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化工工艺流程设计基础知识 工艺流程

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工艺流程(化学工艺流程设计的基本知识)
工艺设计是工艺设计的核心 。
工艺设计的成品用图形(形象化、具体化)表示——工艺流程图，反映了化工生产从原料到产品的全过程中，物料和能量的变化，物料的流向，生产中所经历的过程以及所使用的设备和仪表 。
流程图集中概括了整个生产过程 。相同的化学产品可以由不同的原料通过不同的生产路线生产 。即使使用相同的原料，也可以采用不同的生产路线，同一生产路线可以采用不同的工艺流程 。
选择生产路线就是选择生产方法，这是决定设计质量的关键 。如果一个产品只有一种生产方式，就没有必要选择；如果有几种不同的生产方法，要逐一分析研究，通过各方面的比较，选出最佳的生产方法，作为下一步工艺设计的依据 。
◆◆◆生产方法和工艺流程的选择原则
可靠性:
工艺是否顺利，生产是否安全，工艺是否稳定，消耗定额、生产能力、产品质量和三废排放是否达到预定目标 。
适用性:
适应特定环境、资源和技术的接收能力 。
技术的合理性:
技术的生命周期:投资期、成长期、成熟期和衰退期 。所选技术应该处于成长期 。
先进性:
技术先进、经济合理可行，应选择低物料损耗、低循环、低能耗、循环利用性好的生产方法 。
◆◆◆◆原料路线的选择
一个工业项目的产品可以从几种原料中取，首先遇到的问题是选择哪种原料 。
(1)可靠性:需要保证在其服务期内有足够的、稳定的原材料来源 。
比如，如果是矿石原料，就要看它的储量、品位、开采情况 。
对于以加工后的原材料和零部件为原料的工业项目，最好与供应部门达成协议，保证供应的可靠性 。
(2)经济性:在产品成本中，原材料价格是一个重要因素 。即需要详细分析各种原材料对单位成本的影响 。
原材料的价格受供求关系变化的影响很大，未来的价格要根据供求关系来预测 。
(3)合理性:这主要是指资源的综合利用是否合理 。
比如以煤、石油、天然气为主要起始原料的合理利用:在选择原料路线时，适当增加煤炭在化工中的使用比例；油改煤节约油耗是合理的 。
◆◆◆◆技术路线的选择
用某种原料生产某种产品可能有多种生产方法，每种生产方法使用不同的生产设备、生产工具和技术制造工艺，即有不同的技术路线 。
每条技术路线的投资成本和日常运行成本也不同 。从技术上和经济上比较几种不同的技术路线，选择最合适的一种采用，称为技术路线选择，简称技术路线选择 。
工艺设计的内容
◆◆◆◆化工过程的一般工艺流程:
(1)确定整个工艺流程的组成确定各生产工序的具体内容、顺序和组合是工艺流程设计的基本任务 。可以用设备与物质流向的位置关系来表示 。
合成氨生产过程
己内酰胺生产过程
(二)确定各工序或流程的组成 。要用多少台、哪些设备来完成这个生产过程，各种设备如何连接，从而搞清楚每台设备的作用及其主要工艺参数 。
例如合成氨工艺中的变换工段 。
确定载能介质的技术规格和流向 。
常用的载能介质:水、蒸汽、冷冻盐水、空气体(真空或压缩) 。
(3)确定操作条件和控制方向 。确定整个生产过程或每个设备的不同部分要达到和保持的操作条件 。
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1.反应器操作参数的确定
(1)温度
(2)构成
3)压力
一、反应速度
b、反应物料的相态(如七元烷基化和液相烷基化)
C.后续分离要求(希望水冷后产生气液两相)
(4)反应的转化率
一、归一化速率与所需反应时间的关系
B.不同转化率下的产品分布
C.反应系统和分离系统设备价格
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2.精馏塔工艺参数的确定
(1)塔压(本质上，这是选择塔顶和塔底温度的问题)
