化工工艺设计基础-个人总结.txt丶︶￣喜欢的歌，静静的听，喜欢的人，远远的看我笑了当初你不挺傲的吗现在您这是又玩哪出呢？ 本文由scutbiao贡献
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《化工工艺设计》讲座 化工工艺设计》
1.概述 要建设一个化工厂,必须具有一批化工工艺专业技术人员, 1.1 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.业技术人员必须具备下列基本条件.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) .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) 掌握化工工艺设计方法和技能 熟悉环保,安全,消防等方面的法规 熟悉环保,安全,消防等方面的法规 环保 一定的工作经验 1.2 化工建设项目阶段 1.2.1 建设项目阶段的划分以工程公司为主体,通常分为三个阶段 建设项目阶段的划分以工程公司为主体, 项目前期 工程设计 按国内审批要求分为 按国内审批要求分为: 批准后建设单位即可开工.初步设计 → 批准后建设单位即可开工.施工图设计 按国际常规做法分为: 按国际常规做法分为: 工艺设计 基础设计 详细设计 施工,安装,试车,性能考核及国家验收(验收后工厂投入正常运行) 施工,安装,试车,性能考核及国家验收(验收后工厂投入正常运行) 建设项目阶段的划分以建设单位为主体, 1.2.2 建设项目阶段的划分以建设单位为主体,通常分为四个阶段 项目前期 工程设计 工程建设 工厂投入生产 2.工艺设计的内容和深度 工艺设计的文件包括三大内容 文件包括三大内容: 2.1 工艺设计的文件包括三大内容: 文字说明(工艺说明) 文字说明(工艺说明) 图纸 表格 文字说明(工艺说明) 2.1.1 文字说明(工艺说明) 工艺设计的范围.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, 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.产品及副产品规格.副产品规格 工艺流程说明:生产方法,化学原理,工艺流程叙述.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.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, 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 脱盐水,冷冻,工艺空气,仪表空气,氮气) 定额及消耗量.定额及消耗量.三废排放:包括排放点,排放量, 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) 安全备忘录(另行成册) 技术风险备忘录(通常为对内使用,另行成册) 技术风险备忘录(通常为对内使用,另行成册) 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) 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: 的设计依据,供基础设计使用(通常分版次逐版深化) 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, ,主要控制回路 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.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( 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) 根据工艺流程的特点和要求进行布置..根据工艺流程的特点和要求进行布置 布置图) 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, 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) .完成) 2.1.3 表格 物料平衡表 工艺设备数据表 工艺设备表 取样点汇总表 装置界区条件表 工艺设计方法(化工基本理论的应用) 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) 经济效益和社会效益(生产成本) 环境保护 其它,如操作条件, 其它,如操作条件,安全,消防,投资,工艺先进性,可行性,合理性.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) 洋葱头"模型(由史密斯,林霍夫提供的模型) 反应系统 精馏系统 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 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" 设计的核心是反应系统的设计和开发 " 设计的有序和分层性质.设计的有序和分层性质.反应流程优化见表-7.4.2( 544) 反应流程优化见表-7.4.2(P-544) 精馏流程的优化 蒸发流程的优化 工艺设备的选择 工艺设备的选择 反应器: 反应器: 气液传质设备: 气液传质设备: 传热设备: 传热设备: 4.工艺设计工作程序
项目经理 项目建议书 可研报告 装置平面图 专利及专有技术资料 工艺设计,基础设计数据 开工报告 有关会议纪要 合同文件 化 工 工 艺 接受设 计条件 消化资料 确定设计 基础 展开 工艺 设计
