今日流程君將從工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方法、工藝流程選擇、原料路線選擇、工業(yè)技術(shù)路線選擇、工藝流程設(shè)計(jì)的內(nèi)容等多方面分享工藝流程設(shè)計(jì)的知識(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(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(shè)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)路線而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生產(chǎn)路線，同一生產(chǎn)路線中也可以采用不同的工藝流程。選擇生產(chǎn)路線也就是選擇生產(chǎn)方法，這是決定設(shè)計(jì)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(yīng)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(shè)計(jì)的依據(jù)。流程是否通暢、生產(chǎn)是否安全、工藝是否穩(wěn)定、消耗定額、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢排放是否達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。和具體環(huán)境、資源和技術(shù)的接收能力相適應(yīng)技術(shù)的生命周期：投入期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期,所選技術(shù)應(yīng)處于成長(zhǎng)期技術(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 。 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(wèn)題就是選擇哪種原料。必須保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠的、穩(wěn)定的原料來(lái)源。例如若是礦石原料，要看它的儲(chǔ)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(xiàng)目，最好與供應(yīng)部門達(dá)成協(xié)議，以保證供應(yīng)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(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)系變化的影響很大，要根據(jù)供求關(guān)系對(duì)將來(lái)的價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)。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。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(shè)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。每種工藝技術(shù)路線的投資費(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)路線進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，挑選出最適合的加以采用，就叫做工藝技術(shù)路線的選擇，簡(jiǎn)稱技術(shù)路線選擇。工藝流程設(shè)計(jì)的內(nèi)容
b、反應(yīng)物料的相態(tài)（如七項(xiàng)烴化和液相烴化）c、后續(xù)分離要求（希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相）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)和分離系統(tǒng)的設(shè)備價(jià)格（1)塔壓(實(shí)質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問(wèn)題）c、對(duì)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(duì)于價(jià)格高昂的公用工程，取常規(guī)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(guī)R/Rmin的高限。c、對(duì)于產(chǎn)品純度極高的精密精餾，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）正確選擇產(chǎn)品的純度有重大的經(jīng)濟(jì)意義。
（四）確定控制方案
確保各生產(chǎn)工序和每臺(tái)設(shè)備本身的操作條件，及實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)過(guò)程之間、各設(shè)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(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。
（六）原料與能量的合理利用；
計(jì)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(duì)全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對(duì)于暫時(shí)無(wú)法回收利用的，則須進(jìn)行妥善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)是決定整個(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)也起著決定性的作用。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(guò)程的具體內(nèi)容、順序和組合方式，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(guò)程中，當(dāng)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(shè)備，再進(jìn)一步通過(guò)圖解形式表示出化工管道流程和計(jì)量控制流程。
1、搜集資料，調(diào)查研究
要根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模，有計(jì)劃、有目的地搜集國(guó)內(nèi)外同類型生產(chǎn)廠的有關(guān)資料，包括技術(shù)路線特點(diǎn)、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產(chǎn)品質(zhì)量、三廢治理以及各種技術(shù)路線的發(fā)展情況與動(dòng)向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。掌握國(guó)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)信息部門的配合，有時(shí)還要向咨詢部門提出咨詢。
全面的、完整的資料數(shù)據(jù)能夠反映客觀事物的全過(guò)程，才能用于設(shè)計(jì)。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)。科學(xué)技術(shù)都是有條件依據(jù)的，搜集資料要嚴(yán)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(yīng)注意資料恰當(dāng)性，不可盲目一味追求先進(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(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(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(wú)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)能力相同的雙生產(chǎn)線小型裝置相比，開(kāi)工率高時(shí)，則大型裝置的經(jīng)濟(jì)效益好。假如開(kāi)工率不足或生產(chǎn)負(fù)荷常變化，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，涉及到是否實(shí)施大型化時(shí)需仔細(xì)分析比較。盡量采用連續(xù)化操作方式。有時(shí)也采用間歇與連續(xù)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(yīng)過(guò)程,從它入手來(lái)逐步建立與之相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程。即原料→預(yù)處理過(guò)程→反應(yīng)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(yīng)熱、位能、靜壓能等的利用。三廢處理過(guò)程，為穩(wěn)定生產(chǎn)而設(shè)立的過(guò)程(如緩沖、中間貯存)。如高壓反應(yīng)過(guò)程，要求在原料貯罐到反應(yīng)器間必須設(shè)立升壓過(guò)程和相應(yīng)的壓縮機(jī)，而在反應(yīng)器到產(chǎn)品間必須設(shè)立減壓過(guò)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)施及手段(如夾套內(nèi)泠管等)，同時(shí)建立自動(dòng)調(diào)劑溫度的控制系統(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)能力的彈性:應(yīng)估計(jì)全年生產(chǎn)的不均衡性,各過(guò)程間所選設(shè)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(fù)荷的波動(dòng),這些均通過(guò)調(diào)研和參加生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)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(guò)又不少于設(shè)計(jì)負(fù)荷,并且盡可能使各臺(tái)設(shè)備的能力一致,以避免由于設(shè)備能力不平衡而造成浪費(fèi)。