a、尽量避免真空操作(增加真空泵和塔的直径)
b、在常压下，可以用普通冷却水冷却，所以增压不合适 。
c、对于> > 1.6MPa，无论采用低压冷冻还是高压冷却，都需要进行方案比较 。
(2)回流比
A.对于昂贵的公用事业，取常规R/Rmin的范围下限(1.11~1.24) 。
b、如果回收的冷或热可以利用，取常规R/Rmin的高限 。
C.对于产品纯度极高的精密蒸馏，取较大的R/Rmin值(因为常规R/Rmin值较小，塔板数会急剧增加)
(3)产品纯度和回收率
正确选择产品纯度具有重要的经济意义 。
(4)确定控制方案 。要保证每个生产过程和每个设备的运行条件，实现每个生产过程和每个设备的正确连接，就必须确定正确的控制方案，选择合适的控制仪表 。
一、离心泵的流量控制
b、液位控制
C.两个液相的界面控制(液-液分离)
d、塔压调整
(五)确定安全技术措施设置相应的预防和应急措施，如阻火器、报警装置、爆破片、安全阀、安全水封、排水管空管、溢流管、排水装置、防静电装置、防雷装置、事故储罐等 。
(6)原材料和能源的合理利用；计算和确定各生产工序的效率，得到全厂的最佳总收率 。同时，进行合理的能源回收和综合利用，降低能源消耗，确定水、电、蒸汽和燃料的消耗量 。
(七)制定“三废”治理计划；全过程排放的三废应尽可能综合利用，暂时不能回收的必须妥善处理 。
化工过程设计的任务和步骤
◆◆◆◆ (1)工艺流程图的设计任务
工艺设计和车间布局设计是决定整个车间(装置)基本外观的关键步骤，在设备设计、管道设计等单项设计中也起着决定性的作用 。
工艺设计的主要任务包括两个方面:
一是确定生产过程中各生产工序的具体内容、顺序和组合，从而达到用原材料制造所需产品的目的；
二是绘制工艺流程图，要求图形化表示生产过程中各单元操作过程中，原料加工成产品时，物料和能量的变化和流向，以及使用了哪些化工工艺和设备，再进一步图形化表示化工管道流程和计量控制流程 。
◆◆◆确定工艺路线的步骤
1收集信息，调查研究根据建设项目的产品计划和生产规模，有计划、有目的地收集国内外同类生产装置的相关资料，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、三废处理、各种技术路线的发展和趋势等技术经济资料 。
设计人员收集国内外化工行业的技术经济信息是不够的 。他们也要得到技术信息部的配合，有时还要征求咨询部的意见 。
收集设计资料的原则和步骤
(1)数据的完整性
全面完整的数据能反映客观事物的全过程，可用于设计 。
(2)数据的正确性 。
正确的数据是可复制的，能反映客观事物的本质规律，这样才能用在设计中 。
(3)数据的适用性
科技是有条件的 。在收集数据时，我们应该严格注意适用条件 。
(4)数据的适当性
数据年代的不同会导致技术的不同 。在整理分析数据的时候，要注意数据的适当性，而不是一味的追求高级 。应综合考虑整个设计的技术水平和建设项目的总投资 。
2确定方案，落实设备 。设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术和工艺流程时必须涉及的因素，应引起足够的重视 。
①确定生产线的数量
大型装置与同样生产能力的几台小型装置相比，具有节省建设投资、占地少、自动化程度高等优点 。缺点:附属设备价格昂贵，大部分没有备用设备，出现故障就得停车；
如果单条生产线的大机组开工率高于两条生产线相同产能的小机组，大机组的经济效益会更好 。如果开工率不足或生产负荷经常变化，特别是几个品牌的产品频繁更换时，小型双线装置的经济效益是好的 。
因此，对于大规模生产，在是否实施大规模生产时，需要进行仔细的分析和比较 。
②确定运行方式 。
尽量采用连续运行方式 。有时也采用间歇和连续运行方式 。在某些过程中，采用间歇操作更为有利，例如蒸馏釜用于处理精馏塔塔底的高沸点残液 。
③确定主要生产工艺 。
一、抓住整个过程的核心——反应过程，并以此为起点逐步建立相应的生产流程 。
