化工工艺设计优秀PPT.ppt

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1、化工工艺设计讲座化工工艺设计讲座1.1.概述概述 化工工艺专业是化工设计的主要专业之化工工艺专业是化工设计的主要专业之一。无论是开发新的化工生产过程，还是设一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计新的化工装置，化工工艺设计是干脆关系计新的化工装置，化工工艺设计是干脆关系到化工装置能否顺当开车、能否达到预料的到化工装置能否顺当开车、能否达到预料的生产实力和合格的产品生产实力和合格的产品,最终关系到工厂能否最终关系到工厂能否获得最大的经济效益。对于正在运行的化工获得最大的经济效益。对于正在运行的化工装置装置,化工工艺专业通过工艺分析化工工艺专业通过工艺分析,了解装置了解装置物料和能量消耗状况物料和

2、能量消耗状况,分析设备运行中存在的分析设备运行中存在的问题问题,可为制定改进方案、降低原料和能量消可为制定改进方案、降低原料和能量消耗、提高产品质量以及挖掘生产潜力供应依耗、提高产品质量以及挖掘生产潜力供应依据。因此，作为化工工艺设计的人员必需具据。因此，作为化工工艺设计的人员必需具备下列基本条件：备下列基本条件：1.1 1.1 驾驭化工基本理论驾驭化工基本理论1.2 1.2 驾驭化工工艺设计方法和技能驾驭化工工艺设计方法和技能（1 1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺设计）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员的职责。人员的职责。（2 2）驾驭化工基本理论的应用）驾驭化工基本理论的应用

3、（3 3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本学问）熟悉设计基本程序和相关专业的基本学问（4 4）清晰工艺设计成品文件的内容和深度以及工）清晰工艺设计成品文件的内容和深度以及工艺设计的质量保证程序。艺设计的质量保证程序。1.3 1.3 驾驭生产、开停车的基本学问、分析生产事驾驭生产、开停车的基本学问、分析生产事 故的实力以及相应的实践阅历。故的实力以及相应的实践阅历。1.4 1.4 熟悉有关劳动平安卫生、消防和环保等方面熟悉有关劳动平安卫生、消防和环保等方面 的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规有：的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规有：建筑设计防火规范建筑设计防火规范 GBJ6-87(2

4、001 GBJ6-87(2001年版年版)石油化工企业设计防火规范石油化工企业设计防火规范GB50160-92(1999GB50160-92(1999年版年版)爆炸和危急性环境电力装置设计规范爆炸和危急性环境电力装置设计规范 GB50058-92 GB50058-92 化工企业平安卫生设计规定化工企业平安卫生设计规定 HG20571-95 HG20571-95石油化工企业职业平安卫生设计规范石油化工企业职业平安卫生设计规范 SH3047-93 SH3047-93化工建设项目环境爱护设计规定化工建设项目环境爱护设计规定 HG20667-1986 HG20667-1986石油化工企业环境爱护设计规

5、范石油化工企业环境爱护设计规范 SH3024-95 SH3024-951.5 1.5 具有确定的工作阅历具有确定的工作阅历 2 2、工艺设计基础数据、工艺设计基础数据2.1 2.1 在工程设计合同书中明确规定的以及业主应在工程设计合同书中明确规定的以及业主应 供应的有关数据。供应的有关数据。（1 1）装置的设计实力、操作弹性及年操作日）装置的设计实力、操作弹性及年操作日;（2 2）产品方案及产品、副产品的规格；）产品方案及产品、副产品的规格；（3 3）建厂地区的气象、水文、地质等条件；）建厂地区的气象、水文、地质等条件；（4 4）所能供应的公用工程，包括水、电、汽、）所能供应的公用工程，包括水

6、、电、汽、气等规格、数量及进界区条件；气等规格、数量及进界区条件；（5 5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指 标及进界区条件；标及进界区条件；2.2 2.2 由专利商供应的：由专利商供应的：除上述与专利商有关的数据外，还需专利除上述与专利商有关的数据外，还需专利商供应当专利范围内的工艺操作条件、转化商供应当专利范围内的工艺操作条件、转化率、收率、限制方案、相关设备条件等。率、收率、限制方案、相关设备条件等。2.3 2.3 工艺所需的物性参数。工艺所需的物性参数。3.1 3.1 概述：概述：工艺专业是自项目前期的可行性探讨阶段工艺专业是自项目前期的可行性

7、探讨阶段即作为主要专业参与编制，始终贯穿到工程设即作为主要专业参与编制，始终贯穿到工程设计阶段。计阶段。在工程设计阶段可分为以下几个阶段：在工程设计阶段可分为以下几个阶段：（1 1）按国内审批要求分为：）按国内审批要求分为：初步设计（批准后建设单位即可开工）初步设计（批准后建设单位即可开工）施工图设计施工图设计3 3、工艺设计的内容和深度、工艺设计的内容和深度 （2 2）按国际常规做法分为：）按国际常规做法分为：工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）工艺设计（以化工工艺专业为主导专业）基础设计（以化工工艺系统专业为主导专基础设计（以化工工艺系统专业为主导专业）业）具体设计（以管道设计专业为主导专

