第04章-工藝流程設(shè)計(jì)

TECHNOLOGICAL

PROCESSDESIGN

13.1Introduction3.2TechnologyofProcessDesign3.3ProcessFlow-sheetChapter3TechnologicalProcessDesign工藝流程設(shè)計(jì)3.1Introduction生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)試驗(yàn)工藝流程設(shè)計(jì)僅有文獻(xiàn)資料，尚未進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)成熟、大量生產(chǎn)4.1.1RoleofProcessDesign4.1.2ContentofProcessDesign4.1.3FundamentalProgramofProcessDesign4.1.4AchievementofProcessDesign3.1Introduction工藝流程設(shè)計(jì)是在確定的原料路線和技術(shù)路線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的中心。工藝流程設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中最重要、最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟，對(duì)后續(xù)的物料衡算、工藝設(shè)備設(shè)計(jì)、車間布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)等單項(xiàng)設(shè)計(jì)起著決定性的作用，并與車間布置設(shè)計(jì)一起決定著車間或裝置的基本面貌。3.1.1RoleofProcessDesign

工藝流程設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容：1.確定工藝流程的組成確定流程中各生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式，是工藝流程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)?？捎迷O(shè)備之間的位置關(guān)系和物料流向來表示。3.1.2ContentofProcessDesign2.確定載能介質(zhì)的技術(shù)規(guī)格和流向常用的載能介質(zhì)：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法主要工藝參數(shù)有溫度、壓力、濃度、流量、流速和pH值等。3.1.2ContentofProcessDesign

4.確定安全技術(shù)措施設(shè)置相應(yīng)的預(yù)防和應(yīng)急措施，如阻火器、報(bào)警裝置、爆破片、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。3.1.2ContentofProcessDesign5.繪制不同深度的工藝流程圖初步設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)工藝流程框圖工藝流程示意圖物料流程圖帶控制點(diǎn)的工藝流程圖施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。

3.1.2ContentofProcessDesign3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign工藝流程設(shè)計(jì)的基本程序工藝路線的選擇確定工藝流程的組成和順序工業(yè)化實(shí)施的可行性、可靠性和先進(jìn)性；關(guān)鍵設(shè)備和特殊工藝條件或參數(shù)容易實(shí)現(xiàn)或達(dá)到明確各單元反應(yīng)和單元操作的主要設(shè)備、操作條件和基本操作參數(shù)(如溫度、壓力、濃度等)。在此基礎(chǔ)上，確定各設(shè)備之間的連接順序以及載能介質(zhì)的技術(shù)規(guī)格和流向繪制工藝流程框圖

當(dāng)工藝路線及工藝流程的組成和順序確定之后，可用方框、文字和箭頭等形式定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序，繪制出工藝流程框圖。

在工藝流程框圖的基礎(chǔ)上，分析各過程的主要工藝設(shè)備，以圖例、箭頭和必要的文字說明定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序。繪制工藝流程示意圖3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign

繪制物料流程圖

當(dāng)工藝流程示意圖確定之后，即可進(jìn)行物料衡算和能量衡算。在此基礎(chǔ)上，可繪制出物料流程圖。此時(shí)，設(shè)計(jì)已由定性轉(zhuǎn)入定量。

繪制初步設(shè)計(jì)階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖

當(dāng)物料流程圖確定之后，即可進(jìn)行設(shè)備、管道的工藝計(jì)算以及儀表自控設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，可繪制出初步設(shè)計(jì)階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，并列出設(shè)備一覽表。3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign繪制施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖

初步設(shè)計(jì)階段的工藝流程設(shè)計(jì)經(jīng)審查批準(zhǔn)后，按照初步設(shè)計(jì)的審查意見，對(duì)工藝流程圖中所選用的設(shè)備、管道、閥門、儀表等作必要的修改、完善和進(jìn)一步的說明。在此基礎(chǔ)上，可繪制出施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。3.1.3FundamentalProgramofProcessDesign

在通常的兩階段設(shè)計(jì)即初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)中，初步設(shè)計(jì)階段的主要成果是初步設(shè)計(jì)階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；施工圖設(shè)計(jì)階段的主要成果是施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。3.1.4AchievementofProcessDesign4.2.1ComparisonofDifferentSchemes4.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

4.2.3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning3.2TechnologyofProcessDesign

在進(jìn)行方案比較時(shí)首先應(yīng)明確評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如產(chǎn)物收率、原料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、設(shè)備投資、操作費(fèi)用等均可作為方案比較的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。此外，環(huán)保、安全、占地面積等也是方案比較時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例3-1、例3-2、例3-3、例3-43.2.1ComparisonofDifferentSchemes

實(shí)例3-1

在藥品精制中，粗品常先用溶劑溶解，然后加入活性炭脫色，最后再濾除活性炭等固體雜質(zhì)。假設(shè)溶劑為低沸點(diǎn)易揮發(fā)溶劑，試確定適宜的過濾流程。

