工藝包開發(fā)思路與步驟

1確定工藝路線

除小部分新產(chǎn)品外，國內(nèi)大部分化工技術(shù)中，工藝路線已基本確定。針對相同原料，獲得相同產(chǎn)品如有幾種工藝路線，則對每一種路線分別進(jìn)行分析、比較后確定。主要從以下幾個方面來考慮：1、所需的溫度、壓力等參數(shù)。幾種路線中實(shí)現(xiàn)的效果相近，優(yōu)先選擇易于實(shí)現(xiàn)操作參數(shù)的路線；2、投資；3、能耗；4、安全；5、環(huán)保；6、對材質(zhì)的要求；7、產(chǎn)品質(zhì)量；8、是否侵權(quán)。2收集數(shù)據(jù)

通過實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室、小試、中試、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等）或查詢文獻(xiàn)、論文、技術(shù)書籍等所有可能的渠道收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（在合法的前提下）。包括：技術(shù)中涉及的所有物質(zhì)的物性及物質(zhì)間的相互影響，所有涉及到的反應(yīng)及催化劑、反應(yīng)機(jī)理等。同時注意對整個過程中形成的知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。

//關(guān)于反應(yīng)//

眾所周知，反應(yīng)為整個系統(tǒng)的靈魂，也是“洋蔥模型”的最中心，它出了問題，所有其他工作都是白搭，它錯了，整個基準(zhǔn)就錯了。所以，非常、非常、非常重要！反應(yīng)按是否有催化劑分：催化反應(yīng)、非催化反應(yīng)；按相態(tài)分：均相反應(yīng)、非均相反應(yīng)。無論屬于何種反應(yīng)，作為工藝包開發(fā)者均需對反應(yīng)有透徹的理解，對反應(yīng)機(jī)理要清清楚楚、明明白白。

僅做實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的科研人員很難把工藝包做好，受兩個因素制約，因素一：缺乏工程化經(jīng)驗(yàn)；因素二：缺乏工業(yè)化后的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。僅做工程設(shè)計(jì)的技術(shù)人員也很難把工藝包做好，因?yàn)槿狈Ψ磻?yīng)機(jī)理的認(rèn)識和相關(guān)數(shù)據(jù)，同時還缺乏生產(chǎn)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。僅做生產(chǎn)的技術(shù)人員同樣也很難做好，因?yàn)槿狈ρ邪l(fā)和工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)。

如為催化反應(yīng)，工藝包開發(fā)人員至少需掌握催化劑的物理性能參數(shù)，如：強(qiáng)度、孔隙率、堆密度、活性組份、載體等。此外還要掌握催化劑的化學(xué)性能，如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性、反應(yīng)的影響因素（包括溫度、壓力、流量、組份配比）、空速、催化劑失活中毒影響因素、反應(yīng)熱力學(xué)平衡參數(shù)、反應(yīng)動力學(xué)方程、反應(yīng)控制步驟等等。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)也可以由項(xiàng)目組中專門從事催化劑研發(fā)的人員提供。

如為非催化反應(yīng)，同樣需掌握反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)影響因素、反應(yīng)動力學(xué)方程、反應(yīng)控制步驟、吸/放熱量、超溫后果、反應(yīng)失控保護(hù)措施等。//關(guān)于分離再循環(huán)//化工裝置中常見的分離為氣液分離、吸收、氣提、解吸、精餾等。

普通分離罐的計(jì)算一般按分離液滴直徑進(jìn)行計(jì)算，高效分離罐一般提出工藝要求。

吸收的關(guān)鍵是尋找合適的吸收劑，氣提為打破原氣液相平衡，通過改變分壓實(shí)現(xiàn)分離，解吸為吸收的逆過程，普通精餾按沸點(diǎn)進(jìn)行分離即可，如分離中存在共沸物或沸點(diǎn)相差很小的物質(zhì)，則可考慮特殊精餾，如：共沸精餾、萃取精餾或變壓精餾等。需根據(jù)被分離物質(zhì)的具體情況分析后確定。

如數(shù)據(jù)庫中缺少二元交互參數(shù)，需對氣液相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行測量或通過查閱資料獲取，然后對氣液相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，得到二元交互參數(shù)，從而才能進(jìn)行準(zhǔn)確的分離計(jì)算。

循環(huán)一般分為氣相循環(huán)和液相循環(huán)，循環(huán)一般是為了滿足反應(yīng)的需要或分離的需要。

化工裝置中大部分反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率并不高，為了獲得較高的收率，只能采用循環(huán)的方式，如合成氨、尿素、碳銨、煤焦油加氫、三聚氰胺、甲醇、乙二醇等裝置。此外，有些難分離物系，為了獲得高收率、好的產(chǎn)品質(zhì)量，也會采用循環(huán)的方式。循環(huán)量越大、循環(huán)壓降越大，也就意味著能耗越高，這里面降能耗可挖掘的空間巨大。通常，循環(huán)越多，流程的復(fù)雜程度就越高，設(shè)計(jì)、控制、操作的難度也就越大。//關(guān)于傳熱//

