能视 为“一定可信”的结果，还要有科学分析 的态度。
四、防中毒的措施
1﹚萘是易挥发的有毒物质，在厂房内最多只能存 放一天的原料，
2﹚在厂房内设计安装了轴流风机的通风措施， 3﹚工人在配制催化剂时一定要戴防护面具和乳胶
于套。
五、其它措施
1﹚配制、聚合工段均是手工操作、间 断生产，为方便操作又保证预防事故， 所有阀门均选用优质球阀。
2﹚全装置设计了完善的接地网，以便 消除全部静电的产生。 通过以上措施，从厂房、设备、操作各 方面都采用了可靠的安全防范手段，没 有留下安全隐患，所以该项目投产近二 十年，装置没有出过安全事故！说明设 计基本满足安全生产的需要！