化工工艺设计基础作业
化工工艺设计基础
班级：化工工艺06-2班姓名：汪莉学号:201*3048设计时间：201*.10.15
设计任务书
老板计划投资建设一个制造型企业，但是不知道是什么产品，现把这个任务交给你。请你给老板选择一个产品，不考虑资金问题。
前言
中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。造纸业作为中国重要的基础原材料工业，在国民经济中占据着非常重要的地位。中国造纸工业起步虽晚，但发展较快，进入行业增长快速通道。预计201*-201*年，中国将成为世界第一纸消费大国；到2030年前后，纸消费量可达到2亿吨，甚至更多；30年内，中国将成为世界纸业强国。
项目概述
预计投资不超过五十万规模的中型造纸厂。主要生产生活用纸，文化用纸，书写纸以及纸板等。
工艺设计简要
一、基本建设的程序内容
1.建设前期阶段
包括项目建议书，可行性研究报告，设计计划任务书，初步设计及总概算等内容。
2.建设期阶段
批准的初步设计及总概算，施工安装及开工建设，主管部门验收，移交生产3.生产阶段
移交生产，正式投放，企业经营管理，生产指挥调度，设计回放设计总结
工艺设计步骤
一、选择厂址
主要是符合城市规划，交通便利。有适宜的排污条件和生产条件。接近原材料，经
济合适等。
二、生产方法论述
通过可行性研究报告内容归纳总结。
投资：不超过五十万。
原材料：废纸的回收利用，植物纤维以及在生产过程中的污泥回收。
不同的纸张有不同的质量要求，比如可以用化学机械浆生产新闻纸，用草浆生产文化用纸。在不影响质量的前提下可以添加一些低成本的浆料，降低成本。有时为了改善纸张的默写特性可以合理地选择各种助剂，比如干强剂、染色剂，增白剂，显白剂等功能试剂。
市场需求：市场调查结果表明生产方向，生活用纸，文化用纸，书写纸以及纸板等。交通运输：略员工估算：略环境保护：略三、设计工艺流程及绘制工艺流程图造纸的工艺流程由如下几个主要环节组成：
A．制浆段：原料选择→蒸煮分离纤维→洗涤→漂白→洗涤筛选→浓缩或抄成浆片→储存备用
B．抄纸段：散浆→除杂质→精浆→打浆→配制各种添加剂→纸料的混合→纸料的流送→头箱→网部→压榨部→干燥部→表面施胶（部分）→干燥→压光→卷取成纸
C．涂布段：涂布原纸→涂布机涂布→干燥→卷取→再卷→超级压光D．加工段：复卷→裁切平板（或卷筒）→分选包装→入库结束
1.制浆方法的选用
2.根据产品的质量特点，说明打浆的质量要求，打浆方式和打浆的技术路线，包括打浆设备类型的确定。根据产品的特点和质量要求，确定辅料和助剂的应用。
3.选择抄纸方式及抄纸钱筛选、净化方式。同时要考虑白水循环及处理系统和通风换气系统，包括相应设备类型的确定。
4.废水、废渣的处理。
四、工艺衡算
（一）物料衡算物料衡算的原则：质量守恒定律，即凡引进某一设备和系统的物料必等于操作后所得产物的质量和损失的物料量之和。
其中包括蒸煮、洗涤、漂白造纸等生产过程的浆水平衡计算，碱回收生产过程中的无聊平衡计算，酸法制浆制药生产过程的硫平衡计算等。
物料平衡计算的方法和步骤
一般是按照一吨(如一吨风机干浆或者一顿成品纸)为计算基础，或者每小时的产量为计算基础进行推算。计算按照生产流程的逆方向进行逐步推算。在选择顾数据时要稳妥可靠且要保证一定的先进性。
1.浆水平衡计算
一般以一顿成品纸为计算基础，自完成工段起，以逆流程的顺序进行计算，最后得到单位产品所消耗用的纤维浆料、各种填料盒水等物料量。
2.碱回收生产过程中的物料平衡计算
3.燃烧工段物料平衡计算
主要是钠元素和硫元素的平衡。根据蒸煮条件、各工段碱损失、排出黑液固形物的质量硫和钠的成分，然后在燃烧过程中的平衡，求出补充忙销量、空气用量以及烟气量。
（二）.热量平衡计算
热量平衡计算的原则是能力阿哥守恒，亦即引入某一系统的热量比的关于产品所带出的热量和损失的热量值和。热量平衡计算时，首先分析系统的这种平衡系统，使进出系统的各项热量收支都无遗漏地列出来，是热量衡算的一个关键问题。
1.蒸煮过程的热平衡计算2.漂白过程的热量平衡计算3.造纸车间的热力平衡计算
包括干燥部烘缸用汽和通风换气用汽，在现代纸机上，为了加快纸业干燥速度，提高纸页干燥速度，提高纸页全副水分的均衡性，采用了干网和袋通风，因此还应包括袋通风加热空气。
4.碱回收生产过程的热平衡计算A．燃烧工段热量平衡计算B．苛化工段热量平衡计算
C．石灰回收工段热量平衡计算
五、设备平衡及设备一览表
1.造纸机：主要是由流送、网部、压榨部、干燥部、压光部和卷取部等六个部分组成。主要分为：长网造纸机、圆网造纸机和夹网造纸机。
