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1、第二篇第二篇车间工艺设计车间工艺设计一、根据工程性质分类一、根据工程性质分类一新建工程设计一新建工程设计新建工程设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。二重复建设工程设计二重复建设工程设计 由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。三已有装置的改造设计三已有装置的改造设计 一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进
2、行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。绪绪论论二、根据设计性质分类二、根据设计性质分类一新技术开发过程中的设计一新技术开发过程中的设计1概念设计概念设计 基础研究结束后，应进行概念设计。概念设计的规模应是工业化时的最正确规模。概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计，其作法可参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品
3、成本等主要技术经济指标。2中试设计中试设计 按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。3基础设计基础设计基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差异。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反响工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。一、工程设计一、工程设计程序程序三阶段三阶段设计前期设计前期工程建议书工程建议书批准后即为立项批准后即为立项可行性研究报告可行性研究报告批准后即可展开工程设计批准后即可展开工程设计工程设计工
4、程设计按国内审批按国内审批要求分为要求分为初步设计初步设计批准后建设单位即可开工批准后建设单位即可开工施工图设计施工图设计按国际常规按国际常规做法分为做法分为工艺设计工艺设计基础设计基础设计详细设计详细设计施工、安装、试车、性能考核及国家验收施工、安装、试车、性能考核及国家验收验收后工厂投入正常运行验收后工厂投入正常运行设计后期设计后期一、工程建议书一、工程建议书工程建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括以下内容工程建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括以下内容1.工程建设目的和意义，即工程提出的背景和依据，投资的必要性及工程建设目的和意义，即工程提出的背景和依据，
5、投资的必要性及经济意义；经济意义；2.产品需求初步预测；产品需求初步预测；3.产品方案和拟建规模；产品方案和拟建规模；4.工艺技术方案原料路线、生产方法和技术来源；工艺技术方案原料路线、生产方法和技术来源；5.资源、主要原材料、燃料和动力的供给；资源、主要原材料、燃料和动力的供给；6.建厂条件和厂址初步方案；建厂条件和厂址初步方案；7.环境保护；环境保护；8.工厂组织和劳动定员估算；工厂组织和劳动定员估算；9.工程实施规划设想；工程实施规划设想；10.投资估算和资金筹措设想；投资估算和资金筹措设想；11.经济效益和社会效益的初步估算。经济效益和社会效益的初步估算。二、可行性研究二、可行性研究可
6、行性研究是以拟建工程进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建可行性研究是以拟建工程进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。根据原化工部对根据原化工部对“可行性研究报告的有关规定，可行性研究报告的内容如下可行性研究报告的有关规定，可行性研究报告的内容如下:1.总论。包括工程名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依总论。包括工程名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的
