工艺流程设计ppt课件.ppt
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1、第二章 工艺流程设计,本章主要内容:2.1 生产方法和工艺流程的选择 2.2 工艺流程设计 2.3 工艺流程图 2.4 典型设备的自控方案 2.5 用AutoCAD P&ID绘制工艺流程图,一、生产方法和工艺流程选择的原则(1)先进性 技术先进和经济上合理可行 先进性评价包括:技术先进性、建设投资、生产成本、消耗定额及对环境的危害等方面(2)可靠性 指生产方法和工艺流程是否成熟可靠。原料来源是否可靠。(3)合理性 国家资源的合理利用、建厂地区的发展规划、“三废”处理是否可行等。,第一节 生产方法和工艺流程的选择,综合考虑各方面因素,进行流程优化和技术经济分析。,一个化学过程如何实现工程化?在技
2、术上能够实现的前提下进行工程设计。,二、生产方法和工艺流程确定的步骤(1)资料搜集与项目调研;,国内外生产方法及工艺流程;原料来源及产品应用情况;试验研究报告;综合利用及三废处理;生产技术的先进水平;安全技术及劳动保护措施;设备的大型化及制造、运输情况;基本建设投资、产品成本、占地面积;水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应;厂址、地质、水文、气象等资料;工厂环境与周围的情况。,(2)生产设备类型与制造厂商调研 设备是实现化工技术的关键,同时在投资中占很大比例。,(3)对调研结果进行全面分析对比,第二节 工艺流程设计,一、工艺流程设计的任务(流程组织或过程合成),按步骤逐步解决以下问题:(
3、1)确定整个流程的组成;由哪些生产过程和单元过程构成?各个单元之间如何连接?,流程组织:权衡技术与经济、安全、工程等方面的因素,在过程开发实验的基础上,结合化工生产过程的实际经验,将某个化工过程的原料准备、反应合成、产物分离三个阶段的有关单元操作有机地组合在一起,形成一个较优的工艺流程。,以煤为原料生产合成氨为例:,气化(造气)C、O2、H2O CO、H2、CO2CO变换 CO+H2O=CO2+H2脱硫、脱碳 除去混合气体中的H2S、CO2甲烷化 除去混合气体中剩余的少量CO、CO2合成 N2+H2=NH3,?,O2,C,COH2CO2,H2CO2,N2,H2,所以合成氨由以下生产过程组成:,
4、C NH3,例如:脱硫和变换过程的顺序?,要解决各个过程的生产方法、安排顺序问题,煤气化工艺的改变及钴钼耐硫催化剂的使用,改变了合成氨工艺流程中变换和脱硫的顺序。中压气化,先变换,再脱硫,避免煤气热冷热的流程以及产生能量的损失。同时副产蒸汽。从而大大减少蒸汽耗量,取得显著的节能降耗效果。这也是研制新型变换催化剂的原因和动力之所在。,例如:脱硫和变换过程的顺序如何组织?,以CO变换制氢生产过程为例,将CO由42%-65%降低至0.4%以下:CO+H2O=CO2+H2+H 可逆放热反应过程组成:粗煤气除水 预热 配比水蒸气(过量)反应 降温(回收反应热)反应 降温(回收反应热)降温(回收多余水蒸气
5、)蒸汽冷凝液分离,催化剂,(2)确定每个过程或工序的组成;,每个过程又由许多单元过程组成。,由哪些设备来完成?设备之间如何连接?设备主要工艺参数?,原料预处理,反应,分离,工艺流程设计的方法:流程组织(过程合成),化工过程的典型流程框图,原料预处理阶段,反应合成阶段,产物分离阶段,工艺流程设计即确定整个流程的组成,合理进行流程组织。,原料预处理阶段:以物理方法为主,但不排除化学方法。可能要用到一些分离的单元操作。可能牵涉到“三废”处理。可能有副产品产出。,反应合成阶段:可能是多步反应组成(多个反应器)。多个反应器之间可能穿插着分离单元操作。,产物分离阶段:可能要用到多种单元操作。重视“三废”处
6、理技术问题。重视回收。,问题:在两个反应器之间为什么可能要用到分离操作?,经济效益的重要来源之一。,耐硫变换流程示意图,(3)确定工艺操作条件;确定整个生产工序或每台设备要达到和保持的操作条件。温度、压力、浓度、液位、流量容积、换热面积?,(4)控制方案的确定;如何维持以上操作条件,及实现各参数之间的联系?确定正确控制方案,选用合适的控制仪表。,德士古(GE)水煤浆气化概略流程,磨煤机,煤浆泵,气化炉,锁斗,蒸发热水塔,旋风分离器,混合器,第二节 工艺流程设计,水洗塔,合成气,渣水,酸气,废渣,乙烯:苯=1:5,560K,600kPa,850K,例3-4 苯乙烯制取过程:反应器之间穿插着分离单
