這是一個關(guān)于化工工藝課程設(shè)計(jì)PPT，包括了工藝流程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇，流程組織（過程合成）等內(nèi)容，工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程設(shè)計(jì)是化工廠設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)從原料到成品（產(chǎn)品）的整個生產(chǎn)過程，其中包括物料及其理化特性的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的過程和使用的設(shè)備、儀器和儀表。 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)用圖表示就稱之為“工藝流程圖”可以說：工藝流程圖集中地概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，歡迎點(diǎn)擊下載化工工藝課程設(shè)計(jì)PPT。

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工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程設(shè)計(jì)是化工廠設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，它通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產(chǎn)從原料到成品（產(chǎn)品）的整個生產(chǎn)過程，其中包括物料及其理化特性的變化，物料的流向以及生產(chǎn)中所經(jīng)歷的過程和使用的設(shè)備、儀器和儀表。 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)用圖表示就稱之為“工藝流程圖”可以說：工藝流程圖集中地概括了整個生產(chǎn)過程的全貌。工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心。 在整個設(shè)計(jì)中，設(shè)備選型、工藝計(jì)算、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。只有流程確定后，其他各項(xiàng)工作才能開展；工藝流程設(shè)計(jì)涉及各個方面，而各個方面的變化又反過來影響工藝流程設(shè)計(jì)，甚至使流程發(fā)生較大的變化。 ☆因此，工藝流程設(shè)計(jì)動手最早，而往往不是最早結(jié)束。 第一節(jié) 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇針對不同的原料特性和不同的產(chǎn)品（成品）需求，可能存在多種生產(chǎn)方法；同一種生產(chǎn)方法，又存在更多種工藝流程可供選擇。 ☆生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇是決定整個工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。 在很多情況下，生產(chǎn)同一產(chǎn)品（成品）可以采用不同原料，經(jīng)過不同生產(chǎn)工藝路線而制得；而同一原料，也可采用不同生產(chǎn)工藝路線，制成不同產(chǎn)品（成品）；而且同一生產(chǎn)工藝路線中也可以采用不同的設(shè)備配置。 ☆因此生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇必須經(jīng)過慎重、精細(xì)和科學(xué)的，而且可能是多次反復(fù)的： 分析 對比 論證 修訂一、生產(chǎn)方法和工藝流程選擇的原則在選擇生產(chǎn)方法和工藝流程時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個大方面的原則。 1．先進(jìn)性和科學(xué)性 主要指技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上的合理可行，具體包括原料特性、產(chǎn)品（成品）品種與規(guī)格、基建投資、產(chǎn)品成本、消耗定額和勞動生產(chǎn)率等方面的內(nèi)容，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。 2.可靠性和可發(fā)展性 可靠性是指所選擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠。同時(shí)必須充分考慮項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。 