7、结论性意见、存在问题和建议等，并据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。附上主要技术经济指标表。2.需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。3.产品的生产方案及生产规模。产品的生产方案及生产规模。4.工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。5.原材料、燃料及水电汽的来源与供给。原材料、燃料及水电汽的来源与供给
8、。6.建厂条件和厂址选择布局方案。建厂条件和厂址选择布局方案。7.公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案8.环境保护及安全卫生。环境保护及安全卫生。9.工厂组织、劳动定员和人员培训。工厂组织、劳动定员和人员培训。10.工程实施规划。工程实施规划。11.投资估算和资金筹措。投资估算和资金筹措。12.经济效益评价及社会效益评价。经济效益评价及社会效益评价。13.结论包括综合评价和研究报告的结论等内容结论包括综合评价和研究报告的结论等内容二工程设计二工程设计根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及方案任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计三段设计、两段设计和一段设计。
9、重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。1初步设计初步设计根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供给方式和用量，
10、关键设备的选型及产品成本、工程投资等重大技术经济问汽的供给方式和用量，关键设备的选型及产品成本、工程投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。准。2扩大初步设计扩大初步设计根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。3.施工图设计施工图设计根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全
11、、进度及控制投资根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。算书。施工图设计施工图设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。预算和进行施工的依据。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，
12、完善流程图设施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业方面有土建施工
13、图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。二、车间工艺设计二、车间工艺设计一车间工艺设计的内容一车间工艺设计的内容1.工艺流程设计工艺流程设计2.物料衡算物料衡算3.能量衡算能量衡算4.设备选型和工艺计算设备选型和工艺计算5.车间布置设计车间布置设计6.管道布置管道布置7.非工艺条件设计非工艺条件设计8.工艺局部设计概算工艺局部设计概算三算二布置二设计二车间工艺设计的成果二车间工艺设计的成果初步设计阶段初步设计阶段以文字反映在说明书中，并附工艺设备一览表和带控制点的工艺流程图等施工图设计阶段施工图设计阶段图纸为主修正的PID，
14、文字为辅1.设计依据和设计范围设计依据和设计范围2.生产规模、产品方案和包装方式生产规模、产品方案和包装方式3.原料、辅助原料和中间体的质量规格原料、辅助原料和中间体的质量规格4.生产工艺操作说明生产工艺操作说明5.物料衡算和原材料消耗物料衡算和原材料消耗6.能量衡算和主要工艺设备的选型及计算，工艺设备一览表能量衡算和主要工艺设备的选型及计算，工艺设备一览表7.生产制度和人员组成生产制度和人员组成8.生产控制分析生产控制分析9.环境保护和三废处理环境保护和三废处理10.附图：附图：带控制点的工艺流程图、物料流程图、车间布置图、关键工艺带控制点的工艺流程图、物料流程图、车间布置图、关键工艺设备总