收集技術(shù)中涉及的所有物質(zhì)/流股的焓和比熱值，所有反應(yīng)的反應(yīng)熱、熔解熱等。裝置內(nèi)按溫度及熱量梯級換熱回收熱量（盡可能在裝置內(nèi)考慮熱量的回收利用，如裝置內(nèi)不能回收利用的熱量，則從全廠的角度來考慮熱量的回收利用）。

在進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時，切記純理論考慮，要同時兼顧操作及工藝的可行性，由于換熱帶來的露點(diǎn)腐蝕、結(jié)晶、堵塞、氣液兩相對催化劑的影響等均需周全考慮。//關(guān)于動量傳遞//收集所有流股的粘度、汽化壓力等參數(shù)，兩相流避免活塞流，通過合理的設(shè)備布置來減少動量消耗，節(jié)約能源。3流程模擬

工藝包開發(fā)，進(jìn)行全流程模擬是必不可少的。對于流程模擬有兩種較極端且不正確的觀點(diǎn)。

觀點(diǎn)一：流程模擬是萬能的，什么都是模擬一下就能獲得；

觀點(diǎn)二：流程模擬沒有用，受影響因素太多，根本算不準(zhǔn)。以上兩種觀點(diǎn)都是瞎子摸象，不能客觀的來認(rèn)識模擬軟件。

//對模擬的正確認(rèn)識//

1、流程模擬對工藝的認(rèn)識非常有幫助，尤其是經(jīng)過全流程模擬后，對全系統(tǒng)的認(rèn)識會有質(zhì)的飛躍；

2、流程模擬并非簡單的輸入、輸出，需要注入大量的人為分析，每一個參數(shù)的變化以及它的影響因素，以及一個參數(shù)的改變帶來的全系統(tǒng)的變化都是需要逐個分析的。此外，關(guān)鍵數(shù)據(jù)還需要與實(shí)驗(yàn)、小試、中試及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，進(jìn)一步對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；

3、流程模擬并非萬能的，沒有輸入就沒有輸出，輸入錯了，輸出一定錯。輸入對了，輸出也有可能與實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)不符，需對出現(xiàn)的不符情況進(jìn)行細(xì)致的分析論證，找出矛盾的原因；

4、流程模擬的應(yīng)用可大大縮短工藝包的開發(fā)時間，減少實(shí)驗(yàn)工作量，指導(dǎo)生產(chǎn)，預(yù)測數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢；

5、通過流程模擬可獲得完整的物料、能量平衡數(shù)據(jù)，物性參數(shù)等，為工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

6、可以通過模擬對各種方案進(jìn)行綜合對比，從而得到最優(yōu)方案。

//具體工作開展//

1、根據(jù)物性確定物性方法；

2、從反應(yīng)入手，如反應(yīng)僅受熱力學(xué)平衡影響，則可考慮化學(xué)平衡反應(yīng)器模塊，通過調(diào)節(jié)平衡溫距來獲得相關(guān)參數(shù)。如反應(yīng)除熱力學(xué)平衡外，受反應(yīng)動力學(xué)影響，則通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合推導(dǎo)得到反應(yīng)速率方程及相關(guān)參數(shù)（包括：活化能、指前因子、吸附因子、吸附/反應(yīng)平衡常數(shù)等等），將相關(guān)參數(shù)用于流程模擬中的反應(yīng)模塊，同時將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、分析、修正。目的讓模型具有可預(yù)測性，能對工業(yè)放大提供可靠的依據(jù)；

3、解決分離、換熱的問題，根據(jù)前面收集的數(shù)據(jù)及初步制定的流程，進(jìn)行模擬計(jì)算（包括：物性數(shù)據(jù)回歸、換熱器分析計(jì)算等等），對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析修正，同時對各種可能的流程一一進(jìn)行計(jì)算對比，找出最優(yōu)方案，流程最優(yōu)方案確定后，進(jìn)一步對單個設(shè)備進(jìn)行調(diào)優(yōu)；

4、匹配公用工程（規(guī)格盡可能少，同時兼顧投資）。至此，模擬工作已基本完成。

以上的輕描淡寫，希望不要誤導(dǎo)一些人。因?yàn)榛ぜ夹g(shù)真的博大精深，任何一個點(diǎn)想要做到精深通透，都可能足以讓我們窮盡一生而不可得。

