第一章-化工工艺流程设计讲解课件.ppt

1、第一章第一章 化工工艺流程设计化工工艺流程设计 教学内容：1、化工设计的准备工作和内容 2、化工生产方法的选择 3、化工工艺流程设计方法 4、化工工艺流程图的设计程序 教学目的:了解化工工艺设计的程序、内容、方法方案的选择。重 点:化工工艺流程图的绘制。难 点:化工生产方法的选择 教学课时:4学时 教学方法：多媒体、讲授、课堂讨论 第一章第一章 化工工艺流程设计化工工艺流程设计 接受任务接受任务 厂址选择 预可行性研究预可行性研究 编制项目建议书 技术考察 可行性研究 施工配合施工配合 提出勘查要求提出勘查要求 复查厂址 初步设计初步设计 施工图设计 提出详勘要求提出详勘要求 试车 设计回访设

2、计回访 项目后评价 设备采购 工艺流程设计的目的和任务 目的：用图解形式来表达整个生产工艺过程 任务：(1)确定整个流程的组成?(2)确定每一个过程或单元操作的组成?(3)确定每一个过程或单元操作的操作条件?(4)确定控制方案?(5)确定三废治理与综合利用方案?(6)确定安全生产措施 第一节 化工设计的准备工作和内容 工艺路线工艺路线?2.3.2工艺流程设计程序?项目建议书?可行性研究?初步设计?施工图设计 工艺流程方框图 带控制点工艺流程图 带控制点工艺流程图 工艺流程简图?设计准备工作的含义比较广泛，包括收集和掌握有关的设计资料，现场调查，组织设计力量，安，现场调查，组织设计力量，安排设计

3、进度等。?对设计人员来说，主要是认真周密地研究设计任务书，正确领会上级意图，构思设计对象的轮廓，考虑如何收集设计所需要的资料。一、设计的准备工作一、设计的准备工作 设计所需资料设计所需资料?1、各种生产方法及其工艺流程各种生产方法及其工艺流程?2、各种生产方法的技术经济比较、各种生产方法的技术经济比较?3、物料、热量衡算资料、物料、热量衡算资料?4、设备设计资料、设备设计资料?5、车间布置资料?6、管道设计资料、管道设计资料?7、非工艺项目设计资料、非工艺项目设计资料?8、概（预）算预等经济资料?9、劳动保护、安全技术等资料、劳动保护、安全技术等资料 设计信息的获取设计信息的获取网上搜索引擎

4、Find what you need Spy what you want 设计资料的其它来源设计资料的其它来源?1、设计单位?2、科研单位?3、生产企业单位?4、基本建设单位?5、国外技术引进资料?6、为设计而进行的研究?7、现场调查资料?8、供销单位的产品目录样本 设计资料的筛选?设计资料的筛选必需是实事求是，一般要掌握以下原则：?1、去伪存真；?2、去粗取精；?3、对新、旧资料进行对比，优先采?用可靠的最新资料。二、化工工艺设计的内容二、化工工艺设计的内容?(1)原料路线和技术路线的选择?(2)工艺流程设计?(3)物料衡算?(4)能量衡算?(5)工艺设备的设计和选型?(6)车间布置设计?(

5、7)化工管道设计?(8)非工艺设计基础数据?(9)编制设计文件：包括编制设计说明书、附图和附表。在设计不同阶段，工艺设计的内容和深度各不相同，如物料衡算和能量衡算一般在初步设计阶段进行，管道设计则在施工图阶段才能进行。化工工艺设计中应参考的“四化原则”：(1)工厂布置一体化 各生产厂房及辅助厂房尽可能布置在一起，以节省占地。(2)生产装置露天化 化工设备尽量布置在露天，既可改善工作条件，防止有害气体积累，又可节省投资。(3)公用工程社会化 水、电、汽供应，铁路进线，机修等尽量利用社会条件，协作进行。(4)引进技术国产化 为了降低投资，锻炼国内的技术力量，在引进国外先进技术时，尽量利用国内的人力