2.纸料流送设备流浆箱。主要由布浆器、堰池和堰板组成。3.造纸稀释净化系统（还要出气）。4.抄纸机
5.设备一览表，如下
六、非定型设备的设计
1.起贮存作用的池、糟体积的计算2.起混合调量作用的池、槽体积的确定
七、绘制车间布置图
八、泵和风机的设计与选择
（一）选泵的主要依据是流量和扬程以及所输送物体的性质。1.扬程的计算柏努利方程计算:
2.流量的确定
取自生产实际或者物料衡算数据3.选型
根据所确定的流量、扬程及物料性质，查有关泵产品目录选取类型与型号。（二）风机
风机按其排气压力的高低可以分为：通风机，鼓风机和真空泵。按照风压和风量选择风机。1.全风压的计算
2.真空泵的计算与选择
按照生产所需要的单位时间内抽气量和真空度来选择。
抽气量计算：
3.空气加热器的选择计算
空气加热器主要用于直接加热室外冷空气或室内循环空气。加热器加热空气所需热量：
九、确定车间的劳动组织和工作制度
十、提供设计资料和工艺设计说明书
参考文献：
《制浆造纸工艺设计手册》，周景辉主编，201*.8.
《化工工艺设计手册》第三版上，下，化学工业出版社，201*.8《制浆技术回答》，1993年《制浆造纸工艺学》（上册）隆言泉主编，1980年《制浆造纸工艺基本理论与应用》，大连理工大学出版社，1990年
扩展阅读：化工工艺设计基础-个人总结
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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,1.1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.业技术人员必须具备下列基本条件.掌握化工基本理论如化工热力学,流体力学,传热,传质,化学反应动力学(化学反应工程).如化工热力学,流体力学,传热,传质,化学反应动力学(化学反应工程)掌握化工工艺设计方法和技能熟悉环保,安全,消防等方面的法规熟悉环保,安全,消防等方面的法规环保一定的工作经验1.2化工建设项目阶段1.2.1建设项目阶段的划分以工程公司为主体,通常分为三个阶段建设项目阶段的划分以工程公司为主体,项目前期工程设计按国内审批要求分为按国内审批要求分为:批准后建设单位即可开工.初步设计→批准后建设单位即可开工.施工图设计按国际常规做法分为:按国际常规做法分为: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(验收后工厂投入正常运行)施工,安装,试车,性能考核及国家验收(验收后工厂投入正常运行)建设项目阶段的划分以建设单位为主体,1.2.2建设项目阶段的划分以建设单位为主体,通常分为四个阶段项目前期工程设计工程建设工厂投入生产2.工艺设计的内容和深度工艺设计的文件包括三大内容文件包括三大内容:2.1工艺设计的文件包括三大内容:文字说明(工艺说明)文字说明(工艺说明)
图纸表格文字说明(工艺说明)2.1.1文字说明(工艺说明)工艺设计的范围.工艺设计的范围.设计基础:生产规模,产品方案,原料,催化剂,化学品,公用工程燃料规格,设计基础:生产规模,产品方案,原料,催化剂,化学品,公用工程燃料规格,产品及副产品规格.产品及副产品规格.副产品规格工艺流程说明:生产方法,化学原理,工艺流程叙述.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.原料,催化剂,化学品及燃料消耗定额及消耗量.公用工程(包括水,公用工程(包括水,电,汽,脱盐水,冷冻,工艺空气,仪表空气,氮气)消耗脱盐水,冷冻,工艺空气,仪表空气,氮气)定额及消耗量.定额及消耗量.三废排放:包括排放点,排放量,三废排放:包括排放点,排放量,排放组成及建议处理方法装置定员安全备忘录(另行成册)安全备忘录(另行成册)技术风险备忘录(通常为对内使用,另行成册)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)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)2.1.2图纸PFD:的设计依据,供基础设计使用(通常分版次逐版深化)PFD:是PID的设计依据,供基础设计使用(通常分版次逐版深化).包括全部工艺设备,主要物料管道(表示出流向,物料号)主要控制回路,,主要控制回路包括全部工艺设备,主要物料管道(表示出流向,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进出位置.方案,加热和冷却介质以及工艺空气进出位置.建议设备布置图:是总图布置,装置布置的依据,供基础设计使用(建议设备布置图:是总图布置,装置布置的依据,供基础设计使用(通常为平面布置图)根据工艺流程的特点和要求进行布置..根据工艺流程的特点和要求进行布置布置图)根据工艺流程的特点和要求进行布置..PCD:通常是设计院内部设计过程文件,PCD:通常是设计院内部设计过程文件,最终体现在终版PFD中(通常由自控专业完成).完成)2.1.3表格物料平衡表工艺设备数据表工艺设备表取样点汇总表装置界区条件表工艺设计方法(化工基本理论的应用)3.工艺设计方法(化工基本理论的应用)3.1工艺路线的选择