8、业）具体设计（以管道设计专业为主导专业）在建设单位完成了项目前期工作之后，设在建设单位完成了项目前期工作之后，设计单位即可开展项目的工程设计工作。计单位即可开展项目的工程设计工作。在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依在工程设计阶段的工艺设计，它的主要依据是经批准的可行性探讨报告及其批文、据是经批准的可行性探讨报告及其批文、总体设计及其批文、工程设计合同书以及总体设计及其批文、工程设计合同书以及设计基础资料。设计基础资料。3.2 3.2 工艺设计的内容和深度工艺设计的内容和深度 3.2.1 3.2.1概述概述 工艺设计的依据是经批准的可行性探讨报告、工艺设计的依据是经批准的可行性探讨报告、总体设

9、计、工程设计合同书及设计基础资料。总体设计、工程设计合同书及设计基础资料。制定相应的工艺流程，其原则是选择先进牢靠制定相应的工艺流程，其原则是选择先进牢靠的工艺技术路途，进行方案比较，对方案进行优的工艺技术路途，进行方案比较，对方案进行优化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺化，确定合理的工艺流程方案，选取合适的工艺设备，设备，在考虑工艺流程方案时，应同时考虑到在考虑工艺流程方案时，应同时考虑到对废物的综合利用方案和必要的治理措施。对废物的综合利用方案和必要的治理措施。进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程进行工艺物料和热量平衡计算、绘制工艺流程图图(PFD)(PFD)、编制工艺设备数据

10、表和公用工程平衡、编制工艺设备数据表和公用工程平衡图，确定公用工程、环保的设计原则和排出物治图，确定公用工程、环保的设计原则和排出物治理的基本原则。理的基本原则。在工艺设计的过程中，工艺专业要和外专业在工艺设计的过程中，工艺专业要和外专业互提条件，条件表作为重要的技术文件，是主互提条件，条件表作为重要的技术文件，是主导专业设计的初步成果，是接受专业的设计依导专业设计的初步成果，是接受专业的设计依据。据。3.2.2 3.2.2 工艺设计的文件工艺设计的文件 包括三大内容：包括三大内容：(1)(1)文字说明文字说明(工艺说明工艺说明)；(2)(2)图纸；图纸；(3)(3)表格。表格。以下介绍工艺设

11、计所做的主要工作：以下介绍工艺设计所做的主要工作：3.2.2.1 3.2.2.1 文字说明（工艺说明）文字说明（工艺说明）(1)(1)工艺设计的范围工艺设计的范围(2)(2)设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化剂、设计基础：生产规模、产品方案、原料、催化剂、化学品、公用工程燃料规格、产品及副产品规格化学品、公用工程燃料规格、产品及副产品规格(3)(3)工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙述述;主要设备的特点及操作参数主要设备的特点及操作参数;限制、联锁方案等。限制、联锁方案等。(4)(4)生产过程的主要危急、危害因素分折生产过程的主要危急

12、、危害因素分折(5)(5)原料、催化剂、化学品及燃料等消耗定额及消耗量原料、催化剂、化学品及燃料等消耗定额及消耗量(6)(6)公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺7 7空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额及消耗量空气、仪表空气、氮气）规格、消耗定额及消耗量(7)(7)三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建三废排放：包括排放地点、排放量、排放组成及建议的处理方法议的处理方法(8)(8)装置定员装置定员(9)平安备忘录平安备忘录(另行成册另行成册):化工生产大多涉及易燃易爆、化工生产大多涉及易燃易爆、有毒有害的物质有毒有害的物质,为了保证装

13、置稳定平安地运行为了保证装置稳定平安地运行,确保人身确保人身平安平安,削减事故和危害的发生削减事故和危害的发生,降低经济损失降低经济损失,工艺设计通工艺设计通常常需编制平安备忘录它是工艺系统、布置和管道设计、仪需编制平安备忘录它是工艺系统、布置和管道设计、仪表、电气、总图运输、采暖通凤、土建、环保、消防等表、电气、总图运输、采暖通凤、土建、环保、消防等相关专业开展设计依据之一。它需对装置的平安特点作相关专业开展设计依据之一。它需对装置的平安特点作简要说明，重点论述简要说明，重点论述:1)生产过程中涉及的可能对人体和平安生产造成危害的危生产过程中涉及的可能对人体和平安生产造成危害的危险介质的物理

