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化工工艺设计应该怎样做?这篇文章为你梳理思路_亚搏手机在线登录入口

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2022-11-24  点击量:

本文摘要:无论是开发新的化工生产历程,还是设计新的化工装置,化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车、能否到达预计的生产能力和产物质量,最终关系到工厂能否获得最大的经济效益和社会效益。

无论是开发新的化工生产历程,还是设计新的化工装置,化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车、能否到达预计的生产能力和产物质量,最终关系到工厂能否获得最大的经济效益和社会效益。对于正在运行的化工装置,可以通过工艺分析,相识装置物料和能量消耗情况,分析设备运行中存在的问题,为制定革新方案、降低原料和能量消耗、提高产物质量以及挖掘生产潜力提供依据。昨天流程君与大家分享的是化工工艺流程设计基础知识【干货分享|化工工艺流程设计基础知识,坚决收藏!】,现在天推荐的这篇文章,更多地是从全局上思量工艺设计的各个方面。

1、概述要建设一个化工厂,必须具有一批化工工艺专业技术人员,这批化工工艺专业技术人员必须具备下列基本条件。1 、掌握化工基本理论如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反映动力学(化学反映工程)。

2、掌握化工工艺设计方法和技术工艺设计的任务、设计规模、工艺设计人员职责。化工基本理论的应用(化工设计方法)。工艺设计基本法式(工艺设计技术)。工艺设计的制品文件(内容及深度)。

工艺设计的质量保证法式。3 、熟悉环保、宁静、消防等方面的法例,部门划定如下:HG 20667-2005 化工建设项目情况掩护设计划定。GB/T50483-2019 化工建设项目情况掩护工程设计尺度。HG 20571-2014 化工企业宁静卫生设计规范。

GB 50016—2014 (2018年版)修建设计防火规范。GB50160-2018石油化工企业设计防火规范。GB50058-2014_爆炸和危险性情况电力装置设计规范。

2、化工项目建设阶段建设项目阶段的划分以工程公司为主体,通常分为三个阶段:项现在期项目建议书→ 批准后即为立项可行性研究陈诉→ 批准后即可展开工程设计工程设计按海内审批要求分为:开端设计 → 批准后建设单元即可开工;施工图设计按国际通例做法分为:工艺设计、基础设计、详细设计。施工、安装、试车、性能考核及国家验收建设项目阶段的划分以建设单元为主体,通常分为四个阶段:项现在期,工程设计,工程建设,工厂投入生产。3、工艺设计内容工艺设计的文件包罗三大内容:文字说明(工艺说明)、图纸、表格。

1 、文字说明(工艺说明)工艺设计的规模。设计基础:生产规模、产物方案、原料,催化剂,化学品,公用工程燃料规格、产物及副产物规格。工艺流程说明:生产方法、化学原理、工艺流程叙述。原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量。

公用工程(包罗水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、氮气)消耗定额及消耗量。三废排放:包罗排放点、排放量、排放组成及建议处置惩罚方法。

装置定员。宁静备忘录(另行成册)。技术风险备忘录(通常为对内使用,另行成册)。

操作指南(通常为对内使用,另行成册。供工艺系统、配管等专业使用)。2、图 纸PFD:是PID的设计依据,供基础设计使用(通常分版次逐版深化)。

包罗全部工艺设备、主要物料管道(表现出流向、物料号)、主要控制回路、联锁方案、加热和冷却介质以及工艺空气收支位置。建议设备部署图:是总图部署、装置部署的依据,供基础设计使用(通常为平面部署图)。凭据工艺流程的特点和要求举行部署。

PCD:通常是设计院内部设计历程文件、最终体现在终版PFD中(通常由自控专业完成)。3 、表 格物料平衡表:包罗物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数(热负荷表现在此表中或PFD图上)。工艺设备数据表:凭据设备形式差别、作用差别以及介质差别可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、搅拌器的等。工艺设备数据表需表现出设备位号、介质名称、操作压力、设计压力、操作温度、设计温度、材质、传念头构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。