原料来源经济效益和社会效益(生产成本)经济效益和社会效益(生产成本)环境保护其它,如操作条件,其它,如操作条件,安全,消防,投资,工艺先进性,可行性,合理性.消防,投资,工艺先进性,可行性,合理性.3.2工艺流程方案优化"洋葱头"模型(由史密斯,林霍夫提供的模型)洋葱头"模型(由史密斯,林霍夫提供的模型)反应系统精馏系统换热网络公用工程
从图中可以看出设计的核心是反应系统的设计和开发.洋葱头"模型强调过程开发和从图中可以看出设计的核心是反应系统的设计和开发.洋葱头"设计的核心是反应系统的设计和开发"设计的有序和分层性质.设计的有序和分层性质.反应流程优化见表-7.4.2(544)反应流程优化见表-7.4.2(P-544)精馏流程的优化蒸发流程的优化工艺设备的选择工艺设备的选择反应器:反应器:气液传质设备:气液传质设备:传热设备:传热设备:4.工艺设计工作程序
项目经理项目建议书可研报告装置平面图专利及专有技术资料工艺设计,基础设计数据开工报告有关会议纪要合同文件化工工艺接受设计条件消化资料确定设计基础展开工艺设计
自控条件工艺控制联锁报警电气条件危险区划分特殊电气要求电气联锁报警总图条件建议布置图设备条件工艺设备数据表分析化验条件取样条件表取样点汇总表配管条件操作原则安全规程指南三废排放一览表公用工程条件表消防条件电信条件采暖,通风,空调条件建,构筑物特性条件提出相关设计条件完成工艺设计成品文件基础设计,详细设计跟踪服务设计完工报告
工艺路线产品方案设计规模年操作时间操作弹性原料,催化剂规格产品和付产品规格公用工程规格界区条件
确定工艺流程方案工艺计算:物料,能量,设备安全生产职业卫生物性数据文字说明
设备表工艺设备数据表建议布置图原料,公用工程消耗确定公用系统方案UFD三废排放量及建议处理方法安全分析危险区划分初版PID(A版)
工艺说明书图纸PFD图物料平衡表建议布置图表格设备表工艺设备数据表界区条件表取样点汇总表
5.设备设计压力和设计温度的确定压力:压力:温度过程控制方案的确定6.过程控制方案的确定6.1过程控制方案确定的原则保证装置运行的平稳,生产安全,控制简单适用.保证装置运行的平稳,生产安全,控制简单适用.用单回路简单控制系统可以解决的,决不要用复杂的控制系统.用单回路简单控制系统可以解决的,决不要用复杂的控制系统.6.2过程控制的分类压力温度流量物位
化学成分和物性数据6.3选用控制仪表的要求准确可靠灵敏度高反应迅速滞后小使用维护方便价格便宜6.4典型化工单元的控制方案6.4.1反应反应控制的要求达到规定的转化率,产品浓度.达到规定的转化率,产品浓度.处理量平稳.处理量平稳.当出现不正常工况时,能报警,联锁或自动选择性调节系统.当出现不正常工况时,能报警,联锁或自动选择性调节系统.反应控制方案7.7.3564)以反应转化率为控制变量见图7.7.3-1(P-564).7.7.3565)以反应工艺状态变量为控制对象见图7.7.3-2(P-565).6.4.2精馏精馏是常见的液液分离方法,精馏控制主要目的是达到规定的分离要求.精馏是常见的液液分离方法,精馏控制主要目的是达到规定的分离要求.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.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:制可分为:7.7.3566)按精馏段指标的控制方案见图7.7.3-3(P-566).7.7.3567)按提馏段指标的控制方案见图7.7.3-4(P-567).7.7.3568)塔顶压力控制方案见图7.7.3-5(P-568).7.7.3569)真空度控制方案见图7.7.3-6(P-569).7.7.3569)其它控制方案见图7.7.3-7(P-569).6.4.3传热设备7.7.3570)控制载体的流量见图7.7.3-8(P-570).7.7.3570)控制传热面积见图7.7.3-9(P-570).7.7.3-10(571)控制载体的气化温度见图7.7.3-10(P-571).
