化工工藝的設(shè)計必備知識

1、HG20667-1986SH3024-95HG20571-95化工企業(yè)平安衛(wèi)生設(shè)計規(guī)定SH3047-93石油化工企業(yè)職業(yè)平安衛(wèi)生設(shè)計標(biāo)準?化工工藝設(shè)計?講座1 .概述1.1 要建設(shè)一個化工廠,必須具有一批化工工藝專業(yè)技術(shù)人員,這批化工工藝專業(yè)技術(shù)人員必須具備以下根本條件.掌握化工根本理論如化工熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反響動力學(xué)化學(xué)反響工程掌握化工工藝設(shè)計方法和技能工藝設(shè)計的任務(wù)、設(shè)計范圍、工藝設(shè)計人員責(zé)任.化工根本理論的應(yīng)用化工設(shè)計方法工藝設(shè)計根本程序工藝設(shè)計技能工藝設(shè)計的成品文件內(nèi)容及深度工藝設(shè)計的質(zhì)量保證程序.熟悉環(huán)保、平安、消防等方面的法規(guī),如:化工建設(shè)工程環(huán)境保護設(shè)計規(guī)定石油

2、化工企業(yè)環(huán)境保護設(shè)計標(biāo)準GBJ16-872001版GB50160-921999版GB50058-92可行性研究報告批準后即可展開工程設(shè)計建筑設(shè)計防火標(biāo)準石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準爆炸和危險性環(huán)境電力裝置設(shè)計標(biāo)準?一定的工作經(jīng)驗1.2 化工建設(shè)工程階段1.2.1 建設(shè)工程階段的劃分以工程公司為主體,通常分為三個階段?工程前期工程建議書-批準后即為立項?工程設(shè)計按國內(nèi)審批要求分為：初步設(shè)計f批準后建設(shè)單位即可開工.施工圖設(shè)計按國際常規(guī)做法分為：工藝設(shè)計根底設(shè)計詳細設(shè)計?施工、安裝、試車、性能考核及國家驗收驗收后工廠投入正常運行1.2.2 建設(shè)工程階段的劃分以建設(shè)單位為主體,通常分為四個階段?工程前期

3、?工程設(shè)計?工程建設(shè)?工廠投入生產(chǎn)2 .工藝設(shè)計的內(nèi)容和深度2.1 工藝設(shè)計的文件包括三大內(nèi)容：2.1.1 文字說明工藝說明?圖紙?表格2.1.2 文字說明工藝說明?工藝設(shè)計的范圍.?設(shè)計根底：生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、原料,催化劑,化學(xué)品,公用工程燃料規(guī)格、產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格.?工藝流程說明：生產(chǎn)方法、化學(xué)原理、工藝流程表達.?原料、催化劑、化學(xué)品及燃料消耗定額及消耗量.?公用工程包括水、電、汽、脫鹽水、冷凍、工藝空氣、儀表空氣、氮氣消耗定額及消耗量.?三廢排放：包括排放點、排放量、排放組成及建議處理方法?裝置定員?平安備忘錄另行成冊?技術(shù)風(fēng)險備忘錄通常為對內(nèi)使用,另行成冊?操作指南通常為對內(nèi)使用,

4、另行成冊.供工藝系統(tǒng)、配管等專業(yè)使用2.1.3 圖紙?PFD:是PID的設(shè)計依據(jù),供根底設(shè)計使用通常分版次逐版深化.包括全部工藝設(shè)備、主要物料管道表示出流向、物料號、主要限制回路、聯(lián)鎖方案、加熱和冷卻介質(zhì)以及工藝空氣進出位置.?建議設(shè)備布置圖：是總圖布置、裝置布置的依據(jù),供根底設(shè)計使用通常為平面布置圖.根據(jù)工藝流程的特點和要求進行布置.?PCD:通常是設(shè)計院內(nèi)部設(shè)計過程文件、最終表達在終版PFD中通常由自控專業(yè)完成.2.1.4 表格?物料平衡表：包括物流組成、溫度、壓力、狀態(tài)、流量、密度、始值、粘度等理化常數(shù)熱負荷表示在此表中或PFD圖上.?工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表：根據(jù)設(shè)備形式不同、作用不同以及介質(zhì)不

