第二章工艺流程设计

3.产物后处理： 产物处理（分离净化）

产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、灌装、计量、 贮存、输送等 ） 未反应物循环利用（返回反应过程或加工成副产物） 副产物处理（设计制备、包装、贮运等）

4、三废处理

三废：废气、废液、废渣 所含有害物质在排放前应该达到排放标准；尽量综合利用， 变废为宝；污染问题不解决，不允许投产。
设计思想的基本观点



(1) 服从国家近期和远期经济发展规划目标, 执行党和国家的各种方针政策。 (2) 严格遵守法律、法规、标准、规范和技术规定。 (3) 重视国土资源的合理配置利用, 资源的综合利用。 (4) 重视企业的经济效益的同时, 还应注意社会效益。 (5) 重视产品的国内、国际市场的调查和预测发展趋势。 (6) 化工厂设计要符合经济规模, 而不是规模经济。 (7) 设计者应是先进技术的组织者和推广者。 (8) 采用的技术装备应尽量提高国产化率。 (9) 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。
换热器冷却水出口应设温度检测仪表，以利于控制 冷却水的出口水温。被冷却或加热的工艺介质的出口也 应设温度检测仪表，以便控制物料的加热（冷却）温度。 （2）放空 被加热的液体在换热器中由于温度升高使得溶解在 液体中的气体逸出，所以被加热的液体从低点进入而在 高点离开，出口应设放空管。
5、其他相关措施及设计： ① 确定公用工程的配套措施 生产中使用的工艺用水、蒸汽、压缩空气、氮气以及 冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。还要考虑生产 用电、上下水、空调、采暖通气。
② 确定操作条件和控制方案 要确定流程中各个单元设备的物料流量、组成、温 度、压力，并提出控制方案，以确保产品合格。
2．塔
为了便于调节，塔通常设有几个进料口。每个进料口 应设有阀门。立式再沸器的出口管与塔的返塔管直接连接； 卧式热虹吸再沸器的管线应尽可能短而直。
塔顶馏出线一般不设阀 门，直接接塔顶冷凝器。 为避免塔被超压损坏，塔 顶常设安全阀。安全阀常 设在塔顶或塔顶馏出管线 上，如图a所示。
在重力回流式冷凝系统中设置液封管可以防止冷凝 器出口管线中的气相倒流，如图b所示。
第一节 生产方法和工艺流程的选择
同一种产品可以采用不同的生产方法，不同原料， 不同的生产路线，不同的工艺流程。因此，选择生产方 法是决定设计质量的关键一步。 如果产品有几种生产方法，就需逐个进行分析研究、 比较、筛选，作为工艺流程设计的依据。
一、生产方法和工艺流程选择的原则 1、先进性 指技术上的先进和经济上的合理可行，具体包括： 基建投资、生产成本、消耗定额和劳动生产率等方面 的内容，应选择物料损耗小、循环量少，能量消耗小 和回收利用好的生产方法。 2、可靠性 指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠， 对尚在试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对 待。
