關(guān)于化工設(shè)計(jì)的論述

1、關(guān)于化工設(shè)計(jì)的論述 摘要：本文作者對化工工藝的概念、特點(diǎn)及分類進(jìn)行了闡述，并分析了化工工藝設(shè)計(jì)中工藝物料、工藝路線、反應(yīng)裝置、管道方面的安全問題及其控制，并提出通過降低能源消耗量、積極改善生產(chǎn)環(huán)境、工藝設(shè)計(jì)理論研究與實(shí)踐協(xié)調(diào)發(fā)展等途徑提高化工工藝生產(chǎn)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)化工工業(yè)的良性發(fā)展。 關(guān)鍵詞：化工工藝；設(shè)計(jì)；討論 1 化工工藝設(shè)計(jì)理論概述 眾所周知，在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，設(shè)備布置、工藝流程和管道布置是化工工藝設(shè)計(jì)的3個(gè)重要方面?；すに囋O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過工藝計(jì)算繪制工藝流程圖，提供給設(shè)備專業(yè)繪制設(shè)備圖紙的相關(guān)參數(shù)，并提出工藝控制方面的參數(shù)供自控專業(yè)儀表選型，然后工藝專業(yè)根據(jù)工藝流程圖完成初

2、步的設(shè)備布置圖，最后由管道專業(yè)結(jié)合設(shè)備布置圖進(jìn)行管道配管并完成最終的管道布置圖紙。 2 化工工藝設(shè)計(jì)與路線選擇 2.1 工藝過程開發(fā)程序 化工生產(chǎn)是由預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)組成，不同加工工藝可以得到相同產(chǎn)品。這種多方案性源于科學(xué)技術(shù)，深刻地蘊(yùn)含著經(jīng)濟(jì)的盈虧、社會(huì)效益的大小與環(huán)境保護(hù)的優(yōu)劣。而開發(fā)研究就是在基礎(chǔ)應(yīng)用研究及各種科技信息的基礎(chǔ)上，開展新技術(shù)的工藝條件、技術(shù)規(guī)范、工程放大、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)等方面的研究，以取得化工生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)、建設(shè)等所需數(shù)據(jù)與資料，為實(shí)現(xiàn)新技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用提供技術(shù)服務(wù)。開發(fā)研究的最終成果是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。化工過程開發(fā)的步驟，并

3、沒有固定的模式。 將開發(fā)的全過程分割成四個(gè)階段。第一階段的內(nèi)容是商品信息研究和實(shí)驗(yàn)性研究。第二階段的內(nèi)容包括小試和概念設(shè)計(jì)。第三階段包括模型試驗(yàn)、中試和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。第四階段的內(nèi)容為工程設(shè)計(jì)和施工。 2.2 工藝路線選擇 在化工生產(chǎn)中，同一產(chǎn)品，有時(shí)可以用不同的原料加工而成，如乙醇可以用發(fā)酵法制取，也可以用乙烯水合法制??；一氯甲烷可以由甲烷（天然氣）氯化的方法獲得，也可以用甲醇和hcl制取。同一種原料，經(jīng)過不同的加工，又可以得到不同的產(chǎn)品。即使采用同一種原料和相同的工藝過程，而工藝條件不同，也可以得到不同的產(chǎn)品。原料路線、工藝路線和產(chǎn)品品種的多樣性，使得在工藝路線的選擇與設(shè)計(jì)方案。在確定時(shí)，

