化工设计与工厂设计-工艺流程设计.ppt
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1、化工设备与工厂设计,工艺流程设计,2.1 生产方法和工艺流程的选择,本章主要内容,2.2 工艺流程设计,2.4 工艺流程图的绘制,本章重点:,工艺流程设计方法,2.3 工艺流程图,工艺流程图的绘制,工艺流程设计是通过图形的形式,形象地反映出化工生产由原料输入到产品输出的全过程;包括物料和能量的变化,物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备、仪表等;,工艺流程设计也是工艺设计的核心,在整个设计过程中不断修改完善,由浅入深、由定性到定量,在整个设计中最先开始(例如可行性研究阶段),最后完成(施工图阶段)。,工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。,一、化工产品生产工艺路线的确定考虑的因素
2、,2.1 生产方法和工艺流程的选择,(1)技术上可行; (2)经济上合理; (3)原料的纯度及来源; (4)公用工程中的水源及电力供应; (5)环境保护; (6)安全生产: (7)国家有关的政策及法规。,安全生产化学工业是一个易发生火灾和爆炸的行业,因此从设备上、技术上、管理上对安全予以保证,严格制订规章制度、对工作人员进行安全培训是安全生产的重要措施。同样,对有毒化工产品或化工生产中产生的有毒气体、液体或固体,应采用相应的措施避免外溢,达到安全生产的目的。,二、工艺路线论证选择的原则,2.1 生产方法和工艺流程的选择,A先进性 工艺技术路线首要条件是技术上可行和经济上合理。为了能有较高的经济
3、效益,技术上要尽可能先进,体现当代化工水平的企业,才可能有较大的竞争能力。技术上先进主要考虑技术经济指标优良,原材料及能源消耗少,成本低,此外生产工厂环境优良,生产安全,产品质量好。 在评价时,应在同一规模情况下进行比较,以避免规模效应的影响。,B.可靠性 可靠性是指所选择的工艺路线是否成熟可靠。如果采用的技术不成熟,就会影响工厂正常生产,甚至不能投产,造成极大的浪费。因此,对尚处于试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待,要防止只考虑先进性,而忽视装置运行的可靠性。 应避免将新建厂设计成试验工厂;对将实验室成果转化为工业化的新建厂,应坚持要求提供较完整的基础设计,另一方面,如果实验数据完整
4、可靠,设计人员要以创新的劳动使装置能可靠地运转。,2.1 生产方法和工艺流程的选择,C.是否符合国情 在设计中,不能单纯只从技术观点,而应从我国的具体情况出发考虑各种具体问题。,2.1 生产方法和工艺流程的选择,(1)消费水平及消费趋势; (2)化工机械设备及电气仪表的制造能力; (3)化工原材料及设备用金属材料的供应情况; (4)环境保护的有关规定和化工生产中三废排放情况 (5)劳动就业与化工生产自动化水平的关系; (6)资金筹措和外汇储备情况。,全面衡量,综合考虑,三、工艺路线确定的步骤三个阶段,2.1 生产方法和工艺流程的选择,A.搜集资料,调查研究准备阶段,根据建设项目的产品方案及生产
5、规模,搜集国内外同类型生产厂的有关资。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料。具体收集的内容主要有以下几个方面:, 国内外生产情况,各种生产方法及工艺流程; 原料来源及产品应用情况; 试验研究报告; 安全技术及劳动保护措施; 综合利用及三废处理; 生产技术是否先进,生产连续化、自动化程度; 设备的大型化及制造、运输情况; 基本建设投资、产品成本、占地面积; 水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应; 厂址、地质、水文、气象等资料;车间(装置)环境与周围的情况。,3.1 生产方法和工艺流程的选择,B.生产设备类型与制造
6、厂商调研搜集资料,3.1 生产方法和工艺流程的选择,设备是完成生产过程的重要条件,是确定技术路线和工艺流程时必然要涉及到的因素。 对各种生产方法中所用的设备,分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型,并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解 。,设备考察,主要比较下列几项: 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势; 产品的质量情况; 生产能力及产品规格; 原材料、能量消耗情况; 建设费用及产品成本; 三废的产生及治理情况; 其他特殊情况。,3.1 生产方法和工艺流程的选择,C. 全面分析对比,一、工艺流程设计的任务,2.2 工艺流程的设
7、计,工艺流程设计的主要任务包括两个方面: 一是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; 二是绘制工艺流程图,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。,(1)确定整个流程的组成 :应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程,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: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,弄明确每台设备的作用和它
