化工工藝流程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心。

工藝流程設(shè)計(jì)的成品通過圖解形式（形象、詳細(xì)）地表示一一工藝流

程圖，它反映了化工生產(chǎn)由原料到產(chǎn)品的全部過程既物料和能量的變

更，物料的流向以與生產(chǎn)中所閱歷的工藝過程和運(yùn)用的設(shè)備儀表。

工藝流程圖集中地概括了整個(gè)生產(chǎn)過程的全貌。生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可

以接受不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)路途而制得，即使接受同一原料，也

可接受不同生產(chǎn)路途，同一生產(chǎn)路途中也可以接受不同的工藝流程。

選擇生產(chǎn)路途也就是選擇生產(chǎn)方法，這是確定設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。假如

某產(chǎn)品只有一種生產(chǎn)方法，就無須選擇；若有幾種不同的生產(chǎn)方法，

就應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行分析探討，通過各方面比較篩選一個(gè)最好的生產(chǎn)方法，

作為下一步工藝流程設(shè)計(jì)的依據(jù)。

???

生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則

牢靠性：流程是否通暢、生產(chǎn)是否平安、工藝是否穩(wěn)定、消耗定額、

生產(chǎn)實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢排放是否達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。

適用性：和詳細(xì)環(huán)境、資源和技術(shù)的接收實(shí)力相適應(yīng)

技術(shù)的合理性：技術(shù)的生命周期：投入期、成長期、成熟期和衰退期，

所選技術(shù)應(yīng)處于成長期

先進(jìn)性：技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上的合理可行，應(yīng)選擇物料損耗小、循環(huán)

量少，能量消耗少和回收利用好的生產(chǎn)方法。

???

原料路途的選擇

一個(gè)工業(yè)項(xiàng)目的產(chǎn)品可以從幾種原料取，首先遇到的問題就是選擇哪

種原料。

牢靠性：必需保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠的、穩(wěn)定的原料來源。

例如若是礦石原料，要看它的貯存量、品位和開采量。

凡以經(jīng)過加工的原材料和部件作為原料的工業(yè)項(xiàng)目，最好與供應(yīng)部門

達(dá)成協(xié)議，以保證供應(yīng)的牢靠性。

經(jīng)濟(jì)性：在產(chǎn)品成本中，原料價(jià)格是一個(gè)重要因素。即要對(duì)各種原料

投入后對(duì)單位成本的影響進(jìn)行詳細(xì)的分析。原料價(jià)格受其供求關(guān)系變

更的影響很大，要依據(jù)供求關(guān)系對(duì)將來的價(jià)格進(jìn)行預(yù)料。

合理性：這主要是指對(duì)資源的綜合利用是否合理。

例如煤、石油和自然氣為主要起始原料的合理利用問題：在選擇原料

路途時(shí)，適當(dāng)提高化工用煤的比例；油改煤，以節(jié)約石油消耗是合理

的。

???

工藝技術(shù)路途的選擇

接受確定的原材料生產(chǎn)某種產(chǎn)品，可能有多種生產(chǎn)方法，每種生產(chǎn)方

法所運(yùn)用的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)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(shù)路途。

每種工藝技術(shù)路途的投資費(fèi)用和日常操作費(fèi)用也不相同。把幾種不同

的工藝技術(shù)路途進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，選擇出最適合的加以接受，就

叫做工藝技術(shù)路途的選擇，簡稱技術(shù)路途選擇。

工藝流程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

???

化工工藝一般工藝流程

（一）確定整個(gè)工藝流程的組成

確定流程中各生產(chǎn)過程的詳細(xì)內(nèi)容、依次和組合方式，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)系和物料流始終表示。

合成氨生產(chǎn)工藝

己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝

（二）確定各個(gè)過程或工序的組成

應(yīng)接受多少和由哪些設(shè)備來完成這一生產(chǎn)過程，以與各種設(shè)備之間應(yīng)