14、性质和燃烧、毒性、爆炸等化学性质险介质的物理性质和燃烧、毒性、爆炸等化学性质,如自如自燃点、闪点、与空气形成爆炸性混合物的上下限、车间燃点、闪点、与空气形成爆炸性混合物的上下限、车间空气中的允许浓度、储存要求、对人身的危害等特征以空气中的允许浓度、储存要求、对人身的危害等特征以及简要的急救措施及简要的急救措施;2)2)接触危急介质的设备及管道的密封、氮封及维护接触危急介质的设备及管道的密封、氮封及维护清洗要求等清洗要求等;说明生产过程中存在的潜在危急说明生产过程中存在的潜在危急;3)3)工艺装置的火灾危急类别工艺装置的火灾危急类别,简洁发生火灾危急的简洁发生火灾危急的区域及建议的消防措施区域及

15、建议的消防措施,如设置化学消防、消火栓、如设置化学消防、消火栓、灭火器等灭火器等;4)4)有毒有害气体危害较大区域的通风范围、通风形有毒有害气体危害较大区域的通风范围、通风形式及换气次数式及换气次数;5)5)总图布置和设备布置的要求及建议总图布置和设备布置的要求及建议;6)6)可燃气体或有毒气体泄漏检测器、防腐、防静电、可燃气体或有毒气体泄漏检测器、防腐、防静电、事故照明、平安淋浴及洗眼器、防毒、防尘措施及事故照明、平安淋浴及洗眼器、防毒、防尘措施及防护用具等方面的建议防护用具等方面的建议,以及事故状态下的紧急救以及事故状态下的紧急救援措施等。援措施等。(10)技术风险备忘录（通常为对内运用技

16、术风险备忘录（通常为对内运用,另行成册）其另行成册）其主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面可主要说明新工艺、新技术、新设备、新材料等方面可能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的技术能出现的风险以及实现装置性能指标可能出现的技术风险。并提出防范及化解风险建议和措施。风险。并提出防范及化解风险建议和措施。(11)操作指南（通常为对内运用，另行成册）操作指南（通常为对内运用，另行成册）它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工它是编制工艺生产操作手册的指导性文件。也是工艺系统、管道专业设计的重要依据。操作指南是装置艺系统、管道专业设计的重要依据。操作指南是装置开停工及正常生产、事故处理

17、等操作时应留意问题的开停工及正常生产、事故处理等操作时应留意问题的总说明总说明,通常包含生产装置的单元和每一单元的主要生通常包含生产装置的单元和每一单元的主要生产工序和基本原理产工序和基本原理,以及所需的设备以及所需的设备,其主要内容如下其主要内容如下:1)1)1)1)概述概述概述概述简要介绍本装置的生产原理、原料和产品的名称及特性。简要介绍本装置的生产原理、原料和产品的名称及特性。简要介绍本装置的生产原理、原料和产品的名称及特性。简要介绍本装置的生产原理、原料和产品的名称及特性。A.A.A.A.装置操作的危急性和平安规程装置操作的危急性和平安规程装置操作的危急性和平安规程装置操作的危急性和平

18、安规程 B.B.B.B.举荐的主要平安设备举荐的主要平安设备举荐的主要平安设备举荐的主要平安设备2)2)2)2)工艺流程说明工艺流程说明工艺流程说明工艺流程说明 A.A.A.A.工艺原理工艺原理工艺原理工艺原理 B.2)B.2)B.2)B.2)工艺流程说明工艺流程说明工艺流程说明工艺流程说明3)3)3)3)原料及公用工程技术规格原料及公用工程技术规格原料及公用工程技术规格原料及公用工程技术规格4)4)4)4)产品质量限制指标产品质量限制指标产品质量限制指标产品质量限制指标5)5)5)5)工艺的限制指标及限制方法工艺的限制指标及限制方法工艺的限制指标及限制方法工艺的限制指标及限制方法6)6)6)

19、6)取样分析方法取样分析方法取样分析方法取样分析方法7)7)7)7)开停车及操作中不正常现象和实行的措施开停车及操作中不正常现象和实行的措施开停车及操作中不正常现象和实行的措施开停车及操作中不正常现象和实行的措施 A.A.A.A.开车步骤开车步骤开车步骤开车步骤;B.;B.;B.;B.正常停车步骤正常停车步骤正常停车步骤正常停车步骤;C.;C.;C.;C.事故停车步骤事故停车步骤事故停车步骤事故停车步骤;D.D.D.D.正常操作及操作中的不正常现象和实行的措施。正常操作及操作中的不正常现象和实行的措施。正常操作及操作中的不正常现象和实行的措施。正常操作及操作中的不正常现象和实行的措施。8)8)

