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1、化工过程开发与设计化工过程开发与设计 第第7 7章章 化工工艺流程设计化工工艺流程设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计 工艺流程设计的分类7.2工艺流程设计7.3概 述7.1第7章 化工工艺流程设计计算机辅助流程设计7.4化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.1 概述 工艺流程设计是在生产方法确定后进行的工作。工艺流程设计与依此而确定的车间布置是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性步骤，对设备设计和管道设计等单项设计也起着决定性的作用。 工艺流程设计的任务包括两部分：1.确定以下各项内容2.在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。化工过程开发
2、与设计化工过程开发与设计 7.2 工艺流程设计的分类 工艺流程设计涉及面很广，内容往往比较复杂，在设计的不同阶段，流程图的深度也有所不同。 工艺流程设计的各个阶段的设计成果都是用各种工艺流程图和表格表达出来的，按照设计阶段的不同，先后有方框流程图、工艺流程草（简）图、工艺物料流程图、带控制点工艺流程图和管道仪表流程图等种类。化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3 工艺流程设计12工艺流程设计原则与方法工艺流程设计原则与方法工艺流程图的绘制工艺流程图的绘制化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.1 工艺流程设计原则与方法1 1工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则2.2.工艺流程设计应
3、考虑的问题工艺流程设计应考虑的问题（1）技术的成熟程度（2）及时采用新技术和新工艺，但要注意技术的可靠性（3）流程的可操作性、可控制性（4）投资和操作费用（5）安全（6）环境和生态化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.1 工艺流程设计原则与方法3.3.工艺流程设计方法工艺流程设计方法（1）以反应过程为中心（2）考虑原料预处理过程（3）产物的后处理过程（4）产品的后处理化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.1 工艺流程设计原则与方法（5）未反应原料的循环或利用以及副产物的处理（6）确定“三废”排出物的处理措施（7）确定公用工程的配套措施（8）确定操作条件和控制方案（9）制定切实可
4、靠的安全生产措施（10）保温、防腐的设计化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制1 1方框流程图方框流程图工艺流程示意图也称方框流程图，通常是用来向决策机构、高级管理部门提供该工艺过程的快速说明，如可行性研究报告中所提供的就是流程示意图。图图7.1 7.1 三聚氰胺生产的方框流程图三聚氰胺生产的方框流程图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制2 2工艺流程草图（简图）工艺流程草图（简图）（1）工艺流程草图的内容（2）工艺流程草图的绘制与标注3 3工艺物料流程图工艺物料流程图（1）工艺物料流程图的内容（2）工艺物料流程图的绘制化工过程开发与设
5、计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.2 7.2 合成氨厂变换工段工艺流程草图合成氨厂变换工段工艺流程草图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.3 7.3 某车间的物料流程图某车间的物料流程图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.4 7.4 设备位号的标法设备位号的标法化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-1 7-1 设备分类代号设备分类代号设备类别代号设备类别代号塔T火炬、 烟囱S泵P容器（槽、罐）V压缩机、风机C起重运输设备L换热器E计量设备W反应器R其他机械M工
6、业炉F其他设备X化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制4 4管道仪表流程图管道仪表流程图（1）管道仪表流程图的内容（2）配管（3）仪表与仪表配管（4）管道仪表流程图的绘制化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.5 7.5 工艺管道仪表流程图工艺管道仪表流程图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.7 7.7 隔热层、伴热管标注方法隔热层、伴热管标注方法图图7.6 7.6 总流程图中局部系统表示方法总流程图中局部系统表示方法化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-2