如何連接，弄明確每臺(tái)設(shè)備的作用和它的主要工藝參數(shù)。

例如：合成氨工藝中的變換工段

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）。

（三）確定操作條件和限制方向

確定整個(gè)生產(chǎn)工序或每臺(tái)設(shè)備的各個(gè)不同部位要達(dá)到和保持的操作條

件。

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1、反應(yīng)器操作參數(shù)的確定

（1）溫度

（2）組成

（3）壓力

a、反應(yīng)速度

b、反應(yīng)物料的相態(tài)（如七項(xiàng)燃化和液相燃化）

c、后續(xù)分別要求（希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相）

（4）反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率

a、準(zhǔn)化率和所需反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系

b、各種轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)品分布

c、反應(yīng)系統(tǒng)和分別系統(tǒng)的設(shè)備價(jià)格

??

2、精儲(chǔ)塔工藝參數(shù)的確定

（1）塔壓（實(shí)質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問題）

a、盡量避開真空操作（增加真空泵和塔徑）

b、常壓下能用一般冷卻水冷卻，就不宜實(shí)行加壓

c、對(duì)于＞1.6MPa時(shí)，原委接受低壓冷凍還是高壓冷卻，須要做方案

比較。

(2)回流比

a、對(duì)于價(jià)格昂揚(yáng)的公用工程，取常規(guī)R/Rmin(l.1T1.24)的范圍低限。

b、若回收的冷量或熱量可利用，取常規(guī)R/Rmin的高限。

c、對(duì)于產(chǎn)品純度極高的精密精儲(chǔ)，取較大R/Rmin值(因?yàn)槿〕Ｒ?guī)

R/Rmin較小，塔板數(shù)會(huì)急劇增加)

(3)產(chǎn)品純度和回收率

正確選擇產(chǎn)品的純度有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

(四)確定限制方案

確保各生產(chǎn)工序和每臺(tái)設(shè)備本身的操作條件，與實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)過程之間、

各設(shè)備之間的正確聯(lián)系，須要確定正確限制方案，選用合適的限制儀

表。

a、離心泵的流量限制

b、液位限制

、兩個(gè)液相的界面限制（液一液分別）

d、塔壓調(diào)整

（五）確定平安技術(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、平安閥、

平安水封、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。

（六）原料與能量的合理利用

計(jì)算并確定各個(gè)生產(chǎn)過程的效率，得出全裝置的最佳總收率，同時(shí)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

（七）制定“三廢”處理方案

對(duì)全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對(duì)于短暫無法回收利用的，

則須進(jìn)行妥當(dāng)處理

化工工藝流程設(shè)計(jì)任務(wù)和步驟

???

（一）工藝流程圖的設(shè)計(jì)任務(wù)

工藝流程設(shè)計(jì)和車間布置設(shè)計(jì)是確定整個(gè)車間（裝置）基本面貌的關(guān)

鍵性的步驟，對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)和管路設(shè)計(jì)等單項(xiàng)設(shè)計(jì)也起著確定性的作用。

流程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括兩個(gè)方面:

一是確定生產(chǎn)流程中全部生產(chǎn)過程的詳細(xì)內(nèi)容、依次和組合方式，達(dá)

到由原料制得所需產(chǎn)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(chǎn)過程中，當(dāng)原料經(jīng)

過各個(gè)單元操作過程制得產(chǎn)品時(shí)，物料和能量發(fā)生的變更與其流向，

以與接受了哪些化工過程和設(shè)備，再進(jìn)一步通過圖解形式表示出化工

管道流程和計(jì)量限制流程。

???

（二）工藝路途確定的步驟

1搜集資料，調(diào)查探討

要依據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的產(chǎn)品方案與生產(chǎn)規(guī)模，有支配、有目的地搜集國內(nèi)

外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料，包括技術(shù)路途特點(diǎn)、工藝參數(shù)、原材料

和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以與各種技術(shù)路途的發(fā)展?fàn)顩r

與動(dòng)向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。

駕馭國內(nèi)外化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)的資料，僅靠設(shè)計(jì)人員自己搜集是不夠的，

還應(yīng)取得技術(shù)信息部門的協(xié)作，有時(shí)還要向詢問部門提出詢問。

搜集設(shè)計(jì)資料的原則和步驟:

(1)資料的完整性

全面的、完整的資料數(shù)據(jù)能夠反映客觀事物的全過程，才能用于設(shè)計(jì)。

(2)資料的正確性

正確的資料數(shù)據(jù)具有再現(xiàn)性，能反映客觀事物的本質(zhì)規(guī)律，才能用于

設(shè)計(jì)。

(3)資料的適用性

科學(xué)技術(shù)都是有條件依據(jù)的，搜集資料要嚴(yán)格留意資料的適用條件。

(4)資料的恰當(dāng)性

資料年頭的差異會(huì)造成技術(shù)上的不同，在整理、分析資料時(shí)應(yīng)留意資

料恰當(dāng)性，不行盲目一味追求先進(jìn)性，要綜合考慮整個(gè)設(shè)計(jì)的技術(shù)水

平與建設(shè)項(xiàng)目的投資總額。

2確定方案，落實(shí)設(shè)備

設(shè)備是完成生產(chǎn)過程的重要條件，是確定技術(shù)與工藝流程的時(shí)必定要

涉與到的因素，因此要足夠重視。

①確定生產(chǎn)線數(shù)目

大型裝置與相同生產(chǎn)實(shí)力的數(shù)個(gè)小型裝置相比優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約建設(shè)投資，

占地少，自動(dòng)化程度高等；缺點(diǎn)：附屬設(shè)備貴，大都無備用設(shè)備，出

故障只好停車；

若以單生產(chǎn)線的大型裝置與生產(chǎn)實(shí)力相同的雙生產(chǎn)線小型裝置相比，

開工率高時(shí)，則大型裝置的經(jīng)濟(jì)效益好。假如開工率不足或生產(chǎn)負(fù)荷

常變更，尤其是幾種牌號(hào)的產(chǎn)品經(jīng)常換產(chǎn)時(shí)，則雙線小裝置的經(jīng)濟(jì)效

益好。

因此對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模較大，涉與到是否實(shí)施大型化時(shí)需細(xì)致分析比較。

②確定操作方式

盡量接受連續(xù)化操作方式。有時(shí)也接受間歇與連續(xù)聯(lián)合操作化方式。

有些過程接受間歇操作反而更有利些，如用蒸儲(chǔ)釜處理精謂塔塔釜的

高沸點(diǎn)殘液。

③確定主要生產(chǎn)過程

先抓住全流程的核心--反應(yīng)過程，從它入手來逐步建立與之相應(yīng)的生

產(chǎn)過程。

即原料一預(yù)處理過程一反應(yīng)過程一產(chǎn)物后處理。

④確定幫助過程

降低能耗，提高能量利用率的過程。如反應(yīng)熱、位能、靜壓能等的利

用。

三廢處理過程。

為穩(wěn)定生產(chǎn)而設(shè)立的過程（如緩沖、中間貯存）。

⑤合理確定操作條件

如高壓反應(yīng)過程，要求在原料貯罐到反應(yīng)器間必需設(shè)立升壓過程和相

應(yīng)的壓縮機(jī)，而在反應(yīng)器到產(chǎn)品間必需設(shè)立減壓過程和相應(yīng)的設(shè)備。

又如確定了反應(yīng)器內(nèi)的操作溫度和允許波動(dòng)范圍，就要相應(yīng)地設(shè)立供

熱或移熱設(shè)施與手段（如夾套內(nèi)泠管等），同時(shí)建立自動(dòng)調(diào)劑溫度的限

制系統(tǒng)。

⑥考慮流程的彈性和進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)

即全流程設(shè)計(jì)要考慮綜合生產(chǎn)實(shí)力的彈性：應(yīng)估計(jì)全年生產(chǎn)的不均衡

性，各過程間所選設(shè)備的操作周期與其不均衡性，還要考慮因生產(chǎn)管理

和外部條件等因素可能產(chǎn)生負(fù)荷的波動(dòng)，這些均通過調(diào)研和參加生產(chǎn)