8、的主要工艺参数。 (3)确定工艺操作条件:确定整个生产工序或每台设备 的各个不同部位要达到和保持的操作条件。,3.2 工艺流程的设计,按步骤逐步解决以下问题:,(4)控制方案的确定;确保各生产工序和每台设备本身的操作条件,及实现各生产过程之间、各设备之间的正确联系,需要确定正确控制方案,选用合适的控制仪表。 (5)原料与能量的合理利用;计算并确定各个生产过程的效率,得出全装置的最佳总收率,同时合理地做好能量回收与综合利用,降低能耗以确定水、电、蒸汽和燃料的消耗; (6)制定“三废”处理方案;对全流程中所排出的三废要尽量综合利用,对于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
9、。对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中,可能存在哪些不安全因素进行认真分析,再遵照国家的各项有关规定,结合以往的经验教训,制订出切实可靠的安全措施。,3.2 工艺流程的设计,二、典型的化工工艺流程组成,3.2 工艺流程的设计,核心,工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题: (1)以反应过程为中心 (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 (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,3.2 工艺流程的设计,三
10、、工艺流程设计举例,2.2 工艺流程的设计,提溴废液为原料生产工业氯化镁(片状),实验室过程如下图:,原料:提溴废液,氯化镁含量约30%,少量NaCl、MgSO4、KCl等,PH约3-4。,产品:卤片(片状氯化镁),氯化镁含量45%。,容器内加热蒸发,刮片,2.2 工艺流程的设计,(1)确定整个流程的组成 :,蒸发浓缩、制片,(2)确定每个过程或工序的组成:,蒸发器、制片机,原料怎么储存?,原料槽,操作方式:蒸发连续还是间歇 制片:连续,两者之间衔接?,中间槽,考虑45%MgCl2的凝固点为120,中间槽保温,容积设计?,蒸发器的型式:膜式、强制循环式,蒸发器刷洗,事故处理等,2.2 工艺流程
11、的设计,(3)确定工艺操作条件,考虑45%氯化镁溶液常压下沸点165,氯化镁水解130 水解,又120凝固 问题: (1)蒸发效数 (2)加热蒸汽温度至少180以上(压力太高) (3)考虑负压蒸发 (4)120凝固,考虑管路输送过程降温,防堵管,蒸发温度一般要考虑在130 以上,以此确定真空度,蒸发过程:,真空系统:,(4)考虑能量的综合利用,冷凝水余热利用:设置预热器,问题:蒸发是间歇操作,冷凝水回锅炉问题:平衡桶、冷凝水泵,(5)设备及管道的材质,蒸发器:加热管、蒸发室、循环泵,管路:温度、PH,(6)控制方式,(7)三废,(8)安全生产:高温、安全阀,2.2 工艺流程的设计,2.3 工艺
12、流程图,一、工艺流程图的种类,2.3 工艺流程图,1、流程框图 :一般采用流程框图来说明工业生产中所采用的技术路线,工艺流程框图在物料衡算、热量衡算阶段使用,可不列入设计文件。 表示方法:用长方形的方框(细实线)并在框内用文字单元过程表示生产过程的名称;流程线只画出主要物料,用粗实线表示,流程方向用箭头画在流程线上。例如:,兑卤法生产氯化钾,苦卤,水蒸气蒸馏法提溴,氯化钾,浓厚卤,蒸发法制氯化镁,溴素,氯化镁,高温盐分离,高温盐,分离盐,硫酸镁,苦卤综合利用工艺流程框图,2.3 工艺流程图,苦卤生产氯化钾的工艺流程(框图):效兑卤,固液分离,2.3 工艺流程图,2、工艺流程草图 : 工艺流程草
13、图亦称方案流程图、流程示意图、流程简图,它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图,亦是工艺流程图设计的依据。 当生产方法确定以后,就可以开始设计绘制流程草图。它只是为将要进行的物料衡算和部分设备计算和能量衡算服务的,并不编入设计文件中,在绘制流程草图时尚未进行定量计算,因而只是定性地标出由原料转化成产品的变化,流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例和设备一览表等三个部分组成。,2.3 工艺流程图,物料流程 : 设备示意图 :只画出大致轮廓和示意结构,甚至画一个方框代替 ;设备的相对位置高低也不要求准确,备用设备在流程草图中一般省略不画。但设备一般都要
14、编号;在图纸空白处按编号顺序集中列出设备名称 。 流程管线及流向箭头 :流程草图中应画出全部物料管线和一部分动力管线(如水、蒸汽、压缩空气和真空等),物料管线用粗实线画出,动力管线用中粗实线画出。在管线上用箭头表示物料的流向。 文字注解 :在流程图的下方或图纸的其他空白处列出各设备的编号和名称。在管线的上方或右方用文字注明物料的名称。在流程线的起始和终了处注明物料的名称来源及去向,图例:图例中只须标出管线图例。阀门、仪表等无须标出; 设备一览表:设备一览表只包括序号、位号、设备名称和备注。有时可省略设备一览表和图框。 画法:从左至右的展开。,2.3 工艺流程图,3、物料流程图(PFD)表达物料
15、衡算、热量衡算结果 : 用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备; 用箭头表示物流方向; 标注工艺设备的位号和名称; 用表格形式表示出各流股的温度、压力、流量、组分含量百分比;在有热量变化的过程或设备旁,标出热量计算值。 例如:,4、带控制点的工艺流程图(PCD),带控制点工艺流程图一般应画出: (1)所有工艺设备、 (2)工艺物料管线、辅助管线、阀门、管件 (3)工艺参数的测量点,并表示出自动控制方案。 它是由工艺专业人员和自控专业人员合作完成的,例,管道及仪表流程图是施工设计的依据也称施工流程图。,5、管道及仪表流程图(PID)施工设计依据:,2.3 工艺流程图,二、管道及仪表流程图(
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