如果采用的技術(shù)不成熟，就會影響工廠正常生產(chǎn)，甚至不能投產(chǎn)，造成極大的投資浪費(fèi)。對于尚在試驗(yàn)階段的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)慎重對待。應(yīng)堅(jiān)持一切經(jīng)過試驗(yàn)的原則，不允許把未來的生產(chǎn)廠當(dāng)作試驗(yàn)工廠來進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，對生產(chǎn)工藝流程的改革也應(yīng)采取積極而又慎重的態(tài)度，不能有僥幸心理。 3．適用性和靈活性 首先，必須結(jié)合國情。中國是一個發(fā)展中的社會主義國家，在進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)時(shí)，不能單純從技術(shù)觀點(diǎn)或者科學(xué)觀點(diǎn)考慮問題，應(yīng)從具體情況出發(fā)綜合考慮各種具體問題。 其次，必須在針對特定原料和產(chǎn)品（成品）具有良好的適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，具備良好的適應(yīng)性和靈活性。 4．政策性和規(guī)劃性 古人云：“順者昌，逆者亡” “識時(shí)務(wù)者俊杰” 相關(guān)法律、法令、法規(guī)；國家政策、規(guī)劃、布局；行業(yè)政策、規(guī)劃、布局；地方政策、規(guī)劃、布局。二、生產(chǎn)方法和工藝流程確定的步驟確定生產(chǎn)方法，選擇工藝流程一般要經(jīng)過三個階段。 1．搜集資料，調(diào)查研究 這是確定生產(chǎn)方法和選擇工藝流程的準(zhǔn)備階段。在此階段，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)展情況與動向等技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。 具體收集的內(nèi)容主要有以下幾個方面。 ⑴國內(nèi)外生產(chǎn)情況，各種生產(chǎn)方法及工藝程； ⑵原料來源及產(chǎn)品應(yīng)用情況； ⑶試驗(yàn)研究報(bào)告、學(xué)術(shù)論文、技術(shù)專利； ⑷安全技術(shù)及勞動保護(hù)措施； ⑸綜合利用及三廢處理； ⑹生產(chǎn)技術(shù)是否先進(jìn)（擬采用生產(chǎn)技術(shù)的水平）； ⑺設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和定型化及其制造、運(yùn)輸情況、自動化程度； ⑻基本建設(shè)投資、產(chǎn)品成本、占地面積； ⑼水、電、汽、燃料的用量及供應(yīng)，主要基建材料的用量及供應(yīng)； ⑽廠址、地質(zhì)、水文、氣象等資料； ⑾車間(裝置)環(huán)境與周圍的情況。等等 2．落實(shí)設(shè)備 設(shè)備是完成生產(chǎn)過程的重要條件，是確定技術(shù)路線和工藝流程時(shí)必然要涉及到的因素。在搜集資料過程中，必須對設(shè)備予以足夠重視。對各種生產(chǎn)方法中所用的設(shè)備，分清國內(nèi)已有定型產(chǎn)品的、需要進(jìn)口的及國內(nèi)需重新設(shè)計(jì)制造的三種類型，并對設(shè)計(jì)制造單位的技術(shù)力量、加工條件、材料供應(yīng)及設(shè)計(jì)、制造的進(jìn)度加以了解。 3．全面對比全面分析對比的內(nèi)容很多，主要比較下列幾項(xiàng)： ⑴幾種技術(shù)路線在國內(nèi)外采用的情況及發(fā)展趨勢； ⑵產(chǎn)品的質(zhì)量情況； ⑶生產(chǎn)能力及產(chǎn)品規(guī)格； ⑷原材料、能量消耗情況； ⑸建設(shè)費(fèi)用及產(chǎn)品成本； ⑹三廢的產(chǎn)生及治理情況； ⑺行業(yè)背景、政策背景等支撐狀況； ⑻其他特殊情況。 應(yīng)注意的若干具體問題 1、連續(xù)化問題 2、裝置大型化問題 3、化工過程及其設(shè)備的確定問題 進(jìn)料方式， 預(yù)熱方式， 加熱方式， 殘液儲藏排放， 塔頂冷凝回流。 4、設(shè)備的空間定位問題 5、物料輸送方式問題 6、產(chǎn)品品種規(guī)格對工藝流程的影響。第二節(jié) 流程組織（過程合成） 4.1 流程組織概述化工過程的典型流程框圖一 流程組織 1 原料貯存 原料貯存是指保證原料的供應(yīng)與生產(chǎn)的需求相適應(yīng)。在化工生產(chǎn)中，貯存量主要根據(jù)原料的來源、運(yùn)輸方法、原料的物理化學(xué)性質(zhì)以及運(yùn)輸所需的時(shí)間來決定。 