解：首先選定過濾速度和溶劑收率為方案比較的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

Example3.1圖3-1常壓過濾方案

采用常壓過濾方案雖可濾除活性炭等固體雜質(zhì)，但過濾速度較慢，因而不宜采用。

SchemeI：AtmosphericFiltration

圖3-2真空抽濾方案

SchemeII：VacuumFiltration

該方案采用真空抽濾方式，過濾速度明顯加快，從而克服了方案I過濾速度較慢的缺陷，但由于出口未設(shè)置冷凝器，因而易造成大量低沸點(diǎn)溶劑的揮發(fā)損失，使溶劑的收率下降，故該方案不太合理。SchemeIII：VacuumFiltration—Condensation圖3-3真空抽濾-冷凝方案

同方案II相比，該方案在出口設(shè)置了冷凝器，以回收低沸點(diǎn)溶劑，從而減少了溶劑的揮發(fā)損失，提高了溶劑的收率，因而較為合理。

SchemeIV：PressureFiltration圖3-4加壓過濾方案

該方案是在壓濾器上部通入壓縮空氣或氮?dú)?，即采用加壓過濾方式，過濾速度快，且溶劑的揮發(fā)損失很少，因而最為合理。

實(shí)例3-2

用混酸硝化氯苯制備混合硝基氯苯。已知混酸的組成為：HNO347%、H2SO449%、H2O4%；氯苯與混酸中HNO3的摩爾比為1：1.1；反應(yīng)開始溫度為40~55oC，并逐漸升溫至80oC；硝化時(shí)間為2h；硝化廢酸中含硝酸小于1.6%，含混合硝基氯苯為獲得混合硝基氯苯量的1%。試通過方案比較，確定適宜的硝化及后處理工藝流程。解：首先選定混合硝基氯苯的收率以及硫酸、硝酸及氯苯的單耗作為方案比較的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。Example3.2SchemeI：Nitration—Separation

圖3-5硝化-分離方案

SchemeII：Nitration—Separation—Extraction圖3-6硝化-分離-萃取方案

SchemeIII：Nitration—Separation—Extraction—Condensation

圖3-7硝化-分離-萃取-濃縮方案

例3-3

在加壓連續(xù)釜式反應(yīng)器中，用混酸硝化苯制備硝基苯。已知混酸組成為：HNO35%、H2SO465%、H2O30%；苯與混酸中HNO3的摩爾比為1：1.1；反應(yīng)壓力為0.46MPa，反應(yīng)溫度為130oC；反應(yīng)后的硝化液進(jìn)入連續(xù)分離器，分離出的酸性硝基苯和廢酸的溫度約為120oC；酸性硝基苯經(jīng)冷卻、堿洗、水洗等處理工序后送精制工段。試以單位能耗為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確定適宜的工藝流程。解：以單位能耗為方案比較的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確定適宜的工藝流程。

Example3.3SchemeI：Water-coolingindirectlyandAtmosphericCondensation圖3-8間接水冷-常壓濃縮方案

SchemeII：FeedPreheatingandCondensedinflashdistillation圖3-9原料預(yù)熱-閃蒸濃縮方案

例3-4

甲苯用濃硫酸磺化制備對(duì)甲苯磺酸的反應(yīng)方程式為

已知反應(yīng)在間歇釜(磺化釜)中進(jìn)行，磺化反應(yīng)速度與甲苯濃度成正比，與硫酸含水量的平方成反比。為保持較高的反應(yīng)速度，可向甲苯中慢慢加入濃硫酸。同時(shí)，應(yīng)采取措施將磺化生成的水及時(shí)移出磺化釜。試通過方案比較，確定適宜的脫水工藝流程。解：磺化過程中產(chǎn)生的水能否及時(shí)移走以及脫水后的甲苯能否及時(shí)返回磺化釜可作為方案比較的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

Example3.4SchemeI：BatchDehydration圖3-10間歇脫水方案

SchemeII：ContinuousDehydration

圖3-11連續(xù)脫水方案

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是由一系列單元操作或單元反應(yīng)過程所組成的。在工藝流程設(shè)計(jì)中，常以單元操作或單元反應(yīng)為中心，建立與之相適應(yīng)的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

在設(shè)計(jì)和完善工藝流程時(shí)，常以單元操作或單元反應(yīng)所涉及的主要設(shè)備為單位，標(biāo)明進(jìn)料和出料的名稱、組成及工藝條件；根據(jù)單元操作或單元反應(yīng)過程的溫度、熱效應(yīng)等情況，確定傳熱設(shè)備和載能介質(zhì)的技術(shù)規(guī)格；根據(jù)單元操作或單元反應(yīng)過程的參數(shù)顯示和控制方式，確定儀表和自動(dòng)控制方案；根據(jù)單元操作或單元反應(yīng)過程的燃燒、爆炸、毒害情況，確定相應(yīng)的安全技術(shù)措施；根據(jù)單元操作或單元反應(yīng)過程所產(chǎn)生的污染物，確定相應(yīng)的污染治理方案等等。

