化工工艺设计讲座培训

，可供我们选择。3.3.2.7蒸发器蒸发器的型式和结构互有差异，但总的来说它是由加热器与蒸发室（气液分离室）两个基本部分组成。应用最广泛的是管壳式加热元件的蒸发器。蒸发设备的选型是蒸发装置设计首先要考虑的问题，在选型时应优先考虑采用传热系数高的型式，但料液的物理、化学性质常常限制它们的使用，因此在选用时，需要考虑的因素有以下几个方面：（1）料液性质：包括料液组成、粘度变化范围、热稳定性、发泡性、腐蚀性、是否易结垢、结晶、是否有固体悬浮物等。（2）生产要求：包括处理量、蒸发量、料液进出口浓度、温度、安装场地的大小和厂房高矮、设备投资限额、要求连续还是间歇生产等。（3）公用工程条件：包括可以利用的热源情况、供电情况以及能利用的冷却水的水量、水质和温度等。各种型式的蒸发器选型参考见表7.4.3~6（P555)。蒸发器的设计要考虑传热、气液分离和能量合理利用三个主要方面。（1）传热方面应考虑在最小传热表面积下传递给溶液尽可能多的热量，传热的热阻主要来自溶液在壁面析盐结垢的阻力，这是选择蒸发器型式、决定其尺寸与造价的主要因素。（2）气液分离方面应考虑在达到所需要求的前提下，设备结构尽量简单。（3）能量的合理利用应注意到蒸发所需的热量，包括料液预热、分离液态溶刮与固态溶质所需的热量（溶解热的反效应）溶剂气化所需的热量。通常溶剂气化所需的热量为最高。而溶解热反效应热因很小可忽略不计。3.3.2.8干燥器由于被干燥的物料种类繁多，性质不同，要求各异，故不可能有万能的干燥器，只能选择最佳的干燥方法和干燥器型式、干燥器选择首先要确定或测定被干燥物料的特性，进行干燥试验，确定干燥动力学和传迸特性，以证明所选的是否适用，然后确定干燥设备的工艺尺寸，进行成本核算，最后确定干燥器的型式。若几种干燥器同时适用时，要同时进行干燥试验，核算成本及方案比较，最后选择其中最佳者。3.3.3设备材质的选择●由于化工生产的原料、产品及其工艺路线的多样化，而使化工设备所需的材质也多样化，为满足工艺生产的需要。工艺专业应根据介质的腐蚀性质、材质机械性能及使用要求、设备的工作温度、工作压力并结合已有工厂实际生产使用的情况加以选择，提出我们的要求。3.3.4压力容器的设计分类及工艺设备的特殊制造要求3.3.4.1压力容器的设计分类见表7.4.5（P557)3.3.4.2工艺设备的特殊制造要求●工艺应根据工艺生产中对某些设备有特殊制造要求的提出我们的要求。●PFD是工程项目设计的一个指导性文件，是化工工艺设计的一个主要设计文件，它是各有关专业开展工作的依据之一。●PFD是从工艺方案（即经过工艺流程优化和工艺设备选择）过渡到化工工艺流程设计的重要工序之一。在PFD的设计过程中要完成的主要工作：（1）工艺流程设计（2）操作参数的确定（3）全系统的物料、热量衡算4、工艺流程图（PFD)一般进行全系统不同方案的流程模拟计算，找到更合理的优化的工艺操作条件，从而可以修改某些不合理的操作条件，提供全流程的物料热量平衡数据。（4）主要控制方案（5）设备工艺尺寸的计算4.1PFD中体现的主要设计内容：（1）反映出工艺物料所经过的全部设备（2）主要物料的管道及相关的阀门（3）物料的走向及相关的参数（4）标出特殊阀门的位置（5）反映出主要控制点（6）公用系统物料用户的进出位置（7）图例及图面上必要的说明和注解4.2单元设备的典型设计一个化工工艺设计工程师只有掌握各种单元设备的典型设计，根据工艺流程和工程项目的特殊要求，再结合以往积累的工程经验，方可进行单元设备设计。●5.1设备设计压力的确定设备的设计压力是设备强度设计的主要依据，因此，在确定设备设计压力时，应在满足设备长周期安全生产的基础上，做到既经济又合理。