原料预处理过程：据反应特点，须对原料提出要求， 如纯度、温度、压力、加料方式等。其措施如：预热、 冷却、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、 压缩等。 2、反应过程中涉及的问题： ① 操作方式（连续、间歇）； ② 能量供给、移出方式；
③ 催化反应。
据反应过程的特点、产品的质量要求、物料特性、基 本工艺条件来决定采用反应器的类型和操作方式。
夹套类型示意图
②内部盘管和直管 内部盘管一般置于带搅拌容器的内部以便改善传热， 既可以单独使用，也可以作为夹套的补充。内部盘管的 直径要适当，以保证盘管与搅拌桨之间有足够的回流空 间。
直管型传热内件的三种变形
③容器的伴热装置
为维持储罐所需温度或防止冻结，要给储罐伴热。 可采用电热带缠绕在容器上的方式，对于直径较大的 容器也可以用蒸汽管缠绕。为了防止产生局部过热， 在缠绕电热带或蒸汽管之前先用极薄的金属板包裹容 器。
（3）确定操作条件：为使每个过程、每台设备起到预定 作用，要确定各工序和每台设备要达到和保持的操作 条件。
（4）控制方案的确定：为实现并保持各生产工序和每台 设备的操作条件，需确定正确的控制方案，选用合适 的控制仪表。 （5）合理利用原料及能量，计算出整个装置的技术经济 指标：要确定各个生产过程的效率，得出全装置的最 佳总收率，同时要做好能量回收与综合利用，降低能 耗。
1．容器
(1)放空管
密闭容器通常情况下都应有放空管线。 ①含有空气、某些惰性气体及少量水蒸汽的放空管线应 设在容器的顶部。
②有害但无毒性、非致命气体的放空管线应延伸到室外， 其终点应超过附近结构物的高度。 ③危险性气体，应进入火炬或另一个收集系统作进一步的 处理。 放空管的顶端要采用防雨弯头或防雨帽，如下图所示。
图1 下降腿
（6）折角进料管 可采用折角进料管代替下降腿，以减少静电效 应。折角进料管不需要泪孔，如图2所示。
图2 折角进料管
（7）传热装置 容器内的传热主要是对容器里的物料进行冷却、 加热和保温等。容器用的传热装置有以下几种： ①夹套。 夹套中的液相介质从容器底部进入，通过有挡板 的环形空间，以曲折的路径从顶部离去；如果是会冷 凝的介质，则从顶部进入而从底部离去。夹套中的液 相介质可以用水或水蒸气。
③ 制定切实可靠的安全生产措施 根据物料性质和生产特点，流程中除考虑设备材质 和结构的安全措施外，还要设置事故槽、安全阀、放空 管、安全水封、防爆板等。 ④ 保温、防腐的设计 根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况 决定管道和设备是否需要保温和防腐。
附：工艺流程的经验设计 工艺管线的设计原则： 1、安全第一、操作方便。 2、除满足正常生产要求外，还应适应开、停工和事故处理 的需求。 工艺管道设计的具体要求： 1、凡由于停水、停电可能使压力升高造成事故的地方一般 应设安全阀（如液化气罐、压缩机出口、反应器等）
(4)确定控制方案。
(5) 合理利用原料及能量。 (6) 制定三废的治理方法。