例3-5

工業(yè)生產(chǎn)中，硝化混酸的配制常在間歇攪拌釜中進(jìn)行，試以攪拌釜為中心，完善硝化混酸配制過程的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

●首先，配制混酸需有一臺(tái)帶有夾套的攪拌釜。

●

其次，混酸配制采用間歇操作，是間歇過程。為保證硫酸與硝酸的配比，應(yīng)設(shè)置硫酸計(jì)量罐和硝酸計(jì)量罐。

●

第三，在工業(yè)生產(chǎn)中，要配制一定濃度的混酸，通常并不加水調(diào)節(jié)，而是用硝化后回收的廢酸來調(diào)節(jié)。因此，還應(yīng)設(shè)置廢酸計(jì)量罐。

●第四,要設(shè)置硫酸貯罐、硝酸貯罐和廢酸貯罐。

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

●第五，在配制工業(yè)混酸時(shí)需考慮將硫酸、硝酸和廢酸由貯罐送入計(jì)量罐的方式。如采用泵輸送時(shí)，則應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的送料泵。此外，在計(jì)量罐和貯罐之間應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的溢流管。

●第六，為了貯存配制好的硝化混酸，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的混酸貯罐。

最后設(shè)計(jì)出工業(yè)混酸配制過程的工藝流程如圖3-12所示。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

圖3-12混酸配制過程的工藝流程示意圖

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

例3-6

在合成抗菌藥諾氟沙星的生產(chǎn)中，以對(duì)氯硝基苯為原料制備對(duì)氟硝基苯的反應(yīng)方程式為反應(yīng)擬在間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，試以反應(yīng)器為中心，完善反應(yīng)過程的工藝流程。3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

圖3-13氟化反應(yīng)過程的工藝流程示意圖

3.2.2PerfecttheTechnologicalProcess

1.SelectionofOperationModes2.ImprovementofutilizationratioofEquipment3.RecoveryandUtilizationoffeed4.RecoveryandUtilizationofEnergy5.SafetyPrecautions6.SelectionofmetersandControlSystem3.2.3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning產(chǎn)品的生產(chǎn)方式連續(xù)生產(chǎn)間歇生產(chǎn)聯(lián)合生產(chǎn)方式。1.SelectionofOperationModes

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是由一系列單元操作或單元反應(yīng)過程所組成的，在工藝流程設(shè)計(jì)中，保持各單元操作或單元反應(yīng)設(shè)備之間的能力平衡，提高設(shè)備利用率，是設(shè)計(jì)者必須考慮的技術(shù)問題。2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment

例3-7

某產(chǎn)品的生產(chǎn)過程由磺化、冷卻中和、濃縮三道工序組成，磺化液和中和液均為液態(tài)，磺化釜的操作周期為12h，冷卻中和釜的操作周期為4h，濃縮釜的操作周期為8h。試確定適宜的設(shè)備配置方案。

解：該產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有多種不同的設(shè)備配置方案。

2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment設(shè)備名稱磺化釜冷卻中和釜濃縮釜備注操作周期/h1248方案I設(shè)備臺(tái)數(shù)111111日總操作批數(shù)111每臺(tái)設(shè)備日閑置時(shí)間/h122016方案II設(shè)備臺(tái)數(shù)1110.50.50.5日總操作批數(shù)222每臺(tái)設(shè)備日閑置時(shí)間/h0168方案III設(shè)備臺(tái)數(shù)111磺化釜與冷卻中和釜之間以及冷卻中和釜與濃縮釜之間均設(shè)置中間貯罐0.50.251/3日總操作批數(shù)243每臺(tái)設(shè)備日閑置時(shí)間/h080方案IV設(shè)備臺(tái)數(shù)211磺化釜與冷卻中和釜之間以及冷卻中和釜與濃縮釜之間均設(shè)置中間貯罐0.251/61/3日總操作批數(shù)463每臺(tái)設(shè)備日閑置時(shí)間/h000方案V設(shè)備臺(tái)數(shù)212磺化釜與冷卻中和釜之間設(shè)置中間貯罐0.251/61/6日總操作批數(shù)466每臺(tái)設(shè)備日閑置時(shí)間/h000為保持主要設(shè)備之間的能力平衡，提高設(shè)備利用率，設(shè)備臺(tái)數(shù)、批生產(chǎn)能力和操作周期之間應(yīng)滿足下列關(guān)系

(3-1)2.ImprovementofUtilizationRatioofEquipment在工藝流程設(shè)計(jì)中，充分考慮物料的回收與套用，以降低原輔材料消耗，提高產(chǎn)品收率，是降低產(chǎn)品成本的重要措施。如在用混酸硝化氯苯制備混合硝基氯苯的工藝流程設(shè)計(jì)中，在硝化-分層之后增加一道萃取工序，既回收了硝化廢酸中未反應(yīng)的硝酸，又提高了硝基氯苯的收率。同時(shí)，為降低硫酸的單耗，在萃取之后又增加了一道濃縮工序，并用回收的硫酸配制硝化混酸，從而大大降低了硫酸的單耗。