7.7.3-11(571)工艺介质旁路控制见图7.7.3-11(P-571).6.4.4流体输送设备7.7.3-12(572)离心泵控制方案见图7.7.3-12(P-572).7.7.3-13(572)改变转速的控制方案见图7.7.3-13(P-572).往复泵(位移式旋转泵)7.7.3-14(572)往复泵(位移式旋转泵)的控制方案见图7.7.3-14(P-572).
7.能耗计算过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过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7.1夹点分析法将需要优化的换热网络用冷,热流复合线表示在温焓图(将需要优化的换热网络用冷,热流复合线表示在温焓图(T-H图)上,热流复合线位于冷流上方,冷流上方,冷,热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点,其温差△Tmin称为夹点温热流体的复合线中间垂直距离最短处称为夹点,其温差△差.夹点分析法应遵循三个原则:夹点分析法应遵循三个原则:尽量避免有热流体通过夹点夹点上方避免引入公用设施冷却物流夹点下方避免引入公用设施加热物流7.2三环节能量分析法重点研究热能在化工装置的利用,从下述三个环节出发:重点研究热能在化工装置的利用,从下述三个环节出发:能量转换能量利用能量回收夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料.夹点分析法和三环节能量分析法实际应用可参考有关文献资料.
与工艺设计相关的基本知识8.与工艺设计相关的基本知识与工艺设计相关的基本知识包括消防,劳动安全卫生,环境保护三个方面,与工艺设计相关的基本知识包括消防,劳动安全卫生,环境保护三个方面,必须遵守消防三个方面
化工工艺设计主要工艺流程设计,设备选型,工艺管道设计;具体到一个设计项目,一般设计经理是工艺专业负责牵头,在可研阶段,主要负责可研报告的大部分章节:如厂址比选,技术方案比选等等,还负责向其他专业提设计条件,最后汇总成可研报告和投资概算;初步设计阶段是项目报批的必要程序,要求有工程的主要设备,流程,总图布置,设备布置,电气仪表设计主要设计选型等,工艺负责向其他专业条件,开展设计最后汇成初步设计文件(说明书,消防篇,安全卫生环保篇,概算篇等);施工图阶段,是深入设计到一个螺栓,一个垫片,同样是工艺牵头开展设计.工艺设计主要分基础设计和详细设计阶段,基础设计的内容主要是:工艺流程和控制说明,PFD,PID和物料热量平衡,设备一览表,管道数据表,仪表数据表,工艺设备和系统计算等等.详细设计的主要内容是:工艺设备数据表的完善,管道,仪表数据表的完善,PID的完善,工艺设备厂商文件评阅,配管图的评阅,操作手册和分析手册等工艺系统专业的职责范围
论坛中有不少新人吧?有的可能刚刚介入工艺系统这个行业,我把自己总结的这个专业在工作中的职责范围跟新人们分享一下:1.生产用给排水的设计条件.向给排水提出生产用给排水的界区条件.2.提出化工工艺装置内蒸汽和冷凝水界区条件.3.提出化工工艺装置内的工艺,辅助物料,和公用物料界区条件.4.根据工艺控制图(PCD)把仪表符号表示在PI图上,补充检测,显示,控制及报警系统.4.1管道系统压力降,设备设计压力,维持系统安全应添加检测,显示,控制及报警系统.4.2泵,压缩机类型的压差计算,需要增设某些检测,显示和控制点.4.3在公用物料系统,如蒸汽,氮气,压缩空气,水等主管上,应设置必要的控制,测量点,计量仪表及报警系统.4.4对某些公用物料辅助设备(如装着内的安全用氮气储罐等),增设必要的控制,检测点及报警系统.4.5根据操作化工工艺操作部门的意见增加有关仪表.4.6安全分析后需要调整控制点或检测点.气液分离器的现状与改进
