化工工艺设计...ppt

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1、1 绪论绪论v化工设计要注意以下几个原则：（1）符合国家的经济政策和技术政策（2）工艺上可靠，经济上合理（3）力求技术先进，经济效益更大（4）不造成环境污染（5）符合安全和卫生要求1.1化工厂概况化工厂概况 1.1.1 化工厂分类化工厂分类 1.化工生产的特点化工生产的特点（1）工艺流程复杂 （2）操作状态变化大（3）流体输送多 （4）具有腐蚀性（5）具有毒性 （6）易燃、易爆性（7）非标设备多2.化工厂分类化工厂分类（1）按产品分类）按产品分类 可分为：日用化工厂、石油化工厂、农药化工厂、橡胶厂、塑料厂 等种类繁多的化工厂（2）按生产规模分类）按生产规模分类 大型大型化工厂（年生产能力100

2、kt以上）中型中型化工厂（年生产能力10kt100kt）小型小型化工厂（年生产能力10kt以下）（3）按生产方式分类 可分为：连续操作连续操作(大、中型化工厂)间歇操作间歇操作(小型企业)（4）按生产技术的先进程度分类 可分为：现代化化工厂现代化化工厂(生产技术采用微机控制，自动化程度较高)技术水平一般的化工厂技术水平一般的化工厂(少有或没有微机 控制，大部分生产环节靠 常规的仪表或人工控制)。1.1.2 化工厂组成化工厂组成 1.化工厂的结构化工厂的结构（1）人人：机关人员、工程技术人员、操作人员、后勤行政人员（2）财财：固定资产、流动资金（3）物物：各种机器设备、材料、各种仪表等（4）产产

3、（5）供供：提供原料、机器设备、检修物资等（6）销销2.专业技术人员专业技术人员化工厂中的专业技术人员主要包括以下五个专业：（1）工艺：管理从原料到半成品或成品的加工过程（2）设备（3）自动控制（4）给排水：供水、排水。（5）电气：电缆、电网、动力用电负荷、照明负 荷、电表、控制及维修等。3.化工厂组成化工厂组成 由生产部门生产部门和辅助生产部门辅助生产部门等组成。（1）生产部门：生产车间(原料工段、生产工段、成品工段、回收工段等)（2）辅助部门：原料及产品罐区或仓库、锅炉房、压缩空气站、冷冻站、循环水站、真空泵房、变电配电室、三废处理 车间、机修车间、消防站等（3）行政、生活部门：行政办公楼

4、、更衣室、浴 室、食堂、医务室、门卫等1.2 立项过程立项过程 1.2.1 立项立项 根据项目的大小项目的大小可分为三类：（1）国家级大型项目国家级大型项目：部委或国务院部委或国务院批准后才能立项，主 要考虑此类重大项目在全国布局的 合理及资金筹措。（2）中型项目中型项目：地方政府主管部门地方政府主管部门批准，主要考虑此地区 的需求合理，由于资金相对较少，所以较 易解决。（3）小型项目小型项目：本地区主管部门本地区主管部门批准立项，通常由化工厂 本身发展需要而建设。1.2.2 招标招标立项后，建设单位招标 设计单位投标招投标中，有关专家审查并确定标的有关专家审查并确定标的招标后，中标的设计单位

5、以建设单位上级主管部门的批文为依据，同时根据建设单位提供的设计要求及设计参数开展工作。1.2.3 项目建议书的编制项目建议书的编制设计单位编制项目建议书 确定项目负责人 进行基础资料的调查和收集，确定生产路线 进行厂址踏勘，提出总图设想，估算投资费用。项目负责人汇总资料编制成项目建议书。再发送至有关单位，由上级部门审批立项。1.3 设计要求设计要求1.3.1 设计原则设计原则1.设计要求 化工装置设计需满足的要求：化工装置设计需满足的要求：（1）产品数量和质量指标（2）经济性（3）安全（4）符合国家和各级地方政府制订的环境保护法规，对排放的三废进行处理（5）整个系统必须可操作可控制2.约束条件

6、约束条件 分为：外部外部约束条件和内部内部约束条件外部约束条件：（1）政府制订的各种法律、规定和要求（2）各种自然规律（3）安全要求（4）资源情况（5）各种必须遵循的标准和规范（6）经济要求，如投资限额和投资回收期内部约束条件：内部约束条件：（1）生产技术，技术软件的来源，技术成熟程度，价格和使用条件（2）材料：材料供应的难易（3）时间：设计时间（4）人员（5）产品规格（6）建设单位的具体要求（7）建厂地区的具体情况1.3.2 设计种类设计种类 一个新产品或技术从试验研究试验研究工厂或装置建设工厂或装置建设，需要进行两大类的设计两大类的设计：第一类：是新技术开发过程新技术开发过程中的 即概念设

