工藝流程設計的成品通過工藝流程圖來體現化工生產由原料到產品的全部過程既物料和能量的變化，物料的流向以及生產中所經歷的工藝過程和使用的設備和儀表。昌暉儀表從生產方法和工藝流程選擇、原料路線選擇、工藝技術路線選擇、工藝流程設計內容等方面深入介紹化工工藝流程設計的思路、步驟和方法。
 
工藝流程圖集中地概括了整個生產過程的全貌。生產同一化工產品可以采用不同原料，經過不同生產路線而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生產路線，同一生產路線中也可以采用不同的工藝流程。

選擇生產路線也就是選擇生產方法，這是決定設計質量的關鍵。如果某產品只有一種生產方法，就無須選擇；若有幾種不同的生產方法，就應逐個進行分析研究，通過各方面比較篩選一個最好的生產方法，作為下一步工藝流程設計的依據。

生產方法和工藝流程選擇的原則
◆可靠性
流程是否通暢、生產是否安全、工藝是否穩定、消耗定額、生產能力、產品質量和三廢排放是否達到預定指標。
◆適用性
和具體環境、資源和技術的接收能力相適應
◆技術的合理性
技術的生命周期：投入期、成長期、成熟期和衰退期,所選技術應處于成長期
◆先進性
技術上的先進和經濟上的合理可行,應選擇物料損耗小、循環量少，能量消耗少和回收利用好的生產方法 。

原料路線的選擇
一個工業項目的產品可以從幾種原料取，首先遇到的問題就是選擇哪種原料。
1、可靠性
必須保證在其服務期限內有足夠的、穩定的原料來源。例如若是礦石原料，要看它的儲藏量、品位和開采量。凡以經過加工的原材料和部件作為原料的工業項目，最好與供應部門達成協議，以保證供應的可靠性。

2、經濟性
在產品成本中，原料價格是一個重要因素。即要對各種原料投入后對單位成本的影響進行詳細的分析。原料價格受其供求關系變化的影響很大，要根據供求關系對將來的價格進行預測。

3、合理性
這主要是指對資源的綜合利用是否合理。例如煤、石油和天然氣為主要起始原料的合理利用問題：在選擇原料路線時，適當提高化工用煤的比例；油改煤，以節約石油消耗是合理的。

工藝技術路線的選擇
采用一定的原材料生產某種產品，可能有多種生產方法，每種生產方法所使用的生產設備、生產工具和工藝制造過程各不相同，也就是說，有不同的工藝技術路線。每種工藝技術路線的投資費用和日常操作費用也不相同。把幾種不同的工藝技術路線進行技術和經濟比較，挑選出最適合的加以采用，就叫做工藝技術路線的選擇，簡稱技術路線選擇。

工藝流程設計的內容 
化工工藝一般工藝流程
化工工藝一般工藝流程包含原料貯存、原料處理、反應或提取、產品分離、產品精選和儲存包裝幾個環節。

 
1、確定整個工藝流程的組成
確定流程中各生產過程的具體內容、順序和組合方式，是工藝流程設計的基本任務。可用設備之間的位置關系和物料流向來表示。
◆合成氨生產工藝

◆己內酰胺生產工藝


2、確定各個過程或工序的組成
應采用多少和由哪些設備來完成這一生產過程，以及各種設備之間應如何連接，弄明確每臺設備的作用和它的主要工藝參數。
例如：合成氨工藝中的變換工段

變換反應：CO+H₂O→CO₂+H₂
水洗：CO₂+H₂O?H₂CO₃
堿洗：CO₂+NaOH→Na₂CO₃+H₂O
確定載能介質的技術規格和流向。常用的載能介質：水、水蒸汽、冷凍鹽水、空氣(真空或壓縮)

3、確定操作條件和控制方向
確定整個生產工序或每臺設備的各個不同部位要達到和保持的操作條件。
①反應器操作參數的確定
a、溫度
◆可逆反應的平衡(吸熱或放熱)
如：EB?Sty+H₂+△H，采用二段反應，溫度序列為先低后高。
◆考慮反應的選擇性(按主副反應活化能的大小)
如A通過E1活化能的作用會轉化為P，A通過E2活化能的作用會轉化為S，且E1＞E2，則高溫有利于主反應。
◆溫度的限制條件(材質和催化劑的要求)