2 原料預(yù)處理階段： 以物理方法為主，但不排除化學(xué)方法。 可能要用到一些分離的單元操作。 可能牽涉到“三廢”處理。 可能有副產(chǎn)品產(chǎn)出。他是根據(jù)原料性質(zhì)、處理方法而選擇不同的裝置及不同的輸送方式，從而設(shè)計(jì)出不同的流程。 3反應(yīng)合成階段： 可能是多步反應(yīng)組成的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（多個反應(yīng)器）。 多個反應(yīng)器之間可能穿插著分離單元操作。主反應(yīng)過程反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)和選擇，是工業(yè)生產(chǎn)過程中的核心部分，也是工藝是否成功的關(guān)鍵所在。因此，在設(shè)計(jì)中除可參考借鑒有關(guān)數(shù)據(jù)外，建設(shè)單位必須提供反應(yīng)裝置的完整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 4產(chǎn)物分離階段： 可能要用到多種單元操作。 重視“三廢”處理技術(shù)問題。 重視回收。 5產(chǎn)物的后處理過程原因反應(yīng)中存在的副產(chǎn)物需借助于后處理過程分離。分離并合理利用未反應(yīng)的組分。由產(chǎn)物的后處理過程進(jìn)一步除去雜質(zhì)。產(chǎn)物的集聚狀態(tài)要求，也增加了后處理過程。 二、什么是流程組織 1、流程組織的定義權(quán)衡技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、安全、工程等方面的因素，在過程開發(fā)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家化工生產(chǎn)過程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將某個化工過程的原料準(zhǔn)備、反應(yīng)合成、產(chǎn)物分離三個階段的有關(guān)單元操作有機(jī)地組合在一起，形成一個較優(yōu)的工藝流程。 2、流程組織的結(jié)果畫出一個詳細(xì)的流程草圖（包含所有的工藝流股），并根據(jù)過程開發(fā)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確定流程中的合適的已知設(shè)計(jì)條件。流程組織是化工工藝設(shè)計(jì)的“龍頭”。 3、流程組織的依據(jù)過程開發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；化工專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。三、流程組織的幾個基本原則 1、重視過程開發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（根本出發(fā)點(diǎn)）； 2、盡量確保工程中運(yùn)用的工藝技術(shù)和設(shè)備的成熟性； 3、要考慮工程放大的影響； 4、組織流程時(shí)，應(yīng)考慮流程的可操作性，盡量增大流程（尤其是關(guān)鍵設(shè)備）的操作彈性； 5、重視流程的運(yùn)行安全問題； 6、從經(jīng)濟(jì)角度，節(jié)省流程的固定投資，減少流程的操作費(fèi)用； 7、重視副產(chǎn)品回收，同步考慮環(huán)保因素；四、流程組織的具體任務(wù)流程組織的具體任務(wù) 1、原料的預(yù)處理； 2、反應(yīng)途徑的合成與挑選； 3、專用地址分配； 4、分離技術(shù)的選擇； 5、分離順序的選擇； 6、能量集成與管理(熱交換網(wǎng)絡(luò))； 1 原料路線的選擇： 化學(xué)原料的多元化： 原料路線，就是制造產(chǎn)品選用什么作為原料。對于很多產(chǎn)品來說，可以用不同的原料生產(chǎn)相同產(chǎn)品。原料路線在項(xiàng)目決策中的作用： ⑴．不同的原料路線要求不同的工藝流程，不同的設(shè)備，不同的操作條件，不同的產(chǎn)品精制要求。 ⑵．影響到廠址的選擇。 ⑶．對生態(tài)平衡，環(huán)境保護(hù)也有很大影響。 原料路線的選擇原則 ⑴．原料來源的可靠性 原料數(shù)量和質(zhì)量的穩(wěn)定可靠供應(yīng)是進(jìn)行生產(chǎn)的基本條件。 ⑵．盡可能選擇當(dāng)?shù)鼗蚋浇�的原�?即可確保來源，又能減少運(yùn)輸費(fèi)用和貨運(yùn)量。 ⑶．經(jīng)濟(jì)型 采用不同的原料路線所造成的經(jīng)濟(jì)效果，不能單單只看原料本身的價(jià)格。 ⑷．