7、计，中试设计和基础设计等。由研究单位和工程开发部门研究单位和工程开发部门负责进行。第二类：是工程设计工程设计 包括可能性研究，初步设计，施工图设计等 由设计单位设计单位负责进行。1.概念设计：概念设计：根据研究提供的概念和数据，确定流程和工艺条件及主要设备的形式和材质，三废处理措施等，最终得出基建投资和产品成本等主要技术经济指标。2.中试装置设计：中试装置设计：中试的目的是验证基础研究得到的规律，考察从小试到中试的放大效应。内容基本上和工程设计相同，但规模小3.基础设计：基础设计：内容包括将要建设的生产装置的一切技术要点。它将作为工程设计的依据，基础设计须详细说明工业生产过程、主要的工艺特点、

8、反应原理及工艺参数和操作条件。1.3.3 设计程序设计程序接受任务编制项目建议书预可行性研究可行性研究报告厂址选择技术考察初步设计提出初勘要求复查厂址施工图设计提出详勘要求设备采购施工配合试车、考核工程总结、设计回访项目后评价项目建议书的主要内容：项目建议书的主要内容：（1）项目建设的目的和意义，及项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义。（2）产品需求初步预测（3）产品方案和拟建规模（4）工艺技术初步方案（原料路线、生产方法和技术来源）（5）主要原材料、燃料和动力的供应（6）建厂条件和厂址初步方案（7）公用工程及辅助设施初步方案（8）环境保护（9）工厂组织和劳动定员估算（10）项目实施初

9、步规划（11）投资估算和资金筹措方案（12）经济效益和社会效益的初步估算（13）结论与建议可行性报告的内容如下：可行性报告的内容如下：（1）总论总论：项目名称、主办单位名称、企业性质及法人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和 论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等 并附上主要技术经济指标表（2）需求预测需求预测：国内外需求和产品的价格分析（3）产品的生产方案及生产规模产品的生产方案及生产规模（4）工艺技术方案工艺技术方案：包括工艺技术方案的选择、物料平 衡和消耗额定、主要设备的选择、工艺和设备 拟采用标准化的情况等内容（5）原材料、燃料及水电汽的来源与供应原材料、燃料及水电汽的来源与供

10、应（6）建厂条件和厂址选择布局方案建厂条件和厂址选择布局方案（7）公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案（8）节能节能（9）环境保护环境保护（10）劳动保护与安全卫生劳动保护与安全卫生（11）工厂组织、劳动定员和人员培训工厂组织、劳动定员和人员培训（12）项目实施规划）项目实施规划（13）投资估算和资金筹措）投资估算和资金筹措（14）经济效益评价及社会效益评价）经济效益评价及社会效益评价（15）结论）结论：包括综合评价和研究报告的结论、存在问题及建议等内容初步设计说明书的内容：初步设计说明书的内容：（1）总论（2）技术经济：基础经济数据，经济分析，附表（3）总图运输：厂址选择，总平面布置

11、，竖向布置，工厂 运输，工厂防护设施，排渣场，防护，绿化（4）化工工艺：原材料及产品的主要技术规格，装置危险性 物料表，生产流程叙述，原材料、动力（水 电气汽）消耗定额及消耗量，成本估算，车 间定员，管道材料等（5）空压站，氮氧站、冷冻站（6）外部工艺，供热管线（7）设备（含工业炉）：设备技术特征，主要设备总图（8）自动控制全厂自动化水平、信号及联锁，环境特征及仪表选型，复杂控制系统，动力供应等（9）供电 （10）电信 （11）土建（12）给排水 （13）供热（14）采暖通风及空气调节 （15）维修（16）中央化验室 （17）消防（18）环境保护及综合利用 （19）劳动安全与工业卫生（20）节

12、能 （21）概算施工图设计施工图设计v施工图设计：把初步设计中确定的设计原则和设计方案，根据建筑施工、设备制造及安装工程的需要进一步具体化v设计内容包括：v工艺专业工艺专业：工艺图纸目录、带控制点的工艺流程图、公用工程系统图、设备布置图、设备一览表、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备及管路保温及防腐设计、设备专业有非定型设备制造图、设备安装图等v非工艺专业：非工艺专业：土建施工图，供电、给排水、自控仪表路线安装图等1.3.4 原始资料搜集原始资料搜集1.3.4.1 原始数据及资料原始数据及资料1.基础资料 包括厂址区域的地形、气象、工程地质、水文地质等资料，人文及地理情况，矿产资源、