即原料→预处理工艺→反应工艺→产品后处理 。
④确定辅助流程 。
降低能源消耗和提高能源利用率的过程 。如反应热、势能和静压能的利用 。
三废处理工艺 。
为稳定生产而设置的流程(如缓冲和中间存储) 。
⑤合理确定操作条件
比如高压反应工艺，要求在原料储罐和反应器之间设置增压工艺和相应的压缩机，而在反应器和产品之间必须设置减压工艺和相应的设备 。
如反应器内的操作温度和允许波动范围确定后，需要设置相应的加热或传热设施和手段(如夹套内的冷却管等 。)，同时建立自动调节温度的控制系统 。
⑥考虑工艺的灵活性，设计设备 。
即整个工艺设计要考虑综合生产能力的弹性:要估算各工序年产量的不平衡性、所选设备的运行周期和不平衡性，还要考虑生产管理和外部条件等因素造成的负荷波动 。所有这些因素通过调查和参与生产实践决定了弹性的适当范围 。
设备冗余的考虑:原则上不超过或小于设计负荷，各设备容量尽量一致，避免设备容量不平衡造成浪费 。
在考虑了整个装置的弹性和各设备的冗余后，才能进行设备选型和设计计算 。
⑦确定控制系统
需要根据流程如何连接、流程如何实现等来确定它们的控制系统 。
有必要考虑正常生产、开车、停车和维护所需的每个过程的连接方法 。此外，还需要补充缺失的管道、阀门、过滤和密封系统，以及取样、吹扫、排水空和连接设施，逐步完善控制系统 。
注:在此过程中，控制水平与自动控制专业达成一致，然后设计整个过程的控制系统和仪表系统，绘制在流程图上，完成PID 。
⑧逐步完善和简化设计的流程 。
应从各方面逐步完善和简化:考虑启动、停车和事故处理等问题，设置事故储罐，增加备用设备，方便必要时切换 。有时，需要设置一个装置将终止剂自动加入到聚合设备中 。
尽量简化水蒸气冷冻系统的要求，尽可能采用单一系统 。当设备本身需要使用几种不同压力的蒸汽时，对蒸汽压力的要求应尽可能简化或统一 。
尽量减少物料的流通，在可行的基础上采用新技术，提高单向转化率，简化工艺等 。
综合分析、比较和比较要尽量从实际可能出发，做出更多的工艺设计方案，然后进行综合比较，找出最佳方案作为工艺设计的结果 。
过程设计方法
首先要看确定的生产方式是正在生产或使用的成熟工艺，还是待开发的新工艺 。前者是可以借鉴但需要局部改进或局部采用新技术、新工艺的问题；后者必须在概念上为新技术的发展而设计 。
◆◆◆◆ 1.以反应过程为核心，通过方案比较做出决定 。
(1)设置反应器:
应根据反应过程的特点、产品要求、物料特性和基本工艺条件，决定所采用的反应器类型以及应采用连续操作还是间歇操作 。
有些产品不适合连续操作 。例如，当一个生产设备生产许多品种或品牌的产品时，使用间歇操作更方便 。
无论物料反应过程是否需要外部供能或除热，都应在反应装置上增加适当的措施 。
如果反应需要在催化剂的存在下进行，就要考虑催化反应的方式和催化剂的选择 。
一般来说，确定主要反应过程的装置往往有文献和数据可供参考，或中试结果 。现有的工业化装置可以借鉴，所以并不复杂 。
(2)设计原料预处理工艺 。
根据反应的特点，必须要求原料的纯度、温度、压力和加料方式等，以保证反应过程的实现 。
原料预处理过程:
固体:粉碎和溶解-目数，浓度和纯度 。
液体:准备和混合-浓度和均匀性 。
气体:配比、压缩-浓缩、输送
原料的预处理过程可包括诸如粉碎、筛选、制备、混合、压缩和提纯等单元操作 。这些操作过程主要是根据原料的性质和处理方法选择不同的设备进行组合 。所以设计流程不一样 。
(3)设计产品的后处理工艺 。
根据原料的特性、产品的质量要求和反应过程的特点，在实际反应过程中可能出现以下情况:
①除了得到目标产物外，由于副反应还产生了副产物 。
(2)由于反应时间等条件的限制，或反应平衡的限制，而为了使反应尽可能完全而有过量的组分 。
③原料中含有的杂质往往不是反应所需要的，在原料的预处理中没有除去，所以会在反应中带入产品中，或者杂质参与反应生成无用的有害物质 。