7、元操作,未反应完的物料重新回到反应器。,第二节 工艺流程设计,问题:流程组织得好不好,怎么来判断?,产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。,考虑环保、安全、占地面积等因素。,化工领域包括相关领域的一些科技进步与发明,都可能对某个产品生产过程的流程组织带来显著的影响。,流程模拟 Aspen Plus 流程图绘制AutoCAD P&ID,流程组织的依据:,过程开发实验结果;设计人员的实践经验。,进行方案比较,计算机辅助设计:,(5)原料与能量的合理利用;计算并确定各个生产过程的效率,得出全装置的最佳总收率,同时合理地做好能量回收与综合利用,降低能耗以确定水、电、蒸汽和燃料的消耗(6
8、)制定“三废”处理方案;对全流程中所排出的三废要尽量综合利用,对于暂时无法回收利用的,则须进行妥善处理。(7)制定安全生产措施。对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中,可能存在哪些不安全因素进行认真分析,再遵照国家的各项有关规定,结合以往的经验教训,制订出切实可靠的安全措施。,第二节 工艺流程设计,耐硫变换工艺流程方案设计:变换反应分段;根据变换炉进出口气体温度设计合理的换热流程。,变换过程核心设备:变换炉其他重要设备:换热设备,要考虑高温、高压,氢腐蚀等因素。,各变换炉出口温度、变换率的确定 CO+H2O=CO2+H2+H,图1 变换炉平衡温度曲线、最适宜温度、操作线图,第
9、三节 工艺流程图工艺物料流程图管道仪表流程图,把各个生产单元按照一定的目的要求,有机地组合在一起,形成一个完整的生产工艺过程,并用图形描绘出来,即是工艺流程图。工艺流程图中的主要线型:,第三节 工艺流程图,辅助物料管线,其他如工艺设备、阀门、管件、仪表为细实线,工艺主物料管线,原有管道,蒸汽伴热管道,电伴热管道,保温管道,第三节 工艺流程图,(一)按设计阶段不同分类 方案(不计入设计文件)工艺流程简图(草图)(示意图)初步设计文件(基础设计)工艺物料流程图(PFD)管道仪表流程图(PID)施工图设计文件(详细工程设计)管道仪表流程图(PID最终版),一、工艺流程图的种类,Process Flo
10、w Diagram(PFD)Piping and Instrumentation Diagram(PID或 P&ID),1、工艺流程草图 工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图,是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它定性地标出由原料转化成产品的变化、流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备。用于工艺方案讨论。,脱硫系统工艺方案流程图,第三节 工艺流程图,H2S约占总硫含量的90,半水煤气脱硫工艺流程说明:图2-1是合成氨工艺中原料气脱硫系统的工艺流程图。半水煤气自气柜用罗茨鼓风机1从底部鼓入脱硫塔2,稀氨水自氨水槽3用氨水泵4-1从脱硫塔顶部泵进入,用氨水吸收半水煤气中的硫化氢。由脱硫塔
11、2底部出来的废氨水,经氨水泵4-2打入再生塔6的上部,用鼓风机5由再生塔下部向塔内吹进空气使废氨水解吸。解吸出来的硫化氢随空气流从塔顶排出(应该回收硫)。再生氨水则由再生塔底部排出,用氨水泵4-1送往脱硫塔循环使用。脱硫后的半水煤气经除尘塔7除尘后,去压缩工段进行压缩。,2、工艺物料流程图(PFD)工艺物料流程图是把物料衡算和热量衡算的结果反映在流程图上。它是初步设计阶段最重要、最本质、最基础的图纸。,苄基甲苯(MBT)和二苄基甲苯(DBT)物料流程图,DBT,DBT,物料编号,设备位号,R-101a,b原料储槽,B-101原料泵,3、工艺管道仪表流程图(PID或P&ID)管道仪表流程图的内容
12、画出全部工艺设备、所有工艺物料管线、辅助物料管线、全部阀门,以及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量和自动控制仪表的位置和功能代号。,管道仪表流程图的作用各专业开展设计的依据之一;施工的依据;生产管理、操作、维修和开停车的指导性文件。,二、管道仪表流程图(PID),1版(详细设计1版)For Detail Engineering Rev.12版(详细设计2版)For Detail Engineering Rev.23版(施工版)Approved For Construction,工程版PID,基础设计阶段:,详细工程设计阶段:,上述7版PID为常规PID开发过程,小型或成
13、熟工艺至少完成三个版次。有些设计院划分为A、B、C、D、E、F、G版。2个设计阶段,7版次。,A版(初步条件版)Approved For PlanningB版(内部审核版)Issue For ReviewC版(用户批准版)Issue For Approval0版(设计版)Approved For Design,工艺版PID,图样包括如下内容:(l)图形 将各设备的简单形状按工艺流程次序,展示在同一平面上,配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表控制点符号等。(2)标注 注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸、数据等。(3)图例(首页图)。代号、符号及其他标注的注明,有时还有设备位号的