實(shí)踐來確定彈性的適宜幅度。

對(duì)設(shè)備的余度的考慮：原則上既不超過又不少于設(shè)計(jì)負(fù)荷，并且盡可能

使各臺(tái)設(shè)備的實(shí)力一樣，以避開由于設(shè)備實(shí)力不平衡而造成奢侈。

在考慮了全裝置的彈性和各設(shè)備的余度以后，就可進(jìn)行設(shè)備選型和設(shè)

計(jì)計(jì)算了。

⑦確定限制系統(tǒng)

要依據(jù)各過程間是如何連接的、各過程又靠什么操作手段來實(shí)現(xiàn)的等

等來確定它們的限制系統(tǒng)。

要考慮正常生產(chǎn)、開停車和檢修所需的各個(gè)過程的連接方法，此外還要

增補(bǔ)遺漏的管線、閥門、過濾密封系統(tǒng)，以與采樣、放凈、排空、連通

設(shè)施，逐步完善限制系統(tǒng)。

留意：在這個(gè)過程中，與自控專業(yè)共同商定限制水平，進(jìn)而設(shè)計(jì)全流程

的限制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)，畫在流程圖上，完成PID。

⑧逐步完善和簡化所設(shè)計(jì)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(shè)置事故貯槽，增加備用設(shè)備以利于必要時(shí)可以切換運(yùn)用。有時(shí)

需設(shè)置自動(dòng)往聚合設(shè)備內(nèi)加終止劑的裝置。

盡量簡化對(duì)水汽泠凍系統(tǒng)的要求，盡可能接受單一系統(tǒng)。當(dāng)裝置本身

須要用到幾種不同壓力的蒸汽時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能簡化或統(tǒng)一對(duì)蒸汽壓力

的要求。

盡量削減物料循環(huán)量，在切實(shí)可行的基礎(chǔ)上接受新技術(shù)，提高單程轉(zhuǎn)

化率以與簡化流程等等。

3全面分析，對(duì)比比較

應(yīng)當(dāng)盡量從實(shí)際可能動(dòng)身，多搞一些流程設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行全面的

綜合比較，從中找出最優(yōu)的方案作為流程設(shè)計(jì)的成果。

工藝流程設(shè)計(jì)方法

首先要看所確定的生產(chǎn)方法是正在生產(chǎn)或曾經(jīng)運(yùn)行過的成熟工藝，還

是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒但須要局部改進(jìn)或局部接受

新技術(shù)、新工藝的問題；后者須針對(duì)新技術(shù)開發(fā)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。

???

(一)以反應(yīng)過程為核心，以方案比較作確定

(1)定反應(yīng)器

依據(jù)反應(yīng)過程的特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來確定接

受反應(yīng)器類型與確定接受連續(xù)操作，還是間歇性操作。

有些產(chǎn)品不適合連續(xù)化操作，如同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號(hào)產(chǎn)

品時(shí)，用間歇操作，更為便利。

物料反應(yīng)過程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應(yīng)裝置上增加相

應(yīng)的適當(dāng)措施。

假如反應(yīng)須要在催化劑存在下進(jìn)行，就須考慮催化反應(yīng)的方式和催化

劑的選擇。

一般說確定主反應(yīng)過程的裝置，往往都有文獻(xiàn)、資料可供參考，或有

中試結(jié)果。現(xiàn)有工業(yè)扮裝置可以借鑒、參考，因此并不困難。

(2)設(shè)計(jì)原料預(yù)處理過程

依據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，必定對(duì)原料提出要求，如純度、溫度、壓力以與加料

方式等，以保證反應(yīng)過程的實(shí)現(xiàn)。

原料預(yù)處理過程：

固體：粉碎、溶解--目數(shù)、濃度、純度；液體：配制、混合-一濃度、

均一；氣體：配比、壓縮-一濃度、輸送。

原料預(yù)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

要依據(jù)原料的性質(zhì)與處理方法選擇不同的裝置進(jìn)行組合。因此，設(shè)計(jì)