15、图设备总图三设计的基础条件三设计的基础条件1.生产工艺路线及方法生产工艺路线及方法2.物料衡算资料物料衡算资料3.热量衡算资料热量衡算资料4.设备设计资料设备设计资料原辅材料的供给、合成步骤、操作方法及收率、能量单位消耗、技术条件及设备要求，安全生产与环境保护等综合考虑，选一条适宜的生产路线。化学反响原料、中间体、成品的规格、理化性质原料配比理论、实际反响热原料、中间体、成品的热容、相变热热损失流体力学过程设备的设计数据粘度、阻力系数传热过程设备的设计数据传热系数、传热膜系数传质过程设备的设计数据枯燥曲线、平衡数据各种设备的结构图和材料5.车间布置资料车间布置资料6.管道设计资料管道设计资料7
16、.非工艺设计资料非工艺设计资料平立面布置图、制药和精烘包局部布置的特殊要求平立面布置图、制药和精烘包局部布置的特殊要求管道布置图和施工说明、管道布置、管道及管件规格、材料管道布置图和施工说明、管道布置、管道及管件规格、材料管道敷设和架设方法，管道保温材料管道敷设和架设方法，管道保温材料电力照明资料，自控仪表资料，防火卫生、地质水文资料电力照明资料，自控仪表资料，防火卫生、地质水文资料注意：涉及知识产权，则要提供方以合同的方式转让适用注意：涉及知识产权，则要提供方以合同的方式转让适用第四章第四章工艺流程设计工艺流程设计第一节第一节工艺流程设计的重要性和任务工艺流程设计的重要性和任务第二节第二节工
17、艺流程设计的基本程序和方法工艺流程设计的基本程序和方法第三节第三节工艺流程设计的技术处理工艺流程设计的技术处理第四节第四节工艺流程图工艺流程图重要性重要性是车间工艺设计的中心，着眼于全流程的优化牺牲局部是车间工艺设计的中心，着眼于全流程的优化牺牲局部第一节第一节工艺流程设计的重要性和任务工艺流程设计的重要性和任务一、工艺流程设计的重要性一、工艺流程设计的重要性最重要、基础的设计步骤，对后续的三算、二布置起决定性作用，决定最重要、基础的设计步骤，对后续的三算、二布置起决定性作用，决定车间或装置的车间或装置的貌。貌。设计者设计者技术上先进可靠、经济上合理可行的工艺流程技术上先进可靠、经济上合理可行
18、的工艺流程工艺流工艺流程设计程设计生产工艺流程设计生产工艺流程设计试验工艺流程设计试验工艺流程设计工艺技术成熟的产品，中试成功需通过设工艺技术成熟的产品，中试成功需通过设计工业化的产品计工业化的产品仅有文献资料，尚未进行试验和生产，仅有文献资料，尚未进行试验和生产，技术复杂技术复杂二、工艺流程设计的任务二、工艺流程设计的任务1.确定全流程的组成确定全流程的组成；生产过程的具体内容、顺序、组合方式生产过程的具体内容、顺序、组合方式2.确定载能介质的技术规格和流向确定载能介质的技术规格和流向制药生产中的载能介质有水、水蒸气、冷冻盐水、空气等制药生产中的载能介质有水、水蒸气、冷冻盐水、空气等3.确定
19、生产控制方法确定生产控制方法工艺参数：工艺参数：T、P、V、pH等，对需要控制的工艺参数确定检测点、显等，对需要控制的工艺参数确定检测点、显示仪表和控制方法。示仪表和控制方法。4.确定安全技术措施确定安全技术措施预防和应急措施，报警装置，爆破片、安全阀、安全水封、溢流管、泄水装置、预防和应急措施，报警装置，爆破片、安全阀、安全水封、溢流管、泄水装置、防静电、事故储槽、特别考虑开车、停车、停水、停电等非正常运转情况下可防静电、事故储槽、特别考虑开车、停车、停水、停电等非正常运转情况下可能存在的各种安全问题。能存在的各种安全问题。6.编写工艺操作方法编写工艺操作方法5.绘制不同深度的工艺流程图绘制
20、不同深度的工艺流程图工艺流程框图工艺流程框图工艺流程示意图工艺流程示意图带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图施工阶段的施工阶段的PID管道仪表流程图管道仪表流程图PID第四章第四章工艺流程设计工艺流程设计第一节第一节工艺流程设计的重要性和任务工艺流程设计的重要性和任务第二节第二节工艺流程设计的基本程序和方法工艺流程设计的基本程序和方法第三节第三节工艺流程设计的技术处理工艺流程设计的技术处理第四节第四节工艺流程图工艺流程图一、工艺流程设计的基本程序由浅入深、由定性到定量、反复推敲、不断完善的过程由浅入深、由定性到定量、反复推敲、不断完善的过程工艺流程的选择工艺流程的选择确定工艺流程的组成和顺
