二生产工艺流程设计PPT课件

2.生产工艺流程设计**本章主要内容 概述 生产工艺流程示意图 生产工艺流程草图和生产工艺流程图 工艺流程设计技术**2.1概述 生产工艺流程设计和车间布置设计是车间工艺设计的二个重要项目。 生产工艺流程设计的目的：通过图解的形式，表示出在化学生产过程中，由原料制得成品过程中物料和能量发生的变化及其流向，并表示出生产中采用哪些化工过程及设备（包括化学过程和物理化学过程及设备）。 据此进一步再通过图解的形式表示出化工管道流程和仪表控制流程。**生产工艺流程设计和物料计算是所有设计项目中最先设计的二项，而以生产工艺流程设计领先，但是完成生产工艺流程设计却在车间布置设计以后，几乎是最后完成的。这是由于它是车间设计的核心，涉及的面广，几乎所有的设计项目都同他发生关系。生产工艺流程设计的任务确定以下各项内容 确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料到产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接； 确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化； 确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件； 确定控制、选用合适的控制仪表； 确定原料与能量的利用方案； 确定三废治理和综合利用方案； 确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽、危险状态下发出信号或自动开启防空阀、或自动停车连锁等。在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图**当生产方法确定以后，设计人员根据搜集的资料首先要考虑如何既先进又合理的来实现由原料顺序地经过哪些化工过程及设备以及经过哪些能量变化，最后制得成品。在复杂的生产过程中，往往不是直接由原料制得成品。而是由原料先制成一系列半成品，再由半成品制成最后的成品。与此同时，在生产过程中，往往还会产生若干副产品、废水和废物。而有时这些副产品还需要经过若干步骤的加工，才能变成合乎要求的副产品。而废水和废物有时还要经过多次处理后才能外排。生产成本中原料费用占有相当大的比例，应计算整套装置的技术经济指标，合理确定各生产过程效率，得出全装置的最佳总效率，合理做好能量回收与综合利用，降低总能耗，据此确定水电汽燃料的消耗。工艺流程设计 化工产品工艺过程一般都可以分为4大部分： 原料预处理、 反应过程、 产物的后处理（分离净化）过程 三废处理* 反应过程：工艺的核心，根据物料特性、反应过程特点、产品要求、基本工艺操作条件来确定。连续、间歇？物料反应过程热量需求？催化剂及反应方式等 原料预处理：主反应装置确定后，根据反应特点及对原料的要求，如纯度、温度、压力及加料方式等，需对物料进行预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等。**这些操作需要不同设备及单元操作，因而需要设计不同的工艺流程 产物的分离净化：根据反应特点、原料特性及产品质量要求，反应过程出来的产品有几种情况：除目标产品外，还有副产品，因而需要净化。产物中存在未反应的原料，需要分离出产品后，将未反应的物料返回反应工段。原料中杂质带入反应体系并进入产物中，需要脱除。**sss 产品的后处理：净化分离后产品可作为下一工序的原料或直接作为产品。后处理包括筛选、包装、计量、输送、储存，需要一定的操作工艺及设备和装置。气体：气柜，液体：罐区、槽车，固体：输送、包装、堆放 未反应原料的循环利用：循环方式 。。。*生产工艺流程设计的三个阶段 1.生产工艺流程示意图 2.生产工艺流程草图 3.生产工艺流程图**2.2生产工艺流程示意图 生产工艺流程示意图是在物料计算前进行的，它只是定性的标出：1.物料由原料转变为成品的来龙去脉（路线）2.采用的各种化工过程及设备**设计生产流程示意图 原则：在设计流程示意图时，力求在主要路线上做到技术上最先进，经济上最合理。在可能的条件下，采用新工艺新技术。**最先开始，也最重要，他决定了的方向。生产工艺流程示意图的组成 （1）物料流程 （2）图例 （3）设备一览表设备一览表**物料流程 1设备示意图。按照设备大致几何形状画出设备示意图，也可以用方块图代表。设备相对高低位置不要求正确。 2设备流程号。 