13、技术经济条件，原材料、燃料及其他动力供应、交通运输及施工条件等情况2.生产方法及工艺流程资料（1）各种生产方法及其工艺流程（2）各种生产方法的技术及经济比较3.工艺资料（1）物料衡算（2）热量衡算（3）设备计算（4）车间布置4.其他资料 包括非工艺专业如自控、土建、电力、采暖通风、给排水、供热、废水处理等资料；概算资料；原料供应，总图运输资料；劳动保护，安全卫生资料；三废排放及处理方法等。1.3.4.2 资料的来源资料的来源（1）设计单位的资料（2）向科学研究单位收集有关资料（3）向有关生产单位收集资料（4）向建设单位收集资料（5）在设计过程中为设计的开展而进行的试验研究的有关资料（6）有关产

14、品、目录、样本销售价格等资料（7）有关手册、工具书、杂志等书籍1.3.5 项目组织及设计机构项目组织及设计机构 1.3.5.1 项目组织项目组织自控工程项目负责人总项目负责人工艺项目负责人管道工程项目负责人(负责项目的进度，控制投资和各专业间的协调)分项负责人(负责本专业的技术问题和项目进度)分项负责人分项负责人大型项目：大型项目：1.3.5.2 设计机构设计机构1.机构分支机构分支承接设计任务的单位是设计院(企业单位)设计院负责人：院长(设计院法人代表)总工程师(全面负责设计院的生产经营、技术进步和行政管理工作)总经济师(协助院长负责全院的技术工作)(协助院长负责全院的经营管理、财务审计工作

15、)设计院的部门设置化工行业的设计院设立有：生产部门：工艺、安装、配管、设备、土建、结 构、概算、总图、给排水、电气、仪 表、采暖通风、电算等非生产部门：文印、资料、财务等设计院计划管理部门技术管理部门（负责经营计划工程设计的管理工作）（负责设计质量、基础工作、技术开发等管理工作）1.3.6 设计内容设计内容1.3.6.1 设计原则设计原则（1）技术经济评价指标的种类和数值，例如投资回收期小于X年，利润率大于XX等（2）要求生产的可靠程度（3）生产能力波动的适应范围（4）材质使用原则（5）自动化水平（6）传动设备和易磨损、易腐蚀或易结焦设备的备用原则（7）考虑发展规划1.3.6.2 设计基础设计

16、基础1.年操作时间年操作时间是每年的实际生产时间，其数值随装置而异，要考虑下列因素：（1）工艺介质的腐蚀性强弱（2）生产过程中有无结焦、聚合现象（3）设备备用系数的高低（4）建厂地区管理和操作水平（5）工艺成熟程度2.原材料规格：原材料规格：原料浓度和纯度高则价格高，因次要选择合理的纯度和浓度原料浓度和纯度要考虑如下因素：（1）杂质对反应的影响（2）杂质对催化剂的影响（3）对惰性杂质，考虑原料浓度降低后对主反应绝对速率和主副反应相对速率的影响（4）原料浓度对反应产物提纯系统的影响（5）提高原料浓度和纯度所需的代价（6）提高原料浓度，分离出的其他副产品的价值3.产品规格：产品规格：考虑因素与原料

17、规格相同。4.原料消耗：原料消耗：占成本因素第一位。应作为设计指标在设计开始前规定5.界区交接条件界区交接条件界区：生产装置占地面积的范围界区交接条件：指用管道输送的原料、产品和公用工程在界 区边缘交接处的温度、压力和状态6.公用工程规格公用工程规格(1)冷却水：供水温度、压力，回水温度、压力，污垢系数(2)蒸汽：根据生产需要决定蒸汽压力和温度 超高压 11.5 MPa(绝压)高压 10 MPa(绝压)中压 2.5、4MPa(绝压)低压 0.4，0.5，0.6，1.3，1.6 MPa(绝压)(3)压缩空气：无特殊要求时一般为0.7 MPa(绝压)7.公用工程消耗公用工程消耗 根据系统物料、能量

18、衡算结果，汇总公用工程消耗，列出单位时间和单位产品的消耗量8.催化剂、干燥剂、助剂及其他各种化学品用量催化剂、干燥剂、助剂及其他各种化学品用量 根据反应器、干燥器等单元过程计算结果和工艺要求决定9.三废的来源、数量、组成和建议的处理方法三废的来源、数量、组成和建议的处理方法 三废：废气、废水、废渣1.3.6.3 工艺专业的主要设计内容工艺专业的主要设计内容1.物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算物料衡算：在此基础上可以正确地进行能量衡算、设备选择与设计、生产工艺流程设计能量衡算：确定输入和输出设备的热量、加热剂和冷却剂的消耗量，设备的传热面积2.物料流程图物料流程图(PFD)3.工艺管道及仪表

