朱化工工艺

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以上反应器的选择要根据物料性质、稳定性、
反应复杂性、产品规模、反应时间、温度、压力 等因素综合考虑。
不同类型的反应器在工业生产中的应用情况
见表7.4.3-1(P-547)。 气液相反应器及固相反应器的使用情况
见表7.4.3-2(P-548)。 固体催化反应器的使用情况
见表7.4.3-3(P-548)。
5.2 温度: ● 正常操作温度 ● 最高操作温度 设计温度的选取 见表7.6.2“设备设计温度选取表”(P-562)
6. 过程控制方案的确定
6.1 过程控制方案确定的原则 ● 保证装置运行的平稳、生产安全、控制简 单适用。 ● 用单回路简单控制系统可以解决的,决不 要用复杂的控制系统。
6.2 过程控制的分类 ● 压力 ● 温度 ● 流量 ● 物位 ● 化学成分和物性数据
P-549)
(3) 传热设备:
按功能分:冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再 沸器、蒸汽发生器、过热器、废热锅炉等。
按结构型式分:采用二物流换热的换热器从结构上 分有以下5种型式:
A. 管壳式(固定管板式、浮头式、填料函式、U型 B. 管式) B. 板式(板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式) C. 管式(空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式) D. 液膜式(升降膜式、刮板薄膜式、离心薄膜式) E. 其它型式(板壳式、热管式)
(2) 气液传质设备: 1) 板式塔:泡罩、浮阀、筛板等。板式塔 塔板流体流向分布类型可分为U形流,单溢 流,双溢流等 2) 填料塔: a、拉西环、鲍尔环、矩鞍环等填料。 b、散堆、规整填料。 c、实体填料、丝网填料。 以上传质设备的选择要根据分离难易程
度、压降大小、真空(热敏性物料)、物料 性质、投资情况、腐蚀情况、物料清洁情况、 安全要求、弹性大小、发泡等情况选择。(见
6.4.2 精馏
精馏是常见的液液分离方法,精馏控制主要
目的是达到规定的分离要求。主要变量有进料量、
组成、温度、操作压力、冷却和加热介质、压力
及温度的变换。
精馏控制可分为:
● 按精馏段指标的控制方案
见图7.7.3-3(P-566)
● 按提馏段指标的控制方案
见图7.7.3-4(P-567)
● 塔顶压力控制方案 见图7.7.3-5(P-568)
真空度控制方案 见图7.7.3-6(P-569)
● 其它控制方案
见图7.7.3-7(P-569)
6.4.3传热设备
● 控制载体的流量 见图7.7.3-8(P-570)
● 控制传热面积
见图7.7.3-9(P-570)
● 控制载体的气化温度
见图7.7.3-10(P-571)
《化工工艺设计》讲座
主讲:朱逸斋
1 概述
1.1 化工工艺设计人员必须具备的基本条件 要建设一个化工厂,必须具有一批化工工艺专业技术
人员,这批化工工艺专业技术人员必须具备下列基本条件: (1)掌握化工基本理论 如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反应动
力学(化学反应工程)。 (2) 掌握化工工艺设计方法和技能 ● 工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员职责。 ● 化工基本理论的应用(化工设计方法)。 ● 工艺设计基本程序(工艺设计技能)。 ● 工艺设计的成品文件(内容及深度)。 ● 工艺设计的质量保证程序。
(3) 蒸发流程的优化 1)单效、双效、三效蒸发。 2)热泵蒸发、膜式蒸发。 3)多级闪蒸。 4)强制循环蒸发、自然循环蒸发。 结合蒸发器的类型(标准、悬框、列
文、强制循环蒸发器)进行选择。
3.3 工艺设备的选择 (1) 反应器:
1)连续 1)均相 1)活塞流 (管式) 2)半连续 2)非均相 2)全混釜 (搅拌釜) 3)间歇
反应反系统应系统 精馏系统 精馏换热系网络统 公用工程 换热网络
公用工程
从图中可以看出设计的核心是反应系统的 设计和开发。“洋葱头”模型强调过程开发和 设计的有序和分层性质。
(1) 反应流程优化 见表-7.4.2(P-544) 反应流程优化需要考虑的问题较多,问题 复杂。如反应动力学、反应收率、催化剂特性、 反应历程、反应途径。 反应器的最优操作条件有如何保证反应温 度、反应压力、混合要求、换热要求、各物料 配比、给定条件下的生产成本等等。
石油化工企业设计防火规范
GB50058-92 爆炸和危险性环境电力装置设计规范
(4)一定的工作经验
2. 工艺设计的内容和深度
2.1 工艺设计的文件包括三大内容: (1)文字说明(工艺说明) (2)图纸 (3)表格
2.1.1 文字说明(工艺说明) ● 工艺设计的范围
● 设计基础:生产规模、产品方案、原料, 催化剂,化学品,公用工程燃料规格、产品及 副产品规格
成册) ● 操作指南(通常为对内使用,另行成册。
供工艺系统、配管等专业使用)
2.1.2 图纸 ● PFD:是PID的设计依据,供基础设计使用