3全部物料和部分动力（水、汽、压缩空气、真空等）流程管线及流向箭头。 4必要的文字注释。**由于在此阶段尚未进行物料计算和设备设计，不可能按比例画出设备示意图， 图例只要求标出管线图例 无须标出阀门、仪表等 （1）序号； （2）流程号； （3）设备名称； （4）备注。图例设备一览表**生产工艺流程示意图的画法 采用由左至右展开式。先物料流程，次图例，最后设备一览表。 在绘图技术上，不要求精工细作，要少花时间。 但是在考虑技术路线问题上，则不能马虎，要多花时间，多加研究。**生产工艺流程示意图图示**2.3生产工艺流程草图和生产工艺流程图 生产工艺流程草图的构成 生产工艺流程草图的画法 几种图形及符号的及表示方法**当生产工艺流程示意图结束后，即可着手物料计算。由物料计算得到车间中的原料、半成品、成品、副产品、与物料计算有关的废水、废物等的规格、重量和体积等信息。这时即可开始设备设计。设备设计工作可以分成二个阶段。当第一阶段设备设计完成后，即可进行生产工艺流程草图的设计。第一阶段的设备设计一般包括：1计算和选定计量和贮存设备的容积；2选定属容积型的定型和设备；3决定属容积型的非定型设备的型式、数量和主要尺寸。能量计算和第二阶段的设备设计着重解决化工过程上的技术问题（例如过滤面积、传热面积、干燥面积、蒸馏塔塔板数等）以及加热剂和冷却剂的用量等。至此所有设备的主要尺寸和数量均已求出，于是可以对生产工艺流程草图进行修改和补充，得出正式的流程草图。2.3.1生产工艺流程草图的构成 生产工艺流程草图由五部分构成：（1）物料流程；（2）图例；（3）设备一览表；（4）图签；（5）图框。图签**物料流程图（PFD）*****2.3.2生产工艺流程图的画法（一）物料流程物料流程要求包括： 1厂房各层地平线及标高； 2设备示意图（设备外形尺寸须按比例画、设备各管口等）； 3设备流程号； 4物料及动力（水、汽、真空、压缩空气、冷冻盐水等）管线及流向箭头； 5管线上主要的阀门等； 6必要的设备及管道附件，如阻火器、管道过滤器、冷凝水排出器等； 7必要的计量控制仪表，如流量计、压力表、真空表等； 8必要的文字注解，如废水去下水道、半成品去向等。**可将不同阶段的工作用表格的形式表示出来 物料流程的比例尺一般采用1:100，如设备过小或过大，则比例尺相应采用1:50或1:200。**图幅要求物料流程的画法采用由左至右展开式，步骤： 1.将设备示意图按厂房中布置的高低位置用细实线条画出，而平面位置采用由左至右展开式，设备之间留有一定间隔距离； 2.将主物料流程线用粗实线条画出，辅助物料管线用中实线画出，并画上流向箭头； 3.将动力（水、汽、真空、压缩空气等）管线用细实线画出，并画上流向箭头； 4.画出设备和管道上必要的附件、计量控制仪表、以及管道上的主要阀门等； 5.标上设备流程号及辅助线； 6.加上必要的文字注释。**（二）图例 图例是将物料流程中划出的有关管线、阀门、设备附件、计量控制仪表等图形用文字予以对照。 多数符号已经有规定的画法，可以查阅相关的标准和规定。注意，已经规定了画法，图形符号**在施工图阶段，图例更为详细。（三）设备一览表 设备一览表的作用是表示出物料流程中所有设备的名称、数量、规格、材料等。设备一览表列在图签上部。它包括下列项目：（1）序号；（2）流程号；（3）设备名称；（4）设备规格；（5）设备数量；（6）设备材料；（7）备注。**（四）图签 图签的作用是表明图名、设计单位、设计、制图、审核人员签名、图纸比例尺、图号等。 其位置一般在流程图右下角，其尺寸一般长17.5厘米，宽4.5厘米，而设备一览表的长度和图签长度取齐。**这样显得整齐美观。（五）图框 图框采用粗线条，给整个流程图（包括物料流程、图例、设备一览表和图签）以框界。图幅宽度一般采用A1号图纸尺寸，必要时沿长边加长，长度按照A0图长边的八分之一的倍数增加。 物料流程、图例、设备一览表及图签的相对位置是由左至右展开排列。先物料流程、次图例，最后为设备一览表和图签。**********仪表位号的表示方法**高温高压气体差压式非循环取样图**无害液体取样流程图**直接节流旁路调节离心泵的调节原理图**压缩机进口压力调节原理图**连接物料管道的标注及画法**带控制点物料流程图*管道及仪表流程图(PID)*2.4工艺流程设计技术 当生产方法确定后，重要的任务是流程设计。在设计工艺流程时，首先需要考虑操作方式：采用连续操作或者是间歇操作。**初学设计的同志对流程图称它为设计可能会想不通。认为只要画画图就可以了，其实这是对流程图估计太低。