工艺流程设计

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举例说明工艺路线的流程化
以HCl和CH3OH合成CH3Cl为例，假如我们已经选择了“气一 液相”合成CH3Cl，主反应是：
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举例说明工艺路线的流程化
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举例说明工艺路线的流程化
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工艺物料流程图中：
采用常用图例表示出主要工艺设备及部分关键的辅助设备；用箭
头表示物流方向，标注工艺设备位号和名称； 用表格表示出各物流的T、p、Vs、组成；在有热量变化的设备旁， 标出热量计算值。 物料表包括物料名称、质量流量、质量分数、摩尔流量和摩尔分
率。有时还列出物料的某些参数如温度、压力、密度等参见表
为了控制水洗塔生成废酸水的量，可以设计一个带有再 沸器的 HCl吸收塔，充分吸收 HCl，制成稀盐酸，再将夹有 微量水份和甲醇的CH3Cl经冷冻除水、脱醇。原料预处理流 程可以简化为不必混合，直接进入反应釜。简化后的流程框 图。
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简化后的工艺流程简图
盐酸 汽提塔 催化剂
甲醇
计量槽
汽化釜
萃取废酸层
氯苯
出售
硝基氯苯
出售
图1. 硝化-分层方案
图2. 硝化-分层-萃取方案
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工业混合酸流程图
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概念设计
工艺路线流程化工作方法 (1)首先确定主反应过程； (2)根据反应要求，决定原料贮存方式,量,原料准备过程 和投料方式流程； (3)根据产品质量要求和反应过程实际，确定产物的分离、 精制的过程； (4)产品的计量、包装或后处理工艺过程； (5)副产物处理的工艺过程； (6)“三废”排出物的综合治理流程； (7)确定动力使用和公用工程的配套。
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3. 结合国情——中国是发展中国家 在工厂设计时不仅要从技术观点考虑，也应结合中国具体国情： (1) 中国人的消费水平及各种化工产品的消费趋势； (2) 中国化工机械设备及电气仪表的制造能力； (3) 中国化工生产所用的原材料设备所用金属材料供应情况； (4) 中国环境保护的有关规定和三废排放情况； (5) 劳动就业与化工生产自动化关系； (6) 资金筹措与外汇贮备情况。 在生产方法和工艺流程论证中需全面衡量，综合考虑三项原则。
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生产硫酸铜的工艺流程草图
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3. 工艺物料流程图（process flowsheet） 完成物料衡算和热量衡算后，以图形与表格的形式反映物料衡算和 热量衡算的结果，即绘制工艺物料流程图 工艺物料流程图列入初步设计阶段的设计文件，为设计审查提供资 料。也作为生产操作和技术改造的参考资料——设计档案资料。
根据原料性质、处理方法不同可
选不同的装臵及输送方式。 如连续催化重整装臵的原料预处 理过程：泵送、换热、加热炉加 热、预加氢、预脱砷和预分馏等。
(3) 产物后处理 副反应的发生——乙烯裂解反应物 受反应时间或化学平衡限制，产物中存在过剩组分——如合成 NH3、尿素过程中，过量H2、NH3 有害杂质净化——合成气的脱硫、脱碳 产物中有固体产品，也增加了后处理过程。
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2. 工艺流程简图（simplified flowsheet） 设计初始阶段用来表达整个工厂或车间生产流程的图样，不编入设计 文件。 定性标出由原料转化成产品的变化、流向以及所采用的各种化工单 元及设备，供设计开始时工艺方案讨论。 在方框图流程图的基础上，将各个工序过程换成设备示意图，进一 步修改、完善可得到工艺流程草图。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、必要的文字说明三部分 组成。 要画出主要设备示意外形. 设备用细实线画出外形、形状不要求准确， 用线条和箭头表示主要物料管线和流向，物料线用粗实线绘制。至 于管件、阀门等一般不标出。还要求附有图例，有的单位流程图上 还有设备一览表。 参见P33 图2-11 生产硫酸铜的工艺流程简图。
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3.3 工艺流程图 工艺流程图——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。 不同设计阶段流程图的内容、重点和深度也有所不同。
一、流程图的分类和用途 1. 方框流程图（block flowsheet） 根据选定工艺路线，对工艺流程进行概念性设计时完成的流程图， 不编入设计文件，多用于项目建议书、可行性研究报告等。 一般用方框、文字表示一个单元，用箭头表示物流方向，表示化学 加工过程的轮廓。 参见P32 图2-10 生产硫酸铜的方框流程框图
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三、工艺流程设计的基本方法 — 方案比较 产品收率 温度 原材料单耗 压力 基本前提 判断依据 能量单耗 原始信息不变 流量 产品成本 流速 工程投资 送精制 硝基物层 实例比较