3.RecoveryandUtilizationofFeed又如，許多藥物合成反應(yīng)不能進(jìn)行得十分完全，且大多存在副反應(yīng)，產(chǎn)物也不能從反應(yīng)混合物中完全分離出來，故分離母液中常含有一定數(shù)量的未反應(yīng)原料、副產(chǎn)物和產(chǎn)物。在這些藥物的工藝流程設(shè)計(jì)中，若能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)母液的循環(huán)套用或經(jīng)適當(dāng)處理后套用，則不僅能降低原輔材料消耗，提高產(chǎn)品收率，而且能減少環(huán)境污染。3.RecoveryandUtilizationofFeed再如，在生產(chǎn)中經(jīng)常使用各種有機(jī)溶劑，在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些溶劑的回收與套用。若設(shè)計(jì)得當(dāng)，則可構(gòu)成溶劑的閉路循環(huán)，既降低了溶劑單耗，又減少了環(huán)境污染。3.RecoveryandUtilizationofFeed在工藝流程設(shè)計(jì)中，充分考慮能量的回收與利用，以提高能量利用率，降低能量單耗，是降低產(chǎn)品成本的又一重要措施。如在硝化混酸配制的工藝流程設(shè)計(jì)中,為減少輸送物料能耗,可將計(jì)量罐布置在最上層,攪拌釜居中,貯罐布置在底層。當(dāng)硫酸、硝酸和廢酸由泵輸送至相應(yīng)的計(jì)量罐后,可借助于重力流入攪拌釜,配制好的混酸再借助重力流入混酸貯罐。

4.RecoveryandUtilizationofEnergy又如，在混酸硝化苯制備硝基苯的工藝流程設(shè)計(jì)中，用原料苯代替冷卻水冷卻酸性硝基苯，以及用閃蒸濃縮代替常壓濃縮都是為了回收物料的余熱，以達(dá)到降低能耗和產(chǎn)品成本的目的。4.RecoveryandUtilizationofEnergy

在生產(chǎn)中，所處理的物料常常是易燃、易爆和有毒的物質(zhì)，因此安全問題十分突出。在工藝流程設(shè)計(jì)中，對(duì)所設(shè)計(jì)的設(shè)備或裝置在正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及開車、停車、檢修、停水、停電等非正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下可能產(chǎn)生的各種安全問題，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真而細(xì)致的分析，制訂出切實(shí)可靠的安全技術(shù)措施。5.SafetyPrecautions報(bào)警裝置事故貯槽安全水封、安全閥或爆破片溢流管阻火器設(shè)置排空閥接地裝置防雷裝置

5.SafetyPrecautions

在工藝流程設(shè)計(jì)中，對(duì)需要控制的工藝參數(shù)如溫度、壓力、濃度、流量、流速、pH值、液位等，都要確定適宜的檢測(cè)位置、檢測(cè)和顯示儀表以及控制方案?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)儀表和自控水平的要求越來越高，儀表和自控水平的高低在很大程度上反映了設(shè)計(jì)和工廠的技術(shù)水平。6.SelectionofmetersandControlSystem

工藝流程圖是以圖解形式表示的工藝流程，在工藝流程設(shè)計(jì)的不同階段，工藝流程圖的深度是不同的。在通常的兩階段設(shè)計(jì)中，初步設(shè)計(jì)階段需繪制工藝流程框圖、工藝流程示意圖、物料流程圖和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；在施工圖設(shè)計(jì)階段需繪制施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。3.3ProcessFlowsheet

工藝流程框圖是在工藝路線和生產(chǎn)方法確定之后，物料衡算開始之前表示生產(chǎn)工藝過程的一種定性圖紙，是最簡(jiǎn)單的工藝流程圖，其作用是定性表示出由原料變成產(chǎn)品的工藝路線和順序，包括全部單元操作和單元反應(yīng)。

3.3.1ProcessFlowsheet圖3-14阿司匹林的生產(chǎn)工藝流程框圖

3.3.2ProcessSchematicdiagram

在工藝流程框圖的基礎(chǔ)上，分析各過程的主要工藝設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，以圖例、箭頭和必要的文字說明定性表示出由原料變成產(chǎn)品的路線和順序，繪制出工藝流程示意圖。

3.3.2ProcessSchematicdiagram圖3-15阿司匹林的生產(chǎn)工藝流程3.3.2ProcessSchematicdiagram

當(dāng)工藝流程示意圖確定之后，即可進(jìn)行物料衡算、能量衡算和設(shè)備的工藝計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，可繪制出物料流程圖。此時(shí)，設(shè)計(jì)已由定性轉(zhuǎn)入定量。3.3.3MaterialFlowsheet圖3-16氯苯硝化的物料流程圖