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(各设计院均有种种划定的表格)。工艺设备表。取样点汇总表。

装置界区条件表:通常由工艺系统专业来完善并最终揭晓(包罗原质料、公用工程、产物、副产物、收支界区条件等)。4 、增补说明化工工艺专业尚需到场前期事情,主要前期事情有:项目建议书;可行性陈诉体例事情。

项目报价书;投标书、技术文件体例事情。引进项目:包罗询价书、投标书的评标、条约技术附件谈判。大中型团结装置总体计划设计。

4、工艺设计方法1 、工艺门路的选择需思量的因素:原料泉源,经济效益和社会效益(生产成本),情况掩护,其他如操作条件、宁静、消防、投资、工艺先进性,可行性及合理性意见等。2、工艺流程方案优化“洋葱头”模型(由史女士、林霍夫提供的模型)从图中可以看出设计的焦点是反映系统的设计和开发。“洋葱头”模型强调历程开发和设计的有序和分层性质。

▲反映流程优化反映流程优化需要思量的问题较多,问题庞大。如反映动力学、反映收率、催化剂特性、反映历程、反映途径。

反映器的最优操作条件有如何保证反映温度、反映压力、混淆要求、换热要求、各物料配比、给定条件下的生产成本等。▲精馏流程的优化精馏流程如需要分散R个组份,就需要有R-1个精馏塔。精馏优化需要思量:哪种组份为主产物,哪种组份为付产物及产物的规格要求。

精馏流程的优化法1):试探法,主要规则如下:优先使用普通精馏。只管制止减压操作和使用冷量。产物数应最少。

腐蚀性、危险性的组份应优先分出。难分散的组分最后分出。

最大量组份应优先分出。塔顶、塔釜产物最好等摩尔分散。

精馏流程的优化法2):调优法精馏流程的优化法3):数学计划法▲蒸发流程的优化单效、双效、三效蒸发。热泵蒸发、膜式蒸发。多级闪蒸。

强制循环蒸发、自然循环蒸发、。联合蒸发器的类型(尺度、悬框、列文、强制循环蒸发器)举行选择。3 、工艺设备的选择▲反映器反映器的选择要凭据物料性质、稳定性、反映庞大性、产物规模、反映时间、温度、压力等因素综合思量。

▲气液传质设备1) 板式塔:泡罩、浮阀、筛板等。板式塔塔板流体流向漫衍类型可分为U形流,单溢流,双溢流等2) 填料塔:拉西环、鲍尔环、矩鞍环等填料。散堆、规整填料。

实体填料、丝网填料。以上传质设备的选择要凭据分散难易水平、压降巨细、真空(热敏性物料)、物料性质、投资情况、腐蚀情况、物料清洁情况、宁静要求、弹性巨细、发泡等情况选择。▲传热设备按功效分: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。

按结构型式分:接纳二物流换热的换热器从结构上分有以下5种型式A.管壳式(牢固管板式、浮头式、填料函式、U型管式)B.板式(板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式)C.管式(空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式)D.液膜式(升降膜式、刮板薄膜式、离心薄膜式)E.其他型式(板壳式、热管式)以上型式换热器的选择依据是:A.牢固管板式换热器:牢固管板式换热器即两头管板和壳体毗连成一体,由于壳程不易检验和清洗,因此选用牢固管板式换热器时,壳方流体应是较清洁且不易结垢的物料;两流体温差较大(大于60℃)时应思量热赔偿,两流体温差不易大于120℃。B.浮头式换热器:该换热器壳程易清洗,但内垫片易渗漏,适用于需要赔偿热膨胀的换热器,两流体温差大于120℃。

C.U型管式换热器:”该换热器制造、安装利便,造价较低,管程耐高压,但结构不紧凑。适用于高温和高压的场所,且管内流体必须清洁。D.板式换热器板翅式:紧凑、效率高、可多股物料同时换热。使用温度不大于150℃。