b、組成
◆某一反應物要求很高的轉化率
例如CO+Cl₂→COCl(光氣)二異氰酸酯的原料，要求不含氯，Cl2的轉化率100%，采取CO過量
◆產物與反應物分離困難
如C₆H₆(苯)+H₂→C₆H₁₂(環己烷)，C₆H₆的Tb=353.1k，C₆H₁₂的Tb=353.9k，苯與環己烷很難分離，因此采取氫氣過量，苯完全反應。
◆反應的濃度效應(濃度對主副反應速率的影響)
◆分離循環費用
 
c、壓力
◆反應速度
◆反應物料的相態(如七項烴化和液相烴化)
◆后續分離要求(希望水冷后就產生氣液兩相)

d、反應的轉化率
◆準化率和所需反應時間的關系
◆各種轉化率下的產品分布
◆反應系統和分離系統的設備價格

②精餾塔工藝參數的確定
a、塔壓(實質上是塔頂塔釜溫度選取的問題)
◆盡量避免真空操作(增加真空泵和塔徑)
◆常壓下能用普通冷卻水冷卻，就不宜采取加壓
◆對于＞1.6MPa時，究竟采用低壓冷凍還是高壓冷卻，需要做方案比較。
b、回流比
◆對于價格高昂的公用工程，取常規R/Rmin(1.11-1.24)的范圍低限。
◆若回收的冷量或熱量可利用，取常規R/Rmin的高限。
◆對于產品純度極高的精密精餾，取較大R/Rmin值(因為取常規R/Rmin較小，塔板數會急劇增加)

③產品純度和回收率
正確選擇產品的純度有重大的經濟意義。

4、確定控制方案
確保各生產工序和每臺設備本身的操作條件，及實現各生產過程之間、各設備之間的正確聯系，需要確定正確控制方案，選用合適的控制儀表。 
 
5、確定安全技術措施
設置相應的預防和應急措施，如阻火器、報警裝置、安全閥、安全水封、放空管、溢流管、泄水裝置、防靜電裝置、防雷裝置和事故貯槽等。

6、原料與能量的合理利用
計算并確定各個生產過程的效率，得出全裝置的最佳總收率，同時合理地做好能量回收與綜合利用，降低能耗以確定水、電、蒸汽和燃料的消耗

7、制定“三廢”處理方案；
對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于暫時無法回收利用的，則須進行妥善處理

工藝流程設計的內容
1、化工工藝一般工藝流程
工藝流程設計和車間布置設計是決定整個車間(裝置)基本面貌的關鍵性的步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起著決定性的作用。

流程設計的主要任務包括兩個方面：一是確定生產流程中全部生產過程的具體內容、順序和組合方式，達到由原料制得所需產品的目的；二是繪制工藝流程圖，要求以圖解的形式表示生產過程中，當原料經過各個單元操作過程制得產品時，物料和能量發生的變化及其流向，以及采用了哪些化工過程和設備，再進一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。

2、工藝路線確定的步驟
①搜集資料，調查研究
要根據建設項目的產品方案及生產規模，有計劃、有目的地搜集國內外同類型生產廠的有關資料，包括技術路線特點、工藝參數、原材料和公用工程單耗、產品質量、三廢治理以及各種技術路線的發展情況與動向等技術經濟資料。

掌握國內外化工技術經濟的資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。

需要國內外化工技術經濟的資料應涵蓋以下主要內容：
◆基礎資料
地形、氣象、水文、地址、人文地理、原料燃料、動力、交通、施工條件等。
◆生產方式
生產方式及其工藝流程：原料路線、操作規程、控制指標、主要設備等。
◆工藝資料
物料衡算，熱量衡算、設備計算等
◆其他資料
車間布置、非工藝專業資料、及其他與建設項目有關的資料。

搜集設計資料的原則和步驟
a、資料的完整性
全面的、完整的資料數據能夠反映客觀事物的全過程，才能用于設計。
b、資料的正確性
正確的資料數據具有再現性，能反映客觀事物的本質規律，才能用于設計。
c、資料的適用性
科學技術都是有條件依據的，搜集資料要嚴格注意資料的適用條件。
d、資料的恰當性
資料年代的差異會造成技術上的不同，在整理、分析資料時應注意資料恰當性，不可盲目一味追求先進性，要綜合考慮整個設計的技術水平與建設項目的投資總額。