21、序确定工艺流程的组成和顺序绘制工艺流程框图绘制工艺流程框图绘制工艺流程示意图绘制工艺流程示意图绘制物料流程图绘制物料流程图PFD绘制初步绘制初步PID绘制施工阶段绘制施工阶段PID可行性、可靠性、先进性、最优设备条件参数、顺序、介质规格方框、文字、箭头定性定性图例、文字、箭头物衡、热量衡算定量定量设备、管道、仪表、设备一览表设备、管道、仪表、等作必要的修正、完善和说明二、工艺流程设计的基本方法方案比较1.常用的判据常用的判据技术经济指标：产物收率、原材料单耗、能量单耗、技术经济指标：产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、产品成本、工程投资等；工程投资等；环保、安全、占地面积也应考虑。环保、
22、安全、占地面积也应考虑。2.前提前提保持原始信息不变过程的操作参数等保持原始信息不变过程的操作参数等3.工程举例工程举例实例实例1在药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后参加活性炭脱色，在药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后参加活性炭脱色，最后再滤除活性炭等固体杂质，加设溶剂为低沸点易挥发的溶最后再滤除活性炭等固体杂质，加设溶剂为低沸点易挥发的溶剂，确定适宜的过滤流程。剂，确定适宜的过滤流程。方案方案1常压过滤方案常压过滤方案评判标准：过滤速度和溶剂收率评判标准：过滤速度和溶剂收率过滤速度慢，不宜用过滤速度慢，不宜用方案方案2真空抽滤方案真空抽滤方案过滤速度加快，大量低沸点过滤速度加快，大量低沸
23、点溶剂挥发损失，溶剂收率下溶剂挥发损失，溶剂收率下降，不合理降，不合理方案方案3真空抽滤冷凝方案真空抽滤冷凝方案在出口设置冷凝管，回收低沸点溶剂，在出口设置冷凝管，回收低沸点溶剂，提高了溶剂的收率，较为合理提高了溶剂的收率，较为合理方案方案4加压过滤方案加压过滤方案在压滤器的上部通入压缩空气或氮气，在压滤器的上部通入压缩空气或氮气，采用加压过滤方式，过滤速度快，且采用加压过滤方式，过滤速度快，且溶剂的挥发损失少，最合理溶剂的挥发损失少，最合理实例实例2用混酸硝化制备混合硝基氯苯。混酸的组成为用混酸硝化制备混合硝基氯苯。混酸的组成为HNO3为为47，H2SO4为为49，H2O4，氯苯与混酸中硝酸
24、的摩尔比为，氯苯与混酸中硝酸的摩尔比为1：1.1，反响开始温度为反响开始温度为4055，并逐渐升温至，并逐渐升温至80，硝化时间为，硝化时间为2h，硝，硝化废酸中含硝酸小于化废酸中含硝酸小于1.6，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的的1，试通过方案比较，确定适宜的硝化及后处理工艺流程。，试通过方案比较，确定适宜的硝化及后处理工艺流程。方案方案1硝化别离方案硝化别离方案别离后的废酸直接出售，可生产别离后的废酸直接出售，可生产出合格的硝基氯苯出合格的硝基氯苯问题：问题：1.消耗大量硫酸，硫酸的单耗高；消耗大量硫酸，硫酸的单耗高；2.废酸中有硝酸和少量硝基氯苯，
25、废酸中有硝酸和少量硝基氯苯，硝酸的单耗高，硝基氯苯的收率硝酸的单耗高，硝基氯苯的收率低；低；3.废酸的用途受限制。废酸的用途受限制。方案方案2硝化别离萃取方案硝化别离萃取方案将氯苯和硝化废酸参加萃取罐，硝化将氯苯和硝化废酸参加萃取罐，硝化废酸中的硝酸继续与氯苯硝化，生成废酸中的硝酸继续与氯苯硝化，生成硝基氯苯，回收废酸中的硝酸，降低硝基氯苯，回收废酸中的硝酸，降低了硝酸单耗，同时，生成的硝基氯苯了硝酸单耗，同时，生成的硝基氯苯一起进入氯苯层，提高了收率。一起进入氯苯层，提高了收率。问题：问题：萃取废酸中仍含有萃取废酸中仍含有1.21.3的氯苯，直接出售，硫酸的的氯苯，直接出售，硫酸的单耗仍然居
26、高不下，而且增加单耗仍然居高不下，而且增加了氯苯的单耗；了氯苯的单耗；废酸的用途受限废酸的用途受限方案方案2硝化别离萃取浓缩方案硝化别离萃取浓缩方案萃取后的废酸经减压浓缩后可循环使用，大大降低了硫酸的单耗，同时，由萃取后的废酸经减压浓缩后可循环使用，大大降低了硫酸的单耗，同时，由于氯苯与水可形成低共沸混合物，浓缩时氯苯随水一起蒸出，经冷却可回收于氯苯与水可形成低共沸混合物，浓缩时氯苯随水一起蒸出，经冷却可回收氯苯，降低了氯苯的单耗。氯苯，降低了氯苯的单耗。实例实例3丙丁酮的发酵制备抗生素中使用的溶剂丙丁酮的发酵制备抗生素中使用的溶剂过程：将粮食浆料经糊化过程：将粮食浆料经糊化93、消毒处、消毒