5、同可分為容器、塔器、換熱器、工業(yè)爐、機泵、攪拌器的等.工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表需表示出設(shè)備位號、介質(zhì)名稱、操作壓力、設(shè)計壓力、操作溫度、設(shè)計溫度、材質(zhì)、傳動機構(gòu)、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求.各設(shè)計院均有各種規(guī)定的表格.?工藝設(shè)備表?取樣點匯總表?裝置界區(qū)條件表：通常由工藝系統(tǒng)專業(yè)來完善并最終發(fā)表包括原材料、公用工程、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、進出界區(qū)條件等.2.2 補充說明：化工工藝專業(yè)尚需參加前期工作,主要前期工作有：?工程建議書；可行性報告編制工作.?工程報價書；投標(biāo)書、技術(shù)文件編制工作.?引進工程：包括詢價書、投標(biāo)書的評標(biāo)、合同技術(shù)附件談判.?大中型聯(lián)合裝置總體規(guī)劃設(shè)計.3 .工藝設(shè)計方法化工根本理論的應(yīng)用

6、3.1 工藝路線的選擇?原料來源?經(jīng)濟效益和社會效益生產(chǎn)本錢?環(huán)境保護?其它,如操作條件、平安、消防、投資、工藝先進性,可行性,合理性.3.2 工藝流程方案優(yōu)化?“洋蔥頭模型由史密斯、林霍夫提供的模型從圖中可以看出設(shè)計的核心是反響系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā).“洋蔥頭模型強調(diào)過程開發(fā)和設(shè)計的有序和分層性質(zhì).?反響流程優(yōu)化見表-7.4.2P-544反響流程優(yōu)化需要考慮的問題較多,問題復(fù)雜.如反響動力學(xué)、反響收率、催化劑特性、反響歷程、反響途徑.反響器的最優(yōu)操作條件有如何保證反響溫度、反響壓力、混合要求、換熱要求、各物料配比、給定條件下的生產(chǎn)本錢等等.?精微流程的優(yōu)化精微流程如需要別離R個組份,就需要有R-1

7、個精儲塔.精微優(yōu)化需要考慮：那種組份為主產(chǎn)品,那種組份為付產(chǎn)品.產(chǎn)品的規(guī)格要求.精微流程的優(yōu)化法1:試探法,主要規(guī)那么如下：優(yōu)先使用普通精儲.盡量防止減壓操作和使用冷量.產(chǎn)品數(shù)應(yīng)最少.腐蝕性、危險性的組份應(yīng)優(yōu)先分出.難別離的組分最后分出.最大量組份應(yīng)優(yōu)先分出.塔頂、塔釜產(chǎn)物最好等摩爾別離.精微流程的優(yōu)化法2:調(diào)優(yōu)法精微流程的優(yōu)化法3:數(shù)學(xué)規(guī)劃法?蒸發(fā)流程的優(yōu)化1 單效、雙效、三效蒸發(fā).2熱泵蒸發(fā)、膜式蒸發(fā).3多級閃蒸.4強制循環(huán)蒸發(fā)、自然循環(huán)蒸發(fā)、.結(jié)合蒸發(fā)器的類型標(biāo)準、懸框、列文、強制循環(huán)蒸發(fā)器進行選擇.3.3 工藝設(shè)備的選擇?反響器：1 連續(xù)1均相1活塞流管式2半連續(xù)2非均相2全混釜攪拌釜

8、3間歇以上反響器的選擇要根據(jù)物料性質(zhì)、穩(wěn)定性、反響復(fù)雜性、產(chǎn)品規(guī)模、反響時間、溫度、壓力等因素綜合考慮.不同類型的反響器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況見P-547.氣液相反響器及固相反響器的使用情況見P-548.固體催化反響器的使用情況見表7.4.3-3P-548.?氣液傳質(zhì)設(shè)備：1板式塔：泡罩、浮閥、篩板等.板式塔塔板流體流向分布類型可分為U形流,單溢流,雙溢流等2填料塔：a拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)等填料.b散堆、規(guī)整填料.c實體填料、絲網(wǎng)填料.以上傳質(zhì)設(shè)備的選擇要根據(jù)別離難易程度、壓降大小、真空熱敏性物料、物料性質(zhì)、投資情況、腐蝕情況、物料清潔情況、平安要求、彈性大小、發(fā)泡等情況選擇.見P-549?