②確定方案，落實設備

設備是完成生產過程的重要條件，是確定技術與工藝流程的時必然要涉及到的因素，因此要足夠重視。

a、確定生產線數目
大型裝置與相同生產能力的數個小型裝置相比優點：節約建設投資，占地少，自動化程度高等；缺點：附屬設備貴，大都無備用設備，出故障只好停車；若以單生產線的大型裝置與生產能力相同的雙生產線小型裝置相比，開工率高時，則大型裝置的經濟效益好。假如開工率不足或生產負荷常變化，尤其是幾種牌號的產品經常換產時，則雙線小裝置的經濟效益好。因此對于生產規模較大，涉及到是否實施大型化時需仔細分析比較。

b、確定操作方式
盡量采用連續化操作方式。有時也采用間歇與連續聯合操作化方式。有些過程采用間歇操作反而更有利些，如用蒸餾釜處理精餾塔塔釜的高沸點殘液。

c、確定主要生產過程
先抓住全流程的核心---反應過程,從它入手來逐步建立與之相應的生產過程。即原料→預處理過程→反應過程→產物后處理。

d、確定輔助過程
降低能耗，提高能量利用率的過程。如反應熱、位能、靜壓能等的利用。三廢處理過程。為穩定生產而設立的過程(如緩沖、中間貯存)。

e、合理確定操作條件
如高壓反應過程，要求在原料貯罐到反應器間必須設立升壓過程和相應的壓縮機，而在反應器到產品間必須設立減壓過程和相應的設備。又如確定了反應器內的操作溫度和允許波動范圍，就要相應地設立供熱或移熱設施及手段(如夾套內泠管等)，同時建立自動調劑溫度的控制系統。

f、考慮流程的彈性和進行設備設計
即全流程設計要考慮綜合生產能力的彈性:應估計全年生產的不均衡性,各過程間所選設備的操作周期及其不均衡性,還要考慮因生產管理和外部條件等因素可能產生負荷的波動,這些均通過調研和參加生產實踐來確定彈性的適宜幅度。對設備的余度的考慮:原則上既不超過又不少于設計負荷,并且盡可能使各臺設備的能力一致,以避免由于設備能力不平衡而造成浪費。在考慮了全裝置的彈性和各設備的余度以后,就可進行設備選型和設計計算了。

g、確定控制系統
要根據各過程間是如何連接的、各過程又靠什么操作手段來實現的等等來確定它們的控制系統。要考慮正常生產、開停車和檢修所需的各個過程的連接方法,此外還要增補遺漏的管線、閥門、過濾密封系統,以及采樣、放凈、排空、連通設施,逐步完善控制系統。
注意：在這個過程中，與自控專業共同商定控制水平,進而設計全流程的控制系統和儀表系統,畫在流程圖上，完成PID。

h、逐步完善和簡化所設計的流程
要從各方面著手來逐步完善和簡化：考慮到開停車和事故處理等問題，因而設置事故貯槽，增加備用設備以利于必要時可以切換使用。有時需設置自動往聚合設備內加終止劑的裝置。
盡量簡化對水汽泠凍系統的要求，盡可能采用單一系統。當裝置本身需要用到幾種不同壓力的蒸汽時，應當盡可能簡化或統一對蒸汽壓力的要求。
盡量減少物料循環量，在切實可行的基礎上采用新技術，提高單程轉化率以及簡化流程等等。

③全面分析，對比比較
 
應當盡量從實際可能出發，多搞一些流程設計方案，然后進行全面的綜合比較，從中找出最優的方案作為流程設計的成果。

工藝流程設計方法


首先要看所確定的生產方法是正在生產或曾經運行過的成熟工藝，還是待開發的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進或局部采用新技術、新工藝的問題；后者須針對新技術開發進行概念設計。

以反應過程為核心，以方案比較作決定
1、定反應器
根據反應過程的特點、產品要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用反應器類型及決定采用連續操作，還是間歇性操作。
有些產品不適合連續化操作，如同一生產裝置生產多品種或多牌號產品時，用間歇操作，更為方便。
物料反應過程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應裝置上增加相應的適當措施。
如果反應需要在催化劑存在下進行，就須考慮催化反應的方式和催化劑的選擇。
一般說確定主反應過程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結果。現有工業化裝置可以借鑒、參考，因此并不復雜。

2、設計原料預處理過程
根據反應特點，必然對原料提出要求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等，以保證反應過程的實現。
原料預處理過程：固體：粉碎、溶解---目數、濃度、純度液體：配制、混合---濃度、均一氣體：配比、壓縮---濃度、輸送
原料預處理過程可以牽涉到：粉碎、篩分、配制、混合、壓縮、提純等單元操作。這些操作過程主要根據原料的性質及處理方法選擇不同的裝置進行組合。因此，設計的工藝流程就有所不同。