27、处138理、然后冷却到理、然后冷却到40备发酵段使用备发酵段使用评判标准：能量的单耗评判标准：能量的单耗方案方案喷淋冷却方案喷淋冷却方案浆液浆液13840冷却水冷却水2535，难以找到用，难以找到用途，热量全部浪费途，热量全部浪费方案方案2闪冷喷淋冷却方案闪冷喷淋冷却方案浆液通过膨胀阀减压，在闪蒸塔骤然闪蒸，物料冷却到浆液通过膨胀阀减压，在闪蒸塔骤然闪蒸，物料冷却到110，同时，同时产生产生110饱和蒸汽，引入到糊化塔前加热浆料，闪冷后的浆料喷淋饱和蒸汽，引入到糊化塔前加热浆料，闪冷后的浆料喷淋冷却到冷却到40。评价：评价：110浆料降到浆料降到40的热量被冷却水吸收，仍然无法利用。的热量被冷
28、却水吸收，仍然无法利用。方案方案2闪冷间壁换热方案将喷淋冷却器改为间壁换热器闪冷间壁换热方案将喷淋冷却器改为间壁换热器以冷粮食浆料代替冷却水，使以冷粮食浆料代替冷却水，使110浆料冷却到浆料冷却到40，所放出的热量全部传，所放出的热量全部传给冷的粮食浆料，减少了糊化加热所需的生蒸汽，能量利用更合理给冷的粮食浆料，减少了糊化加热所需的生蒸汽，能量利用更合理评价：尽管固定投资增加了，但经常性开支是影响成本的主要因素。评价：尽管固定投资增加了，但经常性开支是影响成本的主要因素。第四章第四章工艺流程设计工艺流程设计第一节第一节工艺流程设计的重要性和任务工艺流程设计的重要性和任务第二节第二节工艺流程设计
29、的基本程序和方法工艺流程设计的基本程序和方法第三节第三节工艺流程设计的技术处理工艺流程设计的技术处理第四节第四节工艺流程图工艺流程图工艺流程的技术处理基点基点工业化实施的可行性、可靠性和先进性工业化实施的可行性、可靠性和先进性优质、高产、低消耗、低成本、安全优质、高产、低消耗、低成本、安全综合目标综合目标应考虑下述主要问题应考虑下述主要问题：一、操作方式一、操作方式1.间歇操作间歇操作制药工业主要的操作方式，反响时间长，转化率不高，后制药工业主要的操作方式，反响时间长，转化率不高，后处理复杂，实行连续操作复杂，不要片面追求。处理复杂，实行连续操作复杂，不要片面追求。2.连续操作连续操作工艺参数
30、在设备任何一点不随时间而变，产品质量稳定，工艺参数在设备任何一点不随时间而变，产品质量稳定，单位设备的生产能力大，易于实现自动化。单位设备的生产能力大，易于实现自动化。如如安乃近的苯胺重氮化，异烟肼的安乃近的苯胺重氮化，异烟肼的4 4甲基吡啶的空气氧甲基吡啶的空气氧化制备异烟酸，氯霉素对硝基乙苯的氧化化制备异烟酸，氯霉素对硝基乙苯的氧化。3.联合操作联合操作很多产品全流程试间歇操作，而个别步骤是连续的，采用很多产品全流程试间歇操作，而个别步骤是连续的，采用中间储槽缓冲和衔接。中间储槽缓冲和衔接。如如磺胺嘧啶生产中，主要过程是间歇的，但乙烯基乙醚和磺胺嘧啶生产中，主要过程是间歇的，但乙烯基乙醚和
31、甲醇钠生产是连续的甲醇钠生产是连续的。二、保持主要设备的能力平衡，提高设备利用率二、保持主要设备的能力平衡，提高设备利用率硝化还原重氮置换硝910重910置910还910间歇生产药品生产规模小，品种多，更新快，工艺复杂批料之间不相混的投料原则保证产品质量，便于生产管理保持主要设备的能力平衡中间贮槽中间贮槽1补偿短期的供需不平衡。对下游提供短期的原料供给，对上游提供短期的产品存储。2缓解操作上的波动。间歇过程对批量、加工时间等波动非常敏感。波动会延滞某级加工。3减少因为设备故障和损坏造成的生产时间的损失。有时担当事故贮槽。4使上下游在批量和批间隔上解耦。有可能减少设备费用。硝化还原重氮操作周期/
32、h 24 12 6 设备台数 1 1 1日批数 1 1 1批量/日产品量 1 1 1每台设备闲置时间/h 0 12 18主要工艺设备操作周期如何提高设备利用率？方案设备台数 2 1 1日批数 2 2 2批量/日产品量 1/2 1/2 1/2每台设备闲置时间/h 0 0 12设备台数 2 1 1日批量 2 2 4批量/日产品量 1/2 1/2 1/4每台设备闲置时间/h 0 0 0中间贮槽硝化还原重氮操作周期/h 24 12 6 方案硝化还原重氮操作周期/h 24 12 6 方案错开错开12h12h总结：总结：为保持主要设备之间的能力平衡，提高设备利用率，应满足：以产品量计算的批生产能力设备台数
