化工工艺设计基础-个人总结【完整版】.doc

化工工艺设计基础-个人总结【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）?化工工艺设计?讲座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以下根本条件。掌握化工根本理论如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反响动力学化学反响工程。掌握化工工艺设计方法和技能熟悉环保、平安、消防等方面的法规Ø 一定的工作经验1.2 化工建设工程阶段 建设工程阶段的划分以工程公司为主体，通常分为三个阶段Ø 工程前期Ø 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：工艺设计根底设计详细设计Ø 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Ø 建设工程阶段的划分以建设单位为主体，通常分为四个阶段Ø 工程前期Ø 工程设计Ø 工程建设Ø 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：Ø 文字说明工艺说明Ø 图纸Ø 表格 文字说明工艺说明Ø 工艺设计的范围。Ø 设计根底：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。Ø 工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程表达。Ø 原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量。Ø 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。Ø 三废排放：包括排放点、排放量、排放组成及建议处理方法Ø 装置定员Ø 平安备忘录另行成册Ø 技术风险备忘录通常为对内使用，另行成册Ø 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 图纸Ø PFD：是PID的设计依据，供根底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。Ø 建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供根底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。Ø PCD：通常是设计院内部设计过程文件、最终表达在终版PFD中通常由自控专业完成。 表格物料平衡表工艺设备数据表Ø 工艺设备表Ø 取样点汇总表装置界区条件表3. 工艺设计方法化工根本理论的应用3.1 工艺路线的选择Ø 原料来源Ø 经济效益和社会效益生产本钱Ø 环境保护Ø 其它，如操作条件、平安、消防、投资、工艺先进性，可行性，合理性。3.2 工艺流程方案优化精馏系统公用工程换热网络反响系统Ø “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响系统的设计和开发。“洋葱头模型强调过程开发和设计的有序和分层性质。Ø 反响流程优化见表-P-544Ø 精馏流程的优化Ø 蒸发流程的优化工艺设备的选择Ø 反响器：Ø 气液传质设备：Ø 传热设备：4. 工艺设计工作程序5. 设备设计压力和设计温度确实定压力：温度6. 过程控制方案确实定6.1过程控制方案确定的原那么Ø 保证装置运行的平稳、生产平安、控制简单适用。Ø 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Ø 压力Ø 温度Ø 流量Ø 物位Ø 化学成分和物性数据6.3选用控制仪表的要求Ø 准确可靠Ø 灵敏度高Ø 反响迅速Ø 滞后小Ø 使用维护方便Ø 价格廉价6.4典型化工单元的控制方案反响Ø 反响控制的要求到达规定的转化率、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。Ø 反响控制方案以反响转化率为控制变量 见图-1P-564。以反响工艺状态变量为控制对象 见图-2P-565。精馏精馏是常见的液液别离方法，精馏控制主要目的是到达规定的别离要求。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：Ø 按精馏段指标的控制方案 见图-3P-566。Ø 按提馏段指标的控制方案 见图-4P-567。Ø 塔顶压力控制方案 见图-5P-568。真空度控制方案 见图-6P-569。Ø 其它控制方案 见图-7P-569。传热设备Ø 控制载体的流量 见图-8P-570。Ø 控制传热面积 见图-9P-570。Ø 控制载体的气化温度 见图-10P-571。Ø 工艺介质旁路控制 见图-11P-571。流体输送设备Ø 离心泵控制方案 见图-12P-572。Ø 改变转速的控制方案 见图-13P-572。Ø 往复泵(位移式旋转泵)的控制方案 见图-14P-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-H图上，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那么：Ø 尽量防止有热流体通过夹点Ø 夹点上方防止引入公用设施冷却物流Ø 夹点下方防止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：Ø 能量转换Ø 能量利用Ø 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. 与工艺设计相关的根本知识与工艺设计相关的根本知识包括消防、劳动平安卫生、环境保护三个方面，必须遵守化工工艺设计主要工艺流程设计，设备选型，工艺管道设计；具体到一个设计工程，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局部章节：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；初步设计阶段是工程报批的必要程序，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，平安卫生环保篇，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根底设计和详细设计阶段，根底设计的内容主要是：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，维持系统平安应添加检测、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平安用氮气储罐等，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平安分析后需要调整控制点或检测点。气液别离器的现状与改良气液别离器作为化工生产中的单元操作，可见其根底性和重要性，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别离器，其正常生产时别离效率为50%-60%，也就量说有近一半的甲醇没有别离下来，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。如果将其甲醇别离器效率提高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，而本钱没有增加。从理论上来说，别离效率可达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，因为醇别离器的效率降至30%-40%以及一些其它原因，也就是说甲醇的生产本钱上升了，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，包括对别离器的改造，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。最后的结果仍然是别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别离器左改右改，但进展不大。 另外有一原因使别离器别离效率问题被掩盖了，甚至使局部厂家产生了错觉。气液别离器的别离效率测定一般是别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别离效率。但醇别离器出口如果是气液夹带的情况，那么分析结果将存在极大的误差，往往是别离效率很高，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。 气液别离器的改良也使技术人员大伤脑筋，一般的厂家都遇到过这问题。从气液别离的方法而言有如下几种：1、旋流别离；2、折流别离；3、丝网别离；4、填料别离；5、重力沉降别离；6、超滤别离。从理论上来说别离效率从小到大的排列为：重力沉降别离、折流别离和旋流别离、填料别离、丝网别离、超滤别离。但实际上上述方法都有其优缺点：1、重力沉降别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、折流别离和旋流别离效率较高，但别离效果不稳定，别离负荷一重，别离效率直线下降，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、填料别离别离效率又有提高，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别离的；4、丝网别离别离效率高，但也易堵易带液阻力大；5、超滤别离的效率最高，但更容易堵更容易带液阻力很大。 在实际生产中，气液别离器的改造有如下途径：1、改变别离方法的组合，在上述别离方法间进行取舍。2、更换外筒，增加别离空间，提高重力沉降的效率。3、不改变别离方法，对内件进行修改。4、增加一个别离器。由于多年来别离理论没有大的突破，别离技术也没有大的改良，所以很多技术人员对气液别离的改良没有信心。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，但实际生产能力只到达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别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别离器进行改造。原来的内件为旋流别离加折流别离加丝网，后改成旋流别离加折流别离加超滤别离。改造后别离器别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别离效果不甚理想。再来看看另一个例子：某厂单醇系统的醇别离器别离效果很差，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别离加超滤别离再加超滤别离。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别离器都没有很好解决气液别离效率问题。 从心上综合可知一个好的气液别离器应具有如下特点：1、别离效果好，适应的别离负荷范围非常宽。2、体积小。3、阻力小。pipe instrument drawing，管道仪表流程图PIDprocess flow-sheet drawing 工艺流程图 (PFD)