19、流程图工艺管道及仪表流程图(也称为带控制点的工艺流程图也称为带控制点的工艺流程图PID)4.工艺设备设计工艺设备设计(标准设备、非标设备标准设备、非标设备)5.设备布置图设备布置图6.管道布置图管道布置图7.材料统计材料统计1.4 质量管理体系质量管理体系目前化工行业中实施的质量管理体系为国际标准化组织的ISO9000质量体系。设计单位常用的质量标准：（1）GB/T19000-2000(ISO9000:2000):质量管理体系基础和术语（2）GB/T19001-2000(ISO9001:2000):质量管理体系要求（3）GB/T19004-2000(ISO9004:2000):质量管理业绩改进

20、指南1.5 设计部门与其他部门关系设计部门与其他部门关系1.建设单位（业主）建设单位（业主）设计单位与建设单位的密切关系体现在以下几个阶段：（1）投标（2）收集工程资料（3）介绍设计方案（4）设计能力标定2.技术研究单位（技术方）技术研究单位（技术方）技术研究单位在设计前向设计院提交完整的基础设计资料3.项目审批部门项目审批部门 项目审批部门有基本建设项目所属地区的经济委员会、计划委员会、建设委员会等。设计院需协助建设单位向这些部门报批项目4.管理部门管理部门 规划局、消防局、环保局、劳动安全局、标准办、压力容器监测站、卫生防疫站等部门。5.施工单位施工单位设计工作完成后与施工单位发生关系6.

21、工程建设监理部门工程建设监理部门实现项目投资目的的微观监督管理活动。2 工艺路线工艺路线 建设单位建设一个项目时，对项目调研的内容：(1)项目目前研究的动态(2)国内外生产概况(3)生产工艺路线(4)市场需求量等v 项目从建设情况的大致分类：（1）引进国外技术新建工厂（2）大型生产装置扩建（3）选用国内开发成功的技术建厂（4）国内成熟工艺技术扩建、搬迁或改变生产技术路线1.确定工艺路线确定工艺路线v化工产品生产的技术方案或工艺路线的确定所考虑的因素：考虑的因素：（1）技术上可行（2）经济上合理（3）原料的纯度及来源（4）公用工程中的水源及电力供应（5）环境保护（6）安全生产（7）国家有关政策及

22、法规 若以上因素中任意一项未达规定要求，均可否决此项目的建设。因此对每一因素都要仔细评审。搜集资料，调查研究搜集资料，调查研究具体收集的内容有以下几个方面：（1）国内外生产情况，各种生产方法及工艺流程（2）原料来源及产品应用情况（3）试验研究报告（4）安全技术及劳动保护措施（5）综合利用及三废处理（6）生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度（7）设备的大型化及制造、运输情况（8）基本建设投资、产品成本、占地面积（9）水、电、气、燃料的用量及供应，主要基建材料的用量及供应（10）厂址、地质、水文、气象等资料（11）车间（装置）环境与周围情况2.对工艺路线进行论证对工艺路线进行论证设计人员对建设

23、单位提出的工艺路线予以论证，原则是：设计人员对建设单位提出的工艺路线予以论证，原则是：A.先进性先进性v首要条件：首要条件：技术上可行和经济上合理B.可靠性可靠性v指采用的工艺路线是否成熟可靠。C.是否符合国情是否符合国情化工工艺流程设计考虑的问题：（1）消费水平及消费趋势（2）化工机械设备及电气仪表的制造能力（3）化工原材料及设备用金属材料的供应情况（4）环境保护的有关规定和化工生产中三废的排放情况（5）劳动就业与化工生产自动化水平的关系（6）资金筹措和外汇储备情况3.确定工艺流程确定工艺流程v工艺流程设计通过工艺流程图工艺流程图的形式反应化工生产由原料输入到产品输出的过程，包括物料和能物料

24、和能量变化量变化，物料的流向物料的流向以及生产中所经历的工艺过工艺过程程和使用的设备仪表设备仪表等。v典型的化工工艺流程一般由以下几个单元组成：原料贮存原料进料预处理反应产品分离产品精制贮存包装产品图21 一般化工工艺流程4.落实设备落实设备5.绘制工艺流程图绘制工艺流程图（1）物料流程图（PFD）（2）带控制点的工艺流程图（PID）流程图：流程图：A.流程框图流程框图用于前期规划及初步方案确定时。在图中用方框表示生产过程中的各种单元过程或单元操作，同时表示生产中各物流的流向能够反映产品生产路线和主要设备三聚氰胺生产流程框图B.流程示意图流程示意图 以设备形式设备形式定性地表示出各个过程的单元