●设备设计压力确定的原则是不仅要考虑该设备的工作压力，还要考虑系统的工作压力，以此确定其最高工作压力。●最高工作压力对于承受内压的容器是指正常使用过程中其顶部可能出现的最高压，对于承受外压的容器是指在正常使用过程中其顶部可能出现的最高压力差值；对于夹套容器是指夹套顶部可能出现的最高压力差值。●设备设计压力确定的原则可见表7.6.1“设备设计压力一览表”（P561)。5、设备设计压力和设计温度的确定原则在依据表7.6.1确定了设备的设计压力后，还要根据该设备在系统中的情况，结合系统前后的管道压力降或静压头，才能得到该设备可靠的设计压力。有关这方面的内容可参考“化工装置工艺系统工程设计规定（二）”和“石油化工设计手册（第四卷）”。5.2设备设计温度的确定：●工艺专业经传热计算或参考同类装置相同设备的操作条件，确定该设备的工作温度，同时还要考虑容器内部介质在工作过程中可能出现的最高温度。（1）容器内介质用蒸汽直接加热（如加热盘管）或被内置加热元件（如电热元件）间接加热时，设计温度取受热介质的最高工作温度。（2）容器内介质间接加热或冷却时，设计温度根据表7.6.2-1选取。（P562）。(3)容器壁与介质直接接触且有外保温时，设计温度根据表7.6.2-2选取。（P562)（4）安装在室外且为液体介质，器壁不保温，壁温受环境温度影响可能小于等于-20°C时，其最低工作温度应考虑建厂地区环境温度的影响。6.过程控制方案的确定6.1过程控制方案确定的原则（1）保证装置运行的平稳、生产安全、控制简单适用。（2）用单回路简单控制系统可以解决的，决不要用复杂的控制系统。（3）要明确被控制的对象，例如:温度、压力、流量、液位、转化率、组成等。（4）寻找对控制对象起主导作用的调节手段。（5）控制方法：就地、集中、自调等（6）要考虑安全要求，例如：报警、联锁、紧急停车等.6.2过程控制的分类6.1.1简单控制系统简单控制系统是生产过程中最常见、应用最广泛、数量最多的控制系统。它是由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成的单回路控制要求。简单控制系统结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足一般生产过程的控制要求，因而应用广泛。按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位、化学成分。6.2.2复杂控制系统单回路简单控制系统能解决化工厂大部分的控制问题，但是它们有一定的局限性。这些局限性主要表现在它们只能完成定值控制，功能单一；对纯滞后较大，出现干扰多而剧烈的对象,控制质量较差;对各个过程变量内部存在相关的过程,控制系统相互之间会出现干扰等。因此在简单控制系统的基础上,又发展了众多的复杂控制系统,现将后面举例中出现的复杂控制系统简要介绍如下:(1)串级控制系统它的特点是两个调节相串联,主调节器的输出作为副调节器的给定,适用于时间常数及纯滞后较大的对象。(2)比值控制系统它可以控制两个或两个以上的物料流量保持一定的比值关系。(3)均匀控制它可以控制两个有关的变量,例如精馏塔塔釜的液位和塔底的出料流量,使它们都呈缓慢的变化,以缓和供求的矛盾并使后续设备的操作较为平稳。(4)分程控制由一个调节器去控制两个或两个以上调节阀,可应用于一个被控变量需要两个以上的操纵变量来分阶段进行控制的场合。(5)前馈控制系统调节器根据干扰的大小，不等被控变量发生变化，直接进行校正控制。