資源利用的合理 原料預(yù)處理的目的從有利于反應(yīng)的角度提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；提高或控制反應(yīng)速度；提高反應(yīng)的選擇性率，等等。從有利于反應(yīng)后產(chǎn)物分離的角度 原料預(yù)處理的幾種通常形式： ⑴、原料的預(yù)熱、預(yù)冷、加壓處理； ⑵、原料的純度處理；-------有時(shí)包括色級處理；減輕雜質(zhì)毒化催化劑；聚合度要求等等。 ⑶、幾種反應(yīng)原料的預(yù)混合處理； ⑷、原料的相轉(zhuǎn)換處理； ⑸、固體原料的顆粒粒度大小處理；進(jìn)行組織流程，考慮原料預(yù)處理的方法，要站在全流程角度，從進(jìn)廠原料現(xiàn)狀、反應(yīng)對原料的要求、反應(yīng)后產(chǎn)物的分離等方面因素綜合考慮。只要技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，可以考慮采用一些分離單元操作，甚至化學(xué)手段，來進(jìn)行原料預(yù)處理。 2 反應(yīng)途徑的合成反應(yīng)途徑：從原料到產(chǎn)品的多步反應(yīng)組成的反應(yīng)順序（序列）。反應(yīng)途徑的合成：構(gòu)造從原料到產(chǎn)品的反應(yīng)途徑。挑選反應(yīng)途徑：從A C，化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室發(fā)明提出來多個反應(yīng)途徑，化學(xué)工程師則站在工程實(shí)際應(yīng)用的角度，從這些眾多的反應(yīng)途徑中挑選一條或幾條進(jìn)行工程設(shè)計(jì)并投入商業(yè)運(yùn)行�；瘜W(xué)家：從事反應(yīng)途徑的合成；化學(xué)工程師：挑選反應(yīng)途徑。 反應(yīng)途徑的合成與挑選是流程組織的“核心”。其對整個流程生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本一般都有決定性的影響。挑選合適的反應(yīng)途徑，是從源頭治理污染的最好方法。那么，作為一個化學(xué)工程師，挑選反應(yīng)途徑時(shí)，應(yīng)該考慮哪些因素？ ⑴．反應(yīng)步驟長短； ⑵．副反應(yīng)數(shù)量； ⑶．反應(yīng)速度及轉(zhuǎn)化率、選擇性率等； ⑷．反應(yīng)條件要求； ⑸．產(chǎn)物分離難易； ⑹．環(huán)保、安全、健康情況； ⑺．投資及成本的高低； ⑻．產(chǎn)品質(zhì)量情況； ⑼．原料來源難易；在安全、環(huán)保、健康的前提下，技術(shù)上可行，以經(jīng)濟(jì)上合理為最高目標(biāo)來挑選。 例如：一氯癸烷（一氯代十烷）工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)途徑挑選問題。有以下三種反應(yīng)途徑可供挑選： 1、C10H22＋Cl2 C10H21Cl ＋HCl 伴隨副反應(yīng)： C10H21Cl ＋Cl2 C10H20Cl2 ＋HCl 2、C10H20 ＋HCl C10H21Cl 3、C10H21OH ＋HCl C10H21Cl ＋ H2O 結(jié)論：從原料成本、來源角度挑選反應(yīng)途徑1來進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。專用地址分配（專用地址確定）流程組織專用地址分配的含義：在流程組織大框架已經(jīng)確定的情況下，對有關(guān)流股的走向、流股之間的配比（流量調(diào)配），以及操作單元的拆分、合并等問題進(jìn)行綜合的考慮。 例：硫燃燒為二氧化硫 為了保證燃燒溫度但又要保護(hù)噴舌而不能使溫度過高，必須與原料氧一起導(dǎo)入冷的惰性氣體，以稀釋氧氣并帶走熱量。 途徑1 以空氣為原料直接輸入反應(yīng)器，即以氮?dú)鉃槎栊詺怏w，途徑2 以二氧化硫?yàn)槎栊詺怏w，原料空氣 在進(jìn)入反應(yīng)器前預(yù)處理，分離出氮?dú)�，產(chǎn)品二氧化硫需部分返回作為惰性氣體使用。 4分離技術(shù)與分離順序的選擇 分離是化工流程中必不可少的重要組成部分，往往對化工產(chǎn)品的質(zhì)量起關(guān)鍵性的決定作用。在流程組織的反應(yīng)途徑確定后，就必須針對該反應(yīng)途徑產(chǎn)生的混合物（產(chǎn)物、副反應(yīng)產(chǎn)物、未轉(zhuǎn)化完全的關(guān)鍵反應(yīng)物、過量的非關(guān)鍵組份反應(yīng)物、溶劑、催化劑等混合在一起），選擇分離技術(shù)和分離順序?qū)υ摶旌衔镞M(jìn)行處理。 分離操作的目的： 1、提高產(chǎn)品（包括副產(chǎn)品）的質(zhì)量； 2、回收未反應(yīng)完全的反應(yīng)物（包括溶劑、催化劑等）； 3、滿足環(huán)境保護(hù)的要求；化工產(chǎn)品的競爭：關(guān)鍵是產(chǎn)品質(zhì)量與成本。 