第五节 工艺流程设计方法与步骤

1. §2-5工艺流程设计方法与步骤 第五节 工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 （二）工艺流程设计的步骤

2. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 －－以反应过程为核心,以方案比较作决定 • 以反应过程为中心 • ⑴定反应器:根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。 • 有些产品不适合连续化操作，如同一生产装置生产多品种或多牌号产品时，用间歇操作，更为方便。

3. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置上增加相应的适当措施。 如果反应需要在催化剂存在下进行，就须考虑催化反应的方式和催化剂的选择。 一般说确定主反应过程的装置，往往都有文献、资料可供参考，或有中试结果。现有工业化装置可以借鉴、参考，因此并不复杂。

4. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (2) 设计原料预处理过程 • 根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等。这就应根据需要采取预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等措施。这些操作过程就需要相应的化工单元操作，加以组合。通常不是一台两台设备或简单过程完成的。 • 原料预处理的化工操作过程是根据原料性质、处理方法而选取不同的装置及不同的输送方式，从而可能设计出不同的流程。

5. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (3)设计产物的后处理过程 根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的特点，实际反应过程可能会出现下列情况: • ①除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副产物。 • ②由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以及为使反应尽可能完全而有过剩组分。

6. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 • ③原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。 • ④产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反应过程是多相的，而最终产物是固态的。 因此用于产物的净化、分离的化工单元操作过程，往往是整个工艺过程中最复杂、最关键的部分.

7. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (4) 设计产品的后处理过程 经过前述分离净化后达到合格的目的产品，有些是下一工序的原料，可加工成其他产品；有些可直接作为商品，往往还须进行后处理工作，如筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等过程。 (5) 设计未反应原料的循环或利用以及副产物的处理 由于反应不是全部，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。

8. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (6) 确定“三废”排出物的处理措施 • 在生产过程中，不得不排放的各种废气、废液和废渣，应尽量综合利用，变废为宝，加以回收。无法回收的应妥善处理。“三废”中如含有有害物质，在排放前应该达到排放标准。 • 因此在化工开发和工程设计中必须研究和设计治理方案和流程，要做到“三废”治理与环境保护工程、“三废”治理工艺与主产品工艺同时设计、同时施工，而且同时投产运行。按照国家有关规定，如果污染问题不解决，是不允许投产的。

9. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的基本方法 (7) 确定公用工程的配套措施 • 在生产工艺流程中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水以及洗涤用水等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配套设施。 • 至于生产用电、上下水、空调、采暖通气都是应与其他专业密切配合的.

10. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (8) 确定操作条件和控制方案 • 一个完善的工艺设计除了工艺流程等以外，还应把投产后的操作条件确定下来，这也是设计要求。 • 这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量（投料量）、组成、温度压力等，并且提出控制方案（与仪表控制专业密切配合）以确保能稳定地生产出合格产品来。

11. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (9) 制定切实可靠的安全生产措施 • 在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能存在各种不安全因素，根据生产过程中物料性质和生产特点，在工艺流程和装置中，除设备材质和结构的安全措施外，在流程中应在适宜部位上设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保证安全生产。

12. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 (10) 保温、防腐的设计 • 这是在工艺流程设计中的最后一项工作，也是施工安装时最后一道工序。 • 流程中应根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况决定管道和设备是否需要保温和防腐。

13. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 2.以方案比较作决定 • 一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中才能产生。进行方案比较首先要明确判据，工程上常用的判据有产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。

14. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法 进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变。这里应强调指出，过程的操作参数如温度、压力、流速、流量等原始信息，设计者是不能变更的。设计者只能采用各种工程手段和方法，保证实现工艺规定的操作参数。 工业生产中，一个过程往往可以有多种方法来实现，例如液固混合物的分离，可以用离心、沉降、压缩和真空过滤等方法；含湿固体的干燥，可以用气流、双锥、滚筒、箱式、沸腾等干燥方法，这些也都需要进行方案比较，因地制宜地选择一种最佳工程方案。

15. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 1.搜集资料，调查研究 2.确定生产线数目 3.确定操作方式 4.确定主要生产过程 5.确定辅助过程 6.合理确定操作条件 7.考虑流程的弹性和进行设备设计 8.确定控制系统 9.逐步完善和简化所设计的流程 10.对多种流程设计方案进行比较,选出最优方案

16. §3-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 １．搜集资料，调查研究 • 要根据建设项目的产品方案及生产规模，有计划、有目的地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 • 掌握国内外化工技术经济的资料，仅靠设计人员自己搜集是不够的，还应取得技术信息部门的配合，有时还要向咨询部门提出咨询。

17. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 ２．确定生产线数目 • 大型装置与相同生产能力的数个小型装置相比 • 优点：节约建设投资，占地少，自动化程度高等 • 缺点：附属设备贵，大都无备用设备，出故障只好停车 • 因此对于生产规模较大，涉及到是否实施大型化时需仔细分析比较． • 若以单生产线的大型装置与生产能力相同的双生产线小型装置相比，开工率高时，则大型装置的经济效益好．假如开工率不足或生产负荷常变化，尤其是几种牌号的产品经常换产时，则双线小装置的经济效益好．

18. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 ３．确定操作方式 尽量采用连续化操作方式 有时也采用间歇与连续联合操作化方式 有些过程采用间歇操作反而更有利些，如用蒸馏釜处理精馏塔塔釜的高沸点残液 ４．确定主要生产过程 • 先抓住全流程的核心---反应过程,从它入手来逐步建立与之相应的生产过程 • 即原料→预处理过程→反应过程→产物后处理

19. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 5．确定辅助过程 降低能耗,提高能量利用率的过程.如反应热、位能、静压能等的利用 三废处理过程 为稳定生产而设立的过程(如缓冲、中间贮存)

20. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 6．合理确定操作条件 • 如高压反应过程,要求在原料贮罐到反应器间必须设立升压过程和相应的压缩机,而在反应器到产品间必须设立减压过程和相应的设备 • 又如确定了反应器内的操作温度和允许波动范围,就要相应地设立供热或移热设施及手段(如夹套内泠管等),同时建立自动调剂温度的控制系统.

21. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 7．考虑流程的弹性和进行设备设计 • 即全流程设计要考虑综合生产能力的弹性: • 应估计全年生产的不均衡性,个过程间所选设备的操作周期及其不均衡性,还要考虑因生产管理和外部条件等因素可能产生负荷的波动,这些均通过调研和参加生产实践来确定弹性的适宜幅度.

22. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 对设备的余度的考虑: 原则上既不超过又不少于设计负荷,并且尽可能使各台设备的能力一致,以避免由于设备能力不平衡而造成浪费. 在考虑了全装置的弹性和各设备的余度以后,就可进行设备选型和设计计算了.

23. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 8．确定控制系统 • 要根据各过程间是如何连接的、各过程又靠什么操作手段来实现的等等来确定它们的控制系统. • 要考虑正常生产、开停车和检修所需的各个过程的连接方法,此外还要增补遗漏的管线、阀门、过滤密封系统,以及采样、放净、排空、连通设施,逐步完善控制系统. • 注意:在这个过程中,与自控专业共同商定控制水平,进而设计全流程的控制系统和仪表系统,画在流程图上,完成PID.

24. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 9．逐步完善和简化所设计的流程 要从各方面着手来逐步完善和简化 考虑到开停车和事故处理等问题,因而设置事故贮糟,增加备用设备以利于必要时可以切换使用.有时需设置自动往聚合设备内加终止剂的装置. 尽量简化对水汽泠冻系统的要求,尽可能采用单一系统.当装置本身需要用到几种不同压力的蒸汽时,应当尽可能简化或统一对蒸汽压力的要求

25. §2-5工艺流程设计方法与步骤 （二）工艺流程设计的步骤 • 尽量减少物料循环量.在切实可行的基础上采用新技术,提高单程转化率以及简化流程等等. 10．对多种流程设计方案进行比较,选出最优方案 应当尽量从实际可能出发,多搞一些流程设计方案,然后进行 全面的综合比较,从中找出最优的方案作为流程设计的成果.