化工过程开发与设计 第7章 化工工艺流程设计

第7章 化工工艺流程设计 7.1 概 述 7.2 工艺流程设计的分类 7.3 工艺流程设计 7.4 计算机辅助流程设计

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。

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。

7.3 工艺流程设计 工艺流程设计原则与方法 1 工艺流程图的绘制 2

7.3.1 工艺流程设计原则与方法 1．工艺流程设计的原则 2.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

7.3.1 工艺流程设计原则与方法 3.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

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）制定切实可靠的安全生产措施 （10）保温、防腐的设计

7.3.2 工艺流程图的绘制 1．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7.1 三聚氰胺生产的方框流程图

7.3.2 工艺流程图的绘制 2．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．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

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.2 合成氨厂变换工段工艺流程草图

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.3 某车间的物料流程图

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.4 设备位号的标法

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-1 设备分类代号 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 表7-1 设备分类代号 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 工业炉 F 其他设备 X

7.3.2 工艺流程图的绘制 4．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

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.5 工艺管道仪表流程图

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.6 总流程图中局部系统表示方法 图7.7 隔热层、伴热管标注方法

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-2 工艺流程图中图线的画法 类 别 图线宽度/mm 0.9～1.2 0.5～0.7 0.15～0.3 表7-2 工艺流程图中图线的画法 类 别 图线宽度/mm 0.9～1.2 0.5～0.7 0.15～0.3 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.8 进出流程的物流表示法 图7.9 管道标注

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-3 常见物料代号 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 表7-3 常见物料代号 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 续上表 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7.10 管道等级标注方法

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-4 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 表7-4 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 D 防结露 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.11 带各类阀体的管道标注方法

图7.12 仪表位号图形符号的画法 图7.13 仪表位号标注方法 7.3.2 工艺流程图的绘制 图7.12 仪表位号图形符号的画法 图7.13 仪表位号标注方法

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-5 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 1 孔板 4 转子流量计 表7-5 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 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 3 无孔板取压接头 6 热电偶

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-6 仪表安装位置的图形符号 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 表7-6 仪表安装位置的图形符号 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-7 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 后 继 字 母 表7-7 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 后 继 字 母 功 能 被测变量 修饰词 A 分 析 报 警 N 供选用 B 喷射火焰 O 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 E 电压 检出元件 R 放射性 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 续上表 字母 首 位 字 母 后 继 字 母 功 能 后 继 字 母 功 能 被测变量 修饰词 G 尺 度 后 继 字 母 功 能 后 继 字 母 功 能 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 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

带能源转换的阀门定位器的气动薄膜执行机构 7.3.2 工艺流程图的绘制 表7-8 常用执行机构组合图形符号 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

带人工复位装置的执行机构及带远程复位装置的执行 7.3.2 工艺流程图的绘制 续上表 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

7.3.2 工艺流程图的绘制 图7-14 执行机构和阀组合图形符号示例 (a)气动薄膜调节阀（能源中断时，阀开）； 图7-14 执行机构和阀组合图形符号示例 (a)气动薄膜调节阀（能源中断时，阀开）； (b) 气动薄膜调节阀（能源中断时，阀关） (c)气动活塞式调节阀；(d)气动三通调节阀；(e)气动角形调节阀； (f)电动蝶形调节阀；(g)气动薄膜调节阀（带手轮）；(h)电磁调节阀； (i)带阀门定位器的气动薄膜调节阀

7.4 计算机辅助流程设计 概 述 1 流程模拟软件的组成 2 工艺流程模块计算中应注意的问题 3 工流程模拟软件应用举例 4

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

7.4.1 概述 图7-15 通用流程模拟系统的基本结构

7.4.2 流程模拟软件的组成 1.输入、输出模块 (1)化工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

7.4.2 流程模拟软件的组成 2.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

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

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.工艺流程 图7.16　两段间接冷却流程

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.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

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 图7.17　ASPEN PLUS输入框图

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7-9　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） 2467.5 Ｏ2（kg/h） 7.9 H2O（kg/h） 416.2 温度/℃ 87 压力/kPa 129.6 一冷器出口 2466.3 2465.545 0.03 37.7 37.883 0.49 40 128.92

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 项目 日本某厂数据 ASPEN PLUS模拟结果 误差/% 二冷器出口 Cl2（kg/h） 2466.1 2465.299 0.03 Ｏ2（kg/h） 7.9 H2O（kg/h） 11.5 11.596 0.8 温度/℃ 20 压力/kPa 128.22 干燥后 的 组 成 2466 2465.286 0.029 含水量/10-6 200 0.408（平衡数据） 25 128．22

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