33、 24 =1 日产品量 操作周期上例：硝化：1/2224/24=1复原：1/2124/12=1重氮：1/4124/6=1 Gantt图甘特图用来对间歇过程中各个间歇级所占用用来对间歇过程中各个间歇级所占用的时间情况进行表示的简便方法的时间情况进行表示的简便方法。纵坐标横坐标各间歇级时 间例：例：一个由三个间歇级组成的间歇厂，假定忽略各设备的进料、出料 和清洗时间，混合2h，反响8h，结晶4h。2h8h4h14h2h8h4h28h2h8h4h42h混合反应结晶时间时间/h/h第一批第二批第三批批间隔14h非覆盖操作和覆盖操作上一批物料加工完毕，且离开过程的最后一个间歇设备之后，再开始加工下一批物
34、料。在一个设备上，上一批物料加工完毕，设备腾空并清洗后即加入下一批物料加工。2h8h4h14h22h2h8h4h30h2h8h4h批间隔8h覆盖操作有利于提高设备利用率！混合反应结晶时间时间/h/h 平行单元平行单元在某间歇级上所设的尺寸及功能完全相同，可进行平行操作的设备单元，用以消除过程瓶颈。瓶 颈批量限制级该级设备的批量在所有设备中为最小，整个过程的批量取决于该级的最大批量。该级设备的限制循环时间在所有设备中最长，整个过程的批间隔取决于该级的最短限制循环时间。时间限制级设备尺寸操作时间批量限制级批量限制级同步平行单元同步平行单元在该级上使用两台或多台设备同时操作，以增加该级的批量，从而增
35、加整个过程的批量。批间隔不变的同时增加了批量2h8h4h14h2h8h4h22h2h8h4h30h1A1A2 23 31B1B时间时间/h/h单位时间内的产量时间限制级时间限制级异步平行单元异步平行单元在时间限制级上使用两台或多台设备以交错方式操作。1 12A2A2B2B时间时间/h/h3 32h错开4h设备的闲置率2h4h10h6h2h14h2h18h2h22h 任务的合并和分解TL=3TL=2TL=2TL=7TL=3TL=2TL=3TL=7TL=5相邻任务的合并非相邻任务的合并同一类型设备设备单元数TL=3TL=10TL=5TL=5TL=3任务分解批间隔时间 生产的组织生产的组织A.按周生
36、产周末停止生产，所有设备处于停工状态B.不间断生产每周7天，每天24h不间断练习题：1.某原料药的生产过程由酰化、中和、浓缩三道工序组成，酰化液和中和液均为液态，酰化釜的操作周期为16h，中和釜的操作周期为8h，浓缩釜的操作周期为4h，试从提高设备利用率的角度确定一种适宜的设备配置方案。三、以化学反响为中心，完善生产过程三、以化学反响为中心，完善生产过程以单元操作或单元反响为中心，建立与之相适应的工艺流程以单元操作或单元反响为中心，建立与之相适应的工艺流程1.主要设备为单位，标进料和出料名称、组成及工艺条件；主要设备为单位，标进料和出料名称、组成及工艺条件；2.由原料的输入和产物的排出推及与单
37、元反响配合使用的加料、出由原料的输入和产物的排出推及与单元反响配合使用的加料、出料设备；料设备；3.由进料的纯度要求推及原料预处理过程；由进料的纯度要求推及原料预处理过程；4.由反响混合物的组成和别离要求推及别离、提纯和回收的方法和由反响混合物的组成和别离要求推及别离、提纯和回收的方法和设备；设备；5.温度、热效应情况，确定传热介质和规格；温度、热效应情况，确定传热介质和规格；6.参数显示和控制方式，确定仪表和自动控制；参数显示和控制方式，确定仪表和自动控制；7.燃烧、爆炸、毒害情况，确定相应的安全措施；燃烧、爆炸、毒害情况，确定相应的安全措施；8.根据所产生的污染物，确定相应的污染治理方案；
38、根据所产生的污染物，确定相应的污染治理方案；例如：工业生产中，硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行，试以搅拌例如：工业生产中，硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行，试以搅拌釜为中心，完善硝化混酸的配置过程的工艺流程。釜为中心，完善硝化混酸的配置过程的工艺流程。去硝化冷却水视盅实验室：实验室：只要将硫酸、硝酸和水按规定的配比和程序参加烧只要将硫酸、硝酸和水按规定的配比和程序参加烧杯，用玻璃棒搅匀即可。杯，用玻璃棒搅匀即可。工业上：工业上：1.一台搅拌器，配制放热，釜带夹套，通冷却水；一台搅拌器，配制放热，釜带夹套，通冷却水；2.间歇操作，保证配比，设置计量槽；间歇操作，保证配比，设置计量槽；3.工业