的工藝流程就有所不同。

(3)設(shè)計(jì)產(chǎn)物的后處理過程

依據(jù)反應(yīng)原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以與反應(yīng)過程的特點(diǎn)，實(shí)際

反應(yīng)過程可能會(huì)出現(xiàn)下列狀況：

①除了獲得目的產(chǎn)物外，由于存在副反應(yīng)，還生成了副產(chǎn)物。

②由于反應(yīng)時(shí)間等條件的限制或受反應(yīng)平衡的限制，以與為使反應(yīng)盡

可能完全而有過剩組分。

③原料中含有的雜質(zhì)往往不是反應(yīng)須要的，在原料的預(yù)處理中并未除

凈，因而在反應(yīng)中將會(huì)帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參加反應(yīng)而生成無用且

有害的物質(zhì)。

④產(chǎn)物的集聚狀態(tài)要求，也增加了后處理過程。某些反應(yīng)過程是多相

的，而最終產(chǎn)物是固態(tài)的。

因此用于產(chǎn)物的凈化、分別的化工單元操作過程，往往是整個(gè)工藝過

程中最困難、最關(guān)鍵的部分。

產(chǎn)品分別包括：

固液分別-一過濾、離心；液液分別蒸發(fā)、精編、萃?。粴庖悍謩e

--吸取。

產(chǎn)品分別牽涉到的單元過程:

過濾、離心、蒸發(fā)、精儲(chǔ)、萃取、吸取等單元操作過程。這些單元操

作過程，同樣應(yīng)依據(jù)被分別產(chǎn)物的特征，設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的單元過程。

產(chǎn)品精制：

對(duì)產(chǎn)物進(jìn)一步純化，以滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。液體-一精儲(chǔ)、濃縮、結(jié)

晶；固體--重結(jié)晶；氣體---吸取。

產(chǎn)品精制牽涉到的單元過程：

精儲(chǔ)、濃縮、結(jié)晶、重結(jié)晶等單元操作過程。這些單元操作過程，同

樣應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的單元過程。

(4)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的后處理過程

經(jīng)精制后的產(chǎn)物，成為最終的產(chǎn)品還須要干燥、包裝、儲(chǔ)運(yùn)等過程。

固體-一干燥、包裝；液體--灌裝；氣體-一灌裝。

儲(chǔ)運(yùn)包裝過程牽涉到的單元操作過程有：干燥、計(jì)量、包裝等過程，

應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝過程。

(5)設(shè)計(jì)未反應(yīng)原料的循環(huán)或利用以與副產(chǎn)物的處理

由于反應(yīng)不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分別出來，一般應(yīng)循環(huán)

回到反應(yīng)設(shè)備中接著參加反應(yīng)。

確定“三廢”排出物的處理措施:

在生產(chǎn)過程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應(yīng)盡量綜合利

用，變廢為寶，加以回收。無法回收的應(yīng)妥當(dāng)處理?！叭龔U”中如含

有有害物質(zhì)，在排放前應(yīng)當(dāng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

因此在化工開發(fā)和工程設(shè)計(jì)中必需探討和設(shè)計(jì)治理方案和流程，要做

到“三廢”治理與環(huán)境愛惜工程、“三廢”治理工藝與主產(chǎn)品工藝同

時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工，而且同時(shí)投產(chǎn)運(yùn)行。依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，假如污

染問題不解決，是不允許投產(chǎn)的。

(7)確定公用工程的配套措施

在生產(chǎn)工藝流程中必需運(yùn)用的工藝用水(包括作為原料的軟水、冷卻

水、溶劑用水以與洗滌用水等)、蒸汽(原料用汽、加熱用汽、動(dòng)力

用汽與其他用汽等)、壓縮空氣、氮?dú)獾纫耘c冷凍、真空都是工藝中

要考慮的配套設(shè)施。

至于生產(chǎn)用電、上下水、空調(diào)、采暖通氣都是應(yīng)與其他專業(yè)密切協(xié)作

的。

(8)確定操作條件和限制方案

一個(gè)完善的工藝設(shè)計(jì)除了工藝流程等以外，還應(yīng)把投產(chǎn)后的操作條件

確定下