25、生产路线以及各物流的流向。流程示意图中应表示出设备示意图、设备流程号、主要主要物料及主要主要动力的流程管线及流向箭头以及必要的文字注解加氢裂化工艺流程示意图C.流程草图流程草图 在流程示意图的基础上表示生产过程中的物流、各单元过程和单元操作的设备特征、自动控制方案、工艺操作参数的情况等。此外，流程草图在流程示意图的基础上进一步表示全部全部物料及全部全部动力的流程管线及流向箭头以及必要的文字注释物料流程图物料流程图(PFD)带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图(PID)2.3.3.2 工程建设进展工程建设进展化工建设项目的工艺流程根据建设程序可分为五个阶段五个阶段：（1）项目建议书阶段（最初

26、阶段的工作）只表示出生产路线的原则流程。可采用流程示意图（2）可行性研究阶段 可采用流程草图表示（3）初步设计阶段 可以用带控制点的工艺流程图表示（4）施工图设计阶段 以详细的带控制点的工艺流程图表示（5）竣工图设计阶段 流程设计要完全按照现场情况绘制3 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算3.1 物料衡算3.1.1 基本原理A.物料衡算的目的通过物料衡算确定：（1）原料消耗定额，判断是否达到设计要求（2）各设备的输入输出的物流量，摩尔分率组成及其他组成表示方法。在此基础上进行设备的选型及设计，并确定三废排放位置、数量及组成（3）作为热量计算的依据（4）根据计算结果绘制物流图，可进行管路设计及

27、材质选择，仪表及自控设计等。C.物料衡算基准化工计算中，根据过程特点选择的基准大致有如下几种：（1）时间基准时间基准：这种基准可以直接联系到生产规模和设备设计计算。（2）质量基准质量基准：当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准。（3）体积基准体积基准：对气体物料进行衡算时选用体积基准，将实际情况下的体积换算成标准状况下的体积（标准体积），排除了温度压力变化带来的影响，而且可直接换算为摩尔量。（4）干湿基准干湿基准：不计算水分在内的为干基，否则为湿基3.1.2 物料衡算举例物料衡算举例v无反应过程的物料衡算例1：某化工厂要求设计一套从气体中回收丙酮的装置系统，并计算回收丙酮

28、的费用。系统流程框图如下图所示，要求由已知的资料，列出各物流的流率(kg/h)，并计算蒸馏塔的进料组分吸收塔蒸馏塔冷凝器水 F11200kg/h空气F3混合气体F21.5(mol)%丙酮废料F5：丙酮5%，水95%产品F4丙酮99%，水1%组成kmolkg质量(mol)%丙酮1.5872.95空气98.5286097.05总计1002947100.0F2:解：基准：100kmol气体进料。进入系统的物流为两个，离开系统的物流为三个，其中已知一个物流量，因此有4个物流是未知的可列出总物料平衡式：1200+F2=F3+F4+F5各组分平衡式：丙酮 0.0295 F2=0.99 F4+0.05 F5

29、 水 1200=0.01 F4+0.95 F5 空气 0.9705 F2=F3以上4个方程式，实际上独立方程式数为3个，因此本方案求解尚缺少数据，其补充数据可以是：(1)每小时进入系统的气体混合物，离开系统的产品活废液的物流量(2)进入蒸馏塔的组分v有反应的物料衡算计算方法有：(1)直接计算法(2)利用反应速率进行物料衡算(3)元素平衡(4)以化学平衡进行物料衡算(5)以结点进行衡算(6)利用联系组分进行衡算例2：作年产300t对硝基乙苯工段物料衡算 原料乙苯纯度95%，硝化混酸组成为：HNO3 32%，H2SO4 56%，H2O 12%。粗乙苯与混酸质量比1：1.885.对硝基乙苯收率50%

30、，硝化产物为硝基乙苯的混合物，其比例 对：邻：间0.5：0.44：0.06.配制混酸所用的原料：H2SO4 93%，HNO3 96%及H2O，年工作日300天，假设转化率为100%，间歇生产。解：(1)画出流程示意图，确定计算范围(2)原料乙苯量：基准：间歇生产，以每天生产的kg为基准D.物料衡算程序计算步骤：（1）确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。（2）确定计算任务，明确哪些是已知项，哪些是待求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便。（3）确定过程及设计的组分（4）对物流流股进行编号，并标注物流变量。（5）收集数据资料（6）列出物理衡算方程，理论依据是质量守恒定律。物料衡算