9、傳熱設(shè)備：按功能分：冷卻器、冷凝器、加熱器、換熱器、再沸器、蒸汽發(fā)生器、過熱器、廢熱鍋爐等.按結(jié)構(gòu)型式分：采用二物流換熱的換熱器從結(jié)構(gòu)上分有以下5種型式：A.管殼式固定管板式、浮頭式、填料函式、U型管式B.板式板翅式、螺旋板式、傘板式、波紋板式C.管式空冷器、套管式、噴淋管式、箱管式D.液膜式升降膜式、刮板薄膜式、離心薄膜式E.其它型式板殼式、熱管式以上型式換熱器的選擇依據(jù)是：A.固定管板式換熱器固定管板式換熱器即兩端管板和殼體連接成一體,由于殼程不易檢修和清洗,因此選用固定管板式換熱器時,殼方流體應(yīng)是較清潔且不易結(jié)垢的物料；兩流體溫差較大大于60C時應(yīng)考慮熱補償,兩流體溫差不易大于120C.

10、B.浮頭式換熱器該換熱器殼程易清洗,但內(nèi)墊片易滲漏,適用于需要補償熱膨脹的換熱器,兩流體溫差大于120C.C.U型管式換熱器該換熱器制造、安裝方便,造價較低,管程耐高壓,但結(jié)構(gòu)不緊湊.適用于高溫和高壓的場合,且管內(nèi)流體必須潔凈.D.板式換熱器板翅式：緊湊、效率高、可多股物料同時換熱.使用溫度不大于150C.螺旋板式：可用于帶顆粒物料,物位利用好.不易檢修.傘板式：制造簡單、緊湊、易清洗,使用溫度不大于150C,使用壓力不大于0.12MPa.波紋板式：緊湊、效率高、易清洗,使用溫度不大于150C,使用壓力不大于E.空冷器的選擇依據(jù)38Coa.空氣入口溫度即設(shè)計溫度低于b.熱流體的出口溫度高于50

11、65C,并允許有一定的波動范圍35C.c.對數(shù)平均溫差大于40od.流體接近溫度即熱流體的出口溫度與冷流體入口溫度之差至少大于15Coe.管內(nèi)給熱系數(shù)小于2325.6W/m2.K.f.冷卻水的污垢系數(shù)大于0.0002m2.K/W.g.水源較遠,取水費用大.h.熱流體的凝固點較低小于0C.?化工用泵：根據(jù)物料性質(zhì)、物料的腐蝕性、易燃易爆、有毒、高溫、高壓、低溫、粘度大小、揮發(fā)性、固體顆粒等因素綜合考慮,此外還要考慮泵的平安性、可靠性和密封等要求.見表1 .4.5-3P-553?容器儲罐：根據(jù)物料性質(zhì)、物料的腐蝕性、易燃易爆、有毒、高溫、高壓、低溫、粘度大小、揮發(fā)性、固體顆粒等因素綜合考慮.壓力容

12、器分類見表7.4.5-5P-557.4 .工藝設(shè)計工作程序自控條件工藝限制聯(lián)鎖報警電氣條件危險區(qū)劃分特殊電氣要求電氣聯(lián)鎖報警總圖條件建議布置圖工程經(jīng)理設(shè)備條件工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表工程建議書分析化驗條件取樣條件表取樣點匯總表可研報告配管條件操作原那么平安規(guī)程指南裝置平卸圖三廢排放一覽表專利及專有技術(shù)資料公用工程條件表工藝設(shè)計,根底設(shè)計數(shù)據(jù)消防條件開工報告電信條件有關(guān)會議紀要采暖、通風(fēng)、空調(diào)條件合同文件建、構(gòu)筑物特性條件化接?設(shè)消化資料展開提/相完成工根底設(shè)計設(shè)計工計條件確定設(shè)計工藝關(guān)設(shè)計藝設(shè)計、詳細設(shè)完工工根底設(shè)計條件成品文計跟蹤服報告藝14件1務(wù)工藝路線確定工藝流程方案平安生產(chǎn)工藝說明書產(chǎn)品方案工藝