3.3.3MaterialFlowsheet序號(hào)物料名稱流量/kgh-1HNO3H2SO4H2O氯苯硝基氯苯總計(jì)1補(bǔ)充硫酸

2.40.2

2.62硝酸230

4.7

234.73回收廢酸

237.614.7

252.34配制混酸23024019.6

489.65萃取氯苯

403.418.7422.16硝酸損失2.3

2.37硝化液

909.48粗硝基苯

2.40.26.1569.3578.09分離廢酸5.2237.682.9

5.7331.410氯苯

416.8

416.811萃取廢酸

237.684.44.1

326.112濃縮蒸汽

73.813冷凝液

73.814廢水

69.7

69.715回收氯苯

4.1

4.13.3.3MaterialFlowsheetCB—氯苯；NCB—硝基氯苯；基準(zhǔn)：kgh-1

圖3-17用框圖繪制的氯苯硝化的物料流程圖

(1)FundamentalRequirements(2)RequirementsofFlowsheet(3)MethodsofGraphing(4)SomeAutomaticControlProcesses(5)FlowsheetwithControlPoints3.3.4FlowsheetwithControlPoints表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝設(shè)備。表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝物料和載能介質(zhì)的名稱、技術(shù)規(guī)格及流向。表示出全部物料管道和各種輔助管道(如水、冷凍鹽水、蒸汽、壓縮空氣及真空等管道)的代號(hào)、材質(zhì)、管徑及保溫情況。

(1)FundamentalRequirements表示出生產(chǎn)過程中的全部工藝閥門以及阻火器、視鏡、管道過濾器、疏水器等附件，但無需繪出法蘭、彎頭、三通等一般管件。表示出生產(chǎn)過程中的全部?jī)x表和控制方案，包括儀表的控制參數(shù)、功能、位號(hào)以及檢測(cè)點(diǎn)和控制回路等。(1)FundamentalRequirements圖紙尺寸比例圖線和字體在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，主要工藝物料管道、主產(chǎn)品管道和設(shè)備位號(hào)線用粗實(shí)線(0.9~1.2mm)表示，輔助物料管道用中粗線(0.5~0.7mm)表示。設(shè)備輪廓、閥門、儀表、管件等一般用細(xì)實(shí)線(0.15~0.3mm)繪制。儀表引出線及連接線用細(xì)實(shí)線。此外，流程圖中一般無需標(biāo)注尺寸，但當(dāng)需要注明尺寸時(shí)，尺寸線用細(xì)實(shí)線表示。

(2)RequirementsofFlowsheet1.Equipments

2.Pipelines,pipefittingsandValves3.AutomaticControlandMeters(3)MethodsofGraphing

常用設(shè)備的代號(hào)和圖例為使圖形簡(jiǎn)單明了，設(shè)備上的管道接頭、支腳、支架、基礎(chǔ)、平臺(tái)等一般不需表示。

在流程圖中，當(dāng)有多臺(tái)相同的設(shè)備并聯(lián)時(shí)，可只畫一臺(tái)設(shè)備，其余設(shè)備可分別用細(xì)實(shí)線方框表示，在方框內(nèi)注明設(shè)備位號(hào)，并畫出通往該設(shè)備的支管。1.Equipments

在初步設(shè)計(jì)階段的工藝流程圖中，當(dāng)有多臺(tái)相同的設(shè)備串聯(lián)或輪換使用時(shí),一般只畫1臺(tái)設(shè)備;而在施工階段的工藝流程圖中則應(yīng)根據(jù)需要畫出2臺(tái)或2臺(tái)以上的設(shè)備,以表示清楚。在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中要表示出設(shè)備的名稱和位號(hào)。1.Equipments

圖3-18設(shè)備位號(hào)的表示方法

1.Equipments

設(shè)備位號(hào)應(yīng)與設(shè)備名稱一起標(biāo)注在設(shè)備內(nèi)或附近空白處，位置力求整齊、明顯，必要時(shí)還可由設(shè)備加一引出線。設(shè)備位號(hào)和名稱一般用粗實(shí)線分開，線的上面注明設(shè)備位號(hào)，下面注明設(shè)備名稱。例如1.Equipments