它常与反馈控制结合在一起使用,以消除某几个影响最大的干扰.6.3选用控制仪表的要求●准确可靠●灵敏度高●反应迅速●滞后小●使用维护方便●价格便宜6.4典型化工单元的控制方案6.4.1反应●反应控制的要求达到规定的转化率、产品浓度。处理量平稳。当出现不正常工况时，能报警、联锁或自动选择性调节系统。●反应控制方案以反应转化率为控制变量见图7.7.3-1（P-564）。以反应工艺状态变量为控制对象见图7.7.3-2（P-565）。6.4.2精馏精馏是常见的液液分离方法，精馏控制主要目的是达到规定的分离要求。主要变量有进料量、组成、温度、操作压力、冷却和加热介质的压力及温度的变化。精馏控制可分为：●按精馏段指标的控制方案见图7.7.3-3（P-566）●按提馏段指标的控制方案见图7.7.3-4（P-567）●塔顶压力控制方案见图7.7.3-5（P-568）真空度控制方案见图7.7.3-6（P-569）●其它控制方案见图7.7.3-7（P-569）6.4.3传热设备●控制载体的流量见图7.7.3-8（P-570）●控制传热面积见图7.7.3-9（P-570）●控制载体的气化温度见图7.7.3-10（P-571）●工艺介质旁路控制见图7.7.3-11（P-571）6.4.4流体输送设备●离心泵控制方案见图7.7.3-12（P-572）●改变转速的控制方案见图7.7.3-13（P-572）●往复泵(位移式旋转泵)的控制方案见图7.7.3-14（P-572）7。能耗计算目前人类面临的共同任务是保护资源、减少环境污染、维护生态平衡、实现可持续发展。化工生产中传热过程是经常的发生的事，因此合理使用能源，节约能源是每个化工工艺设计人员应尽的职责。过程能量分析的常用方法有：夹点分析法和三环节能量分析法。7.1夹点分析法将需要优化的换热网络用冷、热流复合线表示在温焓图（T-H图）上，热流复合线位于冷流上方，冷、热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点（或称为窄点），其温差△Tmin称为夹点温差。夹点分析法应遵循三个原则：●尽量避免有热流体通过夹点●夹点上方避免引入公用设施冷却物流●夹点下方避免引入公用设施加热物流7.2三环节能量分析法重点研究热能在化工装置的利用，从下述三个环节出发：●能量转换●能量利用●能量回收夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料。7.3节能措施：7.3.1改变反应工艺条件，降低工艺能耗（1）选择合适的反应压力（2）选择合适的反应温度（3）提高反应转化率，减少副反应的发生可以采用选择合适的反应压力、反应温度，也可以选择先进的反应器或反应流程，也可以采用选择性强、转化率高的催化剂。（4）选择先进的工艺路线和原料路线。7.3.2选取适宜的设备，优化操作条件，降低分离过程的能耗。7.3.3选用高效设备和新型绝热材料。（包括选用效率高的机泵）。7.3.4要重视废热回收和能量回收.7.3.5在工艺全流程上要考虑热能的逐级利用，并且要避免冷热病。7.4能耗计算：一般在计算能耗时,都以单位产品所耗能来计算的,对于石油化工的主要产品大多有该产品的基准能耗,在工艺设计中常以此作为本工艺技术先进与否的参照值.