31、方程可表示为：进入的量Fi-流出的量Fo+生成的量Dp-消耗的量Dr累积的量W即（Fi Fo）+（DpDr）Wv稳定操作过程：v系统内无化学反应：v系统内无化学反应的稳定操作过程：（7）列出全过程的独立物料平衡方程式及其他相关约束式（8）选择技术基准（9）统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设计变量。技算变量个数时，如果在一个过程单元的每股物流中，都含有全部组分NC个，则对其中任一股物流i有NC个摩尔分数（或质量分数）xij（j=1,2,，NC）还有流量Fi，即NC+1个物流变量（Fi Fo）+（DpDr）0（Fi Fo）W（Fi Fo）0若共有NS股物流，并有NP个设备参数，则该

32、过程共有变量个数为 NV=NS(NC+1)+NP式中：NV系统的总变量数 NC物流中的组分数 NS物流的股数 NP设备参数在进行物料衡算之前，必须由设计者赋值的变量称为设计变量。即通常所说的给予变量以定值。系统变量总数为NV，独立方程数为Ne，则设计变量数Nd为：Nd NV Ne（10）整理计算结果，将计算的结果整理并根据所需的换算基准列成原材料消耗表（11）绘制物料流程图3.2 热量衡算热量衡算3.2.1 基本原理A.热量衡算的依据是：热力学第一定律 EQ+W 式中，E：体系总能量的变化 Q：体系从环境中吸收的能量 W：环境对体系所做的功v无轴功条件下 Q进 Q出 Q1+Q2+Q3=Q4+Q

33、5+Q6Q1：物料带入的热量 Q2：加热剂(或冷却剂)传给设备的热量(加热为+，冷却为)Q3：过程的热效应(吸热为+，放热为)Q4：产物带出的热量 Q5：消耗在设备各部件上的热量 Q6:设备向四周的散热B.各种热量说明(1)计算基准，可取任何温度，对有反应的过程一般取25为计算基准(2)物料的显热用焓值或比热容计算（Q1和Q4）式中 n：物料量（mol）Cp：物料比热容（kJ/mol）T：温度（）T2物料温度，T1基准温度Cp计算方法计算方法式中，Ca：元素的原子比热容（kJ/mol）n：分子中同一原子的原子数 M：化合物的分子量(kg/kmol)相关元素的原子比热容：C：2.8（kJ/mol

34、）H：4.3（kJ/mol）O：6.0（kJ/mol）（3）Q2加热剂(或冷却剂)传给设备的热量：热负荷+：需要加热，：需要冷却（4）Q3过程热效应：状态热(相变化热)和化学反应热。相变热由 手册查出，反应热由生成热和燃烧热计算（5）设备部件消耗的热量Q5：式中，G：设备各部件的重量（kg）Cp：各部件的热容（kJ/kg）t1：设备各部件加热前的温度()，可取室温 t2：设备各部件加热后的温度()，取加热剂一侧（高温th）和被处理物料一侧（低 温te）的算术平均值(6)设备向四周散热Q6：式中，F：设备散热表面积（m2）T：散热表面向四周围介质的联合给热系数（W/m2）tw：散热表面的温度（有

35、隔热层时应为绝热层外表）()一般绝热层外表温度取50 t：周围介质的温度（）：散热持续的时间（s）联合给热系数T由经验公式经验公式求取。a)绝热层外空气自然对流 当tw150 时，平壁隔热层 管或圆筒壁隔热层b)空气沿粗糙面强制对流3.2.2 加热剂与冷却剂加热剂与冷却剂v加热剂和冷却剂的性能见表P42页表33v加热剂选择要求：（1）在较低压力下可达到较高温度（2）化学稳定性高（3）没有腐蚀作用（4）热容量大（5）冷凝热大（6）无火灾或爆炸危险性（7）无毒（8）廉价（9）温度易于调节加热剂和冷却剂的用量计算：加热剂和冷却剂的用量计算：由热量衡算确定传入设备或从设备移走的热量Q2（1）直接蒸汽加

36、热时的蒸汽用量：）直接蒸汽加热时的蒸汽用量：式中，G：蒸汽消耗量 Q2：由加热剂传给设备或物料所需的热量(kJ)H：蒸汽热焓量(kJ/kg)tk：被加热液体的最终温度()Cp：被加热液体的比热容(kJ/kg)（2）间接蒸汽加热时蒸汽的用量）间接蒸汽加热时蒸汽的用量 式中，tn：冷凝水的最终温度()（3）燃料消耗量）燃料消耗量 式中，M：燃料消耗量(kg)T：炉子的热效率 Qp：燃料的热值(kJ/kg)（4）冷却剂消耗量）冷却剂消耗量式中，W：冷却剂消耗量(kg)Cp：冷却剂的比热容(kJ/kg)tK：放出的冷却剂的平均温度()tH：冷却剂的最初温度（5）电能消耗量）电能消耗量式中，E：电能消耗

