工艺路线及工艺流程设计(一)

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1、第二讲 工艺路线以及工艺流程设计上次课问题：化工工艺设计的主要内容1.原料路线和技术路线的选择2.工艺流程设计3.物料计算4.能量计算5.工艺设备的设计和选型6.车间布置设计，包括平面布置图和立面布置图7.化工管路设计8.非工艺设计项目的考虑，由工艺人员提出非工艺设计项目的设计条件，如对土建、电力、给排水等的要求。9.编制设计文件，包括设计说明书、附图（流程图、布置图、设备图）和附表（设备一览表、材料汇总表等）主要内容2.1 工艺路线的确定2.2 工艺流程2.3 工艺流程设计方法2.4 工艺流程图绘制方法2.5 带控制点的工艺流程图2.1 工艺路线的确定主要考虑的因素有：1.技术上可行2.经济

2、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.国家有关的政策及法规 2.2 工艺流程工艺流程设计是化工设计中极其重要的环节；通过工艺流程图的形式，形象地反映了化工生产由原料输入到产品输出的过程，其中包括物料和能量的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表等；工艺流程设计也是工艺设计的核心，在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。 1、一般化工工艺流程 流程图是工艺设计的关键文件，它表示工艺过程选用设备的排列情况、物流的连接、物流的流量和组成、操作条件、公用工程以及生产过程中的控制方法。流程图是管道、仪表、设

3、备设计和装置布置等专业的设计基础。流程图也用于拟订操作规程和培训工人。在装置开车及以后的运转过程中，流程图也是操作性能与设计进行比较的基础。 2、工艺路线论证 在化工设计中，工艺流程设计的任务主要有两个 1.确定生产流程中各单元过程和单元操作的组合方式 2.绘制工艺流程图 工艺路线论证原则 1.先进性2.可靠性 3.是否符合国情 (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。技术上先进主要考虑技术经济

4、指标优良，原材料及能源消耗少，成本低，此外生产工厂环境优良，生产安全，产品质量好。 防止只考虑先进性，而忽视装置运行的可靠性。工艺路线确定的步骤 1.搜集资料，调查研究 搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料。具体收集的内容主要有： (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

5、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)环境与周围的情况。 2.落实设备 对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需重新设计制造的三种类型，并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解。3.全面分析对比 (1)几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； (2)产品的质量情况； (3)生产能力及产品规格； (4)原材料、能量消耗情况； (5)建设费用及产品成本； (6)三废的产生及治理情况；(7)其他特殊情况。 3、 流程设计

6、程序1.流程框图：在确定初步方案时，一般采用流程框图说明工业生产中所采用的技术路线。2.流程示意图：进一步以设备的形式定性地表示出各个过程的单元生产路线以及个物流的流向。3.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、工艺操作参数等。4.工艺流程图：在流程草图的基础上表示出物流及其流向，每一个过程的设备特征，物流组成变化，显示仪表及自动控制方案、工艺操作参数、管道工程、经济管径、辅助生产流程等。2.3 工艺流程设计方法设计中涉及的问题 1.确定整个流程的组成 确定采用多少工序来构成全流程，确定每个单元过程和单元操作设备在工业生成中需达到的要

7、求，并考虑各工序之间的连接方法。2.确定每个工序的组成 对工序来说，应确定完成这一生产过程所需的设备形式及其台数，以及各设备之间的连接方法，主要工艺参数。3.确定操作条件 4.控制方案的确定 为了确保工艺过程的操作条件，对物流及设备需要确定控制方案，并选用合适的控制仪表。在设计中要考虑正常生产、开停车和检修所需的各种状态。 此外还要增补遗漏的管线、阀门，以及采样、放净、排空等设施，初步完善控制系统，最后完成工艺流程图。 5.合理利用原料及能量 未反应的原料返回进行循环利用；回收溶剂；能力的回收及综合利用。6.确定公用工程的配套设施 工艺用水、蒸汽、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是流程中要考虑