4、需要考慮多方面的因素。在準(zhǔn)備投資建造一套生產(chǎn)裝置時(shí)，裝置的生產(chǎn)能力一旦確定后，如何確定與裝置投資及產(chǎn)品生產(chǎn)成本密切相關(guān)的工藝路線及工藝設(shè)計(jì)條件，使裝置的總體經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最佳化是十分重要的。 2.2.1原料與原料路線的確定 原料是化工產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)，原料既直接影響到產(chǎn)品的合成工藝路線，又會(huì)帶來有關(guān)原料的資源、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、供應(yīng)、價(jià)格、毒性、安全生產(chǎn)等一系列相關(guān)問題。采用不同的原料與規(guī)格直接影響到產(chǎn)物的生產(chǎn)能力、技術(shù)水平、質(zhì)量、成本、反應(yīng)條件與反應(yīng)裝置、資金的投入與回收等問題。在化工產(chǎn)品的總成本中，因?yàn)樵腺M(fèi)用所占的比例較大（國內(nèi)一般占60%70%），所以選擇合理的原料路線十分重要。選擇原料路線必須

5、考慮和滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的生存和發(fā)展的需要。 2.2.2工藝路線的選擇 2.2.2.1通過對科技文獻(xiàn)的調(diào)查、分析、比較，確定合理的工藝路線路進(jìn)行有關(guān)產(chǎn)品工藝路線的選擇需要通過文獻(xiàn)調(diào)研來完成。聯(lián)機(jī)文獻(xiàn)檢索具有及時(shí)性和全面性的特點(diǎn)，可以大大縮短調(diào)查時(shí)間，是有效的調(diào)查手段。根據(jù)調(diào)查所得到的信息，必要時(shí)再通過實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充一些數(shù)據(jù)，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。通過文獻(xiàn)專利的調(diào)查可以掌握一般的技術(shù)動(dòng)向，也可以掌握現(xiàn)有的工藝技術(shù)在不久的將來可能實(shí)現(xiàn)的工藝技術(shù)。在具體的工藝設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)的實(shí)際情況，綜合分析，有所創(chuàng)新。 2.2.2.2技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理：技術(shù)上可行是指項(xiàng)目建設(shè)投資后，能生產(chǎn)出產(chǎn)品，且質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)

6、的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)上合理指生產(chǎn)的產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)效益，這樣工廠才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對有些特殊的產(chǎn)品，為了保證國家需要和人民的利益，主要考慮社會(huì)效益或環(huán)境效益，而經(jīng)濟(jì)效益相對較少，這種項(xiàng)目也需要建設(shè)，但其只能占工廠建設(shè)的一定比例，是工廠可以承受的，不影響工廠整個(gè)生產(chǎn)。以甲醛工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝路線比較為例，甲醛幾乎都是采用甲醇空氣氧化的方法制取。按所用催化劑類型，甲醛工業(yè)生產(chǎn)方法分為兩類：a.鐵、鉬催化劑法：用fe2o3，moo3作催化劑，還常加入鉻和鈷的氧化物作助催化劑，甲醇與過量空氣混合，經(jīng)凈化，預(yù)熱，在320380下反應(yīng)生成甲醛。b.銀催化劑法：用銀絲網(wǎng)或鋪成薄層的銀粒為催化

7、劑，控制甲醇過量，反應(yīng)溫度約為600720。 2.2.2.3甲醛工藝路線的比較： a.采用鐵、鉬催化劑法工藝路線的甲醛裝置生產(chǎn)能力較大，甲醇轉(zhuǎn)化率高于銀催化劑法，可達(dá)95%99%。甲醇單耗低，不需蒸餾裝置，可以生產(chǎn)高濃度甲醛，甲醛成品中含醇量低，催化劑使用壽命長，但是鐵、鉬催化劑法生產(chǎn)一次性投資大，電耗高。 b.銀催化劑法工藝簡單，投資省，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。產(chǎn)品中甲醇含量少，尾氣中含氫，可以燃燒，但是甲醇的轉(zhuǎn)化率低，單耗高，催化劑壽命短，對甲醇純度要求高。甲醛成品中甲醇含量高，只能生產(chǎn)低濃度甲醛。銀催化劑法在爆炸上限操作，原料混合氣中甲醇濃度較高，設(shè)備負(fù)荷大，因而建廠投資較低。但由于銀催化劑法在60