6、和物力资源。第二节 化工生产方法的选择?化工生产方法：是将工厂全年生产的品种、产量、生产时间、生产班次等做一个安排，形成一个化工生产的方法。?在安排生产方案时，应尽量做到“四个满足”：?满足产量质量的要求?满足经济效益的要求?满足安全生产的要求?满足环境保护的要求?产品符合国家有关的规定与法规?技术上可行?经济上合理?原料的纯度与供应的可靠?公用工程的供应保障?环境评估的许可?安全生产无隐患 化工生产方法，主要考虑以下因素化工生产方法，主要考虑以下因素 1 1、技术上先进性 ：就是技术上的先进和经济上的合理可行。具体包括：基建投资、产品成本、消耗定额和劳动生产率等方面 的内容，应选择物料损耗小

7、、循环量少，能量消耗小和回收利用好的生产方法。2 2、经济可靠性：、经济可靠性：?是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠（不成熟的工艺技术，会造成极大的浪费）。因此，对于尚 在试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待,要防止只考 虑新的一面，而忽略不成熟、不稳妥的一面，坚持一切经过试验原则,不允许把未来的生产当作试验工厂进行设计。3、结合国情：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 化工生产所用的原材料设备所用金属材料供应情况；?（4）中国环

8、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关系；?（6）资金筹措与外汇贮备情况?以上三项原则必须在技术路线和工艺流程选择中全面衡量、综合考虑。第三节第三节 化工工艺流程设计方法化工工艺流程设计方法 原料贮存 原料处理 反应或提取 产品分离 产品精制 储存包装 一、工艺流程设计的内容 化工工艺一般工艺流程 （一）确定整个流程的组成一）确定整个流程的组成 例如 合成氨生产工艺 造气 变换 铜洗 合成 煤或油 水蒸气 己内酰胺生产工艺 加氢 氧化 羟胺 肟化 重排 苯 H2 O2 H2 硝酸(二)确定各个过程或工序的组成 例如 合成氨工艺中的变换工段 变换反应：CO +H2O

9、CO2 +H2 水洗 CO2+H2O H2CO3 碱洗 CO2 +NaOH Na2CO3 +H2O 变换反应 水洗 碱洗 H2,N2,CO CO2及少量惰性气体(三)确定操作条件?1、反应器操作参数的确定?1）温度?a 可逆反应的平衡（吸热或放热）?如：EB?Sty+H2 +H?采用二段反应，温度序列为先低后高?b 考虑反应的选择性（按主付反应活化能的大小）?如：A P A S?如果E1为主反应的活化能，且 E1E2 则高温有利于主反应?c 温度的限制条件（材质和催化剂的要求）（材质和催化剂的要求）E1 E2?2 2）组成）组成?a 某一反应物要求很高的转化率?例如 CO+Cl2 COCl（光

10、气）二异氰酸酯的原料?要求不含氯，Cl2的转化率100%，采取CO过量?b 产物与反应物分离困难?如C6H6（苯）+H2 C6H12（环己烷）?C6H6:Tb=353.1k C6H12:Tb=353.9k?苯与环己烷很难分离，因此采取氢气过量，苯完全反应。?c 反应的浓度效应（浓度对主付反应速率的影响）?d 分离循环费用?3 3）压力?a 反应速度?b 反应物料的相态（如气相烃化和液相烃化）?c 后续分离的要求（希望水冷后就产生气液两相）?4 4）反应的转化率?a 转化率和所需反应时间的关系?b 各种转化率下的产品分布?c 反应系统和分离系统的设备价格 2、精馏塔工艺参数的确定?1）塔压（实质