39、上配制一定浓度的混酸，通常不加水调节，而工业上配制一定浓度的混酸，通常不加水调节，而是用硝化后回收的废酸来调节，所以要设置废酸的是用硝化后回收的废酸来调节，所以要设置废酸的计量槽；计量槽；4.原料、废酸须有一定的存储量，设置贮槽；原料、废酸须有一定的存储量，设置贮槽；5.工业上要从贮槽罐将原料送入计量槽，用泵输送，工业上要从贮槽罐将原料送入计量槽，用泵输送，为防止工作人员误使硝酸或硫酸溢出计量槽，计量为防止工作人员误使硝酸或硫酸溢出计量槽，计量槽和贮槽之间应设置溢流管；槽和贮槽之间应设置溢流管；6.为贮存配置好的硝化混酸，应设相应的贮槽。为贮存配置好的硝化混酸，应设相应的贮槽。例例2.在合成抗
40、菌药诺氟沙星的生产中：在合成抗菌药诺氟沙星的生产中：间歇釜，以反响为中心，完善反响过程的工艺流程。间歇釜，以反响为中心，完善反响过程的工艺流程。1.要有一台搅拌器，反响温度较高，要有夹套作为载热体的流动空间；要有一台搅拌器，反响温度较高，要有夹套作为载热体的流动空间；2.确定载热体的技术规格；联苯混合物确定载热体的技术规格；联苯混合物26.5联苯联苯73.5二苯醚二苯醚熔点：熔点：12.3，沸点：，沸点：2583.温度升高，物料中的低沸点组分挥发，对环境污染，反响器上部温度升高，物料中的低沸点组分挥发，对环境污染，反响器上部设一台回流冷凝器，用冷却水冷却，回收易挥发组分；设一台回流冷凝器，用冷
41、却水冷却，回收易挥发组分；4.氟化反响是液固废均相反响，反响液冷却后，其中的固体应去除，在反氟化反响是液固废均相反响，反响液冷却后，其中的固体应去除，在反响器的下部设置一台过滤器，由于溶剂的沸点较高，可用减压抽滤，响器的下部设置一台过滤器，由于溶剂的沸点较高，可用减压抽滤，提高速度。提高速度。二充分考虑物料的回收、套用二充分考虑物料的回收、套用降低原辅材料的消耗，提高产品的收率是降低产品成本的重要措施；降低原辅材料的消耗，提高产品的收率是降低产品成本的重要措施；如前面混酸硝化氯苯制混合硝基氯苯，通过萃取回收硝酸和硝基氯苯，如前面混酸硝化氯苯制混合硝基氯苯，通过萃取回收硝酸和硝基氯苯，通过浓缩回
42、收硫酸；通过浓缩回收硫酸；1.许多药物合成反响进行得不完全，大多有副反响，产物不能从反响混许多药物合成反响进行得不完全，大多有副反响，产物不能从反响混合物中完全别离出来，故别离母液中常含有一定数量得未反响完的原料。合物中完全别离出来，故别离母液中常含有一定数量得未反响完的原料。副产物和产物。假设能实现母液的循环套用或经适当处理后套用，则能副产物和产物。假设能实现母液的循环套用或经适当处理后套用，则能降低原辅材料的消耗，提高产品的收率，减少环境污染。降低原辅材料的消耗，提高产品的收率，减少环境污染。如：教材上的如：教材上的SM2缩合母液合洗液回收的工艺流程；缩合母液合洗液回收的工艺流程；2.考虑
43、溶剂的回收与套用，构成溶剂的闭路循环，降低溶剂的单耗，考虑溶剂的回收与套用，构成溶剂的闭路循环，降低溶剂的单耗，减少环境污染；减少环境污染；如：教材上利巴韦林酰化工段的工艺流程图；如：教材上利巴韦林酰化工段的工艺流程图；三充分考虑提高能量利用率，降低能量单位消耗的措施三充分考虑提高能量利用率，降低能量单位消耗的措施1.利用重力输送物料，减少物料输送的能耗；利用重力输送物料，减少物料输送的能耗；2.三层竖向布置：计量槽上，反响罐中，过滤器下；三层竖向布置：计量槽上，反响罐中，过滤器下；2.利用余压输送带压反响的余压利用余压输送带压反响的余压3.充分利用余热、余能原料代替冷却水，闪蒸浓缩代替常压浓
44、缩充分利用余热、余能原料代替冷却水，闪蒸浓缩代替常压浓缩四充分考虑生产安全措施四充分考虑生产安全措施易燃、易爆、有毒易燃、易爆、有毒1.1.事故贮槽：剧烈放热反响，内放冷溶剂，紧急情况，使反响终止或事故贮槽：剧烈放热反响，内放冷溶剂，紧急情况，使反响终止或减弱；减弱；2.2.爆破片：升压设备，爆破片：升压设备，密封好，泄压反响迅速，工作后设备终止运密封好，泄压反响迅速，工作后设备终止运行，不堵塞，不腐蚀，寿命短，疲劳失效；行，不堵塞，不腐蚀，寿命短，疲劳失效；3.3.安全阀：带压设备，自动阀门，利用本身的力排除流体；安全阀：带压设备，自动阀门，利用本身的力排除流体；4.4.溢流管：溢流管径大于