7、7-2 工艺流程图中图线的画法工艺流程图中图线的画法类 别图线宽度/mm0.91.20.50.70.150.3带控制点工艺流程图主物料管道辅助物料管道其他辅助物料管道系统图辅助物料管道总管支管其他化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.9 7.9 管道标注管道标注图图7.8 7.8 进出流程的物流表示法进出流程的物流表示法化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-3 7-3 常见物料代号常见物料代号物料名称代号物料名称代号物料名称代号物料名称 代号工艺空气PA高压蒸汽HS锅炉给水BW仪表空气LA工艺气体PG高压过热蒸汽HUS循环
8、冷却水上水CWS排液、排水DR气液两相工艺物料PGL低压蒸汽LS 循环冷却水回水CWR冷冻剂R 气固两相工艺物料PGS低压过热蒸汽LUS脱盐水DNW放空气VT工艺液体PL中压蒸汽MS饮用水DW真空排放气VE化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制续上表续上表物料名称代号物料名称代号物料名称代号物料名称 代号液固两相工艺物料PLS中压过热蒸汽MUS原水、新鲜水RW润滑油LO 工艺固体PS蒸汽冷凝水SC软 水SW原料油RO工艺水PW伴热蒸TS 生产废水WW燃料油FO空 气AR燃料气FG热水上水HWS密封油SO压缩空气CA天然气NG热水回水HWR图图7.10 7.10 管道
9、等级标注方法管道等级标注方法化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-4 7-4 隔热及隔声代号及其表示的功能类型隔热及隔声代号及其表示的功能类型代号功能类型备注H保温采用保温材料C保冷采用保冷材料P人身防护采用保温材料D防结露采用保冷材料E电伴热采用电热带和保温材料S蒸汽伴热采用蒸汽伴管和保温材料W热水伴热采用热水伴管和保温材料O热油伴热采用热油伴管和保温材料J夹套伴热采用夹套管和保温材料N隔声采用隔声材料化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.11 7.11 带各类阀体的管道标注方法带各类阀体的管道标注方法化工过程开发与设计
10、化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7.12 7.12 仪表位号图形符号的画法仪表位号图形符号的画法 图图7.13 7.13 仪表位号标注方法仪表位号标注方法 化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-5 7-5 流量检测仪表和检出元件的图形符号流量检测仪表和检出元件的图形符号序号名称图形符号备注序号名称图形符号备注1孔板4转子流量计圆圈内应标注仪表位号2文丘里管及喷嘴5其他嵌在管道中的检测仪表圆圈内应标注仪表位号3无孔板取压接头6热电偶化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-6 7-6 仪表安装位置的图形符号仪
11、表安装位置的图形符号序号安装位置图形符号备注序号安装位置图形符号备注1就地安装仪表3就地仪表盘面安装仪表嵌在管道中4集中仪表盘后安装仪表2集中仪表盘安装仪表5就地安装仪表盘后安装仪表化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-7 7-7 表示被测变量和仪表功能的字母代号表示被测变量和仪表功能的字母代号字母首 位 字 母后 继 字 母 功 能字母首 位 字 母后 继 字 母功 能被测变量修饰词被测变量修饰词A分 析报 警N供选用供选用B喷射火焰供选用O供选用节流孔C电导率控 制P压力或真空试验点（接头）D密 度差Q数量或件数积分、积算积分、积算E电压检出元件R放射性
12、累 计记录或打印F流 量比（分数）S速度或频率安 全开关或联锁化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制续上表续上表字母首 位 字 母后 继 字 母 功 能字母首 位 字 母后 继 字 母功 能被测变量修饰词被测变量修饰词G尺 度玻 璃T温 度传达（变送）H手动（人工接触）U多变量多功能I电 流指 示V粘度阀、挡板J功率扫描W重量或力套管K时间或时间程序自动、手动操作器X未分类未分类L物 位指示灯Y供选用计算器M 水分或湿度Z位置驱动、执行的执行器化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制表表7-8 7-8 常用执行机构组合图形符号常用执行机构组
13、合图形符号序号形式图形符号备注序号形式图形符号备注1通用执行机构不区别执行机构6电磁执行机构2带弹簧的气动薄膜执行机构7执行机构与手轮组合（顶部或侧边安装）3无弹簧的气动薄膜执行机构8带能源转换的阀门定位器的气动薄膜执行机构化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制续上表续上表序号形式图形符号备注序号形式图形符号备注4电动执行机构9带人工复位装置的执行机构及带远程复位装置的执行机构5活塞执行机构10带气动阀门定位器的气动薄膜执行机构化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.3.2 工艺流程图的绘制图图7-14 7-14 执行机构和阀组合图形符号示例执行机构和阀组合图形符