8、的配套设施。 生产用电、给排水、采暖通风应与其他专业密切配合的，据此应确定水、电、蒸汽和燃料的消耗。7.确定三废治理方法及三废数量 三废的综合治理；三废中的有用物质的回收。考虑三废治理的总费用。8.制定安全生产措施 对所设计的化工装置在运转以及开、停车和检修中，可能存在的不安全因素应进行认真仔细的分析，并遵循国家有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施，例如设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、防爆膜、阻火器以及防静电(接地)等。 从工艺角度进行流程设计 1.反应过程2.原料预处理过程3.产物后处理过程4.产品包装5.原料的循环利用2.4 工艺流程图绘制方法1、基本要求1.流程框

9、图：采用方框及文字表示主要的工艺设备及过程，用箭头表示物流方向。2.流程示意图：用图例表示出主要工艺设备，用箭头表示物流方向，标注主要工艺设备的位号和名称。（图4-63）3.流程简图：用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备，用箭头表示物流方向，标注工艺设备的位号和名称。以图例表示出主要控制回路仪表的参数、功能、控制方法。 4.物料流程图：用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备，用箭头表示物流方向，标注工艺设备的位号和名称。用表格形式表示出各流股的温度、压力、流量、组分含量百分比；在有热量变化的过程或设备旁，标出热量计算值。（图4-64 ）5.公用工程系统图：用方框、文字表示使用公用

10、工程的工艺设备及过程，用箭头表示物流方向。6.带控制点的工艺流程图（PID图，图4-65 ） (1)用图例表示出全部工艺设备；(2)表示工艺物料和辅助管道的流向及工艺物料管道上的阀门(用图例表示)，异径管等有关附件，但不必绘出法兰、弯头、三通等一般管件，流程图管道的连接位置应与配管图基本一致。(3)以图例表示出控制回路、仪表的参数、功能、仪表位号和控制方法。(4)标注全部设备的位号和名称。(5)表示全部管道的管道代号、管径、材料、保温等。2、图面绘制要求 1.图纸尺寸及线条要求(1)按工艺车间或工段，原则上一个主项画一张图，其幅面一般采用1号或2号图纸，如流程复杂，可分成几部分进行绘制。(2)

11、一般各种设备图例按相对比例进行绘制，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，使图面视觉美观。 (3)线条要求。主要物料管道主要物料管道用粗实线(0.9mm)表示，辅助物辅助物料管道料管道用中粗实线(0.6mm)表示。设备轮廓设备轮廓和管道上的各种附件以及局部地坪线用细实线(0.3mm)表示。一般情况下流程图上不标尺寸，但有特殊需要注明尺寸时，其尺寸线用细实线表示。仪表引出线及连接线用细实线表示。2.设备绘制方法 (1)常用设备的外形画法可参照图例绘制，如附录2表2-1所示。有些设备外形在设计规定中没有图例的，可绘出其象征性的简单外形，以表明该设备

12、的特征即可。(2)在流程图上一律不表示设备的支脚、支架、基础和平台。(3)设备的布置，原则上按流程图自左至右，要求图面饱满匀称，清晰整齐。(4)流程中若有几台相同设备并联，可以只画一台设备，其余几台用细实线方框表示，在方框内注明位号，并画出通往该设备的支管。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，其他的几套设备位号、名称均写在这一套的设备上如： RA、B、C反应器(5)设备位号编制为： (6)设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备有所增加，则位号应按顺序增补，如有取消，原有设备位号不再使用。3.物料管道和辅助管道绘制方法(1)管道、管件及管道附件图例及常用阀

13、门图例，如附录2附表22和附表23。(2)固体物料除用粗虚线表示外，还要写出物料名称。 (3)当工艺流程比较复杂，流程图与辅助系统图应分开绘制。 在辅助系统流程中，辅助管道只绘制与设备相连的进出口一段支管，并注明代号、编号及管道规格，而辅助管道总管与分管相连的部分由辅助系统图来表示。如果该项目主流程比较简单，则可不另画辅助系统图，辅助管道总管要在流程图画出来，并画出辅助管道上的附件、仪表，并将图名改为工艺管道和辅助管道及仪表流程图。(4)控制仪表与主流程设备管道及辅助管道有联系时应分别在流程图和辅助管道上适当表示。(5)各种管道的标注方法。在工艺管道及仪表流程图、辅助管道及仪表系统图、管道布置

