今日流程君將從工藝設計、生產(chǎn)方法、工藝流程選擇、原料路線(xiàn)選擇、工業(yè)技術(shù)路線(xiàn)選擇、工藝流程設計的內容等多方面分享工藝流程設計的知識。
工藝流程設計的成品通過(guò)圖解形式（形象、具體）地表示——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(guò)程既物料和能量的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的工藝過(guò)程和使用的設備儀表。工藝流程圖集中地概括了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全貌。生產(chǎn)同一化工產(chǎn)品可以采用不同原料，經(jīng)過(guò)不同生產(chǎn)路線(xiàn)而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生產(chǎn)路線(xiàn)，同一生產(chǎn)路線(xiàn)中也可以采用不同的工藝流程。選擇生產(chǎn)路線(xiàn)也就是選擇生產(chǎn)方法，這是決定設計質(zhì)量的關(guān)鍵。如果某產(chǎn)品只有一種生產(chǎn)方法，就無(wú)須選擇；若有幾種不同的生產(chǎn)方法，就應逐個(gè)進(jìn)行分析研究，通過(guò)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計的依據。流程是否通暢、生產(chǎn)是否安全、工藝是否穩定、消耗定額、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢排放是否達到預定指標。和具體環(huán)境、資源和技術(shù)的接收能力相適應技術(shù)的生命周期：投入期、成長(cháng)期、成熟期和衰退期,所選技術(shù)應處于成長(cháng)期技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟上的合理可行,應選擇物料損耗小、循環(huán)量少，能量消耗少和回收利用好的生產(chǎn)方法 。 一個(gè)工業(yè)項目的產(chǎn)品可以從幾種原料取，首先遇到的問(wèn)題就是選擇哪種原料。必須保證在其服務(wù)期限內有足夠的、穩定的原料來(lái)源。例如若是礦石原料，要看它的儲藏量、品位和開(kāi)采量。凡以經(jīng)過(guò)加工的原材料和部件作為原料的工業(yè)項目，最好與供應部門(mén)達成協(xié)議，以保證供應的可靠性。在產(chǎn)品成本中，原料價(jià)格是一個(gè)重要因素。即要對各種原料投入后對單位成本的影響進(jìn)行詳細的分析。原料價(jià)格受其供求關(guān)系變化的影響很大，要根據供求關(guān)系對將來(lái)的價(jià)格進(jìn)行預測。例如煤、石油和天然氣為主要起始原料的合理利用問(wèn)題：在選擇原料路線(xiàn)時(shí)，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。采用一定的原材料生產(chǎn)某種產(chǎn)品，可能有多種生產(chǎn)方法，每種生產(chǎn)方法所使用的生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工具和工藝制造過(guò)程各不相同，也就是說(shuō)，有不同的工藝技術(shù)路線(xiàn)。每種工藝技術(shù)路線(xiàn)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(shù)路線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟比較，挑選出最適合的加以采用，就叫做工藝技術(shù)路線(xiàn)的選擇，簡(jiǎn)稱(chēng)技術(shù)路線(xiàn)選擇。工藝流程設計的內容
b、反應物料的相態(tài)（如七項烴化和液相烴化）c、后續分離要求（希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相）a、準化率和所需反應時(shí)間的關(guān)系（1)塔壓(實(shí)質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問(wèn)題）c、對于＞1.6MPa時(shí)，究竟采用低壓冷凍還是高壓冷卻，需要做方案比較。a、對于價(jià)格高昂的公用工程，取常規R/Rmin(1.11~1.24)的范圍低限。b、若回收的冷量或熱量可利用，取常規R/Rmin的高限。c、對于產(chǎn)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(huì )急劇增加）正確選擇產(chǎn)品的純度有重大的經(jīng)濟意義。
（四）確定控制方案
確保各生產(chǎn)工序和每臺設備本身的操作條件，及實(shí)現各生產(chǎn)過(guò)程之間、各設備之間的正確聯(lián)系，需要確定正確控制方案，選用合適的控制儀表。
（五）確定安全技術(shù)措施
設置相應的預防和應急措施，如阻火器、報警裝置、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。
（六）原料與能量的合理利用；
計算并確定各個(gè)生產(chǎn)過(guò)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；
對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于暫時(shí)無(wú)法回收利用的，則須進(jìn)行妥善處理工藝流程設計和車(chē)間布置設計是決定整個(gè)車(chē)間（裝置）基本面貌的關(guān)鍵性的步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起著(zhù)決定性的作用。一是確定生產(chǎn)流程中全部生產(chǎn)過(guò)程的具體內容、順序和組合方式，達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(guò)程中，當原料經(jīng)過(guò)各個(gè)單元操作過(guò)程制得產(chǎn)品時(shí)，物料和能量發(fā)生的變化及其流向，以及采用了哪些化工過(guò)程和設備，再進(jìn)一步通過(guò)圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。