20、8)8)报警联锁系统报警联锁系统报警联锁系统报警联锁系统 3.2.2.2 3.2.2.2 图纸图纸（1 1）PFD:PFD:是是PIDPID的设计依据，供基础设计运的设计依据，供基础设计运用（通常分版次逐版深化）用（通常分版次逐版深化）包括全部工艺设备、主要物料管道包括全部工艺设备、主要物料管道(表示出流表示出流向、物料号）、主要限制回路、联锁方案、加向、物料号）、主要限制回路、联锁方案、加热和冷却介质以及工艺空气进出位置。具体内热和冷却介质以及工艺空气进出位置。具体内容将在后面介绍。容将在后面介绍。（2 2）建议设备布置图：是总图布置、装置布）建议设备布置图：是总图布置、装置布置置的依据，供

21、基础设计运用（通常为平面布置图）的依据，供基础设计运用（通常为平面布置图）依据工艺流程的特点和要求进行布置。依据工艺流程的特点和要求进行布置。（3 3）PCD:PCD:通常是设计院内部设计构成文件最通常是设计院内部设计构成文件最终体现在最终版终体现在最终版PFDPFD中（通常由自控专业完成）中（通常由自控专业完成）3.2.2.3 3.2.2.3 表格表格（1 1）物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、）物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数（热负荷表示在此表中或（热负荷表示在此表中或PFDPFD图上）图上）（2 2）工

22、艺设备数据表：依据设备形式不同，作）工艺设备数据表：依据设备形式不同，作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换热用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数据器、工业炉、机泵、搅拌器等。工艺设备数据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动设计压力、操作温度、设计温度、材质、传动机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各设计院均有各种规定的表格设计院均有各种规定的表格)（3 3）工艺设备一览表）工艺设备一览表（4 4）取样点汇总表）取样点汇总表（

23、5 5）装置界区条件表：是生产装置和外部原材）装置界区条件表：是生产装置和外部原材计、公用工程等互供关系、数量及在界区交接计、公用工程等互供关系、数量及在界区交接状况的重要文件状况的重要文件,其包括须要的原辅材料、公其包括须要的原辅材料、公用工程、产品、副产品等在界区处的条件。用工程、产品、副产品等在界区处的条件。3.2.2 3.2.2 补充说明：化工工艺专业尚需参与前期补充说明：化工工艺专业尚需参与前期工作，主要前期工作有：工作，主要前期工作有：项目建议书：可行性探讨报告编制工作。项目建议书：可行性探讨报告编制工作。项目报价书：投标书、技术文件编制工作项目报价书：投标书、技术文件编制工作引进

24、项目：包括询价书、投标书的评标、合引进项目：包括询价书、投标书的评标、合同技术附件谈判。同技术附件谈判。大中型联合装置总体规划设计。大中型联合装置总体规划设计。3.3 3.3 工艺设计方案的优化工艺设计方案的优化在工艺设计中在工艺设计中,首先遇到的就是选择合适首先遇到的就是选择合适的工艺路途的工艺路途,其包括原料路途和工艺路途其包括原料路途和工艺路途的选择，也就是我们常说的工艺设计方的选择，也就是我们常说的工艺设计方案的优化。案的优化。优化的工艺设计方案应是：优化的工艺设计方案应是：（1 1）有较好的经济效益和社会效益）有较好的经济效益和社会效益 （2 2）工艺技术先进适用）工艺技术先进适用

25、（3 3）生产平安、牢靠、并有良好的环保）生产平安、牢靠、并有良好的环保措施措施 公用工程换热网络分别系统反应系统3.3.1 3.3.1 工艺流程方案优化工艺流程方案优化“洋葱头洋葱头”模型（由史密斯、林霍夫供应模型（由史密斯、林霍夫供应的模型）的模型）“洋葱头洋葱头”模型是工艺流程开发和设计的方法。模型是工艺流程开发和设计的方法。从图中可以特别直观的表示了反应系统的开发和设计从图中可以特别直观的表示了反应系统的开发和设计是核心，它为分别系统规定了处理物料的条件，而反是核心，它为分别系统规定了处理物料的条件，而反应和分别系统一起又规定了过程的冷、热物流的流量应和分别系统一起又规定了过程的冷、热

26、物流的流量和换热的热负荷，最终才是公用工程系统的选择和设和换热的热负荷，最终才是公用工程系统的选择和设计。计。“洋葱头洋葱头”模型强调了过程开发和设计的有序和分层模型强调了过程开发和设计的有序和分层性质，也表明白反应和分别系统的开发是关键，因此性质，也表明白反应和分别系统的开发是关键，因此工艺流程方案的优化应主要集中在反应和分别系统的工艺流程方案的优化应主要集中在反应和分别系统的优化，一旦确定了反应和分别系统的设计，即能对换优化，一旦确定了反应和分别系统的设计，即能对换热网络和公用工程系统进行设计，有效地开发和设计热网络和公用工程系统进行设计，有效地开发和设计出全过程最优或接近最优的流程。对此