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 提出相 关设计 条件 完成工 艺设计 成品文 件 基础设计 ,详细设 计跟踪服 务 设计 完工 报告
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
确定工艺流程方案 工艺计算:物料, 能量,设备
安全生产 职业卫生 物性数据 文字说明
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) 工艺说明书 图纸 PFD图 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 压力: 压力: 温度 过程控制方案的确定 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.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.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 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.达到规定的转化率,产品浓度.处理量平稳.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.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 7.7.3564) 以反应转化率为控制变量 见图 7.7.3-1(P-564) .7.7.3565) 以反应工艺状态变量为控制对象 见图 7.7.3-2(P-565) .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.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.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: 制可分为: 7.7.3566) 按精馏段指标的控制方案 见图 7.7.3-3(P-566) .7.7.3567) 按提馏段指标的控制方案 见图 7.7.3-4(P-567) .7.7.3568) 塔顶压力控制方案 见图 7.7.3-5(P-568) .7.7.3569) 真空度控制方案 见图 7.7.3-6(P-569) .7.7.3569) 其它控制方案 见图 7.7.3-7(P-569) .6.4.3 传热设备 7.7.3570) 控制载体的流量 见图 7.7.3-8(P-570) .7.7.3570) 控制传热面积 见图 7.7.3-9(P-570) .7.7.3-10( 571) 控制载体的气化温度 见图 7.7.3-10(P-571) . 7.7.3-11( 571) 工艺介质旁路控制 见图 7.7.3-11(P-571) .6.4.4 流体输送设备 7.7.3-12( 572) 离心泵控制方案 见图 7.7.3-12(P-572) .7.7.3-13( 572) 改变转速的控制方案 见图 7.7.3-13(P-572) .往复泵(位移式旋转泵) 7.7.3-14( 572) 往复泵(位移式旋转泵)的控制方案 见图 7.7.3-14(P-572) . 7.能耗计算 过程能量分析的常用方法有:夹点分析法和三环节能量分析法 过程能量分析的常用方法有:夹点分析法和三环节能量分析法 7.1 夹点分析法 将需要优化的换热网络用冷,热流复合线表示在温焓图( 将需要优化的换热网络用冷,热流复合线表示在温焓图(T-H 图)上,热流复合线位于 冷流上方, 冷流上方,冷,热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点,其温差△Tmin 称为夹点温 热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点,其温差△ 差.夹点分析法应遵循三个原则: 夹点分析法应遵循三个原则: 尽量避免有热流体通过夹点 夹点上方避免引入公用设施冷却物流 夹点下方避免引入公用设施加热物流 7.2 三环节能量分析法 重点研究热能在化工装置的利用,从下述三个环节出发: 重点研究热能在化工装置的利用,从下述三个环节出发: 能量转换 能量利用 能量回收 夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料.夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料. 与工艺设计相关的基本知识 8.与工艺设计相关的基本知识 与工艺设计相关的基本知识包括消防,劳动安全卫生,环境保护三个方面, 与工艺设计相关的基本知识包括消防,劳动安全卫生,环境保护三个方面,必须遵守 消防 三个方面
化工工艺设计主要工艺流程设计,设备选型,工艺管道设计;具体到一个设计项目,一般设 计经理是工艺专业负责牵头,在可研阶段,主要负责可研报告的大部分章节:如厂址比选,技术 方案比选等等,还负责向其他专业提设计条件,最后汇总成可研报告和投资概算;初步设计阶段 是项目报批的必要程序,要求有工程的主要设备,流程,总图布置,设备布置,电气仪表设计主 要设计选型等,工艺负责向其他专业条件,开展设计最后汇成初步设计文件(说明书,消防篇, 安全卫生环保篇,概算篇等) ;施工图阶段,是深入设计到一个螺栓,一个垫片,同样是工艺牵 头开展设计.工艺设计主要分基础设计和详细设计阶段, 基础设计的内容主要是: 工艺流程和控制说明, PFD, PID 和物料热量平衡,设备一览表,管道数据表,仪表数据表,工艺设备和系统计算等等.详细 设计的主要内容是:工艺设备数据表的完善,管道,仪表数据表的完善,PID 的完善,工艺设备 厂商文件评阅,配管图的评阅,操作手册和分析手册等