11、上是塔顶塔釜温度选取的问题）?a 尽量避免真空操作（增加真空泵和塔径）?b 常压下能用普通冷却水冷却，就不宜采取加压?c 对于P1.6MPa时，究竟采用低压冷冻，还是高压冷却，需?作方案比较。?2）回流比?a 对于价格高昂的公用工程，取常规R/Rmin(1.111.24)的范?围低限。?b 若回收的冷量或热量可利用，取常规R/Rmin的高限。?c 对于产品纯度极高的精密精馏，取较大R/Rmin值（因为 R/Rmin较 小，塔板数急剧增加）?3）产品纯度和回收率?（正确选定产品的纯度有重大的经济意义）(4)(4)确定控制方案确定控制方案 a 离心泵的流量控制 FRC PI FRC PI b 液位

12、控制 溢流控制液面 LIC 出料控制液面 LIC FC 进料控制液面 C 两个液相的界面控制(液-液分离）LIC LIC 卧式容器界面控制 d塔压调节塔压调节 PIC?(五)确定过程的综合平衡?(六)确定三废治理方法。?(七)制定安全生产措施。?(八)其他实际要求（清洗、冷凝水回用、副产物的利用等）。二、工艺流程设计任务和步骤二、工艺流程设计任务和步骤?生产路线选定之后，即可进行工艺流程设计。它和车间布置设计是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性步骤，对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用。（一）工艺流程设计的任务（一）工艺流程设计的任务 流程设计包括两个方面：流程设计包括两个方面：

13、一是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，由原料制成产品。二是绘制工艺流程图，以图解的形式表示生产过程，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。二、化工工艺流程设计任务和步骤 生产工艺流程设计牵涉面很广，其目的是把各个生产过程按一定的顺序和要求有机地组合起来，进而绘出生产工艺流程图来指导设备的安装和指导生产操作。生产工艺流程的设计需要经历 生产工艺流程示意图、生产工艺流程草图生产工艺流程草图、带控制点的生产工艺流程图三个阶段。?1.收集资料，调查研究?2.确定方案，落实设

14、备?3.全面分析，对比比较 工艺路线确定的步骤工艺路线确定的步骤 1.1.收集资料，调查研究收集资料，调查研究?设计资料的收集是一切设计工作的基础，没有必要的设计资料，设计工作就很难进行。如果收集的资料不充分，就有可能拖延设计进度；如果收集的资料不可靠，则可能会做出错误的决策，影响设计的质量。?设计资料收集得越全面、越完整、越适用，设计越能符合生产规律，越能取得预期的设计效果。所以，设计资料的收集在设计工作整个过程中是非常重要的。生产方式 基础资料 工艺资料 其他资料 地形、气象、水文、地址、人文地理、原料燃料、动力、交通、施工条件 生产方式及其工艺流程-原料路线、操作规程、控制指标、主要设备

15、等 物料衡算、热量衡算、设备计算 车间布置、非工艺专业资料、及其他与建设项目有关的资料?搜集设计资料的原则和步骤搜集设计资料的原则和步骤?（1）资料的完整性 全面的、完整的资料数据能够反映客观事物的全过程，才能用于设计。?（2）资料的正确性 正确的资料数据具有再现性，能反映客观事物的本质规律，才能用于设计。?（3）资料的适用性资料的适用性 科学技术都是有条件依据的，搜集资料要严格注意资料的适用条件。?（4）资料的恰当性 资料年代的差异会造成技术上的不同，在整理、分析资料时应注意资料恰当性，不可盲目一味年追求先进性，要综合考虑整个设计的技术水平与建设项目的投资总额。2 2、确定方案，落实设备、确定方案，落实设备 分析各种工艺路线 所使用的设备 已有定型设备 国内设计制造 国外进口 3.全面分析，对比比较 各 种 工 艺 路 线 国内外采用情况及发展趋势 产品质量比较 生产能力及产品规格 原材料及能量消耗 建设费用及产品成本 三废的产生与治理 其他特殊的情况 阅读课本p13 氨合成原则流程