我们在本章一开头就强调生产工艺流程设计和车间布置设计时决定车间命运的关键性设计，因为它们决定车间技术是否先进，经济上是否合理。因此，审核设计者往往首先抓此二项。连续操作的优点 1.进行操作所需的设备紧凑，费用省，因而减低了基本建设投资、固定资产以及维修费用； 2.由于操作稳定，易于自动控制，可以使操作高度机械化和自动化，降低手工劳动，提高生产能力； 3.产品的质量高。**间歇操作在下列情况下适用： 1.产量较小的贵重产品，该产品市场需求不稳定，或者生产该产品时，可在同一设备中进行几个生产过程者； 2.由于数据不全或其它技术问题，连续操作技术尚未成熟，而间歇操作技术已经证实可靠的； 3.当采用连续操作时，由于反应速度过慢以及物料在设备内停留时间过长，因而不能获得满意的产品产率和质量者。**但是，间歇操作在工业上并不是完全被遗弃，在不少的情况下，采用联合操作。在整个生产过程中，大多数过程中均采用连续操作，而少数过程为间歇操作，中间采用缓冲贮器衔接。设计流程时需要考虑的技术问题 1.必须具备工业化生产的概念。 2.根据生产方法，确定主要化工过程及设备（包括化学反应过程）。 3.设备的相对高低位置对连续操作程度、动力消耗、厂房展开面积、劳动生产率等都有直接和间接关系。 4.在设计流程时，同时应该了解设备中的压力差，从压力高的设备向压力低的设备中的自然流动，也可以是自下而上流动。 5.同一化工过程可以用不同的方法和设备来完成。**当操作方式确定后，在具体设计流程时，需要考虑下列技术问题：譬如说，我们在实验室里制备硝化用的混酸（硫酸和硝酸的混合物）很简单，只要将硫酸、硝酸和水倒入玻璃烧杯中用玻璃帮混合均匀即可。但是这个简单的混合过程在工业化生产中不是那么简单了，必须考虑下面一系列问题：(1)首先要混合器；(2)如果是简单间歇操作的，要有硫酸计量槽，以便正确地将两酸送入混合器；(3)另外在工业上，往往要配成一定浓度的混酸，不是加水调节，而是用硝化后的废酸计量槽；(4)由车间外来的原料硫酸和硝酸必须考虑一定的贮存量，那就需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽；(5)另外硝化后的废酸也需设置废酸贮槽；(6)考虑采用什么方法将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中？如果采用泵输送，还需添置送料泵；(7)最后还要设法将混酸贮存于贮槽中供硝化用。上述参看图3－2就可以一目了然，因此设计人员必须培养和建立工业化大规模生产概念。实验室与工业化制混酸对比**(1)首先要有混合器；(2)如果是简单间歇操作，要有酸计量槽，以便正确地将酸送入混合器；(3)另外在工业上，要配成一定浓度的混酸，往往不是加水调节，而是用硝化后的废酸来调节，因此为了正确地掌握废酸的加入，还需设置计量槽；(4)由车间外来的原料硫酸和硝酸还必须考虑一定的贮存量，所以需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽；(5)硝化后的废酸也需设置废酸贮槽；(6)考虑将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中的方式，如果采用泵输送，还需添置送料泵；(7)最后还要设法将混酸贮存于贮槽中供硝化用。1.必须具备工业化生产的概念 (1)首先要有混合器； (2)如果是简单间歇操作，要有酸计量槽，以便正确地将酸送入混合器； (3)另外在工业上，要配成一定浓度的混酸，往往不是加水调节，而是用硝化后的废酸来调节，因此为了正确地掌握废酸的加入，还需设置计量槽； (4)由车间外来的原料硫酸和硝酸还必须考虑一定的贮存量，所以需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽； (5)硝化后的废酸也需设置废酸贮槽； (6)考虑将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中的方式，如果采用泵输送，还需添置送料泵； (7)最后还要设法将混酸贮存于贮槽中供硝化用。**2.根据生产方法，确定主要以及辅助化工过程及设备（以蒸馏过程为例） (1)进料方式，泵送还是靠位压； (2)进料是否需要预热，涉及设置预热器问题； (3)塔底蒸馏釜的考虑； (4)塔底残液的排除与贮存问题； (5)塔顶蒸汽的冷凝及回流分布； (6)塔顶蒸汽冷凝液的冷却和贮存。**根据主要化学过程及设备进一步确定配合主要化工过程所需的辅助过程及设备。