8、0以上高溫反應(yīng)，催化劑銀晶粒容易長大，加上銀催化劑對毒物（fes）極為敏感，因而催化劑壽命短。鐵、鉬催化劑活性高、壽命長，對毒物不敏感，單耗低；產(chǎn)品甲醛濃度高，含醇低，特別適用于作樹脂、聚甲醛、脲醛及醫(yī)藥的原料。雖然鐵、銅催化劑法工藝路線一次投資大，但是可以生產(chǎn)高濃度甲醛，在制取甲醛的下游產(chǎn)品時(shí)可以直接利用，不必濃縮，免去了稀醛濃縮增加的設(shè)備及動(dòng)力消耗費(fèi)用，以及對生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含酵廢水的處理而花費(fèi)的各項(xiàng)費(fèi)用。就總體效益來講，直接生產(chǎn)濃甲醛比先生產(chǎn)稀甲醛然后再把稀甲醛濃縮成濃甲醛，無論從投資費(fèi)用來講還是從環(huán)境污染與治理來講都合理得多。因此，發(fā)展高濃度甲醛生產(chǎn)是我國甲醛工業(yè)發(fā)展的必由之路，也是加

9、深甲醛下游產(chǎn)品開發(fā)的前提，通過上述的調(diào)查與分析后再進(jìn)行工藝路線的選擇就很容易了。 3 促進(jìn)化工工藝設(shè)計(jì)良性發(fā)展的建議 3.1 化工工藝設(shè)計(jì)要注重降低能源消耗量 能源成本是化工生產(chǎn)總成本中的一個(gè)重要的組成部分，采用先進(jìn)的技術(shù)手段降低能源消耗量是化工工藝設(shè)計(jì)和研究的重要方面。首先要選用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)及最優(yōu)化的工藝流程，從源頭上控制能源的消耗，其次在工藝設(shè)計(jì)上要求流程簡練、設(shè)備選型合理、布置緊湊、能量利用合理，同時(shí)還應(yīng)盡可能采取物物換熱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能量的分級(jí)使用和回收，以節(jié)約能源的消耗，根據(jù)工藝參數(shù)選擇最佳的流程和最適宜的管徑，降低流體輸送阻力損失，降低能耗。 3.2 積極改善生產(chǎn)環(huán)境 當(dāng)前化工污染問

10、題不可忽視，解決污染問題就要減少污染源并對廢物進(jìn)行回收利用。從工藝過程上要減少污染就必須重視現(xiàn)有裝置的更新和污染物的終端處理兩個(gè)問題。針對這兩種情況就要不斷提高化學(xué)反應(yīng)和能源分離效率，提高能源利用率、減少能源轉(zhuǎn)化率在生產(chǎn)過程中的損失，這不僅能增加產(chǎn)業(yè)效益而且能減少處理廢物時(shí)的費(fèi)用；積極應(yīng)用hen分析方法不斷改進(jìn)和更新裝置，節(jié)約用水，并對廢水進(jìn)行再次回收利用，最大限度的節(jié)約水資源。 3.3 工藝設(shè)計(jì)理論研究與實(shí)踐協(xié)調(diào)發(fā)展 當(dāng)前工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用亟待拓展，這就需要將研究開發(fā)與設(shè)計(jì)建設(shè)聯(lián)系起來綜合發(fā)展，并積極開發(fā)新的工藝設(shè)計(jì)方式。新的工藝設(shè)計(jì)方式應(yīng)該是開發(fā)一個(gè)帶有能量平衡流程、熱力學(xué)軟件包及研究容器設(shè)備的一個(gè)簡單經(jīng)濟(jì)模型，摒棄傳統(tǒng)方式過于程序化且生產(chǎn)效率較低的發(fā)展方式。新的發(fā)展方式應(yīng)更重視推測和估算，目的是將試驗(yàn)計(jì)劃盡快涉及到工藝的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)經(jīng)濟(jì)問題，并通過專