螺旋板式:可用于带颗粒物料,物位使用好。不易检验。伞板式:制造简朴、紧凑、易清洗,使用温度不大于150℃,使用压力不大于0.12MPa。波纹板式:紧凑、效率高、易清洗,使用温度不大于150℃,使用压力不大于0.15MPa。

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E.空冷器的选择依据a.空气入口温度(即设计温度)低于38℃。b.热流体的出口温度高于50~65℃,并允许有一定的颠簸规模(3~5℃)。

c.对数平均温差大于40℃。d.流体靠近温度(即热流体的出口温度与冷流体入口温度之差)至少大于15℃。e.管内给热系数小于2325.6W/(m2.K)。

f.冷却水的污垢系数大于0.0002(m2.K)/W。g.水源较远,取水用度大。

h.热流体的凝固点较低(小于0℃)。▲ 化工用泵凭据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、有毒、高温、高压、低温、粘度巨细、挥发性、固体颗粒等因素综合思量,此外还要思量泵的宁静性、可靠性和密封等要求。

▲ 容器(储罐)凭据物料性质、物料的腐蚀性、易燃易爆、有毒、高温、高压、低温、粘度巨细、挥发性、固体颗粒等因素综合思量。储罐按用途大致可分两大类,一类是用于储存,一般指原料储存、中间产物或制品储存,原料及制品储存一般与工厂对外运输有很大关系,中间产物储存与该中间产物的前后装置生产情况有很大关系,例如要思量前后装置生产周期、正常开停车及事故停车情况决议储存量的几多。

这一类一般单独设置罐区。另一类是用于装置内工艺流程中需要的储罐,通常有回流罐(停留时间取5~10分钟),受槽缓和冲罐(通常取20分钟),气液分散罐(通常取2~3分钟),液液分散罐等。5、工艺设计事情法式【关于设计事情流程图,推荐你看一篇流程君曾发过的推文:工程公司设计事情流程图,值得收藏!】6、设备设计压力和温度简直定1 、设备设计压力简直定▲适用规模1)压力容器的设计压力0.1 MPa(G) ≤设计压力≤35 MPa(G)真空度高于2kPa(200mmH2O)2)常压容器的设计压力设计压力低于0.1MPa(G)真空度低于2kPa(200mmH2O)设备设计压力一览表,见下图。

▲设备设计压力确定的原则1) 设备的设计压力是设备和管道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宁静生产的基础上,做到既经济又合理。2) 设备设计压力简直定不仅凭据其正常事情情况下,容器顶部可能到达的最大压力,还应思量该设备所处的系统附加条件(如系统压力变化、宁静阀在系统中相对位置对设计压力的影响等情况)来确定该设备的设计压力。

3) 对蒙受多种差别工况的设备,如某些反映器要适应吹扫、试压、升温还原、化学反映、催化剂再生等多种化工历程的多种事情条件的变化,则该类设备设计压力应向设备专业说明各阶段事情压力及事情温度相应变化的情况。4) 低压下蒸汽外貌冷凝器按全真空条件设计。

5) 对下述特殊情况的设备,应凭据详细情况,按特殊要求确定其设计压力。2 、设备设计温度简直定工艺专业经传热盘算或参考同类装置相同设备的操作条件,确定该设备的事情温度,同时还要思量容器内部介质在事情历程中可能泛起的最高温度。(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事情温度。

(2)容器内介质间接加热或冷却时,设计温度凭据下表选取。(3)容器壁与介质直接接触且有外保温时,设计温度凭据下表。

(4)安装在室外且为液体介质,器壁不保温,壁温受情况温度影响可能小于即是-20°C时,其最低事情温度应思量建厂地域情况温度的影响。7、历程控制方案简直定1 、原 则保证装置运行的平稳、生产宁静、控制简朴适用。