27、史密斯和林霍出全过程最优或接近最优的流程。对此史密斯和林霍夫提出的夫提出的“洋葱头洋葱头”设计开发概念，其步骤为：设计开发概念，其步骤为：（1 1）依据阅历规则初步建立反应和分别系统的流程。）依据阅历规则初步建立反应和分别系统的流程。(2)(2)变更主要的设计优化变量，如反应的转化率、惰变更主要的设计优化变量，如反应的转化率、惰性物质循环的浓度等，确定每组变量：性物质循环的浓度等，确定每组变量：1)1)反应和分别系统中主要设备的投资及原材料的消耗；反应和分别系统中主要设备的投资及原材料的消耗；2)2)利用夹点分析法确定换热网络和公用工程消耗的最利用夹点分析法确定换热网络和公用工程消耗的最佳总费

28、用。佳总费用。(3)(3)建立全过程总费用与主要优化变量之间的关系，建立全过程总费用与主要优化变量之间的关系，其总费用包括：其总费用包括：1)1)反应和分别系统中的主要设备的投资费；反应和分别系统中的主要设备的投资费；2)2)原材料消耗和除换热网络和公用工程之外的反应与原材料消耗和除换热网络和公用工程之外的反应与分别系统的操作费用；分别系统的操作费用；3)3)换热网络和公用工程消耗的各类操作费用。换热网络和公用工程消耗的各类操作费用。(4)(4)确定最佳条件，并对全流程调优。确定最佳条件，并对全流程调优。(5)(5)对其他备选流程重复上述步骤，最终比较各流程对其他备选流程重复上述步骤，最终比较

29、各流程的总费用，获得最佳流程。的总费用，获得最佳流程。3.3.1.1 3.3.1.1 反应流程优化反应流程优化 反应流程优化须要考虑的问题较多，反应流程优化须要考虑的问题较多，问题困难。如反应动力学、反应收率、催问题困难。如反应动力学、反应收率、催化剂特性、反应历程、反应途径。化剂特性、反应历程、反应途径。反应器的最优操作条件有如何保证反反应器的最优操作条件有如何保证反应温度、反应压力、混合要求、换热要求、应温度、反应压力、混合要求、换热要求、各物料配比、给定条件下的生产成本等等。各物料配比、给定条件下的生产成本等等。在实际工业生产中，为了实现高效率、高选择和达在实际工业生产中，为了实现高效率

30、、高选择和达到要求的产量，常常将相同或不同类型反应器进行组到要求的产量，常常将相同或不同类型反应器进行组合，常见的反应器组合及其适用范围如表合，常见的反应器组合及其适用范围如表7.4.27.4.2所示所示（P544P544）3.3.1.2 3.3.1.2 反应产物的分别方法反应产物的分别方法 大多数反应产物都是混合物，须要有物料分别过程。大多数反应产物都是混合物，须要有物料分别过程。依据反应产物的物性差异可接受不同的分别方法，简依据反应产物的物性差异可接受不同的分别方法，简述如下：述如下：（1 1）对于气国相混合物可接受干法收集、湿法洗涤、）对于气国相混合物可接受干法收集、湿法洗涤、纤维过滤、

31、静电沉积荨分别方法；纤维过滤、静电沉积荨分别方法；（2 2）对于固相混合物可接受筛分、分级分别方法；）对于固相混合物可接受筛分、分级分别方法；（3）对于固液相混合可接受沉降、离心、压榨、过滤、干燥、蒸发、结晶等分别方法；（4）对于液相混合物可接受吸取、萃取、渗透、蒸馏、精馏等分别分法；（5）对于气液相混合物可接受蒸发、闪蒸、部分冷凝、精馏等分别方法；（6）对于气相混合物可接受吸取、吸附、膜分别等分别方法。3.3.1.3某些分别方法的优化 （1 1）精馏流程的优化精馏流程的优化 精馏流程如须要分别精馏流程如须要分别R R个组份，就须要有个组份，就须要有R-R-1 1个精馏塔。个精馏塔。精馏优化须

32、要考虑：哪种组份为主产品；精馏优化须要考虑：哪种组份为主产品；哪种组份为付产品；产品的规格要求。哪种组份为付产品；产品的规格要求。精馏流程的优化法精馏流程的优化法1 1）：摸索法，主要规则如下：）：摸索法，主要规则如下：优先运用一般精馏。优先运用一般精馏。尽量避开减压操作和运用冷量。尽量避开减压操作和运用冷量。产品数应最少。产品数应最少。腐蚀性、危急性的组份应优先分出。腐蚀性、危急性的组份应优先分出。难分别的组分最终分出。难分别的组分最终分出。最大量组份应优先分出。最大量组份应优先分出。塔顶、塔釜产物最好等摩尔分别。塔顶、塔釜产物最好等摩尔分别。精馏流程的优化法精馏流程的优化法2 2）：调优法