(4)产品聚集的要求也增加了后处理过程 。有些反应过程是多相的，而最终产物是固体 。
因此，用于产品纯化和分离的化学单元操作过程往往是整个过程中最复杂和最关键的部分 。
产品分离包括:
固液分离-过滤和离心
液体分离-蒸发、精馏和萃取
气液分离-吸收
产品分离中涉及的单元过程:
过滤、离心、蒸发、精馏、萃取和吸收等单元操作过程 。这些单元操作过程也应根据待分离产品的特性来设计 。
产品精炼:
产品被进一步纯化以满足产品的质量要求 。
液体精馏、浓缩和结晶
固体-重结晶
气体吸收
产品精炼中涉及的单元工艺:
精馏、浓缩、结晶和重结晶等单元操作过程 。这些单元操作过程也应该根据产品质量要求来设计 。
(4)设计产品的后处理工艺 。
精制产品需要干燥、包装、储存和运输才能成为最终产品 。
固体-干燥和包装
充液
气体填充
储存和运输过程中涉及的单元操作包括:
干燥、计量、包装等工艺应根据产品的特点进行设计 。
(5)设计未反应原料的回收或利用以及副产品的处理 。
由于反应不完全，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回反应设备继续参与反应 。
确定“三废”排放的处理措施 。
在生产过程中，必须排放的各种废气、废液、废渣应尽可能综合利用，变废为宝，循环利用 。不能回收的应该妥善处理 。“三废”中含有有害物质的，应达到排放标准后方可排放 。
因此，在化工开发和工程设计中，必须研究设计处理方案和工艺，使“三废”处理和环保项目、“三废”处理工艺与主体产品工艺同步设计、同步施工、同步投产 。根据国家有关规定，污染问题不解决，不允许投产 。
(7)确定公共工程的配套措施 。
工艺用水(包括原料软水、冷却水、溶剂水和洗涤水等 。)、蒸汽(原料蒸汽、加热蒸汽、动力蒸汽和其他蒸汽等 。)、压缩空气体、氮气、冷冻和真空空都是工艺中需要考虑的配套设施 。
生产用电、给排水、空调节、采暖通风应与其他专业密切配合 。
(8)确定操作条件和控制方案 。
一个完善的工艺设计除了工艺流程，还应该确定生产后的操作条件，这也是设计要求 。
这些条件包括整个过程中各单元设备的物料流量(投料量)、成分、温度、压力等 。，并提出控制方案(与仪控专业密切配合)，保证稳定生产合格产品 。
(9)制定切实可靠的安全生产措施 。
在工艺设计中，开车过程中可能存在各种不安全因素，应考虑长期运行和维护 。根据生产过程中的物料性质和生产特点，除了设备材料和结构的安全措施外，还有事故罐、安全阀、泄水管[/K0/]、安全水封、防爆板、水塞等 。应设置在工艺流程中的适当位置，以确保安全生产 。
(10)保温防腐设计
这是工艺设计的最后一道工序，也是施工安装的最后一道工序 。
在此过程中，管道和设备是否需要保温防腐，应根据介质和周围环境的温度、特性和状态来决定 。
◆◆◆◆ 2.通过方案比较做出决定 。
在工业生产中，一个过程往往可以通过很多方法来实现，比如液固混合物的分离，比如离心、沉降、压缩和真空过滤 。干燥湿固体，可采用气流、双锥、滚筒、箱式、沸腾等干燥方式，这也需要进行方案比较，因地制宜选择最佳工程方案 。
一个优秀的工程设计只有通过多种方案的比较才能产生 。首先，比较方案时要明确标准 。工程中常用的准则有产品产量、原材料单耗、能源单耗、产品成本、项目投资等 。此外，环保、安全、占地面积等因素也要考虑 。
方案比较的基本前提是保持原有信息不变 。设计者不能改变温度、压力、流量、流速等工艺参数的原始信息 。设计者只能采用各种工程手段和方法来保证工艺中规定的运行参数的实现 。
小编说:生产过程的设计涉及面很广 。其目的是将所有生产过程按照一定的顺序和要求有机地结合起来，然后绘制出生产工艺流程图，以了解设备的安装情况，指导生产操作 。生产流程的设计需要经历三个阶段:生产流程图、生产流程草图、带控制点的生产流程图 。
【化工工艺流程设计基础知识 工艺流程】

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