用单回路简朴控制系统可以解决的,决不要用庞大的控制系统。2 、历程控制的分类▲温度控制系统温度控制实质上是一个传热的控制问题。例如在控制换热器加热(或冷却)介质的流入量或改变该介质的入口温度,控制被加热(或冷却)介质的出口温度;或者接纳控制换热管浸没在液体中的换热面积,改变传热面积的手段,调治被加热介质的温度。

▲压力控制系统1) 气体压力气体压力与液位相似,它是系统内收支物料不平衡的怀抱,因而气体的压力控制不是改变流入量就是改变流出量。2) 液体压力由于液体不行压缩性,因而液体的压力控制与流量控制很是相似3) 蒸汽压力常见的锅炉汽包压力控制,精馏塔、蒸发器压力控制,其实质上是传热的控制,系统蒸汽的压力就表征了热平衡的状况。所以在这类控制系统中它的特性在某些方面与温度控制有相仿之处。(4) 液位控制系统一个设备或储罐的液位,表征了它的流入量和流出量之差的累积,在化工生产中,由于生产的一连性,所以液位控制是为物料平衡服务的,液位控制应完成。

保持设备或储罐内的滞留量是在划定的高限和低限之内,使它们具有一定的缓冲能力;在每一种滞留量下,在绝大部门时间内保持入口流量和出口流量之间的平衡;通过容积的缓冲来保持前后工序负荷的平衡,在需要改变流量时,希望能逐步地、平滑地调整流量。(5) 身分控制系统在生产现场中,出问题最多的往往是身分控制系统。身分控制系统的工具也是多容的,且时间常数大,纯滞后时间大。造成身分控制系统事情不良的原因,另有分析器自己结构比力庞大,取样系统和样品预处置惩罚部门事情不良,纯滞后过大等多方面的原因。

一般在选不到合适的身分分析器时,也可以接纳间接的被控变量,如温度、温差等来取代。3 、选用控制仪表的要求准确可靠、敏捷度高、反映迅速、滞后小、使用维护利便。

4 、典型化工单元的控制方案▲反映器 反映控制的要求:1)使反映到达划定的转化率或产物到达划定的浓度。2)使处置惩罚量比力平稳。

例如,在有物料循环的反映系统内,为保持物料平衡,应设置须要的辅助调治系统,如惰性物料的自动放空或清除等。3)为防止工艺参数进入危险区或不正常工况,应设置一些报警、联锁或自动选择性调治系统,当工艺参数超出正常规模时发出信号,当靠近危险区域时,把某些阀门打开、切断或者保持在限定位置。反映控制方案:以反映转化率为控制变量,见下图。

以反映工艺状态变量为控制工具,见下图。▲精馏精馏是常见的液液分散方法,精馏控制主要目的是到达划定的分散要求。主要变量有进料量、组成、温度、操作压力、冷却和加热介质、压力及温度的变换。

精馏控制可分为:按精馏段指标的控制方案 见下图。按提馏段指标的控制方案,见下图。塔顶压力控制方案,见下图。

真空度控制方案,见下图。其它控制方案 ,见下图。▲传热设备控制载体的流量,见下图。控制传热面积,见下图。

控制载体的气化温度,见下图。工艺介质旁路控制,见下图。▲流体输送设备离心泵控制方案,见下图。改变转速的控制方案,见下图。

往复泵(位移式旋转泵)的控制方案,见下图。8、能耗盘算现在人类面临的配合任务是掩护资源、淘汰情况污染、维护生态平衡、实现可连续生长。化工生产中传热历程是经常的发生的事,因此合理使用能源,节约能源消耗是每个化工工艺设计人员应尽的职责。

历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。常用的节能措施有以下几种:选择合适的反映压力或温度。提高反映转化率,淘汰副反映的发生:选择先进的反映器或反映流程,也可以接纳选择性强、转化率高的催化剂。