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。要根據(jù)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(xiàn)的等等來(lái)確定它們的控制系統(tǒng)。要考慮正常生產(chǎn)、開(kāi)停車和檢修所需的各個(gè)過(guò)程的連接方法,此外還要增補(bǔ)遺漏的管線、閥門、過(guò)濾密封系統(tǒng),以及采樣、放凈、排空、連通設(shè)施,逐步完善控制系統(tǒng)。注意:在這個(gè)過(guò)程中，與自控專業(yè)共同商定控制水平,進(jìn)而設(shè)計(jì)全流程的控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng),畫在流程圖上，完成PID。⑧逐步完善和簡(jiǎn)化所設(shè)計(jì)的流程要從各方面著手來(lái)逐步完善和簡(jiǎn)化：考慮到開(kāi)停車和事故處理等問(wèn)題，因而設(shè)置事故貯槽，增加備用設(shè)備以利于必要時(shí)可以切換使用。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(jiǎn)化對(duì)水汽泠凍系統(tǒng)的要求，盡可能采用單一系統(tǒng)。當(dāng)裝置本身需要用到幾種不同壓力的蒸汽時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能簡(jiǎn)化或統(tǒng)一對(duì)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(chǔ)上采用新技術(shù)，提高單程轉(zhuǎn)化率以及簡(jiǎn)化流程等等。
3、全面分析，對(duì)比比較
根據(jù)反應(yīng)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(yīng)器類型及決定采用連續(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，更為方便。物料反應(yīng)過(guò)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。如果反應(yīng)需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(shuō)確定主反應(yīng)過(guò)程的裝置，往往都有文獻(xiàn)、資料可供參考，或有中試結(jié)果?，F(xiàn)有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復(fù)雜。(2) 設(shè)計(jì)原料預(yù)處理過(guò)程根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，必然對(duì)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(yīng)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。原料預(yù)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(jù)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(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(guò)程根據(jù)反應(yīng)原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)，實(shí)際反應(yīng)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)下列情況: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，以及為使反應(yīng)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(yīng)需要的，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)參與反應(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)根據(jù)被分離產(chǎn)物的特征，設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的單元過(guò)程。對(duì)產(chǎn)物進(jìn)一步純化，以滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。精餾、濃縮、結(jié)晶、重結(jié)晶等單元操作過(guò)程。這些單元操作過(guò)程，同樣應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的單元過(guò)程。(4)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的后處理過(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(chǔ)運(yùn)等過(guò)程。儲(chǔ)運(yùn)包裝過(guò)程牽涉到的單元操作過(guò)程有：干燥、計(jì)量、包裝等過(guò)程，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝過(guò)程。(5)設(shè)計(jì)未反應(yīng)原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理由于反應(yīng)不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來(lái)，一般應(yīng)循環(huán)回到反應(yīng)設(shè)備中繼續(xù)參與反應(yīng)。 在生產(chǎn)過(guò)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(wú)法回收的應(yīng)妥善處理。“三廢”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此在化工開(kāi)發(fā)和工程設(shè)計(jì)中必須研究和設(shè)計(jì)治理方案和流程，要做到“三廢”治理與環(huán)境保護(hù)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。按照國(guó)家有關(guān)規(guī)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?dú)獾纫约袄鋬?、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)密切配合的。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來(lái)，這也是設(shè)計(jì)要求。這些條件包括整個(gè)流程中各個(gè)單元設(shè)備的物料流量（投料量）、組成、溫度壓力等，并且提出控制方案（與儀表控制專業(yè)密切配合）以確保能穩(wěn)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(shè)計(jì)中要考慮到開(kāi)停車、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和檢修過(guò)程中可能存在各種不安全因素，根據(jù)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(shè)備材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的安全措施外，在流程中應(yīng)在適宜部位上設(shè)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(shè)計(jì)中的最后一項(xiàng)工作，也是施工安裝時(shí)最后一道工序。流程中應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設(shè)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(xiàn)，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(shè)計(jì)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(jù)，工程上常用的判據(jù)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(shù)如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設(shè)計(jì)者是不能變更的。設(shè)計(jì)者只能采用各種工程手段和方法，保證實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)定的操作參數(shù)。生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)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(jī)地組合起來(lái)，進(jìn)而繪出生產(chǎn)工藝流程圖來(lái)知道設(shè)備的安裝和指導(dǎo)生產(chǎn)操作。生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)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。