混酸 氯苯 硝化 分层 硝基 物层 送精制 混酸 硝化 分层 废酸层
废酸层
硫酸
未反应硝酸
混合料
萃取 分层
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3. 落实设备 国内已有定型产品 设备类型 需进口设备 需重新设计制造 技术力量
设计制造单位
加工条件 材料供应
设计、制造进度
4. 全面对比 ① 几种工艺路线在国内外的采用情况及发展趋势； ② 产品的质量情况； ③ 生产能力及产品规格； ④ 原材料、能量消耗情况； ⑤ 建设费用及产品成本； ⑥ 三废的产生及治理情况； ⑦ 其他特殊情况。
反应釜
冷凝器
脱酸塔
盐酸 产品 钢瓶 冷凝器 压缩机 冷冻塔 冷凝器
举例说明工艺路线的流程化
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简化后的流程示意图
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2.初步设计阶段工艺流程的设计 在概念设计的基础上，将流程深化，即深入细致地加 以完善，对工艺流程和各操作单元。化工装置进行深入的量 化设计，通过计算，对化工工艺流程进行逐步完善、拾遗补 缺，全面系统地研究物料、能量、操作、控制，使各化工单 元过程完整地衔接和匹配，能量得到充分利用。
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三、工艺路线确定的步骤
1. 搜集资料，调查研究 搜集国内外同类生产厂的相关资料： 工艺路线的特点、投资情况、生产运营情况； 设备制造的难易程度及维修保养要求； 原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理； 安全和劳动保护措施等。 2. 原料路线的选择 根据当地资源情况，原料的运输情况，不同原料引发出来的反 应条件、转化率；不同原料主、副反应的产品是否满足需要等决定 原料路线。
料特性、工艺条件
② 能量供给、移出方式——反应器结构设计和辅助设施。 ③ 催化反应——催化反应方式和催化剂的选择。
确定主反应装臵，可参考文献、资料、中试结果或已工业化装臵。
(2) 原料预处理过程 主反应对原料提出要求：如纯度、温度、压力以及加料方式等。
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预热(冷) 汽化 干燥 粉碎筛分 提纯精制 混合 配制 压缩等
二、工艺流程设计方法——从工艺角度进行流程设计 原料 原料 贮存 进料 预处理 反 应 产品 分离 产品 精制 贮存 包装 产品
一般工艺流程部分为四个重要部分，即：原料预处理、反应过程、 产物的后处理(分离纯化)、三废处理。
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工艺ห้องสมุดไป่ตู้程设计时须以反应过程为中心。
(1) 确定主反应装臵 ① 反应器类型及操作方式 (连续、间歇)——反应的动力学特性、物
4
黏 度
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（2）物流变化和物流表
对于物料发生变化的设备，要从物料管线上画一个引出 线，并于引出线端用列表的形式表示物料的组成、名称、质 量流量(kg／h)、质量百分数、摩尔流量(kmol／h)。 物料的某些工艺参数，例如物料温度、压力等可在流程 线旁注明。
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(4) 三废处理 三废：废气、废液、废渣 所含有害物质在排放前应该达到排放标准——相关政策法规! 尽量综合利用，变废为宝； 污染问题不解决，不允许投产。
(5) 其他相关措施及设计
确定公用工程的配套措施——动力电、水、蒸汽、压缩空气、冷 冻、电热、氮气等。 确定操作条件和控制方案——控制方案和控制仪表。 制定安全生产措施——对开车、停车、长期运转及检修中，可能 存在的不安全因素进行分析，制订切实可靠的安全措施。 保温、防腐的设计——对需要保温、防腐的设备进行设计。
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第三章 工艺流程设计
Chart 3 Process flow design
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工艺流程设计的重要性： 工艺流程设计是化工工艺设计的核心。 工艺流程设计和车间布臵设计决定整个装臵的基本面貌； 工艺流程设计与设备的设计选型与布臵，工艺计算和管路设计密 切相关。 工艺流程设计的过程： 工艺流程设计开始于可行性研究，完善于初步设计、扩大初步设 计和施工图设计各个阶段。 工艺流程设计贯穿于整个设计过程中，是由浅入深、由定性而定 量逐步分阶段地进行的。
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安全生产——从设备上、技术上、管理上保障安全 符合国家相关政策法规
以上各项一票否决，必须对各项仔细审查，以免造成重大损失。
二、工艺路线论证的原则 1. 先进性 指技术上先进和经济上合理可行，具体包括基建投资、产品成 本、消耗定额和劳动生产率等方面的内容，应选择物料损耗小、循 环量少，能耗少和回收利用好的生产方法。 2. 可靠性 指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。对于尚在试验阶 段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待。
绘制各设计阶段的工艺流程图——图解的形式表示生产过程。
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工艺流程设计应解决的问题：
(1) 确定整个流程的组成； (2) 确定每个过程或工序的组成；