14、图上的全部管道及有关表格均需分段标注流体代号、管道代号、分段标注流体代号、管道代号、管径、管道等级及隔热代号管径、管道等级及隔热代号。管道上直接排入大气的放空短管以及就地排放的短管，阀后直排大气无出气管的安全阀前入口管等，此时的管道和短管，连同它们的阀门、管件等均编入其所在的主管道。管道代号应分段编定，管道的分段可按设备到设备之间为一段，亦可取设备到管道分支点为一段。流程图、系统图和管道布置图上相应的管道代号必须一致。 管道代号由设备位号及管道的顺序号组成。管径一般标注公称直径。按图面，管道为水平方向时，管道代号标注在管线上；管道为垂直方向时，标注在管道左侧。管道等级号管道等级号由三个单元组成

15、管道材料类别(6)绘在同一张流程图上的两个设备相距较远时，其物料管道仍要连通，不能用文字表示。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，如排水或排污管必须用文字说明排入何处。4.图纸名称 在图纸的主标题栏中图纸的名称，其书写方法如： 吨年车间(界区)xx工段 工艺管道及仪表流程图5.辅助管道及仪表系统图(1)辅助管道及仪表系统图用来表示在流程图上未曾画出的辅助管道系统全貌，辅助管道包括蒸汽、冷凝水、给排水、压缩空气、真空等系统，每一种辅助管道系统绘制一张系统图。(2)辅助管道系统图上的设备一般以细实线画的矩形框表示，框内标注设备位号及设备名称或

16、管道代号。(3)辅助管道系统图上必须表示该辅助管道总管和支管上的全部阀门，异径管及控制点等。 主标题栏中图纸名称可写为： 吨年车间(界区) 工段 蒸汽管道及仪表流程图 6.物料代号以介质(物料)英语名称的第一字母大写表示；如空气(air)为“A，蒸汽(steam)为“s”，油(oil)为“0”，水(water)为“w”；以分子式为代号；采用国际通用代号，如聚氯乙烯为“PVC”等表示。常用物料代号物料代号 物料名称 AR 空气(AiR) AM 氨(AMmonia) BD 排污(Blow Down) BW 锅炉给水(Boiler Water) BR冷冻盐水(回)(Brine Return) BR冷

17、冻盐水(供)(Brine Supply) CA 压缩空气(Compressed Air) CS CWS CWR DR 化学污水(Chemical Sewage)循环冷却水(供)(Cycle Water Supply)循环冷却水(回) (Cycle Water Return) 排液、排水(DRainage)7.自控及仪表表示 工艺生产流程中的仪表及控制点应该在有关管道上，并大致按安装位置用代号、符号给以表示。仪表、调节机构、执行机构等图例如附录2表2-4所示。将仪表图形符号和字母代号组合起来，可以表示工业仪表所处理的被测变量和功能，或表示仪表、设备、元件、管线的名称；字母代号和阿拉伯数字编号组合

18、起来，就组成了仪表的位号。如PI801被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母后继字母被测变量功能A分析（Analyse)报警（Alarm)C电导率（Conductivity）控制（Control）D密度（Density）E电压（Electric pressure）检测元件（Element）V粘度（Viscosity）被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母后继字母被测变量功能F流量（Flow）I电流指示（Indicating）L液位（Liquid level）连锁（Linkage)M水分（湿度）或（Moisture）被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母后继字母被测变量功能P压力或真空（Pressure）R放射性（Radioactivity）记录或打印（Record）T温度（Temperature）传送（变送）（Transmit)V粘度（Viscosity）管道仪表流程图（PID图）HL表示什么？表示什么？表示什么？表示什么？管道仪表流程图（PID图）HL控制室仪表；具有显示功能的压力控制器；207表示仪表位号。就地安装仪表；显示压力。具有记录功能的温度控制器。具有指示、控制、报警功能的液位控制器。H、L表示同时具有高、低限报警。