●常見管道、管件和閥門的圖例見附錄五。對(duì)于圖例中沒有的管件或閥門可根據(jù)其特點(diǎn)增補(bǔ)圖例。流程圖中采用的管道、管件和閥門圖例應(yīng)在流程圖或首頁(yè)圖(將設(shè)計(jì)中所采用的部分規(guī)定以圖表的形式繪制成首頁(yè)圖，包括圖紙目錄、設(shè)備一覽表以及各種圖例、符號(hào)、代號(hào)和說明等)中加以說明。2.Pipelines,PipefittingsandValves●在初步設(shè)計(jì)階段的工藝流程圖中，應(yīng)繪出主要管道、閥門、管件和控制點(diǎn)；而在施工圖設(shè)計(jì)階段的工藝流程圖中，則應(yīng)繪出全部管道、閥門、管件和控制點(diǎn)。●物料管線用粗線表示，其它管線用中粗線，控制回路用細(xì)線表示。●在同一流程圖中,當(dāng)兩設(shè)備相距較遠(yuǎn)時(shí),其物料管線仍需連通，不能用文字表示。當(dāng)兩根無聯(lián)系的管線相互交叉時(shí),可將一根畫成連續(xù)實(shí)線,而另一根在交叉處斷開。線條拐彎處可畫成直角。2.Pipelines,PipefittingsandValves流程圖中的管道需與另一流程圖中的管道相連時(shí)，可在管道斷開處用箭頭注明至某設(shè)備或管道的圖號(hào)，即此外，對(duì)于排水或排污管道，應(yīng)用文字說明排入何處。2.Pipelines,PipefittingsandValves●在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，應(yīng)對(duì)每一根管道進(jìn)行標(biāo)注。管道的標(biāo)注方法可按HG20519的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，也可根據(jù)本單位的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，但應(yīng)易于區(qū)別和記憶，滿足施工和安裝要求。一般情況下，管道應(yīng)注明介質(zhì)代號(hào)、管道編號(hào)、管道尺寸和管道等級(jí)，若為隔熱或隔聲管道還應(yīng)增加隔熱或隔聲代號(hào)。管道的標(biāo)注方法如圖3-19所示。2.Pipelines,PipefittingsandValves(a)普通管道

(b)套管

圖3-19管道的標(biāo)注方法

2.Pipelines,PipefittingsandValves常見介質(zhì)的代號(hào)見表3-2。若介質(zhì)代號(hào)在表中沒有規(guī)定，則可補(bǔ)充，但不應(yīng)與表中的代號(hào)相同。

2.Pipelines,PipefittingsandValves

管道編號(hào)可用設(shè)備位號(hào)加管道順序號(hào)表示,其中管道順序號(hào)可用(01~99)表示。如R120303即可表示位號(hào)為R1203的反應(yīng)器上編號(hào)為3的管道。

管道尺寸以mm為單位,只注數(shù)字,不注單位。管道尺寸一般只標(biāo)注管徑,可用公稱直徑表示,也可用外徑和壁厚表示,如573.5等。

2.Pipelines,PipefittingsandValves1.6MPa

管道等級(jí)由管材代號(hào)、單元順序號(hào)和公稱壓力等級(jí)代號(hào)組成，如圖所示。

圖3-20管道等級(jí)的標(biāo)注方法

碳鋼2.Pipelines,PipefittingsandValves

管道的單元順序號(hào)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，由1開始。管材代號(hào)和管道的公稱壓力等級(jí)代號(hào)均用大寫英文字母表示。2.Pipelines,PipefittingsandValves管道的隔熱或隔聲代號(hào)用大寫英文字母表示,如表所示。

2.Pipelines,PipefittingsandValves●在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中應(yīng)繪出全部與工藝過程有關(guān)的檢測(cè)儀表、檢測(cè)點(diǎn)和控制回路。●控制回路中的每一個(gè)儀表或元件都要標(biāo)注儀表位號(hào)。儀表位號(hào)的表示方法如圖所示。

圖3-21儀表位號(hào)的表示方法3.AutomaticControlandMeters

3.AutomaticControlandMeters

●在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，檢測(cè)儀表、顯示儀表的圖例均用圓圈來表示，并用圓圈中間的橫線來區(qū)分不同的安裝位置。3.AutomaticControlandMeters●在帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，儀表的位號(hào)可直接填寫在儀表圖例中。

圖3-23為管道壓力控制點(diǎn)的示意圖。管道中的壓力變化通過變送器(圖中以符號(hào)“”表示)將信號(hào)送至壓力計(jì),并通過它控制調(diào)節(jié)閥的開啟，以調(diào)節(jié)管道內(nèi)的流體壓力,使其保持在正常的操作壓力范圍之內(nèi)。圖3-23管道壓力控制點(diǎn)示意圖3.AutomaticControlandMeters1.ConveyingEquipmentforliquidSubstances2.HeatExchanger

3.Tower

4.Reactor

(4)SomeAutomaticControlProcesses(1)CentrifugalPump

(2)Positive-displacementPump

(3)VacuumPump

(4)Compressor

1.ConveyingEquipmentforliquidSubstancesPumpHorizontalvessel

VerticalVessel

Pipe

離心泵是最常用的液體輸送設(shè)備，其被控變量一般為流量。改變出口閥門的開度或回路閥門的開度或泵的轉(zhuǎn)速均可調(diào)節(jié)離心泵的流量。由于改變泵的轉(zhuǎn)速需要變速裝置或價(jià)格昂貴的變速原動(dòng)機(jī)，且難以做到流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，因而在實(shí)際生產(chǎn)中很少采用。(1)CentrifugalPump

通過改變出口閥門的開度來調(diào)節(jié)流量的自控流程如圖所示。這種方法快速簡(jiǎn)便,且流量連續(xù)變化,因此應(yīng)用非常廣泛。缺點(diǎn)是當(dāng)閥門開度減小時(shí),要多消耗一部分能量,不太經(jīng)濟(jì)。