选择先进的工艺门路和原料门路。选取适宜的设备,优化操作条件,降低分散历程的能耗。选用高效设备和新型绝热质料,如包罗选用效率高的机泵。

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重视废热接纳和能量接纳.在工艺全流程上要思量热能的逐级使用,而且要制止冷热病。9宁静设计1 厂区及各化工装置区内的平面部署消防设计,火灾报警系统应根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)1999年修订版执行;化工生产装置、罐区的爆炸危险区域的划分规范根据《爆炸和火灾危险情况电力装置设计规范》(GB50058-92)执行;化工装置内、罐区及油品装卸区的防雷击、防静电系统应根据《修建物防雷击设计规范》(GB50057-92)2000年版执行;厂区内种种修建物的防火设计应根据《修建设计防火规范》(GBJ16-87)2001年版执行;对于有毒物料的处置惩罚历程设计应根据《工业企业设计卫生尺度》(GBZ1-2002)执行。如果用户有要求,只要不违背上述主要尺度,也可以按用户要求。为了宁静可靠的设计,在工程设计中要凭据条约、项目的详细情况来参照执行适用的尺度规范,在尺度规范里找不到依据时,再辅以相应的设计手册和履历数据。

2一般造成宁静隐患的因素▲设备和机泵等出口堵塞险些所有的容器、泵、压缩机、火焰加热炉或其它设备的出口都可能由于机械故障某人为事故而被堵塞。在这种情况下,泄放载荷通常是指泵、压缩机或其它流动源在泄压条件下所发生的最大流量。▲火灾在化工厂中火灾是很难预测的事故之一,但这种情况可能是发生最大的泄放要求的一个条件。如果在全厂规模可能发生火灾,那么就可以以此条件确定整个泄放系统的规模。

可是由于设备可以分区疏散部署,失火对宁静系统的影响就被限制在一定的区域内。在拥有大量未保温绝热的锗罐区域内,会发生较多的蒸汽。可凭据上述种种履历公式,以确定袒露于火焰中的容器的泄放排量,要凭据所思量的系统与流体的差别选用这些公式。火灾可能使充满蒸汽、充满液体或是混淆相的系统超压。

▲管道破裂当换热器的壳体内侧设计压力与管侧设计压力存在较大差异时(通常比值为1.5比1或更大),低压侧应接纳泄压措施。在设计中通常只思量一根管道破裂。用适当的公式可以算出一根管道破裂的泄放容积。当冷介质接触热流时,应思量到急剧蒸发的影响,同样要思量蒸气突然释放到全液相系统而引起瞬时超压的可能性。

▲控制阀故障应认真预计仪表和控制阀可能失灵的位置,实际上控制阀泛起的故障可能并不在预料的位置。阀门可能被卡住或者是控制回路泛起问题,因此,对这些因素也应提供宁静掩护。

在这种情况下,宁静阀的尺寸设计应以特定控制阀和所涉及的装置的流量系数(制造厂家数据)和压差为依据。▲热膨胀如果把工艺管线在换热器的冷侧隔离,由于从热端输入热量会发生过压,因此在该管线上或换热器的冷端应安装泄压阀掩护。如果设备或管线在充满液体时举行隔离,为防止其中液体的膨胀应安装宁静阀。

太阳辐射或大气温度变化都需要热膨胀掩护,通过宁静阀时的闪蒸也需要思量。▲公用工程故障有时会发生区域性的或全厂规模内的冷却水漏失,这要影响分馏塔和其它用水冷却的设备。

在确定火炬系统规模时,冷却水故障通常是起决议作用的条件。与冷却水系统失灵一样,电源故障可在一个区域或全厂规模内发生,从而发生多种影响。由于各工艺装置中经常用到电泵和电机驱动的空冷器风扇等,所以电源事故会连忙造成用电设备同时停车。

电源事故会成为泄放能力的主要影响因素。仪表空气系统的故障,不管与电源事故有无关系,都应在决议系统的规模时予以思量,原因是气动控制回路会因故障而中断事情。


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