33、）：调优法精馏流程的优化法精馏流程的优化法3 3）：数学规划法）：数学规划法 确定精馏分别序列后确定精馏分别序列后,可对每一塔系进行优化可对每一塔系进行优化,最佳最佳的目标应使塔系的设备费和操作费两项之和的目标应使塔系的设备费和操作费两项之和,即总费用即总费用为最小。为最小。（2 2）蒸发流程的优化蒸发流程的优化 蒸发系统常以单位蒸汽消耗量来评价能量的有效利蒸发系统常以单位蒸汽消耗量来评价能量的有效利利用率。蒸发类型有：单效、双效、三效蒸发，效数利用率。蒸发类型有：单效、双效、三效蒸发，效数越多，蒸汽单耗越低，但投资越高。在同样的工艺要越多，蒸汽单耗越低，但投资越高。在同样的工艺要求下，是接受

34、多效蒸发、热泵蒸发，还是多级闪蒸求下，是接受多效蒸发、热泵蒸发，还是多级闪蒸,除除考虑技术因素外，单位蒸发量的总成本起着主导作用。考虑技术因素外，单位蒸发量的总成本起着主导作用。对于强制循环蒸发，其循环速度和耗电能之间也有一对于强制循环蒸发，其循环速度和耗电能之间也有一个优化问题。而热泵蒸发在提高压缩比和消耗外功之个优化问题。而热泵蒸发在提高压缩比和消耗外功之间也有一个系统优化问题。总的来说蒸发流程的优化间也有一个系统优化问题。总的来说蒸发流程的优化,就是要找到在投资和常常运行费用之间的最佳点。就是要找到在投资和常常运行费用之间的最佳点。3.3.2 3.3.2 工艺设备的选择工艺设备的选择工艺

35、设备的选择首先要满足工艺生产的须要，工艺设备的选择首先要满足工艺生产的须要，要在工艺生产中体现它的合理性和先进性，要在工艺生产中体现它的合理性和先进性，同时要充分留意它在运用过程中的平安牢靠，同时要充分留意它在运用过程中的平安牢靠，确保生产的连续稳定长周期满负荷运行。以确保生产的连续稳定长周期满负荷运行。以充分发挥设备实力，达到经济运行。充分发挥设备实力，达到经济运行。3.3.2.1 3.3.2.1 反应器反应器 在反应器中进行的是化学反应过程，它不在反应器中进行的是化学反应过程，它不仅有种类繁多、性质各异的化学反应，而且仅有种类繁多、性质各异的化学反应，而且伴随着传热、传质的物理过程。因此就

36、反应伴随着传热、传质的物理过程。因此就反应器的类别也有多种多样，它适用于不同反应。器的类别也有多种多样，它适用于不同反应。(1)(1)反应器的型式与特证反应器的型式与特证1)1)搅拌槽：搅拌槽：搅拌槽：搅拌槽：适用于液相、液适用于液相、液适用于液相、液适用于液相、液 液相、液液相、液液相、液液相、液 固相。它适用固相。它适用固相。它适用固相。它适用 性大、操作弹性大，连续操作时温度、浓度简洁限制，产性大、操作弹性大，连续操作时温度、浓度简洁限制，产性大、操作弹性大，连续操作时温度、浓度简洁限制，产性大、操作弹性大，连续操作时温度、浓度简洁限制，产品质量均一，但高转化率时，反应容积大。品质量均一

37、，但高转化率时，反应容积大。品质量均一，但高转化率时，反应容积大。品质量均一，但高转化率时，反应容积大。2)2)管式：管式：管式：管式：适用于气相、液相。它返混小，所需反应器容积较小，适用于气相、液相。它返混小，所需反应器容积较小，适用于气相、液相。它返混小，所需反应器容积较小，适用于气相、液相。它返混小，所需反应器容积较小，比传热面大，但对慢速反应，管要很长，压降大。比传热面大，但对慢速反应，管要很长，压降大。比传热面大，但对慢速反应，管要很长，压降大。比传热面大，但对慢速反应，管要很长，压降大。3)3)空塔或搅拌塔：空塔或搅拌塔：空塔或搅拌塔：空塔或搅拌塔：适用于液相、液适用于液相、液适用

38、于液相、液适用于液相、液 液相。它结构简洁，返混程度与高径液相。它结构简洁，返混程度与高径液相。它结构简洁，返混程度与高径液相。它结构简洁，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大。比及搅拌有关，轴向温差大。比及搅拌有关，轴向温差大。比及搅拌有关，轴向温差大。4)4)填料塔：填料塔：填料塔：填料塔：适用于液相、气适用于液相、气适用于液相、气适用于液相、气 液相。它结构简洁，返混小、压降小，液相。它结构简洁，返混小、压降小，液相。它结构简洁，返混小、压降小，液相。它结构简洁，返混小、压降小，有温差，填料装卸麻烦。有温差，填料装卸麻烦。有温差，填料装卸麻烦。有温差，填料装卸麻烦。5)5)板式塔：适用