圖3-24改變出口閥門開度調(diào)節(jié)流量

(1)CentrifugalPump

通過改變回路閥門的開度來調(diào)節(jié)流量的自控流程如圖所示。該法可用于液體流量偏低的場(chǎng)合,缺點(diǎn)是要消耗一部分高壓液體能量,使泵的總效率下降。圖3-25改變回路閥門開度調(diào)節(jié)流量

(1)CentrifugalPump

往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵、旋渦泵等都是常見的容積式泵，此類泵的出口不能堵死，否則泵體內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)急劇升高，造成泵體、管路或電機(jī)的損壞。與離心泵一樣，容積式泵的被控變量一般也是流量，但是，容積式泵不能象離心泵那樣用出口管路上的閥門來調(diào)節(jié)流量。

(2)Positive-displacementPump

容積式泵的流量一般可通過控制回路閥門的開度來調(diào)節(jié),也可通過改變泵的轉(zhuǎn)速或沖程來調(diào)節(jié)。圖3-26是齒輪泵的回路調(diào)節(jié)自控流程,該流程原則上也適用于其它容積式泵的流量調(diào)節(jié)。圖3-26齒輪泵的流量調(diào)節(jié)(2)Positive-displacementPump

在制藥生產(chǎn)中,經(jīng)常需要使用真空泵從設(shè)備或管道內(nèi)抽出氣體,以使其中的絕對(duì)壓強(qiáng)低于大氣壓。常用的真空泵可分為機(jī)械泵和噴射泵兩大類,水環(huán)泵和活塞泵均為常見的機(jī)械泵,水噴射泵和蒸汽噴射泵均為常見的噴射泵。真空泵的被控變量一般為真空度,改變吸入管路或吸入支管閥門的開度均可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的真空度,其自控流程如圖3-27和3-28所示。

(3)VacuumPump

圖3-27改變吸入管路閥

圖3-28改變吸入支管閥門門開度控制真空度開度控制真空度(3)VacuumPump

壓縮機(jī)的控制方案與泵的有很多相似之處，被控變量一般也是流量或壓力。改變進(jìn)口閥門的開度或回旁閥門的開度或壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速均可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的流量。

改變進(jìn)口閥門開度來調(diào)節(jié)流量的自控流程如圖所示。圖3-29改變進(jìn)口閥門開度調(diào)節(jié)流量

(4)Compressor

由于氣體的可壓縮性，該方案對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)也是適用的。但當(dāng)進(jìn)口閥門開度較小時(shí)，會(huì)在壓縮機(jī)進(jìn)口處產(chǎn)生負(fù)壓，這就意味著，吸入同樣體積的氣體，其質(zhì)量流量減少了。當(dāng)負(fù)壓較為嚴(yán)重時(shí)，壓縮機(jī)的效率將顯著下降。(4)Compressor

離心式壓縮機(jī)當(dāng)負(fù)荷(流量)減小至一定程度時(shí),工作點(diǎn)將進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū),并產(chǎn)生一種危害極大的“喘振”現(xiàn)象。此時(shí)壓縮機(jī)及所連接的管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng),并產(chǎn)生噪聲,甚至使壓縮機(jī)遭到損壞。為確保離心壓縮機(jī)能正常穩(wěn)定地工作,對(duì)于單級(jí)葉輪壓縮機(jī),其工作流量一般不小于額定流量的50%;對(duì)多級(jí)葉輪的高壓壓縮機(jī),其工作流量一般不小于額定流量的75~80%。為避免在進(jìn)口處產(chǎn)生嚴(yán)重負(fù)壓或使離心壓縮機(jī)的負(fù)荷低于規(guī)定值,可采用分程控制流程。(4)Compressor

該流程在壓縮機(jī)的進(jìn)出口管路間設(shè)置一條回路，進(jìn)口閥門只能關(guān)小至一定開度,若需要繼續(xù)減少流量,可打開回路閥門,以避免在壓縮機(jī)進(jìn)口處產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)壓或使負(fù)荷低于規(guī)定值。圖3-30壓縮機(jī)流量的分程控制流程

(4)Compressor

壓縮機(jī)的流量調(diào)節(jié)也可采用圖3-25中的控制方案,即通過改變回路閥門的開度來調(diào)節(jié)流量。此外,通過改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量的方案也較為常用,該方案的效率最高,節(jié)能效果最好,缺點(diǎn)是調(diào)速機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。圖3-25改變回路閥門開度調(diào)節(jié)流量

(4)Compressor

2.TubeTypeHeatExchanger

(1)流體無相變

(3)兩側(cè)流體均有相變

(2)一側(cè)流體有相變

2.TubeTypeHeatExchanger

若被控流體為工藝流體，其流量不能改變，則可設(shè)置相應(yīng)的旁路，如圖3-33和3-34所示。利用三通閥來調(diào)節(jié)進(jìn)入換熱器的載熱體流量與旁路流量的比例，不僅可改變進(jìn)入換熱器的載熱體流量，而且可使載熱體的總流量保持不變。