(7) 制定安全生产措施。
(一）确定生产流程中各个生产过程的具体内容 （1）确定整个流程的组成 应确定采用多少单元过程或工序来构成由原料制 得产品的全过程，确定每个单元过程的具体任务以及 每个生产过程或工序之间如何连接。 （2）确定每个过程或工序的组成和具体任务 应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以 及各种设备之间应如何连接，并明确每台设备的作用 和它的工艺参数。
第二章 工艺流程设计
教学内容：
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 典型设计的自控流程 教学重点：工艺流程设计 教学方法：课堂讲授、自学
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。
第二节
一、工艺流程设计的任务
工艺流程设计
生产路线选定之后，即可进行流程设计。 流程设计的主要任务包括两个方面： 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，以图解的形式表示生产过程中物料和 能量的变化。

应解决的问题： (1) 确定整个流程的组成。 (2) 确定每个过程或工序的组成。 (3) 确定操作条件。
② 热油或热气体的取样口一般应装一个小型取样冷却器， 其进口和泵出口连通，出口与泵进口连通，可减少取 样时油品排放量。取样时：打开阀1，2；结束时：关 闭1，2打开3。
（5）下降腿 容器设置下降腿主要是为了减少液体进入容器产生 气泡，对可燃性液体能减少静电的产生，在真空系统中 保持一定的液封高度，防止空气进入。 作为液相的下降腿，经常需要有泪孔以防止虹吸作 用，对于气—液两相的管道，泪孔应位于下降腿的颈部， 如图1所示。
放空管的形式
（2）溢流管
处理液体的开口容器或低压容器需配置一个溢流接 口。对于封闭的、有盖的容器，或处于微负压的容器， 其溢流管必须加装液相U型管式密封装置或机械密封装置， 如下图所示。如采用密封腿方式密封，则必须注明密封 高度。
溢流管接口图
（3）排放 大多数容器底部应设有放净阀，供容器放净使用。 排放管道的去处应予注明，如下图所示。
（4）取样接口 取样接口可以设在容器上、容器底部的排料管道上 或容器进料泵的输出管道上，对于有分层倾向的料液， 需在各个液层里设置取样接口。 ① 取样口应设在操作方便，具有代表性的地方，对连续进 出物料的塔和容器，当体积较大时，取样往往不能及时 反映当时物料质量情况。取样口最好不装在这些设备上， 而尽量装在压力管线上。
3．换热器
（1）类型和结构 流程图中表示换热器的所有开口位置应大体接近换 热器投入运行时的方位。在流程图中通常给出介质的流 向。一般情况下，冷流体由下部进入，上部排出。使用 蒸汽为热源加热时，蒸汽从上部引入，冷凝水由下部排 出。 在换热器中，以下情况的流体走管程；容易结垢和 有腐蚀性的介质，温度高或压力高的介质，制冷剂或低 温冷媒。
工艺流程设计是化工设计中的重要环节，是每一个化 工工作人员必须接触和了解的内容。 工艺流程图集中概括了整个过程的全貌，是工艺设计 的核心。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。只有流程确定以后。其它工作才能开展。 工艺流程图包括： （1）物料和能量的变化； （2）物料的流向； （3）生产中所经历的工艺过程和使用的设备、仪表，
二、生产方法和工艺流程确定的步骤 1、搜集资料，调查研究 ① 国内外生产情况: 各种生产方法及工艺流程，技 术路线特点、工艺参数以及各种技术路线的发展情 况与动向等； ② 原料来源，原材料和公用工程单耗、产品质量及 应用情况； ③ 试验研究报告； ④ 安全技术及劳动保护措施； ⑤ 综合利用及三废处理情况。
3、合理性 中国是发展中的国家，在工厂设计时不能单从技术观 点考虑问题，应结合具体国情，例如 ： ①中国人的消费水平及各种化工产品的消费趋势； ②中国化工机械设备及电气仪表的制造能力； ③中国化工生产所用原材料、设备所用金属材料供应情况； ④中国环境保护的有关规定和三废排放情况； ⑤劳动就业与化工生产自动化的关系； ⑥资金筹措和外汇储备情况。
⑥ 生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度； ⑦ 设备的大型化及制造、运输情况； ⑧ 基本建设投资、产品成本、占地面积 ； ⑨ 水、电、汽、燃料的用量及供应，主要基建材料的用量 及供应； ⑩ 厂址、地质、水文、气象等资料。
2、落实设备 对生产中所用设备要分清三种类型： （1）国内已有的定型产品； （2）进口产品； （3）国内需重新设计制造ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ产品，要对制造单位的技术 力量、加工条件、材料供应、加工进度加以了解。 为节省投资和操作费用应多采用已定型生产的标准设 备．
2、对串料可能引起爆炸着火或影响产品质量的地方，为 防止阀门内漏引起不良后果，可采取两种措施： ①对间歇操作的管线设8字盲板。 ②对连续操作的管线按如图方式设双阀。不通料时关闭 隔断阀，打开检查阀；需通料时，打开隔断阀，关闭 检查阀。
3、不允许流体倒流的地方可装止回阀，即单向阀。 4、对压力相差悬殊的系统，高压通向低压的管线应加节 流阀或旁路小阀，以免开阀过快而不安全。 下面分别进行讨论。
（6）制定三废的治理方法：对流程中排出的三废要尽量 综合利用，对于那些暂时无法回收利用的，则须进行妥 善处理。 （7）制定安全生产措施。
（二）绘制工艺流程图
在工艺流程设计的不同阶段绘制不同的工艺流程图。
二、工艺流程的设计方法 一般将工艺流程设计分为四个组成部分：

其他相关措施及设计
1.原料预处理：
3、全面对比、全面分析 对比分析的内容主要有以下几点：
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、指标及其规格情况； 3）生产能力及工艺技术条件； 4）原材料及能量消耗情况； 5）建设费用及产品成本； 6）三废的产生及治理情况； 7）安全生产及劳动保护措施； 8）其他特殊情况。