39、于气板式塔：适用于气板式塔：适用于气板式塔：适用于气 液相。塔内两相逆流接触，气液返液相。塔内两相逆流接触，气液返液相。塔内两相逆流接触，气液返液相。塔内两相逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，可在板间另加传热面。混均小，流速有限制，如需传热，可在板间另加传热面。混均小，流速有限制，如需传热，可在板间另加传热面。混均小，流速有限制，如需传热，可在板间另加传热面。6)固定床：固定床：适用于气适用于气固固(催化或非催化催化或非催化)相。它返混小，高相。它返混小，高转化率时催化剂用量少，催比剂不易磨损，传热控转化率时催化剂用量少，催比剂不易磨损，传热控温不易，催化剂装卸比较麻烦。温不易，催

40、化剂装卸比较麻烦。7)流化床：流化床：适用于气适用于气固固(催化或非催化催化或非催化)相，特殊是催化剂相，特殊是催化剂失活很快的反应。它传热好、温度匀整、易限制，失活很快的反应。它传热好、温度匀整、易限制，催化剂有效系数大；粒子输送简洁，但磨耗太；床催化剂有效系数大；粒子输送简洁，但磨耗太；床内返混大内返混大,对高转化率不利对高转化率不利,操作条件限制较大。操作条件限制较大。8)移动床：移动床：适用于气适用于气固固(催化或非催化催化或非催化)相、催化剂失活很相、催化剂失活很快的反应。它固体返混小，固气比可变性大，粒子快的反应。它固体返混小，固气比可变性大，粒子传送较易；床内温差大、调整困难。传

41、送较易；床内温差大、调整困难。2)2)蓄热床：蓄热床：适用于气相，以固相为热载体。它结构简洁，材适用于气相，以固相为热载体。它结构简洁，材质简洁解决，调整范围较广；但切换频繁，温度波质简洁解决，调整范围较广；但切换频繁，温度波动太，收率较低。动太，收率较低。10)10)回转筒式：回转筒式：适用于气固相，固固相高粘度液相，液固相。它适用于气固相，固固相高粘度液相，液固相。它粒子返混小，相接触界面小，热传效能低，设备容粒子返混小，相接触界面小，热传效能低，设备容积较大。积较大。各种反应器的适用场合也可参见复习指南各种反应器的适用场合也可参见复习指南“表表7.4.3-17.4.3-1、7.4.3-2

42、7.4.3-2、7.4.3-3(P547-548)”7.4.3-3(P547-548)”(2)(2)设计反应器所需驾驭的资料和数据设计反应器所需驾驭的资料和数据 1)1)温度、浓度和压力对反应速率的影响，副反应温度、浓度和压力对反应速率的影响，副反应的状况，反应条件对选择性均影响的状况，反应条件对选择性均影响2)2)催化剂的粒度对反应速率的影响，催化剂的失催化剂的粒度对反应速率的影响，催化剂的失活缘由和失活的速率，催化剂的强度和耐磨性。活缘由和失活的速率，催化剂的强度和耐磨性。催化剂的运用条件和活化条件催化剂的运用条件和活化条件3)3)反应热效应反应热效应4)4)原料中杂质对反应的影响原料中杂

43、质对反应的影响5)5)反应物和产物的物理性质、爆炸极限等反应物和产物的物理性质、爆炸极限等6)6)反应器中物料的流淌和返混特性，反应器的传反应器中物料的流淌和返混特性，反应器的传热特性和允许的压降热特性和允许的压降7)7)搅拌釜中搅拌桨的特性搅拌釜中搅拌桨的特性8)8)多相流中分散相的分散方法和聚并特性多相流中分散相的分散方法和聚并特性9)9)气固流态化系数中粒子的磨损和带出气固流态化系数中粒子的磨损和带出10)10)开停车所需的协助设施开停车所需的协助设施11)11)反应器操作、限制方法反应器操作、限制方法 3.3.2.2 3.3.2.2 气液传质设备气液传质设备 化工生产中常须要借助气液传

44、质设备将化工生产中常须要借助气液传质设备将反应生成的产物进行分别，以获得目标产反应生成的产物进行分别，以获得目标产品，一般有接受精馏、吸取解析、蒸发、品，一般有接受精馏、吸取解析、蒸发、气提、萃取等方法来达到此目的。常用的气提、萃取等方法来达到此目的。常用的气液传质设备型式是板式塔和填料塔。而气液传质设备型式是板式塔和填料塔。而板式塔和填料塔又因接受的塔板和填料不板式塔和填料塔又因接受的塔板和填料不同，他们又可分为多种型式，如板式塔塔同，他们又可分为多种型式，如板式塔塔板可分为浮阀、筛板、泡罩及各种高效塔板可分为浮阀、筛板、泡罩及各种高效塔板，填料塔的填料有鲍尔环，鞍环等散装板，填料塔的填料有