14、索引等。(4)标题栏 注写图名、图号、设计阶段、设计单位等。,第三节 工艺流程图,第三节 工艺流程图,管道仪表流程图(PID)设计规定:,设计规范:HG20559-93管道仪表流程图设计规定,施工图规范:HG/T20519-2009化工工艺设计施工图内容和深度统一规定,各设计院自己的设计规定,(一)通用设计规定(1)图幅 多采用A1图幅或A0图幅 PID分主项绘制,主项较大时,一个主项的流程图一般分成数张绘制,每张图纸按顺序编写图号。,(2)图线与比例 流程图不要求比例,但设备大小相对比例要协调。,图线宽度推荐值,第三节 工艺流程图,(3)文字与字母的标注 字体大小 7、5、3.5、3(4)图
15、面布置,1.设备图形(1)按规定图例画出设备外形轮廓和内部、外部结构特征简图(P35);图例可参照HG-20519.2(2)设备之间的相对位置及管口位置:设备示意图之间的距离以布置流程线合理方便为原则;设备示意图之间的高低位置及设备上接管口的位置应符合实际情况;(3)设备保温及伴热:画出一段隔热层或伴热管示意。,第三节 工艺流程图,(二)设备的表示方法,绝热层,伴热管,设备接管口的位置应符合实际情况:对于图中换热器,管程流体?壳程流体?进出口位置?,B,B,A,A,B,B,A,A,A流体走壳程,B流体走管程。,固定管板换热器:,通过本课程的学习,了解一些化工设备的知识。只有了解设备才能正确画好
16、流程图!,双管程,四管程,分程隔板,釜式换热器,化工设备的结构特点,共同特点:主体(外壳)是压力容器,内部装有各种强化传热、传质的构件。,填料塔、板式塔如何画?,列管式:反应同时换热,固定床:气体通过静止的催化剂床层,流化床:固体催化剂颗粒处于悬浮运动状态,反应器:,(1)标注内容:设备位号和名称,设备位号的一致性:同一工程设计中同一设备在不同设计阶段的所有图样中,位号必须一致。不同的设计阶段设备增减时怎么办?施工图设计阶段取消设备则保留空号,增加设备则在该主项内按已存在的同类设备顺序号后依次编号。例:,初步设计阶段:R101 R102 R103 R104,施工图设计阶段:R101 空号 R1
17、03 R104,施工图设计阶段:R101 R102 R105 R103 R104,2、设备的标注,第三节 工艺流程图,第二种编写方式,(2)设备位号和名称的编写规则:(P39),PL精制塔给料泵,P301a,b,PL精制塔,T301,PL残液冷却器,E303,PL中间槽,V0301,P32-33流程图的设备位号和名称:,第三节 工艺流程图,设备位号在主项内分类按顺序编写,不得重复。,P3 01 a,b,PL精制塔给料泵,设备类别代号,主项代号,同类设备顺序号,相同设备尾号,位号线(粗实线),可省略,A.设备位号,设备顺序号 在同一主项内,按照设备类别,按流程顺序依次编号。相同设备尾号 所谓相同
18、设备是指设备结构大小完全相同、设备执行的任务完全一致。作用有两种:增加生产能力或备用设备。如设计选用三台泵,2开1备例如:P0302A P0302B P0302C,例如合成氨的生产过程:造气、变换、脱硫脱碳、甲烷化、合成,设备分类代号:HG 20559-2009、HG 20559-93,主项代号:按生产过程特点划分,用数字代号表示不同的工序。,B.设备名称的编写a)设备原名加工艺用途的限定词;(尽可能反映设备的用途)如:贮槽:精PL贮槽;泵:精PL泵b)附属于主设备的辅助设备名称前应加上主设备名称的限定词,但可简化;如:PL精制塔给料泵;萃取解吸塔蒸发器 萃解塔蒸发器 预精馏塔回流泵 预塔回流
19、泵,(3)标注方式第一处:在设备图旁边或形内标注位号,此处不注名称。第二处:标注设备位号、名称,标注在设备图形的正上方或下方;,(4)标出设备管口画出管口及法兰,用字母标示出每个管口。,第三节 工艺流程图,(三)管道的表示方法 1管道的画法 P43 表2-7和表2-8 图上一般应画出所有工艺管道、阀门、主要管件和辅助物料及公用物料(如蒸汽、冷却水、冷冻盐水等)的管道。,第三节 工艺流程图,(2)交叉与转弯(3)放气阀、排液阀及液封 液封U 型液封管尽可能按实际比例长度表示。,(1)线型规定,(4)管道的接续 各流程图之间的管道连接符号,CWS,公用工程物料:,所连接的管道(物料)所连接的设备(
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