(通常分版次逐版深化) 包括全部工艺设备、主要物料管道(表示出
流向、物料号)、主要控制回路、联锁方案、加 热和冷却介质以及工艺空气进出位置。
● 建议设备布置图:是总图布置、装置布置的 依据,供基础设计使用(通常为平面布置图)。
● 大中型联合装置总体规划设计。
3. 工艺设计方法(化工基本理论的应用)
3.1 工艺路线的选择 ● 原料来源 ● 经济效益和社会效益(生产成本) ● 环境保护 ● 其它,如操作条件、安全、消防、投资、
工艺先进性,可行性,合理性。
3.2 工艺流程方案优化
“洋葱头”模型(由史密斯、林霍夫提供的模型)
(3)熟悉环保、安全、消防等方面的法规
HG20667-1986
化工建设项目环境保护设计规定
SH3024-95
石油化工企业环境保护设计规范
HG20571-95
化工企业安全卫生设计规定
SH3047-93
石油化工企业职业安全卫生设计规范
GBJ16-87(2001版)
建筑设计防火规范
GB50160-92(1999版)
完成工艺设计成品文件:
● 工艺说明书 ● 图纸:
PFD 附物料平衡表 建议布置图 ● 表格: 设备表 工艺设备数据表 界区条件表 取样点汇总表
5. 设备设计压力和设计温度的确定
5.1 压力: ● 正常操作(工作)压力 ● 最高工作压力 设计压力的选取 见表7.6.1 “设备设计压力一览表”(P-561)
根据工艺流程的特点和要求进行布置。 ● PCD:通常是设计院内部设计过程文件、 最终体现在终版PFD中(通常由自控专业完成)。
2.1.3 表格
● 物料平衡表:包括物流组成、温度、压力、状态、 流量、密度、焓值、粘度等理化常数(热负荷表示在此 表中或PFD图上)。
● 工艺设备数据表:根据设备形式不同、作用不同以 及介质不同可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、 搅拌器的等。工艺设备数据表需表示出设备位号、介质 名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材 质、传动机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。(各 设计院均有各种规定的表格)。
E. 空冷器的选择依据 a. 空气入口温度(即设计温度)低于38℃。 b. 热流体的出口温度高于50~65℃,并允
许有一定的波动范围(3~5℃)。 c. 对数平均温差大于40℃。 d. 流体接近温度(即热流体的出口温度与
冷流体入口温度之差)至少大于15℃。 e. 管内给热系数小于2325.6W/(m2.K)。 f. 冷却水的污垢系数大于0.0002(m2.K)/W g. 水源较远,取水费用大。 h. 热流体的凝固点较低(小于0℃)。
● 工艺设备表 ● 取样点汇总表
● 装置界区条件表:通常由工艺系统专业来完善并最 终发表(包括原材料、公用工程、产品、副产品、进出 界区条件等)。
2.2 补充说明:化工工艺专业尚需参加前 期工作,主要前期工作有:
● 项目建议书;可行性报告编制工作。
● 项目报价书;投标书、技术文件编制 工作。
● 引进项目:包括询价书、投标书的评 标、合同技术附件谈判。
● 工艺流程说明:生产方法、化学原理、工 艺流程叙述
● 原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及 消耗量
● 公用工程(包括水、电、汽、脱盐水、冷 冻、工艺空气、仪表空气、氮气)消耗定额及 消耗量
● 三废排放:包括排放点、排放量、排放组 成及建议处理方法
● 装置定员 ● 安全备忘录(另行成册) ● 技术风险备忘录(通常为对内使用,另行
以上型式换热器的选择依据是: A. 固定管板式换热器
固定管板式换热器即两端管板和壳体连接成 一体,由于壳程不易检修和清洗,因此选用固 定管板式换热器时,壳方流体应是较清洁且不 易结垢的物料;两流体温差较大(大于60℃) 时应考虑热补偿,两流体温差不易大于120℃。
B. 浮头式换热器 该换热器壳程易清洗,但内垫片易渗漏,适
提出相关设计条件:
● 自控条件: 工艺控制 联锁 报警 ● 电气条件: 危险区划分 特殊电气要求 电气
联锁报警 ● 总图条件:建议布置图 ● 设备条件:工艺设备数据表 ● 分析化验条件:取样条件表 取样点汇总表 ● 配管条件:操作原则 安全规程指南 ● 三废排放一览表
● 公用工程条件表 ● 消防条件 ● 电信条件 ● 采暖、通风、空调条件 ● 建、构筑物特性条件 ● 安全生产、职业卫生 ● 物性数据 ● 文字说明
(2) 精馏流程的优化 精馏流程如需要分离R个组份,就需要有R-1个精馏塔。 精馏优化需要考虑:那种组份为主产品;
那种组份为付产品; 产品的规格要求。 精馏流程的优化法1):试探法,主要规则如下: ● 优先使用普通精馏。 ● 尽量避免减压操作和使用冷量。 ● 产品数应最少。 ● 腐蚀性、危险性的组份应优先分出。 ● 难分离的组分最后分出。 ● 最大量组份应优先分出。 ● 塔顶、塔釜产物最好等摩尔分离。 精馏流程的优化法2):调优法 精馏流程的优化法3):数学规划法
见表7.4.5-5(P-557)。
4. 工艺设计工作程序