45、鲍尔环，鞍环等散装填料和丝网填料、水纹板填料等各种规整填料和丝网填料、水纹板填料等各种规整填料。填料。气液传质设备的选用应依据处理物料的性质、气液传质设备的选用应依据处理物料的性质、分别要求、运行费用和投资费用等因素综合考分别要求、运行费用和投资费用等因素综合考虑，其基本选型要求为：虑，其基本选型要求为：（1 1）相际传质面积大）相际传质面积大,气液两相接触充分气液两相接触充分,以以获得较高的传质效率获得较高的传质效率;（2 2）生产实力大）生产实力大;（3 3）操作稳定，弹性大）操作稳定，弹性大,即使气相或液相负即使气相或液相负荷发生确定的变更和波动仍能正常工作；荷发生确定的变更和波动仍能正

46、常工作；（4 4）阻力小）阻力小;（5 5）结构简洁，制造安装便利、加工制造费）结构简洁，制造安装便利、加工制造费用低用低;（6 6）耐腐蚀，不易堵塞，易检修。）耐腐蚀，不易堵塞，易检修。板式塔和填料塔有各自的特点，它们适用于不同的状况，板式塔和填料塔有各自的特点，它们适用于不同的状况，在下述状况下优先考虑选用板式塔：在下述状况下优先考虑选用板式塔：(1)操作负荷波动较大或进料浓度波动较大的分别过程；操作负荷波动较大或进料浓度波动较大的分别过程；(2)液相负荷较小的分别过程；液相负荷较小的分别过程；(3)易结晶、结垢的物料；易结晶、结垢的物料；(4)需高压操作的分别过程；需高压操作的分别过程；

47、(5)内部须要设置蛇管等换热部件的状况。内部须要设置蛇管等换热部件的状况。在下述状况下应优先考虑选用填料塔：在下述状况下应优先考虑选用填料塔：(1)分别要求高的状况下，接受新型高效填料塔可降低分别要求高的状况下，接受新型高效填料塔可降低塔的高度；塔的高度；(2)新型填料的压降较低，有利节能，而且新型填料的新型填料的压降较低，有利节能，而且新型填料的持液量较小，尤其适用于热敏物料的分别；持液量较小，尤其适用于热敏物料的分别；(3)(3)腐蚀性物料的分别；腐蚀性物料的分别；(4)(4)发泡物料的分别。发泡物料的分别。二种塔型的塔径计算，都与液泛有关，因为液泛会二种塔型的塔径计算，都与液泛有关，因为

48、液泛会造成塔的压降增大，效率降低，最终导致塔无法正常造成塔的压降增大，效率降低，最终导致塔无法正常操作。板式塔塔径通常由最大允许气速操作。板式塔塔径通常由最大允许气速 Wn,max Wn,max来确来确定定,而而Wn,max Wn,max 主要受塔的液泛制约，板式塔的液泛有主要受塔的液泛制约，板式塔的液泛有夹带液泛和降液管液泛二种，书中介绍的由夹带液泛夹带液泛和降液管液泛二种，书中介绍的由夹带液泛确定确定Wn,maxWn,max设计空塔气速设计空塔气速w w取（取（0.60.6 0.8)*Wn,max 0.8)*Wn,max。而填料塔。而填料塔是通过计算泛点速度是通过计算泛点速度Uf,Uf,考

49、虑比较经济牢靠考虑比较经济牢靠的操作气速的操作气速U=(0.6U=(0.60.8)Uf,0.8)Uf,然后由此可算得塔经。然后由此可算得塔经。3.3.2.3 3.3.2.3 传热设备传热设备传热设备选型主要考虑的因素：传热设备选型主要考虑的因素：（1 1）热负荷及流量大小）热负荷及流量大小（2 2）流体的性质）流体的性质（3 3）温度、压力及允许压降的范围）温度、压力及允许压降的范围（4 4）对清洗、修理的要求）对清洗、修理的要求（5 5）设备结构材料、尺寸、重量、价格）设备结构材料、尺寸、重量、价格（6 6）运用平安性和寿命）运用平安性和寿命 流体的性质对换热器类型的选择往往会产流体的性质对

50、换热器类型的选择往往会产生重大影响，如流体的物理性质（如比热、导生重大影响，如流体的物理性质（如比热、导热系数、粘度）、化学性质（如腐蚀性、热敏热系数、粘度）、化学性质（如腐蚀性、热敏性、结垢状况、是否有磨蚀性固体颗粒等因素，性、结垢状况、是否有磨蚀性固体颗粒等因素，都对传热设备的选型有影响。都对传热设备的选型有影响。传热设备的分类传热设备的分类 按功能分：冷却器、冷凝器、加热器、换热按功能分：冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再沸器、蒸汽发生器、过热器、废热锅炉等。器、再沸器、蒸汽发生器、过热器、废热锅炉等。按结构型式分：接受二物流换热的换热器从按结构型式分：接受二物流换热的换热器从结构上分有