朱化工工艺.ppt
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1、化工工艺设计讲座,主讲:朱逸斋,1 概述,1.1 化工工艺设计人员必须具备的基本条件 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 HG20667-1986 化工建设项目环境保护设计规定 SH3
2、024-95 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: (1)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 (2)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
3、按国际常规做法分为: 工艺设计 基础设计 详细设计 (3)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: (1)项目前期 (2)工程设计 (3)工程建设 (4)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: (1)文字说明(工艺说明) (2)图纸 (3)表格,2.1.1 文字说明(工艺说明) 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 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
4、耗量 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, 三废排放:包括排放点、排放量、排放组 成及建议处理方法 装置定员 安全备忘录(另行成册) 技术风险备忘录(通常为对内使用,另行 成册) 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 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。 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
5、求进行布置。 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 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)。 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)。 工艺设备表 取样点汇总表 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、
6、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。,公用工程,换热网络,精馏系统,反应系统,反应系统,精馏系统,换热网络,公用工程,3.2 工艺流程方案优化 “洋葱头”模型(由史密斯、林霍夫提供的模型),从图
7、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。 (1) 反应流程优化 见表-7.4.2(P-544) 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。,(2) 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
8、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,(3) 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: 1)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、
9、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 见表7.4.3-1(P-547)。 气液相反应器及固相反应器的使用情况 见表7.4.3-2(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
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