当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

化工工艺设计基本要素


化工工艺设计基本要素(适合初学者) 1. 概述 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。 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熟悉环保、安全、消防等方面的法规,如: 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) 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

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 项目前期: 项目建议书 → 批准后即为立项 可行性研究报告 → 批准后即可展开工程设计 工程设计: 按国内审批要求分为: 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: 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) 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 2.1 工艺设计的文件包括三大内容: 文字说明(工艺说明)、 图纸、表格 2.1.1 文字说明(工艺说明) 1)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。 2)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。 3)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。 4)三废排放:包括排放点、排放量、排放组成及建议处理方法 5)装置定员

6)安全备忘录(另行成册) 7)技术风险备忘录(通常为对内使用,另行成册) 8)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 1)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。 2)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。 3) 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 1)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)。 2)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)。 3)工艺设备表 4)取样点汇总表 ? 5)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。 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 ①“洋葱头”模型(由史密斯、林霍夫提供的模型) 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。 ② 反应流程优化 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。 ③ 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 ④ 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: 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 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 P-547。 气液相反应器及固相反应器的使用情况见 P-548。 固体催化反应器的使用情况见表 7.4.3-3(P-548)。 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 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) 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。 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℃)。 ⑤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。 1) ⑥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。 压力容器分类见表 7.4.5-5(P-557)。 4. 工艺设计工作程序 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 温度:正常操作温度、最高操作温度、设计温度的选取

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 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 ①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。 ②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)。

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 按提馏段指标的控制方案 塔顶压力控制方案 真空度控制方案 其它控制方案

6.4.3 传热设备 控制载体的流量、控制传热面积、控制载体的气化温度、工艺介质旁路控制

6.4.4 流体输送设备 离心泵控制方案 改变转速的控制方案 往复泵(位移式旋转泵)的控制方案

7. 能耗计算 目前人类面临的共同任务是保护资源、减少环境污染、维护生态平衡、实现可持续发展。化工生产中传热过程是经常的 发生的事,因此合理使用能源,节约能源消耗是每个化工工艺设计人员应尽的职责。 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(T-*****)上,热流复合线位于冷流上方,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 称为夹点温差。 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:

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。

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,必须遵守国家相关的标准、法规。 8.1 消防 8.2 安全 8.3 环保 废气、废水(废液)、废固、噪音、放射性、排放总量控制


相关文章:
-化工工艺设计中的安全问题及控制
-化工工艺设计中的安全问题及控制_能源/化工_工程科技_专业资料。随着社会的高度...,在管道设计时需要充分考虑管 道的规格、材料以及应力等可能造成管道泄露的因素...
化工设计基础试题
化工设计基础试题_工学_高等教育_教育专区。一、填空(共 10 题,每题 2 分,共 20 分) 1、创新就是“建立一种新的生产函数”,即企业实行对生产要素的“新的...
化工设计基础教案
化工工艺设计:根据化工生产的要求,制定化工生产装置建设过程所需的工艺技术资 料...4)行性研究报告必须实事求是,对项目的要素进行认真的、全面的调查和详细的 测算...
2.化工工艺设计手册整理
化工工艺设计手册设计学习步骤 1.按照规定的设计基础,及工艺流程和说明,进行装置...(车间)布置技术要素 装置(车间) 厂间布置一般为长方形、L 型、T 型和Π型,...
373#——化工设计基础
补充整理打印,试后上交化工设计基础 1 一、填空(共 10 题,每题 2 分,共 20 分) 1、创新就是“建立一种新的生产函数”,即企业实行对生产要素的“新的组合...
化工设计复习题(2)
3. 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算三个内 容。 4. 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涉及到的 因素...
工艺要素
百度文库 专业资料 工程科技 能源/化工专题推荐 北师大二附理科学霸高中... ...白车身设计应重视的工艺... 2页 免费 关于饲料制粒工艺要素... 2页 1下载...
浅析化工厂房建筑设计中的要点
浅析化工厂房建筑设计中的要点_建筑/土木_工程科技_专业资料。浅析化工厂房建筑设计中的要点 摘要: 化工厂房建筑设计为化工设计的重要部分。受到化工的工艺技术流程 及...
山东大学 化工设计基础试题及答案
化工设计基础 一、填空 1、创新就是“建立一种新的生产函数”,即企业实行对生产要素的“新的组合”。它包括五种情况:①引入一种新产 品或提供一种产品的新...
工艺设计与工艺管理
工艺设计与工艺管理_能源/化工_工程科技_专业资料。今天主要讲五个方面的问题:一...三、工艺与品质 造成产品质量的波动的原因主要有 6 个因素: 即:人、机、料...
更多相关标签:
化工安全管理基本要素 | 教学设计的基本要素 | 平面设计的基本要素 | 基本有机化工工艺学 | 实验设计的基本要素 | 组织设计的基本要素 | 设计模式的基本要素 | 实验设计的基本要素是 |