例如蒸馏过程是某车间的主要化工过程之一，除了考虑蒸馏塔本身外，尚须考虑：3.设备的相对高低位置的设置以及经济性的考虑 设计流程时，尽可能使物料借重力自上而下顺流。同时考虑车间和厂房建筑的合理性。 在保证工艺流程合理的原则下，适当减少厂房的层数也是必要的。这样可以减少建筑费用。**5.同一化工过程可以用不同的方法和设备来完成 需要根据具体情况选择一种最理想的方法及设备。**工艺流程示意图*物料流程图（PFD）*带控制点物料流程图*管道及仪表流程图(PID)*本章总结 生产工艺流程设计的任务 工艺流程图的设计及绘制方法，学会流程图的绘制方法，能读懂工艺流程图 设计流程时需要考虑的技术问题**确定以下各项内容确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料到产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接；确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化；确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件；确定控制方案、选用合适的控制仪表；确定三废治理和综合利用方案；确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽、危险状态下发出信号或自动开启防空阀、或自动停车连锁等。在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。确定以下各项内容 确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料到产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接； 确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化； 确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件； 确定控制方案、选用合适的控制仪表； 确定三废治理和综合利用方案； 确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽、危险状态下发出信号或自动开启防空阀、或自动停车连锁等。在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图**当生产方法确定以后，设计人员根据搜集的资料首先要考虑如何既先进又合理的来实现由原料顺序地经过哪些化工过程及设备以及经过哪些能量变化，最后制得成品。在复杂的生产过程中，往往不是直接由原料制得成品。而是由原料先制成一系列半成品，再由半成品制成最后的成品。与此同时，在生产过程中，往往还会产生若干副产品、废水和废物。而有时这些副产品还需要经过若干步骤的加工，才能变成合乎要求的副产品。而废水和废物有时还要经过多次处理后才能外排。复习思考题 生产方法和工艺流程的选择原则 工艺流程设计的任务 工艺流程图图样种类 带控制点的工艺流程图中设备、管道及管件、仪表控制点的标注 计算机绘制一张带控制点的工艺流程图****生产工艺流程设计和物料计算是所有设计项目中最先设计的二项，而以生产工艺流程设计领先，但是完成生产工艺流程设计却在车间布置设计以后，几乎是最后完成的。这是由于它是车间设计的核心，涉及的面广，几乎所有的设计项目都同他发生关系。*当生产方法确定以后，设计人员根据搜集的资料首先要考虑如何既先进又合理的来实现由原料顺序地经过哪些化工过程及设备以及经过哪些能量变化，最后制得成品。在复杂的生产过程中，往往不是直接由原料制得成品。而是由原料先制成一系列半成品，再由半成品制成最后的成品。与此同时，在生产过程中，往往还会产生若干副产品、废水和废物。而有时这些副产品还需要经过若干步骤的加工，才能变成合乎要求的副产品。而废水和废物有时还要经过多次处理后才能外排。生产成本中原料费用占有相当大的比例，应计算整套装置的技术经济指标，合理确定各生产过程效率，得出全装置的最佳总效率，合理做好能量回收与综合利用，降低总能耗，据此确定水电汽燃料的消耗。*这些操作需要不同设备及单元操作，因而需要设计不同的工艺流程*sss***最先开始，也最重要，他决定了设计方案的方向。