第五节工艺流程设计方法与步骤

化工工艺设计 (Chemical Process Design) 西南科技大学西南科技大学

第五节工艺流程设计方法与步骤

（一）工艺流程设计的方法

（二）工艺流程设计的步骤

§2-5 工艺流程设计方法与步骤



－－以反应过程为核心 , 以方案比较作决定

⑴ 定反应器 : 根据反应过程的特点、产品要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用反应器类型及决定采用连续操作，还是间歇性操作。

有些产品不适合连续化操作，如同一生产装置生产多品种或多牌号产品时，用间歇操作，更为方便。


1. 以反应过程为中心


物料反应过程是否需外供能量或移出热量，都要在反应装置

上增加相应的适当措施。

如果反应需要在催化剂存在下进行，就须考虑催化反应的方

式和催化剂的选择。

一般说确定主反应过程的装置，往往都有文献、资料可供参

考，或有中试结果。现有工业化装置可以借鉴、参考，因此

并不复杂。

§2-5 工艺流程设计方法与步骤（一）工艺流程设计的方法



根据反应特点，必然对原料提出要求，如纯度、温度、压力以及加料方式等。这就应根据需要采取预热（冷）、汽化、干燥、粉碎筛分、提纯精制、混合、配制、压缩等措施。这些操作过程就需要相应的化工单元操作，加以组合。通常不是一台两台设备或简单过程完成的。

原料预处理的化工操作过程是根据原料性质、处理方法而选取不同的装置及不同的输送方式，从而可能设计出不同的流程。


(2) 设计原料预处理过程


根据反应原料的特性和产品的质量要求，以及反应过程的

特点，实际反应过程可能会出现下列情况 :


①除了获得目的产物外，由于存在副反应，还生成了副

产物。 ②由于反应时间等条件的限制或受反应平衡的限制，以

及为使反应尽可能完全而有过剩组分。


(3)设计产物的后处理过程


③原料中含有的杂质往往不是反应需要的，在原料的

预处理中并未除净，因而在反应中将会带入产物中，或

者杂质参与反应而生成无用且有害的物质。

④产物的集聚状态要求，也增加了后处理过程。某些反

应过程是多相的，而最终产物是固态的。

因此用于产物的净化、分离的化工单元操作过程，往往是整个工艺过程中最复杂、最关键的部分 .

（一）工艺流程设计的方法§2-5 工艺流程设计方法与步骤



(5) 设计未反应原料的循环或利用以及副产物的处理


(4) 设计产品的后处理过程

经过前述分离净化后达到合格的目的产品，有些是下一工序的原料，可加工成其他产品；有些可直接作为商品，往往还须进行后处理工作，如筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等过程。

由于反应不是全部，剩余组分在产物处理中被分离出来，一般应循环回到反应设备中继续参与反应。



因此在化工开发和工程设计中必须研究和设计治理方案和流

程，要做到“三废”治理与环境保护工程、“三废”治理工

艺与主产品工艺同时设计、同时施工，而且同时投产运行。

按照国家有关规定，如果污染问题不解决，是不允许投产的。


(6) 确定“三废”排出物的处理措施

在生产过程中，不得不排放的各种废气、废液和废渣，应尽

量综合利用，变废为宝，加以回收。无法回收的应妥善处理。

“三废”中如含有有害物质，在排放前应该达到排放标准。


（二）工艺流程设计的基本方法

在生产工艺流程中必须使用的工艺用水（包括作为原料

的软水、冷却水、溶剂用水以及洗涤用水等）、蒸汽

（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用汽等）、压

缩空气、氮气等以及冷冻、真空都是工艺中要考虑的配

套设施。

至于生产用电、上下水、空调、采暖通气都是应与其他

专业密切配合的 .


(7) 确定公用工程的配套措施



一个完善的工艺设计除了工艺流程等以外，还应把投产后

的操作条件确定下来，这也是设计要求。

这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量（投料

量）、组成、温度压力等，并且提出控制方案（与仪表控

制专业密切配合）以确保能稳定地生产出合格产品来。


(8) 确定操作条件和控制方案



在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能

存在各种不安全因素，根据生产过程中物料性质和生产特点，

在工艺流程和装置中，除设备材质和结构的安全措施外，在

流程中应在适宜部位上设置事故槽、安全阀、放空管、安全

水封、防爆板、阻水栓等以保证安全生产。


(9) 制定切实可靠的安全生产措施



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。


(10) 保温、防腐的设计



一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中才能产生。

进行方案比较首先要明确判据，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。


2.以方案比较作决定


（一）工艺流程设计的方法§2-5 工艺流程设计方法与步骤

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。

工业生产中，一个过程往往可以有多种方法来实现，例如液固混合物的分离，可以用离心、沉降、压缩和真空过滤等方法；含湿固体的干燥，可以用气流、双锥、滚筒、箱式、沸腾等干燥方法，这些也都需要进行方案比较，因地制宜地选择一种最佳工程方案。