4完成PFD、PID、設(shè)備數(shù)據(jù)表通過準(zhǔn)確的全流程模擬后，即可得到完整的物料流程圖（PFD）。

參照典型單元設(shè)備的流程模式、結(jié)合工藝的特點(diǎn)及需求，同時讓儀表專業(yè)介入，共同完成PID，根據(jù)PFD上各流股信息取經(jīng)濟(jì)流速、算管道壓降、然后確定管徑，根據(jù)開停車需要，考慮置換、催化劑升溫還原/停車保護(hù)、預(yù)硫化等等，加上所需的開/停工線。

對所有設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，定型設(shè)備提出詳細(xì)參數(shù)、選材原則，非標(biāo)設(shè)備計(jì)算尺寸、大小、高度、內(nèi)件等。

//反應(yīng)器//

根據(jù)反應(yīng)綜合考慮后確定，具體包括：反應(yīng)類型（快速/慢速反應(yīng)、氣液相反應(yīng)/氣氣相反應(yīng)/液液相反應(yīng)/氣固相反應(yīng)、催化/非催化反應(yīng)等等）、催化劑性能（如為催化反應(yīng)）、空速、反應(yīng)速率、反應(yīng)控制步驟、停留時間、物料分布、移熱、放大效應(yīng)等因素來設(shè)計(jì)。//塔器//

分填料塔、板式塔，也有同一塔內(nèi)部分填料、部分塔板。填料塔一般壓降小、板式塔壓降大，填料塔一般對噴淋密度的要求比板式塔高，此外，物料性質(zhì)對塔的選擇也有很大影響。根據(jù)分離要求，優(yōu)化進(jìn)料位置、調(diào)整回流比及理論板數(shù)、根據(jù)物料性質(zhì)取合適的液泛系數(shù)，進(jìn)行塔器的計(jì)算，計(jì)算出每塊板/填料的氣液相負(fù)荷、持液量、噴淋密度、壓降。//換熱器//

將流程模擬中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入換熱器計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算即可。一般采用HTRI中的校核模式進(jìn)行計(jì)算，流程模擬中冷熱端溫差一般控制≥8℃，盡量避免溫度交差，考慮上污垢熱阻，考慮清洗，考慮熱膨脹，考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，根?jù)建廠地氣候條件、水源供給情況，考慮空冷，空冷一般用于熱負(fù)荷大、溫差小的地方。對換熱要求高、冷熱端溫差小、壓降要求小、占地要求小等地方考慮高效換熱器。

//壓縮機(jī)//

根據(jù)氣量、壓比以及輸送氣體的組成情況確定壓縮機(jī)的型式。根據(jù)廠區(qū)具體情況，如：電價、蒸汽富余情況、能否上鍋爐、能否上自備電站、煤價等等因素，經(jīng)綜合分析后確定電驅(qū)或汽驅(qū)。如采用電驅(qū)，一般來說壓縮機(jī)一次投資低、占地小、操作/檢維修工作量小，但折產(chǎn)品單價后電一般比蒸汽貴。如采用汽驅(qū)，一般來說壓縮機(jī)一次投資高、占地大、操作/檢維修工作量大，但折產(chǎn)品單價后蒸汽一般比電便宜。當(dāng)然，也有一些廠例外，所以，因地制宜、萬萬不可一概而論！

此外，采用汽驅(qū)的，還要考慮壓縮機(jī)是采用全凝、抽凝還是背壓式（需在全廠蒸汽平衡中統(tǒng)籌考慮），如壓縮機(jī)采用全凝或抽凝，還要考慮表冷采用水冷還是空冷，兩者對壓縮機(jī)的蒸汽消耗是不一樣的。//分離器//

根據(jù)前面的計(jì)算，整理完成設(shè)備數(shù)據(jù)表即可。//儲罐//

分緩沖罐、中間儲罐、成品儲罐等，按停留時間、儲存時間及考慮生產(chǎn)操作（如手動分析取樣要求、產(chǎn)品封罐要求、換班銜接要求等等）后確定。//其他設(shè)備//

非標(biāo)設(shè)備，提出詳細(xì)的外形尺寸、內(nèi)件型式及詳細(xì)參數(shù)、工藝參數(shù)等；定型設(shè)備，提出詳細(xì)的工藝參數(shù)、工藝要求、選材原則等。

5完成設(shè)計(jì)說明、儀表規(guī)格書、聯(lián)鎖說明、建議設(shè)備布置圖等

此時，拿出SHSG052-2003石油化工裝置工藝設(shè)計(jì)包（成套技術(shù)工藝包）內(nèi)容規(guī)定，按里面的要求一條一條