1、搜集資料，調查研究
要根據建設項目的產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規模，有計劃、有目的地搜集國內外同類(lèi)型生產(chǎn)廠(chǎng)的有關(guān)資料，包括技術(shù)路線(xiàn)特點(diǎn)、工藝參數、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以及各種技術(shù)路線(xiàn)的發(fā)展情況與動(dòng)向等技術(shù)經(jīng)濟資料。掌握國內外化工技術(shù)經(jīng)濟的資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術(shù)信息部門(mén)的配合，有時(shí)還要向咨詢(xún)部門(mén)提出咨詢(xún)。
全面的、完整的資料數據能夠反映客觀(guān)事物的全過(guò)程，才能用于設計。正確的資料數據具有再現性，能反映客觀(guān)事物的本質(zhì)規律，才能用于設計。科學(xué)技術(shù)都是有條件依據的，搜集資料要嚴格注意資料的適用條件。資料年代的差異會(huì )造成技術(shù)上的不同，在整理、分析資料時(shí)應注意資料恰當性，不可盲目一味追求先進(jìn)性，要綜合考慮整個(gè)設計的技術(shù)水平與建設項目的投資總額。
2、確定方案，落實(shí)設備
設備是完成生產(chǎn)過(guò)程的重要條件，是確定技術(shù)與工藝流程的時(shí)必然要涉及到的因素，因此要足夠重視。大型裝置與相同生產(chǎn)能力的數個(gè)小型裝置相比優(yōu)點(diǎn)：節約建設投資，占地少，自動(dòng)化程度高等；缺點(diǎn)：附屬設備貴，大都無(wú)備用設備，出故障只好停車(chē)；若以單生產(chǎn)線(xiàn)的大型裝置與生產(chǎn)能力相同的雙生產(chǎn)線(xiàn)小型裝置相比，開(kāi)工率高時(shí)，則大型裝置的經(jīng)濟效益好。假如開(kāi)工率不足或生產(chǎn)負荷常變化，尤其是幾種牌號的產(chǎn)品經(jīng)常換產(chǎn)時(shí)，則雙線(xiàn)小裝置的經(jīng)濟效益好。因此對于生產(chǎn)規模較大，涉及到是否實(shí)施大型化時(shí)需仔細分析比較。盡量采用連續化操作方式。有時(shí)也采用間歇與連續聯(lián)合操作化方式。有些過(guò)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(diǎn)殘液。先抓住全流程的核心---反應過(guò)程,從它入手來(lái)逐步建立與之相應的生產(chǎn)過(guò)程。即原料→預處理過(guò)程→反應過(guò)程→產(chǎn)物后處理。降低能耗，提高能量利用率的過(guò)程。如反應熱、位能、靜壓能等的利用。三廢處理過(guò)程，為穩定生產(chǎn)而設立的過(guò)程(如緩沖、中間貯存)。如高壓反應過(guò)程，要求在原料貯罐到反應器間必須設立升壓過(guò)程和相應的壓縮機，而在反應器到產(chǎn)品間必須設立減壓過(guò)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(dòng)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(shí)建立自動(dòng)調劑溫度的控制系統。即全流程設計要考慮綜合生產(chǎn)能力的彈性:應估計全年生產(chǎn)的不均衡性,各過(guò)程間所選設備的操作周期及其不均衡性,還要考慮因生產(chǎn)管理和外部條件等因素可能產(chǎn)生負荷的波動(dòng),這些均通過(guò)調研和參加生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)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(guò)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(jìn)行設備選型和設計計算了。要根據各過(guò)程間是如何連接的、各過(guò)程又靠什么操作手段來(lái)實(shí)現的等等來(lái)確定它們的控制系統。要考慮正常生產(chǎn)、開(kāi)停車(chē)和檢修所需的各個(gè)過(guò)程的連接方法,此外還要增補遺漏的管線(xiàn)、閥門(mén)、過(guò)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(gè)過(guò)程中，與自控專(zhuān)業(yè)共同商定控制水平,進(jìn)而設計全流程的控制系統和儀表系統,畫(huà)在流程圖上，完成PID。要從各方面著(zhù)手來(lái)逐步完善和簡(jiǎn)化：考慮到開(kāi)停車(chē)和事故處理等問(wèn)題，因而設置事故貯槽，增加備用設備以利于必要時(shí)可以切換使用。有時(shí)需設置自動(dòng)往聚合設備內加終止劑的裝置。盡量簡(jiǎn)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(shí)，應當盡可能簡(jiǎn)化或統一對蒸汽壓力的要求。盡量減少物料循環(huán)量，在切實(shí)可行的基礎上采用新技術(shù)，提高單程轉化率以及簡(jiǎn)化流程等等。
3、全面分析，對比比較
根據反應過(guò)程的特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來(lái)決定采用反應器類(lèi)型及決定采用連續操作，還是間歇性操作。有些產(chǎn)品不適合連續化操作，如同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號產(chǎn)品時(shí)，用間歇操作，更為方便。物料反應過(guò)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(jìn)行，就須考慮催化反應的方式和催化劑的選擇。一般說(shuō)確定主反應過(guò)程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結果?，F有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復雜。根據反應特點(diǎn)，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(guò)程的實(shí)現。