37、量(kWh)：电热装置的电工效率，一般取0.850.95例：某气体冷却器总传热面积为20m2，用以将流量为1.4 kg/s的某种气体从50冷却到35。使用的冷却水初温为25，与气体逆流流动。换热器的传热系数约为230W/(m)，气体的平均比热容为1.0kJ/(kg )。试求冷却水用量及出口水温。壁温的确定壁温的确定热流体侧的壁温冷流体侧的壁温原料贮存原料进料预处理反应产品分离精制贮存包装产品原料循环利用第第4章章 工艺流程设计工艺流程设计 图1 一般化工工艺流程预热(冷)汽化粉碎筛分提纯精制混合压缩等选择反应器类型和操作方式主副产品分离反应物与产品分离杂质与产品分离设计中涉及的问题设计中涉及的

38、问题A.确定整个流程的组成B.确定每个工序的组成C.确定各单元设备的操作条件D.控制方案的确定E.合理利用原料及能量F.确定公用工程的配套设施G.确定三废的治理方法及三废数量H.确定安全生产措施物料流程图4.2 流程图的绘制方法流程图的绘制方法A.流程框图流程框图图2 三聚氰胺生产流程框图用箭头表示物流方向长方框用细实线0.15-0.3mm主物料流程线用粗实线0.9-1.2mm用方框和文字表示主要的工艺设备用方框和文字表示主要的工艺过程用方框和文字表示原料或产品B.物料流程图物料流程图图幅，比例图纸名称用图例表示各设备箭头表示物流方向工艺物料管道采用粗实线(0.91.2mm)辅助物料管道用中粗

39、实线(0.50.7mm)其他均采用细实线(0.150.3mm)设备位号和名称物料表有热量变化的设备在旁标注热量变化值流股温度图幅和比例图幅和比例v图幅图幅 一般采用A1图幅横幅绘制，必要时可加长。流程简单时可采用A2图幅v比例比例 设备的大小不要求严格按比例绘制，但设备图例应保持相对比例。例如：设备过高（如蒸馏塔）、过大（如大型贮槽）或过小（如泵），则设备外形可以适当缩小或放大，同时还应注意设备位置的相对高低，尽量使图面协调、美观图纸名称图纸名称单位名称，如化纤厂工程名称职责签字日期车间物料流程图设计项目设计设计阶段初步设计制图（图号）校核年月日比例第张共张汉字尽可能写成：仿宋体或正楷体(签名

40、除外)，字体宽度约等于高度的2/3。设备图例设备图例位号应标注在设备内或附近空白处（如能表示清楚，则可不加引出线），位号和名称用粗实线分开，位号写在上面，如若流程中有几套相同设备并联，每套设备内部管道连接均相同，则可只画一套，其它的几套设备位号、名称均写在这套的设备上，如：设备位号和名称设备位号和名称设备分类代号图中的常用字号图中的常用字号整张图纸：1.汉字尽可能写成：仿宋体或正楷体(签名除外)，字体宽度约等于高度的2/3。2.外文字母必须全部大写物料表物料表序号物料名称质量流量kg/h质量分数Wm%摩尔流量Kmol/h摩尔分数mol%1乙苯2对二甲苯合计C.带控制点的工艺流程图带控制点的工艺

41、流程图用图例表示全部的设备图例表示阀门异径管等附件图例表示控制回路、仪表等管道代号及标注常用的阀门图例常用的阀门图例仪表、调节及执行机构图例仪表、调节及执行机构图例检测仪表的标注检测仪表的标注 一般由仪表的小圆圈、指引线和文字说明三部分组成。小圆圈的直径约为10mm，用细实线表示。指引线是连接仪表与被测管道（设备）并穿过小圆圈中心的一条细实线，与管道（设备）线垂直，必要时可转折一次，指引线和管道（设备）线交点为测量点的相对位置v小圆圈内的标注：v分上下两层，上层是大写字母表示的检测仪表检测参数和功能代号v下层为阿拉伯数字表示的仪表位号，常用仪表位号由前、后两部分构成，第一部分为工段号，通常是1

42、位数（必要时可是2位数），第二部分为仪表分类序号，通常是2位数（必要时可是3位数）管道的代号及标注管道的代号及标注v 所有的物流平行线之间的间距至少大于5mm，以确保复制件上的图线清楚v用粗实线绘制管道符号标记对于进出车间的管道或接至另一张流程图上的管道，可在管道断开处用箭头注明至某设备或管道的图号管道的标注管道的标注前：管道号和管道的公称直径两者之间用短线隔开后：管道等级和管道的隔热或隔声代号两者之间用一短线隔开。水平管道标注在管道上方，垂直管道标注在左侧4.3 带控制点的工艺流程带控制点的工艺流程 1.输送设备的自控流程设计A 离心泵：对出口流量进行控制v(i)直接节流法：在泵的出口线上设