在能耗计算时,首先列出单位产品的原料、燃料、水电汽等物料的单耗,然后参照有关折能标准算出该产品的能耗.8.1消防8.1.1火灾爆炸危险因素及预防措施8.1.2火灾危险性分类见表7.9.1-1（P578～579)7.9.1-2(P579)8.1.3厂房的耐火等级、层数和占地面积见表7.9.1-3（P580)8.1.4防火间距8、与工艺设计相关的消防、劳动安全及环境保护的基本知识●厂房的防火间距不应小于表7.9.1-4（P581)●设备、建筑物平面布置的防火间距不应小于表7.9.1-5（P582)●装置储罐与装置的防火间距不应小于表7.9.1-6（P583)●罐区内相邻可燃液体地上储罐的防火间距不应小于表7.9.1-7（P583)●液化烃、可燃气体、助燃气体的罐区内的防火间距不应小于表7.9.1-8（P584)8.1.5危险区域划分（1）按爆炸性气体混合物出现或释放源释放的频繁程度和持续时间的长短，可将爆炸危险区域划分为0区、1区、2区和非爆炸性危险区（2）存在爆炸性粉尘的环境的根据其出现的频繁程度和持续时间可划分为10区、11区爆炸危险区域和非爆炸性危险区域。8.1.6其他防火设计规定针对化工和石化行业分列了25条规定，详见P588～5918.2劳动安全卫生8.2.1工艺生产过程的常见危险因素及职业危害因素●危险因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损坏的因素。●危害因素是指影响人的身体健康、导致疾病或对物造成慢性破坏的因素。●危险因素与危害因素的区别在于：危险因素强调突发性和瞬间作用，危害因素强调在一定时间范围内的积累作用。●危险因素是劳动安全措施的主要对象，危害因素是劳动卫生措施的主要对象。●危险因素及职业危害因素可有以下几类（详见P591～592)（1）物理性危险及有害因素（2）化学性危险及有害因素（3）生物性危险及有害因素（4）心理、生理性危险及有害因素（5）行为性危险及有害因素8.2.2劳动安全卫生措施及设计原则（P592～593)●（1）劳动安全卫生对策措施●（2）劳动安全卫生设计原则1）消除2）预防3）减弱4）隔离5）联锁6）警告8.2.3其他规定及要求（P593～594)8.3环境保护（P594～601)8.3.1三废治理的基本设计原则8.3.2三废治理及废物综合治理●（1）废气1）吸收2）吸附3）冷凝4）燃烧●（2）废水（液）1）尽可能回收利用2）生化处理3）焚烧处理●（3）固体废物8.3.3工艺降低噪声的措施及要求8.3.4其他规定要求化工工艺接收设计条件消化资料确定设计基础展开工艺设计提出相关设计条件完成工艺设计成品文件详细设计跟踪服务基础设计设计完工报告9、工艺设计工作程序项目经理应提供的条件和资料：●项目建议书●可研报告●装置平面图●专利、专有技术资料●工艺设计、基础设计数据●开工报告●有关会议资料●合同文件9.1接受设计条件：●采用的工艺路线及其依据，产品方案及装置的设计生产能力、产品及副产品的数量、年操作时数及操作弹性。●原材料、辅助原料、催化剂、化学品的规格要求及界区条件。●产品、中间产品及副产品的规格（产品牌号、规格、性能等）。●公用工程的各项规格要求及界区条件（温度、压力等）。●其它设计条。9.2消化资料确定设计基础：●确定工艺流程方案●工艺计算：物料、能量、设备工艺计算●PFD和初步的UFD●设备表●工艺设备数据表●建议布置图●原料、公用工程消耗●确定公用系统方案UFD●三废排放量及建议处理方法●初步的安全分析，危险区划分●初版PID(A版)如果采用专利商提供的工艺包，主要工作内容见P559。9.3开展工艺设计:●自控条件：工艺控制联锁报警●电气条件：危险区划分特殊电气要求电气联锁报警●总图条件：建议布置图●设备条件：工艺设备数据表●分析化验条件：取样条件表取样点汇总表●配管条件：操作原则安全规程指南●三废排放一览表9.4提出相关设计条件：●公用工程条件表●消防条件●电信条件●采暖、通风、空调条件●建、构筑物特性条件●安全生产、职业卫生●物性数据●文字说明工艺说明书●图纸：PFD附物料平衡表建议布置图●表格：设备表工艺设备数据表界区条件表取样点汇总表完成工艺设计成品文件：谢谢大家！