14、号示例(a)(a)气动薄膜调节阀（能源中断时，阀开）；气动薄膜调节阀（能源中断时，阀开）；(b) (b) 气动薄膜调节阀（能源中断时，阀关）气动薄膜调节阀（能源中断时，阀关）(c)(c)气动活塞式调节阀；气动活塞式调节阀；(d)(d)气动三通调节阀；气动三通调节阀；(e)(e)气动角形调节阀；气动角形调节阀；(f)(f)电动蝶形调节阀；电动蝶形调节阀；(g)(g)气动薄膜调节阀（带手轮）；气动薄膜调节阀（带手轮）；(h)(h)电磁调节阀；电磁调节阀；(i)(i)带阀门定位器的气动薄膜调节阀带阀门定位器的气动薄膜调节阀化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4 计算机辅助流程设计12概概 述述
15、流程模拟软件的组成流程模拟软件的组成34工艺流程模块计算中应注意的问题工艺流程模块计算中应注意的问题工流程模拟软件应用举例工流程模拟软件应用举例化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.1 概述(1)合成流程，得出在不同的操作条件下的性能评价数据(2)工艺参数优化(3)为设计和操作分析提供定量的信息(4)进行参数灵敏度分析(5)参数拟合与旧装置改造化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.1 概述图图7-15 7-15 通用流程模拟系统的基本结构通用流程模拟系统的基本结构化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.2 流程模拟软件的组成1.1.输入、输出模块输入、输出模块 (1)化工
16、过程系统的结构信息；(2)原料流的信息，包括原料的组分、组成、温度、压力、流率等，以及一些必要的物性；(3)单元模块的设计参数，例如换热器的传热系数、精馏塔的板数、回流比等；(4)计算精度；(5)其他，如费用的信息、用户给定的计算次序表等。(6)物性数据库化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.2 流程模拟软件的组成2.2.算法子程序块算法子程序块(1)成本估算和经济评价模块(2)单元操作模块化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.3 工艺流程模块计算中应注意的问题1.正确模拟工艺流程2.正确选择决策变量3.正确确定决策变量的数值4.逐步扩大工艺流程模块软件的计箕范围化工过程开发与
17、设计化工过程开发与设计 7.4.4化工流程模拟软件应用举例氯碱工程设计中的氯氢处理流程模拟开发1.1.工艺流程工艺流程图图7.167.16两段间接冷却流程两段间接冷却流程化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.4化工流程模拟软件应用举例氯碱工程设计中的氯氢处理流程模拟开发2.2.模拟计算模拟计算(1)模拟框图如图(2)热力学方法及模块选择 （i=1，2，3，） 4-1）(3)模拟结果(4)计算结果分析kkjkmmjmjmijjkkjkijjkkikjjijijiGxGxGxGxGxGxln化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.4化工流程模拟软件应用举例氯碱工程设计中的氯氢处理流程
18、模拟开发图图7.177.17ASPEN PLUSASPEN PLUS输入框图输入框图化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.4化工流程模拟软件应用举例氯碱工程设计中的氯氢处理流程模拟开发表表7-97-9物热平衡比较表（与日本某厂数据比较）物热平衡比较表（与日本某厂数据比较）项目日本某厂数据ASPEN PLUS模拟结果误差/%原料Cl2（kg/h）2467.52467.52（kg/h）7.97.9H2O（kg/h）416.2416.2温度/8787压力/kPa129.6129.6一冷器出口Cl2（kg/h）2466.32465.5450.032（kg/h）7.97.9H2O（kg/h）37
19、.737.8830.49温度/4040压力/kPa128.92128.92化工过程开发与设计化工过程开发与设计 7.4.4化工流程模拟软件应用举例氯碱工程设计中的氯氢处理流程模拟开发续上表续上表项目日本某厂数据ASPEN PLUS模拟结果误差/%二冷器出口Cl2（kg/h）2466.12465.2990.032（kg/h）7.97.9H2O（kg/h）11.511.5960.8温度/2020压力/kPa128.22128.22干燥后 的组 成Cl2（kg/h）24662465.2860.0292（kg/h）7.97.9含水量/10-62000.408（平衡数据）温度/2525压力/kPa128.2212822化工过程开发与设计化工过程开发与设计 Thank youThank you