1.搜集资料，调查研究 2.确定生产线数目

3.确定操作方式

4.确定主要生产过程

5.确定辅助过程

6. 合理确定操作条件7. 考虑流程的弹性和进行设备设计8. 确定控制系统9.逐步完善和简化所设计的流程10. 对多种流程设计方案进行比较 ,选出最优方案




掌握国内外化工技术经济的资料，仅靠设计人员自己搜

集是不够的，还应取得技术信息部门的配合，有时还要

向咨询部门提出咨询。


１．搜集资料，调查研究要根据建设项目的产品方案及生产规模，有计划、有目的地

搜集国内外同类型生产厂的有关资料，包括技术路线特点、工

艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理以及各

种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料



大型装置与相同生产能力的数个小型装置相比

优点：节约建设投资，占地少，自动化程度高等

缺点：附属设备贵，大都无备用设备，出故障只好停车

因此对于生产规模较大，涉及到是否实施大型化时需仔细分析比较．

若以单生产线的大型装置与生产能力相同的双生产线小型若以单生产线的大型装置与生产能力相同的双生产线小型装置相比，开工率高时，则大型装置的经济效益好．假如装置相比，开工率高时，则大型装置的经济效益好．假如开工率不足或生产负荷常变化，尤其是几种牌号的产品经开工率不足或生产负荷常变化，尤其是几种牌号的产品经常换产时，则双线小装置的经济效益好．常换产时，则双线小装置的经济效益好．


２．确定生产线数目



先抓住全流程的核心 ---反应过程 , 从它入手来逐步建立与之相应的生产过程

即原料→预处理过程→反应过程→产物后处理


３．确定操作方式尽量采用连续化操作方式

有时也采用间歇与连续联合操作化方式

有些过程采用间歇操作反而更有利些，如用蒸馏釜处理

精馏塔塔釜的高沸点残液４．确定主要生产过程


（二）工艺流程设计的步骤§2-5 工艺流程设计方法与步骤

5 ．确定辅助过程

降低能耗 , 提高能量利用率的过程 . 如反应热、位能、静

压能等的利用

三废处理过程

为稳定生产而设立的过程 ( 如缓冲、中间贮存 )


如高压反应过程 , 要求在原料贮罐到反应器间必须设立升

压过程和相应的压缩机 , 而在反应器到产品间必须设立减

压过程和相应的设备

又如确定了反应器内的操作温度和允许波动范围 , 就要相

应地设立供热或移热设施及手段 ( 如夹套内泠管等 ),同

时建立自动调剂温度的控制系统 .

6 ．合理确定操作条件（二）工艺流程设计的步骤§2-5 工艺流程设计方法与步骤



即全流程设计要考虑综合生产能力的弹性 :

应估计全年生产的不均衡性 , 个过程间所选设备的操作

周期及其不均衡性 , 还要考虑因生产管理和外部条件等

因素可能产生负荷的波动 , 这些均通过调研和参加生产

实践来确定弹性的适宜幅度 .


7 ．考虑流程的弹性和进行设备设计


原则上既不超过又不少于设计负荷 , 并且尽可能使各台设

备的能力一致 , 以避免由于设备能力不平衡而造成浪费 .

在考虑了全装置的弹性和各设备的余度以后 , 就可进行设

备选型和设计计算了 .


对设备的余度的考虑 :



要根据各过程间是如何连接的、各过程又靠什么操作手段

来实现的等等来确定它们的控制系统 .

要考虑正常生产、开停车和检修所需的各个过程的连接方

法 , 此外还要增补遗漏的管线、阀门、过滤密封系统 , 以

及采样、放净、排空、连通设施 , 逐步完善控制系统 .

注意 : 在这个过程中 , 与自控专业共同商定控制水平 , 进

而设计全流程的控制系统和仪表系统 , 画在流程图上 , 完

成 PID.


8 ．确定控制系统



9 ．逐步完善和简化所设计的流程

要从各方面着手来逐步完善和简化

考虑到开停车和事故处理等问题 , 因而设置事故贮糟 , 增加

备用设备以利于必要时可以切换使用 . 有时需设置自动往聚

合设备内加终止剂的装置 .

尽量简化对水汽泠冻系统的要求 , 尽可能采用单一系统 . 当

装置本身需要用到几种不同压力的蒸汽时 , 应当尽可能简化

或统一对蒸汽压力的要求



应当尽量从实际可能出发 , 多搞一些流程设计方案 , 然后进行

全面的综合比较 , 从中找出最优的方案作为流程设计的成果 .


尽量减少物料循环量 . 在切实可行的基础上采用新技

术 , 提高单程转化率以及简化流程等等 .

10．对多种流程设计方案进行比较 , 选出最优方案

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