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1、第一章,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,化工工艺流程设计,接受任务,厂址选择,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,提出勘查要求,复查厂址,初步设计,施工图设计,提出详勘要求,试车,设计回访,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
2、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,?,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,排设计进度等。,?,对设计人员来说，,主要是认真
3、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,设计所需资料,?,1,、,各种生产方法及其工艺流程,?,2,、各种生产方法的技术经济比较,?,3,、物料、热量衡算资料,?,4,、设备设计资料,?,5,、车间布置资料,?,6,、管道设计资料,?,7,、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,设计信息的获取,网上搜索引擎,Find what you need,Spy what you want,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、,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,?,(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,?,(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
5、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和物力资源。,第二节,化工生
6、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,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
7、料损,耗小、循环量少，能量消耗小和回收利用好,的生产方法。,2,、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
8、生产所用的原材料设备所用金属材料供应情况；,?,（,4,）,中国环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,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,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,H,2,O,2,H,2,硝酸,(,二,),确定各个过程或工序的
9、组成,例如,合成氨工艺中的变换工段,变换反应：,CO+H,2,O CO,2,+H,2,水洗,CO,2,+H,2,O H,2,CO,3,碱洗,CO,2,+NaOH Na,2,CO,3,+H,2,O,变换反,应,水洗,碱洗,H,2,N,2,CO,CO,2,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
10、于,主反应,?,c,温度的限制条件,（材质和催化剂的要求）,E1,E2,?,2,）组成,?,a,某一反应物要求很高的转化率,?,例如,CO+Cl2 COCl（光气）,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,）压力,?,a,反应速度,?,b,反应物料的相态（如气相烃化
11、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,）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(1.11,1.24),的范,?,围低限,。,?,b,若回收的冷量或热量可利
12、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),确定控制方案,a,离心泵的流量控制,FRC,PI,FRC,PI,b,液位控制,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,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
13、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,?,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,流程设计包括两个方面：,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
14、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,、,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，落实设备,?,3.,全面分析，对比比较,工艺路线确定的步骤,1.,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。,?
15、,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,?,（,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
16、映客观事物的,本质规律，才能用于设计。,?,（,3,）,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,、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,
