第二章 工艺流程设计

第一节 生产方法和工艺流程的选择

生产同一种化工产品可采用不同的原料，经过不同的生产路线，同一生产路线也可采用不同的工艺流程，选择生产路线就是选择生产方法，是决定设计好坏的关键。

一、生产方法和工艺流程的选择

1先进性：技术上先进、经济上合理，各种费用综合考虑； 2可靠性：生产方法和工艺流程是否成熟；

3结合国情（可行性、可能性）：结合本国的具体情况。主要考虑本国的消费水平、原材料的供应情况、环保、三废处理、自动化水平、资金、机械设备及仪表的制造能力等。

二、生产方法和工艺流程确定的步骤

1搜集资料，调查研究：搜集与生产、销售等有关的各方面的资料。 2落实设备：定型设备、进口设备、需设计加工的设备。

3全面对比：对比技术路线、发展趋势、产品质量、生产能力、产品规格、原材料能量消耗、费用及成本、三废及治理情况等。

三、工艺流程设计技术

采用连续式还是间歇式应做如下考虑： 采用连续式操作的优点：

1设备小、生产能力大、费用小，降低了投资和维修费用； 2稳定、易操作，易机械化、自动化，降低了劳动强度； 3产品均匀、质量好。 下列情况适合采用间歇式：

21

1产量小、市场不稳定的贵重产品；

2旧设备转到新设备时转移费用较低（改建）； 3数据不全或技术不很成熟，而间歇操作已可靠；

4连续操作反应太慢，停留时间过长，不能获得满意的产品数量和质量； 5同一装置生产不同产品或不同牌号的产品。

第二节 工艺流程设计

一、设计任务

当生产工艺路线选定之后，即可进行流程设计。它和车间设计是决定整个车间（装置）基本面貌的关键性的步骤，对设备设计和管路设计等单项设计也起着决定性的作用。

流程设计的主要任务包括两个方面：一是确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式，达到由原料制得所需产品的目的；二是绘制工艺流程图，要求以图解的形式表示生产过程中，当原料经过各个单元操作过程制得产品时，物料和能量发生的变化及其流向，以及采用了哪些化工过程和设备，再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。

为了使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产，应按步骤逐步解决以下问题：

（1）确定整个流程的组成 工艺流程反映了由原料制得产品的全过程。应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程，确定每个单元过程的具体任务（即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化以及能量变化），以及每个生产过程或工序之间如何连接。

（2）确定每个过程或工序的组成 应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以及各种设备之间应如何连接，并明确每台设备的作用和它的主要工艺参数。

（3）确定操作条件 为了使每个过程、每台设备正确地起到预定作用，应当确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。

22

（4）控制方案的确定 为了正确保持各生产工序和每台设备本身的操作条件，及生产过程之间、各设备之间的正确联系，需要确定正确控制方案，选用合适的控制仪表。

（5）合理利用原料及能量 计算出整个装置的技术经济指标，应当合理地确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率，同时要合理地做好能量回收与综合利用，降低能耗。据此确定水、电、蒸汽和消耗，决定公用工程的配套措施。

（6）制定三废的治理方法 除了产品和副产品外，对全流程中所出的三废要尽量综合利用，对于那些暂时无法回收利用的，则须进行妥善处理。

（7）制定安全生产措施 应当对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施，例如设置安全阀、阻火器和事故贮槽等。

（8）保温、防腐的设计 这是在工艺流程设计中的最后一项工作，也是施工安装时最后一道工序。流程中应根据介质的温度、特性和状态以及周围环境状况决定管道和设备是否需要保温和防腐。

根据管内或设备容器的温度决定是否需要保温，一般具有下列情况之一的场合均应保温。

A．凡设备或管道表面区温度超过50℃，需要减少热损失； B．设备内或输送管道内的介质要求不结晶、不凝结； C．制冷系统的设备和管道中介质输送要求保冷； D．介质的温度低于周围空气露点温度，要求保冷；

E．季节变化大，有些常温湿气或液体冬季冻结，有些介质在夏季易引起蒸发、汽化。保温的任务就是选择合适的保温材料，确定一个经济合理的保温厚度，即最佳经济厚度，同时根据所选保温材料确定保温结构。

设备和管道的防腐处理。化工生产中的物料介质大多数都具有或轻或重的腐蚀性，因此所选用的设备和管道应使用能够抵抗介质侵蚀的耐腐蚀材料，除此之外，还要采用衬里和涂层等防腐措施。

23

二、设计方法

一个工艺流程主要分为原料预处理、反应、产物后处理和三废处理四大部分。一般的工作方法如下：

1以反应为中心：考虑连续还是间歇等； 2原料预处理过程； 3产物后处理； 4产品的后处理；

5原料循环和副产物的处理；

6三废处理：与主产品工艺同时设计、同时施工、同时投产运行； 7确定公用工程及其配套设施； 8确定操作条件和控制方案； 9确定可靠的安全措施。

三、方案比较与示例

一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中才能产生。进行方案比较明确判据，工程上常用的判据有产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。

进行方案比较的基本前提是保持原始信息不变。这里应强调指出，过程的操作参数如温度、压力、流速、流量等原始信息，设计者是不能变更的。设计者只能采用各种工程手段和方法，保证实现工艺规定的操作参数。

下面用两个工程实例来阐述“方案比较”这一基本设计方法。

1、分离A、B、C、D四组分混合物（沸点由低到高顺序），综合考虑确定其

分离流程。 解：应考虑下列情况：

（1） 为了减少过程输送量及设备尺寸，应先分出含量大的组分； （2） 为了减少冷量，免得重复冷凝，优先分出低沸点组分；

24