43、置调节阀利用阀的开度变化调节流量优点：简单易行，普遍采用优点：简单易行，普遍采用缺点：能耗大缺点：能耗大限制：不适于介质正常流量低于泵限制：不适于介质正常流量低于泵的额定流量的额定流量30%以下的场合以下的场合切断阀切断阀止回阀放净阀放净阀流量控制v(ii)旁路调节法v在泵的进出口旁路管道上设置调节阀，使一部分液体从出口返回到进口管线以调节出口流量v优点：调节阀直径小，适用于小流量调节v缺点：使泵的总效率低v(iii)改变泵的转速v调节汽轮机或电机的转速来调节泵 的转速，从而调节流量优点：节能缺点：驱动机及调速设施投资高v出口多分支管路流量调节vB 容积式泵(往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵）v

44、禁止在出口管道上直接安装节流装置调节流量。原因是：流量减小时，容积泵的压力急剧上升v容积泵的流量调节方法：旁路调节；改变转速或改变冲程大小切断阀切断阀弹簧式安全阀vC真空泵v吸入管阻力调节v吸入支管调节v蒸汽喷射泵的真空度可以用调节蒸汽的方法来调节4.3.1.2 管壳式换热设备的自控流程v尽量采用逆流换热流程，以提高换热效率v高压流体，有腐蚀性、有毒、易结焦、易结垢、含固体物、粘度小的流体以及普通冷却水走管程v压力降较小的流体走壳体A.无相变的管壳式换热器流程情况 热流(T1-T2)冷流(t2-t1)，调节热流体流量B.一侧有相变的管壳式换热器（1）蒸汽冷凝加热器v控制方法1：调节传热温差v调

45、节蒸汽压力调节蒸汽压力改变其冷凝温度，调节加热器的温度差，达到控制被加热介质的温度控制方法2：改变传热面积v冷凝水出口调节阀调节冷凝水量调节冷凝水量改变传热面积控制冷介质出口温度v要求：设计需增加一定的传热面积（2）再沸器v调节热介质的流量v如果热介质的流量不允许改变（如工艺气体），则在冷介质管道上设置三通调节阀以保持流量不变4.3.1.4 精馏塔的自控流程A 塔顶压力控制v塔顶气体不冷凝时，塔顶压力用塔顶线上调节阀调节v塔顶气体部分冷凝时，压力调节阀装在回流罐出口不凝气线上塔顶全部冷凝时，压力调节方法如下：（ii）减压塔（真空度的控制涉及到真空泵的控制）（1）改变不凝性气体的抽吸量（2）改变

46、旁路吸入空气或惰性气体量在回流罐至真空泵的吸入管上，连接一根通大气或某种惰性气体旁路，并在该旁路上安装一调节阀（iii）加压塔(塔顶全凝，馏出物是液相)（1）馏出物中不含或仅含微量不凝性气体a）用冷凝器的冷凝剂量控制塔压用冷凝器的冷凝剂量控制塔压优点：调节阀口径小，节约投资缺点：冷凝速率与冷却水量之间为非线性关系b）直接调节顶部气相流量来控制塔压v优点：压力调节快捷、灵敏，可调范围大v缺点：所需调节阀口径较大，气相介质有腐蚀性时，需用价格昂贵的耐腐蚀性材质的调节阀c）采用热旁路的方法控制塔压v优点：较为灵敏d）用冷凝器排液量与热旁路相结合的方法e）当冷凝器位于回流罐下方时，可采用浸没式冷凝器塔

47、压控制方案（2）馏出物中含有少量不凝气体 采用分程控制方案对塔压进行控制（3）馏出物中有较多不凝性气体 改变回流罐的气相排放量B.精馏塔的温度控制（1）分馏塔塔顶温度 调节塔顶冷凝液的回流量或塔顶循环回流的流量（2）再沸器温度再沸器温度调节阀装在热载体的管道上。对于液体热载体，调节阀一般装在出口管道上对于气体热载体，调节阀一般装在进口蒸汽管上C.精馏塔流量控制 进料量、回流量控制vD.精馏塔的液位控制 塔釜、回流罐、贮槽等的液位必须设置相应的检测和控制系统4.3.1.5 反应器的自控流程A.釜式反应器的温度控制（1）单回路温度控制方案（i）通过冷却介质的温度变化来温度反应温度（ii）通过控制冷却介质的流量变化（2）串级温度控制方案（i）反应温度与载热体流量串级，副参数是载热体流量（ii）反应温度与夹套温度串级，副参数为夹套温度B.多种物料流量恒定控制方案 对每一种物料设置一根单回路控制系统C.多种物料流量比值控制方案