原料預處理過(guò)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(guò)程主要根據原料的性質(zhì)及處理方法選擇不同的裝置進(jìn)行組合。因此，設計的工藝流程就有所不同。根據反應原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應過(guò)程的特點(diǎn)，實(shí)際反應過(guò)程可能會(huì )出現下列情況:①除了獲得目的產(chǎn)物外，由于存在副反應，還生成了副產(chǎn)物。②由于反應時(shí)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(guò)剩組分。③原料中含有的雜質(zhì)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(huì )帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參與反應而生成無(wú)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(guò)程。某些反應過(guò)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、分離的化工單元操作過(guò)程，往往是整個(gè)工藝過(guò)程中最復雜、最關(guān)鍵的部分過(guò)濾、離心、蒸發(fā)、精餾、萃取、吸收等單元操作過(guò)程。這些單元操作過(guò)程，同樣應根據被分離產(chǎn)物的特征，設計與之相適應的單元過(guò)程。對產(chǎn)物進(jìn)一步純化，以滿(mǎn)足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。精餾、濃縮、結晶、重結晶等單元操作過(guò)程。這些單元操作過(guò)程，同樣應根據產(chǎn)品的質(zhì)量要求，設計與之相適應的單元過(guò)程。經(jīng)精制后的產(chǎn)物，成為最終的產(chǎn)品還需要干燥、包裝、儲運等過(guò)程。儲運包裝過(guò)程牽涉到的單元操作過(guò)程有：干燥、計量、包裝等過(guò)程，應根據產(chǎn)品的特性進(jìn)行設計工藝過(guò)程。(5)設計未反應原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理由于反應不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來(lái)，一般應循環(huán)回到反應設備中繼續參與反應。 在生產(chǎn)過(guò)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(wú)法回收的應妥善處理?！叭龔U”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應該達到排放標準。因此在化工開(kāi)發(fā)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(huán)境保護工程、“三廢”治理工藝與主產(chǎn)品工藝同時(shí)設計、同時(shí)施工，而且同時(shí)投產(chǎn)運行。按照國家有關(guān)規定，如果污染問(wèn)題不解決，是不允許投產(chǎn)的。 在生產(chǎn)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(dòng)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(chǎn)用電、上下水、空調、采暖通氣都是應與其他專(zhuān)業(yè)密切配合的。一個(gè)完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投產(chǎn)后的操作條件確定下來(lái)，這也是設計要求。這些條件包括整個(gè)流程中各個(gè)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(zhuān)業(yè)密切配合）以確保能穩定地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來(lái)。 (9) 制定切實(shí)可靠的安全生產(chǎn)措施在工藝設計中要考慮到開(kāi)停車(chē)、長(cháng)期運轉和檢修過(guò)程中可能存在各種不安全因素，根據生產(chǎn)過(guò)程中物料性質(zhì)和生產(chǎn)特點(diǎn)，在工藝流程和裝置中，除設備材質(zhì)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(chǎn)。 這是在工藝流程設計中的最后一項工作，也是施工安裝時(shí)最后一道工序。流程中應根據介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周?chē)h(huán)境狀況決定管道和設備是否需要保溫和防腐。 工業(yè)生產(chǎn)中，一個(gè)過(guò)程往往可以有多種方法來(lái)實(shí)現，例如液固混合物的分離，可以用離心、沉降、壓縮和真空過(guò)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(jìn)行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。一個(gè)優(yōu)秀的工程設計要在多種方案的比較中才能產(chǎn)生。進(jìn)行方案比較首先要明確判據，工程上常用的判據有產(chǎn)物收率、原材料單耗、能量單耗、產(chǎn)品成本、工程投資等。此外，也要考慮環(huán)保、安全、占地面積等因素。進(jìn)行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。過(guò)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(shí)現工藝規定的操作參數。生產(chǎn)工藝流程設計牽涉面很廣，其目的是把各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程按一定的順序和要求有機地組合起來(lái)，進(jìn)而繪出生產(chǎn)工藝流程圖來(lái)知道設備的安裝和指導生產(chǎn)操作。生產(chǎn)工藝流程的設計需要經(jīng)歷生產(chǎn)工藝流程示意圖、生產(chǎn)工藝流程草圖、帶控制點(diǎn)的生產(chǎn)流程圖三個(gè)階段。