接化
化 工
受 设
资 料
工计确

条 件
定 设



提 展出 开相 工关 艺设 设计 计条

完 成 工 艺 设 计 成 品 文

基设
础计

设跟

计踪

、服

详务

细。

接受设计条件:
项目经理
● 项目建议书 ● 可研报告 ● 装置平面图 ● 专利、专有技术资料 ● 工艺设计、基础设计数据 ● 开工报告 ● 有关会议资料 ● 合同文件
(4) 化工用泵: 根据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、
有毒、高温、高压、低温、粘度大小、挥发性、 固体颗粒等因素综合考虑,此外还要考虑泵的 安全性、可靠性和密封等要求。
见表7.4.5-3(P-553)
(5) 容器(储罐): 根据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、
有毒、高温、高压、低温、粘度大小、挥发性、 固体颗粒等因素综合考虑。 压力容器分类
用于需要补偿热膨胀的换热器,两流体温差大 于120℃。
C. U型管式换热器 该换热器制造、安装方便,造价较低,管程耐高压,
但结构不紧凑。适用于高温和高压的场合,且管内流 体必须洁净。
D. 板式换热器 板翅式:紧凑、效率高、可多股物料同时换热。使 用温度不 大于150℃。 螺旋板式:可用于带颗粒物料,物位利用好。不易 检修。 伞板式: 制造简单、紧凑、易清洗,使用温度不 大于150℃ ,使用压力不大于0.12MPa。 波纹板式:紧凑、效率高、易清洗,使用温度不大 于150℃, 使用压力不大于0.15MPa。
Hale Waihona Puke 化资料确定设计基础:● 工艺路线 ● 产品方案 ● 设计规模 ● 年操作时间 ● 操作弹性 ● 原料、催化剂规格 ● 产品和付产品规格 ● 公用工程规格 ● 界区条件
展开工艺设计:
● 确定工艺流程方案 ● 工艺计算:物料、能量、设备
● PFD ● 设备表 ● 工艺设备数据表 ● 建议布置图 ● 原料、公用工程消耗 ● 确定公用系统方案UFD ● 三废排放量及建议处理方法 ● 安全分析,危险区划分 ● 初版PID (A版)
6.3 选用控制仪表的要求 ● 准确可靠 ● 灵敏度高 ● 反应迅速 ● 滞后小 ● 使用维护方便 ● 价格便宜
6.4 典型化工单元的控制方案
6.4.1 反应 ● 反应控制的要求 达到规定的转化率、产品浓度。 处理量平稳。 当出现不正常工况时,能报警、联锁或自动
选择性调节系统。 ● 反应控制方案 以反应转化率为控制变量 见图7.7.3-1(P-564)。 以反应工艺状态变量为控制对象 见图7.7.3-2(P-565)。
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