(1)NoPhasetransition

圖3-33冷流體流量的旁路調(diào)節(jié)3-34熱流體流量的旁路調(diào)節(jié)若用蒸汽來加熱工藝流體,則可用調(diào)節(jié)蒸汽壓力的方法來改變其冷凝溫度,從而使傳熱溫差發(fā)生改變,以達(dá)到控制被加熱工藝流體溫度的目的,其自控流程如圖所示。圖3-35調(diào)節(jié)蒸汽壓力控制工藝流體溫度(2)PhaseTransitioninfluidoneside

此外，通過調(diào)節(jié)換熱器中的冷凝水量，使蒸汽冷凝面積發(fā)生改變，也可達(dá)到控制被加熱工藝流體溫度的目的，其自控流程如圖所示。

圖3-36調(diào)節(jié)冷凝面積控制工藝流體溫度(2)PhaseTransitioninfluidoneside

間壁兩側(cè)流體均有相變時(shí)換熱器的控制方案與一側(cè)流體有相變時(shí)的換熱器的控制方案相似。例如，對(duì)于用蒸汽加熱的再沸器、蒸發(fā)器等，其被控變量一般為被加熱流體的汽化速度。采用調(diào)節(jié)蒸汽壓力或傳熱面積的方法，均可達(dá)到控制被加熱流體汽化速度的目的。

(3)PhaseTransitioninbothoffluids

制藥生產(chǎn)中所用的塔設(shè)備種類很多，如精餾塔、吸收塔、吸附塔等。塔設(shè)備的被控變量很多，如溫度、壓力或真空度、流量、液位等。因此，塔設(shè)備的控制過程復(fù)雜，控制方案繁多。現(xiàn)以精餾塔為例，介紹塔設(shè)備的自控流程。(1)壓力控制

(2)溫度控制

(3)流量控制(4)液位控制

3.Tower

3.Towerequipment

3.Tower

板波紋規(guī)整填料

3.Tower—packing

絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料

3.Tower—packing

板波紋規(guī)整填料

3.Tower—Liquiddistributor

對(duì)壓力穩(wěn)定無特殊要求的常壓精餾塔，一般無需設(shè)置壓力控制系統(tǒng)。根據(jù)需要，可在冷凝器或回流罐上設(shè)置一根與大氣相通的壓力平衡管，以保持塔內(nèi)壓力接近于大氣壓力。

(1)PressureControl—PressureDistillationTower改變不凝性氣體抽吸量是控制減壓精餾塔真空度的常用方案，其自控流程如圖3-37所示。

圖3-37改變不凝性氣體抽吸量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower此外，也可在真空泵吸入管路上設(shè)置一吸入支管，改變吸入支管的閥門開度可調(diào)節(jié)吸入的空氣或惰性氣體量，達(dá)到控制全塔真空度的目的。圖3-38旁路吸入空氣或惰性氣體控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

加壓塔的壓力控制不僅影響操作條件和產(chǎn)品質(zhì)量,而且與生產(chǎn)安全密切相關(guān)。根據(jù)塔頂汽相中所含不凝性氣體量的多少,可采取不同的控制方案。

(1)PressureControl—PressureDistillationTower當(dāng)塔頂汽相中不含或僅含微量不凝性氣體時(shí),可通過調(diào)節(jié)冷卻劑流量的辦法來控制全塔的操作壓力,其自控流程如圖所示。該方案投資較少,并可減少冷卻劑的用量。

圖3-39調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

當(dāng)塔頂汽相中含有少量(低于塔頂汽相總量的2%)的不凝性氣體時(shí),可采用分程控制方案。即先用調(diào)節(jié)冷卻劑流量的辦法來控制塔壓,當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開仍不能使塔壓降至規(guī)定的操作壓力時(shí),可打開放空閥,以控制全塔的操作壓力。

圖3-40塔壓的分程控制方案

(1)PressureControl—PressureDistillationTower

當(dāng)塔頂汽相中含有較多的不凝性氣體時(shí),可采用右圖中的控制方案。該方案是通過改變不凝性氣體排放量的辦法，達(dá)到控制全塔操作壓力的目的。

圖3-41改變氣相排放量控制塔壓

(1)PressureControl—PressureDistillationTower改變塔頂冷凝液的回流量是控制塔頂溫度的常用方法。再沸器的溫度一般可通過調(diào)節(jié)加熱劑的流量來控制。塔頂溫度和再沸器溫度的自控流程如圖所示。

圖3-42精餾塔的溫度控制

(2)ControlofTemperature精餾塔的進(jìn)料量、回流量、塔頂出料量、塔釜出料量等流量參數(shù)對(duì)精餾塔的穩(wěn)定操作有重要的影響。精餾塔的進(jìn)料量、回流量的自控流程如圖所示。圖3-43精餾塔的流量控制

(3)ControlofFlow精餾操作,塔釜、回流罐、進(jìn)料貯罐、成品貯罐等的液位均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)和控制系統(tǒng),其中塔釜、回流罐的液位自控流程如圖所示。圖3-44精餾塔的液