工藝流程設計方法

1、以反應過(guò)程為核心，以方案比較作決定

(1)定反應器:

根據反應過(guò)程的特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、物料特性、基本工藝條件來(lái)決定采用反應器類(lèi)型及決定采用連續操作，還是間歇性操作。

有些產(chǎn)品不適合連續化操作，如同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號產(chǎn)品時(shí)，用間歇操作，更為方便。

物料反應過(guò)程是否需外供能量或移出熱量，都要在反應裝置上增加相應的適當措施。

如果反應需要在催化劑存在下進(jìn)行，就須考慮催化反應的方式和催化劑的選擇。

一般說(shuō)確定主反應過(guò)程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結果?，F有工業(yè)化裝置可以借鑒、參考，因此并不復雜。

(2) 設計原料預處理過(guò)程

根據反應特點(diǎn)，必然對原料提出要求，如純度、溫度、壓力以及加料方式等，以保證反應過(guò)程的實(shí)現。

原料預處理過(guò)程：

固體：粉碎、溶解---目數、濃度、純度

液體：配制、混合---濃度、均一

氣體：配比、壓縮---濃度、輸送

原料預處理過(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，設計的工藝流程就有所不同。

(3)設計產(chǎn)物的后處理過(guò)程

根據反應原料的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，以及反應過(guò)程的特點(diǎn)，實(shí)際反應過(guò)程可能會(huì )出現下列情況:

①除了獲得目的產(chǎn)物外，由于存在副反應，還生成了副產(chǎn)物。

②由于反應時(shí)間等條件的限制或受反應平衡的限制，以及為使反應盡可能完全而有過(guò)剩組分。

③原料中含有的雜質(zhì)往往不是反應需要的，在原料的預處理中并未除凈，因而在反應中將會(huì )帶入產(chǎn)物中，或者雜質(zhì)參與反應而生成無(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)程中最復雜、最關(guān)鍵的部分。

產(chǎn)品分離包括：

固液分離---過(guò)濾、離心

液液分離---蒸發(fā)、精餾、萃取

氣液分離---吸收

產(chǎn)品分離牽涉到的單元過(guò)程：

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，同樣應根據被分離產(chǎn)物的特征，設計與之相適應的單元過(guò)程。

產(chǎn)品精制：

對產(chǎn)物進(jìn)一步純化，以滿(mǎn)足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

液體---精餾、濃縮、結晶

固體---重結晶

氣體---吸收

產(chǎn)品精制牽涉到的單元過(guò)程：

精餾、濃縮、結晶、重結晶等單元操作過(guò)程。這些單元操作過(guò)程，同樣應根據產(chǎn)品的質(zhì)量要求，設計與之相適應的單元過(guò)程。

(4)設計產(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、儲運等過(guò)程。

  固體---干燥、包裝

  液體---灌裝

  氣體---灌裝

儲運包裝過(guò)程牽涉到的單元操作過(guò)程有：

干燥、計量、包裝等過(guò)程，應根據產(chǎn)品的特性進(jìn)行設計工藝過(guò)程。

(5)設計未反應原料的循環(huán)或利用以及副產(chǎn)物的處理

由于反應不是全部，剩余組分在產(chǎn)物處理中被分離出來(lái)，一般應循環(huán)回到反應設備中繼續參與反應。 

 確定“三廢”排出物的處理措施

在生產(chǎn)過(guò)程中，不得不排放的各種廢氣、廢液和廢渣，應盡量綜合利用，變廢為寶，加以回收。無(wú)法回收的應妥善處理。“三廢”中如含有有害物質(zhì)，在排放前應該達到排放標準。

因此在化工開(kāi)發(fā)和工程設計中必須研究和設計治理方案和流程，要做到“三廢”治理與環(huán)境保護工程、“三廢”治理工藝與主產(chǎn)品工藝同時(shí)設計、同時(shí)施工，而且同時(shí)投產(chǎn)運行。按照國家有關(guān)規定，如果污染問(wèn)題不解決，是不允許投產(chǎn)的。 

(7) 確定公用工程的配套措施

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、氮氣等以及冷凍、真空都是工藝中要考慮的配套設施。

至于生產(chǎn)用電、上下水、空調、采暖通氣都是應與其他專(zhuān)業(yè)密切配合的。

(8) 確定操作條件和控制方案

一個(gè)完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投產(chǎn)后的操作條件確定下來(lái)，這也是設計要求。

這些條件包括整個(gè)流程中各個(gè)單元設備的物料流量（投料量）、組成、溫度壓力等，并且提出控制方案（與儀表控制專(zhuān)業(yè)密切配合）以確保能穩定地生產(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

在工藝設計中要考慮到開(kāi)停車(chē)、長(cháng)期運轉和檢修過(guò)程中可能存在各種不安全因素，根據生產(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，除設備材質(zhì)和結構的安全措施外，在流程中應在適宜部位上設置事故槽、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)。 

(10) 保溫、防腐的設計

這是在工藝流程設計中的最后一項工作，也是施工安裝時(shí)最后一道工序。

流程中應根據介質(zhì)的溫度、特性和狀態(tài)以及周?chē)h(huán)境狀況決定管道和設備是否需要保溫和防腐。 

2、以方案比較作決定

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，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)秀的工程設計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，工程上常用的判據有產(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)程操作參數如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設計者是不能變更的。設計者只能采用各種工程手段和方法，保證實(shí)現工藝規定的操作參數。

小結

生產(chǎn)工藝流程設計牽涉面很廣，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地組合起來(lái)，進(jìn)而繪出生產(chǎn)工藝流程圖來(lái)知道設備的安裝和指導生產(chǎn)操作。生產(chǎn)工藝流程的設計需要經(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。