工艺系统专业的职责范围
论坛中有不少新人吧?有的可能刚刚介入工艺系统这个行业, 我把自己总结的这个专业在工作中 的职责范围跟新人们分享一下: 1.生产用给排水的设计条件.向给排水提出生产用给排水的界区条件.2.提出化工工艺装置内蒸汽和冷凝水界区条件.3.提出化工工艺装置内的工艺,辅助物料,和公用物料界区条件.4.根据工艺控制图(PCD)把仪表符号表示在 PI 图上,补充检测,显示,控制及报警系统.4.1 管道系统压力降,设备设计压力,维持系统安全应添加检测,显示,控制及报警系统.4.2 泵,压缩机类型的压差计算,需要增设某些检测,显示和控制点.4.3 在公用物料系统,如蒸汽,氮气,压缩空气,水等主管上,应设置必要的控制,测量点,计 量仪表及报警系统.4.4 对某些公用物料辅助设备(如装着内的安全用氮气储罐等) ,增设必要的控制,检测点及报 警系统.4.5 根据操作化工工艺操作部门的意见增加有关仪表.4.6 安全分析后需要调整控制点或检测点. 气液分离器的现状与改进
气液分离器作为化工生产中的单元操作, 可见其基础性和重要性, 但实际生产中却是系统的薄弱 环节和瓶颈,多年来一直未能有所突破.例如:某厂联醇系统的甲醇分离器,其正常生产时分离 效率为 50%-60%,也就量说有近一半的甲醇没有分离下来,每年损失甲醇近万吨,每年直接损 失 2000 万元,而这万吨甲醇全部带至后工序,每年排放 COD 超过万吨,而且对后工序的生产 造成严重影响.如果将其甲醇分离器效率提高 5%,那么每年甲醇产量增加 500 吨,增效 100 万, 也就量说增加的甲醇产量全部是效益,而成本没有增加.从理论上来说,分离效率可达 100%,也就量可以增效 2000 万/每年.此厂根据市场行情决定提高甲醇产量,于是增加生产负 荷,但醇产量比预想的少,因为醇分离器的效率降至 30%-40%以及一些其它原因,也就是说甲 醇的生产成本上升了,增加生产负荷没有起到应有的效果.此厂又决定扩大甲醇的生产能力,投 资对联醇系统进行改造,包括对分离器的改造,这里以面临一个问题:是换一个醇分还是只对醇 分内件进行改造.更换的话大约需要投 80 万,而且不一定能保证效果;对内件改造的话,只需 投 20 万,也不一定能保证效果.最后的结果仍然是分离器卡着整个系统的脖子.许多厂家对此 深有感触,也不得不对本厂的气液分离器左改右改,但进展不大.另外有一原因使分离器分离效率问题被掩盖了, 甚至使部分厂家产生了错觉.气液分离器的分离 效率测定一般是分离器进口作一个气体分析, 出口作一个气体分析, 然后将分析数据代入公式中 算出分离效率.但醇分离器出口如果是气液夹带的情况,则分析结果将存在极大的误差,往往是 分离效率很高,从而使技术人员将注意力放到别的地方,而没有找到系统真正的瓶颈.如上述厂 家就遇到过这问题.气液分离器的改进也使技术人员大伤脑筋,一般的厂家都遇到过这问题.从气液分离的方法而 言有如下几种:1,旋流分离;2,折流分离;3,丝网分离;4,填料分离;5,重力沉降分离; 6,超滤分离.从理论上来说分离效率从小到大的排列为:重力沉降分离,折流分离和旋流分离, 填料分离,丝网分离,超滤分离.但实际上上述方法都有其优缺点:1,重力沉降分离设备内没 有内件为一空筒,所以结构简单,阻力小,但体积庞大,设备投资大,而且效率低,所以很少在 高压设备中采用;2,折流分离和旋流分离效率较高,但分离效果不稳定,分离负荷一重,分离 效率直线下降,所以体积仍然较大,而且对内件设计要求较高,阻力有增加;3,填料分离分离 效率又有提高,但这跟填料的选择有较大的关系,而且填料易堵易碎易带液阻力较大,所以很少 有单独使用填料进行气液分离的;4,丝网分离分离效率高,但也易堵易带液阻力大;5,超滤 分离的效率最高,但更容易堵更容易带液阻力很大.在实际生产中,气液分离器的改造有如下途径:1,改变分离方法的组合,在上述分离方法间进 行取舍.2,更换外筒,增加分离空间,提高重力沉降的效率.3,不改变分离方法,对内件进 行修改.4,增加一个分离器.由于多年来分离理论没有大的突破,分离技术也没有大的改进, 所以很多技术人员对气液分离的改进没有信心.下面我们又来看一个例子: 某厂投入巨额资金上 马一套氨合成塔系统,以期扩大合成氨生产能力,但实际生产能力只达到 50%,并且因为透平机经常坏所以这套氨系统也经常停车.技术人员经过分析后认为两个氨分离器效果不佳是造成这 种局面的主要原因, 于是公司下了大力气对氨分离器进行改造.原来的内件为旋流分离加折流分 离加丝网,后改成旋流分离加折流分离加超滤分离.改造后分离器分离效果比原来好一些,透平机的连续运行时间由原来的 50 天增加到 70 天,合成氨的生产能力也增至 60%.从上述的数据 我们也能看出改造后的分离效果不甚理想.再来看看另一个例子: 某厂单醇系统的醇分离器分离 效果很差,为改变这种局面,就在现有醇分后串了一个醇分.串的这个醇分内件为折流分离加超 滤分离再加超滤分离.改造后,依然带醇严重.象这种例子很多,不胜枚举,这说明了一个问题 就是这些分离器都没有很好解决气液分离效率问题.从心上综合可知一个好的气液分离器应具有如下特点:1,分离效果好,适应的分离负荷范围非
常宽.2,体积小.3,阻力小. pipe instrument drawing,管道仪表流程图(PID) ,管道仪表流程图( ) proce flow-sheet drawing 工艺流程图 (PFD) 1