關(guān)于分離的單元操作技術(shù)：傳統(tǒng)的包括：精餾、萃取、吸收、吸附、過濾、干燥、離子交換、蒸發(fā)、結(jié)晶、層析、電泳、滲透等等。相繼出現(xiàn)的新分離方法包括：膜分離、離子交換色譜、超臨界萃取等等。 分離技術(shù)的發(fā)展趨勢新的單元分離技術(shù)已有單元操作技術(shù)的耦合（如吸附精餾、反應(yīng)結(jié)晶、萃取結(jié)晶、精餾結(jié)晶、膜反應(yīng)等等） 在選擇分離技術(shù)手段時(shí)，應(yīng)該對一些分離技術(shù)的基本要點(diǎn)有一些認(rèn)識，這些基本要點(diǎn)包括： ◆利用什么性質(zhì)進(jìn)行分離； ◆處理能力及純度極限； ◆能耗、分離成本、投資大小 針對反應(yīng)完后的混合物分離，其分離技術(shù)的選擇主要原則如下：一、分離技術(shù)的選擇基本原則 1、以待處理物系的各組份的性質(zhì)為根本出發(fā)點(diǎn)，來挑選分離技術(shù)。例如：組份之間沸點(diǎn)差大，可考慮精餾； 組份之間在某種溶劑中分配系數(shù)相差較大，可考慮萃�。� 溶解度差、熔點(diǎn)差－－－結(jié)晶； 對熱穩(wěn)定性差－－－－－低溫單元操作技術(shù)，等等。 2、充分考慮分離過程的投資、成本等經(jīng)濟(jì)因素。即使在包含反應(yīng)的完整化工流程中，分離階段的投資也經(jīng)常占到全流程投資的50％以上，分離成本經(jīng)常占到產(chǎn)品總成本的30％以上。 3、根據(jù)待處理物系的處理量和分離純度要求，來挑選合適的分離技術(shù)。例如：離子交換處理能力，4mmol/g干樹脂，其處理摩爾濃度高的物系就可能不經(jīng)濟(jì)；傳統(tǒng)的吸收不可能得到高純的單一組份氣體，這是受到吸收分離技術(shù)本身分離極限的限制。注意：對流程中某些中間過程流股的分離，一般采用“得過且過”的原則。可采用一些較“低級”的分離技術(shù)，達(dá)到即滿足后續(xù)操作的要求，又可降低分離投資和產(chǎn)品成本的目的。 4、盡量采用技術(shù)、設(shè)備上成熟的分離技術(shù)，避免工程風(fēng)險(xiǎn)。另外，應(yīng)該看到，對反應(yīng)后的混合物進(jìn)行分離，通常情況下，只采用單一的某一種分離技術(shù)手段往往滿足不了分離目的。而是采用許多分離技術(shù)的“組合”來完成多組份分離目的。例如，從青霉素發(fā)酵液中，提取青霉素產(chǎn)品，分離流程同時(shí)采用了過濾、萃取、吸附脫色、離子交換、反應(yīng)萃取、蒸發(fā)結(jié)晶、干燥等多種分離技術(shù)。以上是所謂挑選分離技術(shù)的幾點(diǎn)基本原則。 針對反應(yīng)完畢后混合物的分離，除了選擇分離技術(shù)手段外，還要同步考慮先分誰、后分誰的所謂分離順序問題。這點(diǎn)和分離技術(shù)的選擇也同樣重要。 二、分離順序確定的基本原則 1、根據(jù)待處理物系的性質(zhì)，一般是容易分離的組份，可考慮先分離。 “容易分離”－－－使用傳統(tǒng)的成熟分離技術(shù)與設(shè)備、操作條件不復(fù)雜、分離過程能耗及物耗較低。從分離工程技術(shù)角度，一般而言，組份越多，相應(yīng)的分離難度越大。將容易分離的組份優(yōu)先分離，可減少后續(xù)分離的組份數(shù)目，從而減輕后續(xù)分離的難度。所以，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度，“容易分離的組份先分”是比較合理的選擇。 2、相分離可考慮優(yōu)先進(jìn)行。固－液分離：各種過濾方式；氣－液分離：旋風(fēng)過濾、分氣包（塔、罐）方式；液－液分離：萃取塔、傾析器、離心機(jī)等方式；一般而言，相分離在化工分離單元操作中并不復(fù)雜，但好處多多。 3、含量較多的組份可考慮優(yōu)先分離。最大優(yōu)點(diǎn)：可減少后續(xù)分離設(shè)備的尺寸（減少投資），降低后續(xù)分離操作的能耗與物耗（降低分離成本）。 4、高附加值的產(chǎn)物組份可考慮優(yōu)先分離。高價(jià)值組份若不先分離出來，必然會在后續(xù)分離的操作中逐步損失，從而降低其收率。 5、穩(wěn)定性較差、有毒、有腐蝕、有放射性的組份可考慮優(yōu)先分離。對提高收率、工人的勞動保護(hù)、延長設(shè)備壽命、減少設(shè)備投資、節(jié)省操作費(fèi)用都有好處。以上分離技術(shù)與分離順序必須同步考慮，而且以上原則在某個實(shí)際物系的分離過程中，各原則可能有互相沖突之處，必須結(jié)合開發(fā)實(shí)驗(yàn)來綜合考慮。BCX紅軟基地

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