**由于在此阶段尚未进行物料计算和设备设计，不可能按比例画出设备示意图，****当生产工艺流程示意图结束后，即可着手物料计算。由物料计算得到车间中的原料、半成品、成品、副产品、与物料计算有关的废水、废物等的规格、重量和体积等信息。这时即可开始设备设计。设备设计工作可以分成二个阶段。当第一阶段设备设计完成后，即可进行生产工艺流程草图的设计。第一阶段的设备设计一般包括：1计算和选定计量和贮存设备的容积；2选定属容积型的定型和标准设备；3决定属容积型的非定型设备的型式、数量和主要尺寸。能量计算和第二阶段的设备设计着重解决化工过程上的技术问题（例如过滤面积、传热面积、干燥面积、蒸馏塔塔板数等）以及加热剂和冷却剂的用量等。至此所有设备的主要尺寸和数量均已求出，于是可以对生产工艺流程草图进行修改和补充，得出正式的流程草图。**可将不同阶段的工作用表格的形式表示出来*图幅要求**在施工图阶段，图例更为详细。**这样显得整齐美观。************初学设计的同志对流程图称它为设计可能会想不通。认为只要画画图就可以了，其实这是对流程图估计太低。我们在本章一开头就强调生产工艺流程设计和车间布置设计时决定车间命运的关键性设计，因为它们决定车间技术是否先进，经济上是否合理。因此，审核设计者往往首先抓此二项。**但是，间歇操作在工业上并不是完全被遗弃，在不少的情况下，采用联合操作。在整个生产过程中，大多数过程中均采用连续操作，而少数过程为间歇操作，中间采用缓冲贮器衔接。*当操作方式确定后，在具体设计流程时，需要考虑下列技术问题：譬如说，我们在实验室里制备硝化用的混酸（硫酸和硝酸的混合物）很简单，只要将硫酸、硝酸和水倒入玻璃烧杯中用玻璃帮混合均匀即可。但是这个简单的混合过程在工业化生产中不是那么简单了，必须考虑下面一系列问题：(1)首先要混合器；(2)如果是简单间歇操作的，要有硫酸计量槽，以便正确地将两酸送入混合器；(3)另外在工业上，往往要配成一定浓度的混酸，不是加水调节，而是用硝化后的废酸计量槽；(4)由车间外来的原料硫酸和硝酸必须考虑一定的贮存量，那就需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽；(5)另外硝化后的废酸也需设置废酸贮槽；(6)考虑采用什么方法将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中？如果采用泵输送，还需添置送料泵；(7)最后还要设法将混酸贮存于贮槽中供硝化用。上述例子参看图3－2就可以一目了然，因此设计人员必须培养和建立工业化大规模生产概念。*(1)首先要有混合器；(2)如果是简单间歇操作，要有酸计量槽，以便正确地将酸送入混合器；(3)另外在工业上，要配成一定浓度的混酸，往往不是加水调节，而是用硝化后的废酸来调节，因此为了正确地掌握废酸的加入，还需设置计量槽；(4)由车间外来的原料硫酸和硝酸还必须考虑一定的贮存量，所以需要设置硫酸贮槽和硝酸贮槽；(5)硝化后的废酸也需设置废酸贮槽；(6)考虑将硫酸、硝酸和废酸送入相应的计量槽中的方式，如果采用泵输送，还需添置送料泵；(7)最后还要设法将混酸贮存于贮槽中供硝化用。**根据主要化学过程及设备进一步确定配合主要化工过程所需的辅助过程及设备。例如蒸馏过程是某车间的主要化工过程之一，除了考虑蒸馏塔本身外，尚须考虑：***确定以下各项内容确定采用多少生产过程（或工序）来构成由原料到产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接；确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化；确定由什么设备来完成每一个生产过程以及各设备的操作条件；确定控制方案、选用合适的控制仪表；确定三废治理和综合利用方案；确定安全生产措施，例如设置安全阀、阻火器、事故储槽、危险状态下发出信号或自动开启防空阀、或自动停车连锁等。在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。*当生产方法确定以后，设计人员根据搜集的资料首先要考虑如何既先进又合理的来实现由原料顺序地经过哪些化工过程及设备以及经过哪些能量变化，最后制得成品。在复杂的生产过程中，往往不是直接由原料制得成品。而是由原料先制成一系列半成品，再由半成品制成最后的成品。与此同时，在生产过程中，往往还会产生若干副产品、废水和废物。而有时这些副产品还需要经过若干步骤的加工，才能变成合乎要求的副产品。而废水和废物有时还要经过多次处理后才能外排。