13、計算：物料、職業(yè)衛(wèi)生圖紙設(shè)計規(guī)模能量、設(shè)備物性數(shù)據(jù)PFDS年操作時間門LC文字說明物料平衡表操作彈性設(shè)備表建議布置圖原料、催化劑規(guī)格工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表表格產(chǎn)品和付產(chǎn)品規(guī)格建議布置圖設(shè)備表公用工程規(guī)格原料、公用工程消耗工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表界區(qū)條件界區(qū)條件表取樣點匯總表確定公用系統(tǒng)方案UFD三廢排放量及建議處理方法平安分析危險區(qū)劃分初版PIDA版5 .設(shè)備設(shè)計壓力和設(shè)計溫度確實定5.1 壓力：?正常操作工作壓力?最高工作壓力設(shè)計壓力的選取見表7.6.1"設(shè)備設(shè)計壓力一覽表P-561.5.2 溫度:?正常操作溫度?最高操作溫度設(shè)計溫度的選取見表7.6.2"設(shè)備設(shè)計溫度選取表(P-562).

14、6 .過程限制方案確實定6.1 過程限制方案確定的原那么?保證裝置運行的平穩(wěn)、生產(chǎn)平安、限制簡單適用.?用單回路簡單限制系統(tǒng)可以解決的,決不要用復(fù)雜的限制系統(tǒng).6.2 過程限制的分類?壓力?溫度?流量?物位?化學(xué)成分和物性數(shù)據(jù)6.3 選用限制儀表的要求?準確可靠?靈敏度高?反響迅速?滯后小?使用維護方便?價格廉價6.4 典型化工單元的限制方案6.4.1 反響?反響限制的要求到達規(guī)定的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品濃度.處理量平穩(wěn).當(dāng)出現(xiàn)不正常工況時,能報警、聯(lián)鎖或自動選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng).?反響限制方案以反響轉(zhuǎn)化率為限制變量見圖7.7.3-1(P-564).以反響工藝狀態(tài)變量為限制對象見圖7.7.3-2(P-565)

15、.6.4.2 精微精微是常見的液液別離方法,精微限制主要目的是到達規(guī)定的別離要求.主要變量有進料量、組成、溫度、操作壓力、冷卻和加熱介質(zhì)、壓力及溫度的變換.精儲控制可分為：?按精微段指標(biāo)的限制方案見圖7.7.3-3(P-566).?按提儲段指標(biāo)的限制方案見圖7.7.3-4(P-567).?塔頂壓力限制方案見圖7.7.3-5(P-568).真空度限制方案見圖7.7.3-6(P-569).?其它限制方案見圖7.7.3-7(P-569).6.4.3 傳熱設(shè)備?限制載體的流量見圖7.7.3-8(P-570).?限制傳熱面積見圖7.7.3-9(P-570).?限制載體的氣化溫度見圖7.7.3-10(P-

16、571).?工藝介質(zhì)旁路限制見圖7.7.3-11(P-571).6.4.4 流體輸送設(shè)備?離心泵限制方案見圖7.7.3-12(P-572).?改變轉(zhuǎn)速的限制方案見圖7.7.3-13(P-572).?往復(fù)泵(位移式旋轉(zhuǎn)泵)的限制方案見圖7.7.3-14(P-572).7 .能耗計算目前人類面臨的共同任務(wù)是保護資源、減少環(huán)境污染、維護生態(tài)平衡、實現(xiàn)可持續(xù)開展.化工生產(chǎn)中傳熱過程是經(jīng)常的發(fā)生的事,因此合理使用能源,節(jié)約能源消耗是每個化工工藝設(shè)計人員應(yīng)盡的責(zé)任.過程能量分析的常用方法有：夾點分析法和三環(huán)節(jié)能量分析法7.1 夾點分析法將需要優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)用冷、熱流復(fù)合線表示在溫焰圖(T-H圖)上,熱流復(fù)合線位于冷流上方,冷、熱流體的復(fù)合線中間垂直距離最短處稱為夾點,其溫差Tmin稱為夾點溫差.夾點分析法應(yīng)遵循三個原那么:?盡量防