3、設計產物的后處理過程
根據反應原料的特性和產品的質量要求，以及反應過程的特點，實際反應過程可能會出現下列情況:
①除了獲得目的產物外，由于存在副反應，還生成了副產物。
②由于反應時間等條件的限制或受反應平衡的限制，以及為使反應盡可能完全而有過剩組分。
③原料中含有的雜質往往不是反應需要的，在原料的預處理中并未除凈，因而在反應中將會帶入產物中，或者雜質參與反應而生成無用且有害的物質。
④產物的集聚狀態要求，也增加了后處理過程。某些反應過程是多相的，而最終產物是固態的。
因此用于產物的凈化、分離的化工單元操作過程，往往是整個工藝過程中最復雜、最關鍵的部分。
產品分離包括：固液分離---過濾、離心液液分離---蒸發、精餾、萃取氣液分離---吸收
產品分離牽涉到的單元過程：過濾、離心、蒸發、精餾、萃取、吸收等單元操作過程。這些單元操作過程，同樣應根據被分離產物的特征，設計與之相適應的單元過程。
產品精制：對產物進一步純化，以滿足產品的質量要求。液體---精餾、濃縮、結晶固體---重結晶氣體---吸收
產品精制牽涉到的單元過程：精餾、濃縮、結晶、重結晶等單元操作過程。這些單元操作過程，同樣應根據產品的質量要求，設計與之相適應的單元過程。

4、設計產品的后處理過程
經精制后的產物，成為最終的產品還需要干燥、包裝、儲運等過程。  固體---干燥、包裝 液體---灌裝氣體---灌裝
儲運包裝過程牽涉到的單元操作過程有：干燥、計量、包裝等過程，應根據產品的特性進行設計工藝過程。

5、設計未反應原料的循環或利用以及副產物的處理
由于反應不是全部，剩余組分在產物處理中被分離出來，一般應循環回到反應設備中繼續參與反應。

6、確定“三廢”排出物的處理措施
在生產過程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應盡量綜合利用，變廢為寶，加以回收。無法回收的應妥善處理。“三廢”中如含有有害物質，在排放前應該達到排放標準。
因此在化工開發和工程設計中必須研究和設計治理方案和流程，要做到“三廢”治理與環境保護工程、“三廢”治理工藝與主產品工藝同時設計、同時施工，而且同時投產運行。按照國家有關規定，如果污染問題不解決，是不允許投產的。

7、確定公用工程的配套措施
在生產工藝流程中必須使用的工藝用水(包括作為原料的軟水、冷卻水、溶劑用水以及洗滌用水等)、蒸汽(原料用汽、加熱用汽、動力用汽及其他用汽等)、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空都是工藝中要考慮的配套設施。
至于生產用電、上下水、空調、采暖通氣都是應與其他專業密切配合的。

8、確定操作條件和控制方案
一個完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投產后的操作條件確定下來，這也是設計要求。
這些條件包括整個流程中各個單元設備的物料流量(投料量)、組成、溫度壓力等，并且提出控制方案(與儀表控制專業密切配合)以確保能穩定地生產出合格產品來。

9、制定切實可靠的安全生產措施
在工藝設計中要考慮到開停車、長期運轉和檢修過程中可能存在各種不安全因素，根據生產過程中物料性質和生產特點，在工藝流程和裝置中，除設備材質和結構的安全措施外，在流程中應在適宜部位上設置事故槽、安全閥、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產。

10、保溫、防腐的設計
這是在工藝流程設計中的最后一項工作，也是施工安裝時最后一道工序。
流程中應根據介質的溫度、特性和狀態以及周圍環境狀況決定管道和設備是否需要保溫和防腐。

以方案比較作決定
工業生產中，一個過程往往可以有多種方法來實現，例如液固混合物的分離，可以用離心、沉降、壓縮和真空過濾等方法；含濕固體的干燥，可以用氣流、雙錐、滾筒、箱式、沸騰等干燥方法，這些也都需要進行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。

一個優秀的工程設計要在多種方案的比較中才能產生。進行方案比較首先要明確判據，工程上常用的判據有產物收率、原材料單耗、能量單耗、產品成本、工程投資等。此外，也要考慮環保、安全、占地面積等因素。

進行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。過程操作參數如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設計者是不能變更的。設計者只能采用各種工程手段和方法，保證實現工藝規定的操作參數。

生產工藝流程設計牽涉面很廣，其目的是把各個生產過程按一定的順序和要求有機地組合起來，進而繪出生產工藝流程圖來知道設備的安裝和指導生產操作。生產工藝流程的設計需要經歷生產工藝流程示意圖、生產工藝流程草圖、帶控制點的生產流程圖三個階段。

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