45、输液管；溢流管：溢流管径大于输液管；5.5.阻火器：低沸点易燃液体贮罐；阻火器：低沸点易燃液体贮罐；6.6.水斗：水斗：往复式压缩机等不能断水的设备；往复式压缩机等不能断水的设备；7.7.泄水装置：泄水装置：室外，停车时排空，防止冻结。室外，停车时排空，防止冻结。四、合理选择仪表计器合控制方案四、合理选择仪表计器合控制方案工艺操作参数的检测、检测点工艺操作参数的检测、检测点控制水平、控制方案控制水平、控制方案第四章第四章工艺流程设计工艺流程设计第一节第一节工艺流程设计的重要性和任务工艺流程设计的重要性和任务第二节第二节工艺流程设计的基本程序和方法工艺流程设计的基本程序和方法第三节第三节工艺流程
46、设计的技术处理工艺流程设计的技术处理第四节第四节工艺流程图工艺流程图一、生产工艺流程示意图一、生产工艺流程示意图工艺流程示意图是在生产路线确定后，物料衡算设计开始前表示生产工艺过工艺流程示意图是在生产路线确定后，物料衡算设计开始前表示生产工艺过程的一种定性图纸，有框图和流程简图两种表示方法，程的一种定性图纸，有框图和流程简图两种表示方法，1.工艺流程框图工艺流程框图以方框和圆框分以方框和圆框分别表示单元过程别表示单元过程的反响，以箭头的反响，以箭头表示物料和载能表示物料和载能介质流向，并辅介质流向，并辅以文字说明。以文字说明。2.工艺流程简图工艺流程简图由物料流程由物料流程和设备组成，和设备组
47、成，以一定的几以一定的几何图形表示何图形表示设备的示意设备的示意图，设备之图，设备之间的竖向关间的竖向关系，全部原系，全部原料、中间体料、中间体及三废名称及三废名称及流向，必及流向，必要的文字解要的文字解释。释。二、物料流程图二、物料流程图工艺流程示意图完成后，开始进行物料衡算，再将物料衡算结果工艺流程示意图完成后，开始进行物料衡算，再将物料衡算结果注释在流程中，即成为物料流程图。它说明车间内物料组成和物注释在流程中，即成为物料流程图。它说明车间内物料组成和物料量的变化，单位以批日计对间歇式操作或以小时计料量的变化，单位以批日计对间歇式操作或以小时计对连续式。从工艺流程示意图到物料流程图，工艺
48、流程就由定对连续式。从工艺流程示意图到物料流程图，工艺流程就由定性转为定量。性转为定量。对应于工艺流程示意图，物料流程图也有两种表示方法对应于工艺流程示意图，物料流程图也有两种表示方法:以方框流程表示单元操作及物料成分和数量；以方框流程表示单元操作及物料成分和数量；将物料衡算和能量衡算结果直接加进工艺流程示将物料衡算和能量衡算结果直接加进工艺流程示意图中，得到物料流程图。意图中，得到物料流程图。左左右右中中参加的参加的原料和原料和中间体中间体副产和排副产和排出的三废出的三废工艺过程工艺过程将物料衡算结果将物料衡算结果直接加进工艺流直接加进工艺流程示意图中程示意图中三、带控制点的工艺流程图三、带
49、控制点的工艺流程图带控制点工艺流程图是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、带控制点工艺流程图是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符号等的一种内容较为设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符号等的一种内容较为详细的工艺流程图，也称生产控制流程图或工艺控制流程图。详细的工艺流程图，也称生产控制流程图或工艺控制流程图。1.1.初步设计阶段初步设计阶段在物料流程图的基础上，加上工艺设备设计和自控设在物料流程图的基础上，加上工艺设备设计和自控设计的结果，是车间布置设计的依据，在车间布置完成计的结果，是车间布置设计的依据，在车间布置完成后，发现某些竖向关系不合理，再对其进行局部
50、修正，后，发现某些竖向关系不合理，再对其进行局部修正，得到正式的带控制点的工艺流程图。得到正式的带控制点的工艺流程图。2.2.施工图设计阶段施工图设计阶段修正初步设计的修正初步设计的PID，按施工要求进一步深化绘制施，按施工要求进一步深化绘制施工阶段的工阶段的PID,作为管道设计的依据。作为管道设计的依据。带控制点的工艺流程图由带控制点的工艺流程图由：物料流程、设备一览表、图例、图鉴、图框组成物料流程、设备一览表、图例、图鉴、图框组成。它应表示出：它应表示出：1.全部工艺设备及竖向关系；全部工艺设备及竖向关系；2.物料和管路及其流向；物料和管路及其流向；3.辅助管路水、汽、真空、压缩空气、冷冻