气液分离器作为化工生产中的单元操作,可见其基础性和重要性,但实际生产中却是系统的薄弱环节和瓶颈,多年来一直未能有所突破.例如:某厂联醇系统的甲醇分离器,其正常生产时分离效率为50%-60%,也就量说有近一半的甲醇没有分离下来,每年损失甲醇近万吨,每年直接损失201*万元,而这万吨甲醇全部带至后工序,每年排放COD超过万吨,而且对后工序的生产造成严重影响.如果将其甲醇分离器效率提高5%,那么每年甲醇产量增加500吨,增效100万,也就量说增加的甲醇产量全部是效益,而成本没有增加.从理论上来说,分离效率可达100%,也就量可以增效201*万/每年.此厂根据市场行情决定提高甲醇产量,于是增加生产负荷,但醇产量比预想的少,因为醇分离器的效率降至30%-40%以及一些其它原因,也就是说甲醇的生产成本上升了,增加生产负荷没有起到应有的效果.此厂又决定扩大甲醇的生产能力,投资对联醇系统进行改造,包括对分离器的改造,这里以面临一个问题:是换一个醇分还是只对醇分内件进行改造.更换的话大约需要投80万,而且不一定能保证效果;对内件改造的话,只需投20万,也不一定能保证效果.最后的结果仍然是分离器卡着整个系统的脖子.许多厂家对此深有感触,也不得不对本厂的气液分离器左改右改,但进展不大.另外有一原因使分离器分离效率问题被掩盖了,甚至使部分厂家产生了错觉.气液分离器的分离效率测定一般是分离器进口作一个气体分析,出口作一个气体分析,然后将分析数据代入公式中算出分离效率.但醇分离器出口如果是气液夹带的情况,则分析结果将存在极大的误差,往往是分离效率很高,从而使技术人员将注意力放到别的地方,而没有找到系统真正的瓶颈.如上述厂家就遇到过这问题.气液分离器的改进也使技术人员大伤脑筋,一般的厂家都遇到过这问题.从气液分离的方法而言有如下几种:1,旋流分离;2,折流分离;3,丝网分离;4,填料分离;5,重力沉降分离;6,超滤分离.从理论上来说分离效率从小到大的排列为:重力沉降分离,折流分离和旋流分离,填料分离,丝网分离,超滤分离.但实际上上述方法都有其优缺点:1,重力沉降分离设备内没有内件为一空筒,所以结构简单,阻力小,但体积庞大,设备投资大,而且效率低,所以很少在高压设备中采用;2,折流分离和旋流分离效率较高,但分离效果不稳定,分离负荷一重,分离效率直线下降,所以体积仍然较大,而且对内件设计要求较高,阻力有增加;3,填料分离分离效率又有提高,但这跟填料的选择有较大的关系,而且填料易堵易碎易带液阻力较大,所以很少有单独使用填料进行气液分离的;4,丝网分离分离效率高,但也易堵易带液阻力大;5,超滤分离的效率最高,但更容易堵更容易带液阻力很大.在实际生产中,气液分离器的改造有如下途径:1,改变分离方法的组合,在上述分离方法间进行取舍.2,更换外筒,增加分离空间,提高重力沉降的效率.3,不改变分离方法,对内件进行修改.4,增加一个分离器.由于多年来分离理论没有大的突破,分离技术也没有大的改进,所以很多技术人员对气液分离的改进没有信心.下面我们又来看一个例子:某厂投入巨额资金上马一套氨合成塔系统,以期扩大合成氨生产能力,但实际生产能力只达到50%,并且因为透平机经常坏所以这套氨系统也经常停车.技术人员经过分析后认为两个氨分离器效果不佳是造成这种局面的主要原因,于是公司下了大力气对氨分离器进行改造.原来的内件为旋流分离加折流分离加丝网,后改成旋流分离加折流分离加超滤分离.改造后分离器分离效果比原来好一些,透平机的连续运行时间由原来的50天增加到70天,合成氨的生产能力也增至60%.从上述的数据我们也能看出改造后的分离效果不甚理想.再来看看另一个例子:某厂单醇系统的醇分离器分离效果很差,为改变这种局面,就在现有醇分后串了一个醇分.串的这个醇分内件为折流分离加超滤分离再加超滤分离.改造后,依然带醇严重.象这种例子很多,不胜枚举,这说明了一个问题就是这些分离器都没有很好解决气液分离效率问题.从心上综合可知一个好的气液分离器应具有如下特点:1,分离效果好,适应的分离负荷范围非常宽.2,体积小.3,阻力小.
pipeinstrumentdrawing,管道仪表流程图(PID),管道仪表流程图()processflow-sheetdrawing工艺流程图(PFD)
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