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　　工藝流程設計是工藝設計的核心。

　　工藝流程設計的成品通過圖解形式（形象、具體）地表示——工藝流程圖，它反映了化工生産由原料到産品的全部過程既物料和能量的變化，物料的流向以及生産中所經曆的工藝過程和使用的設備儀表。

　　工藝流程圖集中地概括了整個生産過程的全貌。 生産同一化工産品可以采用不同原料，經過不同生産路線而制得，即使采用同一原料，也可采用不同生産路線，同一生産路線中也可以采用不同的工藝流程。

　　選擇生産路線也就是選擇生産方法，這是決定設計質量的關鍵。 如果某産品隻有一種生産方法，就無須選擇； 若有幾種不同的生産方法，就應逐個進行分析研究，通過各方面比較篩選一個最好的生産方法，作為下一步工藝流程設計的依據。

　　◆ ◆ ◆生産方法和工藝流程選擇的原則

　　可靠性:

　　流程是否通暢、生産是否安全、工藝是否穩定、消耗定額、生産能力、産品質量和三廢排放是否達到預定指标。

　　适用性：

　　和具體環境、資源和技術的接收能力相适應

　　技術的合理性：

　　技術的生命周期： 投入期、成長期、成熟期和衰退期,所選技術應處于成長期

　　先進性:

　　技術上的先進和經濟上的合理可行,應選擇物料損耗小、循環量少，能量消耗少和回收利用好的生産方法 。

　　◆ ◆ ◆原料路線的選擇

　　一個工業項目的産品可以從幾種原料取，首先遇到的問題就是選擇哪種原料。

　　（1）可靠性： 必須保證在其服務期限内有足夠的、穩定的原料來源。

　　例如若是礦石原料，要看它的儲藏量、品位和開采量。

　　凡以經過加工的原材料和部件作為原料的工業項目，最好與供應部門達成協議，以保證供應的可靠性。

　　（2）經濟性： 在産品成本中，原料價格是一個重要因素。 即要對各種原料投入後對單位成本的影響進行詳細的分析。

　　原料價格受其供求關系變化的影響很大，要根據供求關系對将來的價格進行預測。

　　（3）合理性： 這主要是指對資源的綜合利用是否合理。

　　例如煤、石油和天然氣為主要起始原料的合理利用問題： 在選擇原料路線時，适當提高化工用煤的比例； 油改煤，以節約石油消耗是合理的。

　　◆ ◆ ◆工藝技術路線的選擇

　　采用一定的原材料生産某種産品，可能有多種生産方法，每種生産方法所使用的生産設備、生産工具和工藝制造過程各不相同，也就是說，有不同的工藝技術路線。

　　每種工藝技術路線的投資費用和日常操作費用也不相同。 把幾種不同的工藝技術路線進行技術和經濟比較，挑選出最适合的加以采用，就叫做工藝技術路線的選擇，簡稱技術路線選擇。

　　工藝流程設計的内容

　　◆ ◆ ◆化工工藝一般工藝流程：

　　（一）确定整個工藝流程的組成

　　确定流程中各生産過程的具體内容、順序和組合方式，是工藝流程設計的基本任務。 可用設備之間的位置關系和物料流向來表示。

　　合成氨生産工藝

　　己内酰胺生産工藝

　　（二）确定各個過程或工序的組成

　　應采用多少和由哪些設備來完成這一生産過程，以及各種設備之間應如何連接，弄明确每台設備的作用和它的主要工藝參數。

　　例如： 合成氨工藝中的變換工段

　　确定載能介質的技術規格和流向

　　常用的載能介質： 水、水蒸汽、冷凍鹽水、空氣(真空或壓縮)。

　　（三）确定操作條件和控制方向

　　确定整個生産工序或每台設備的各個不同部位要達到和保持的操作條件。

　　1、反應器操作參數的确定

　　（1）溫度

　　（2）組成

　　（3)壓力

　　a、反應速度

　　b、反應物料的相态（如七項烴化和液相烴化）

　　c、後續分離要求（希望水冷後就産生氣液兩相）

　　（4）反應的轉化率

　　a、準化率和所需反應時間的關系

　　b、各種轉化率下的産品分布

　　c、反應系統和分離系統的設備價格

　　2、精餾塔工藝參數的确定

　　（1)塔壓(實質上是塔頂塔釜溫度選取的問題）

　　a、盡量避免真空操作（增加真空泵和塔徑）

　　b、常壓下能用普通冷卻水冷卻，就不宜采取加壓

　　c、對于＞1.6MPa時，究竟采用低壓冷凍還是高壓冷卻，需要做方案比較。

　　（2）回流比

　　a、對于價格高昂的公用工程，取常規R/Rmin(1.11~1.24)的範圍低限。

　　b、若回收的冷量或熱量可利用，取常規R/Rmin的高限。

　　c、對于産品純度極高的精密精餾，取較大R/Rmin值（因為取常規R/Rmin較小，塔闆數會急劇增加）

　　（3）産品純度和回收率

　　正确選擇産品的純度有重大的經濟意義。

　　（四）确定控制方案

　　确保各生産工序和每台設備本身的操作條件，及實現各生産過程之間、各設備之間的正确聯系，需要确定正确控制方案，選用合适的控制儀表。

　　a、離心泵的流量控制

　　b、液位控制

　　c、兩個液相的界面控制（液—液分離）

　　d、塔壓調節

　　（五）确定安全技術措施

　　設置相應的預防和應急措施，如阻火器、報警裝置、爆破片、安全閥、安全水封、放空管、溢流管、洩水裝置、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；

　　計算并确定各個生産過程的效率，得出全裝置的最佳總收率，同時合理地做好能量回收與綜合利用，降低能耗以确定水、電、蒸汽和燃料的消耗

　　（七）制定“三廢”處理方案；

　　對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于暫時無法回收利用的，則須進行妥善處理

　　化工工藝流程設計任務和步驟

　　◆ ◆ ◆（一）工藝流程圖的設計任務

　　工藝流程設計和車間布置設計是決定整個車間（裝置）基本面貌的關鍵性的步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起着決定性的作用。

　　流程設計的主要任務包括兩個方面：

　　一是确定生産流程中全部生産過程的具體内容、順序和組合方式，達到由原料制得所需産品的目的；

　　二是繪制工藝流程圖，要求以圖解的形式表示生産過程中，當原料經過各個單元操作過程制得産品時，物料和能量發生的變化及其流向，以及采用了哪些化工過程和設備，再進一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。

　　◆ ◆ ◆工藝路線确定的步驟

　　1搜集資料，調查研究

　　要根據建設項目的産品方案及生産規模，有計劃、有目的地搜集國内外同類型生産廠的有關資料，包括技術路線特點、工藝參數、原材料和公用工程單耗、産品質量、三廢治理以及各種技術路線的發展情況與動向等技術經濟資料。

　　掌握國内外化工技術經濟的資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。

　　搜集設計資料的原則和步驟

　　（1）資料的完整性

　　全面的、完整的資料數據能夠反映客觀事物的全過程，才能用于設計。

　　（2）資料的正确性

　　正确的資料數據具有再現性，能反映客觀事物的本質規律，才能用于設計。

　　（3）資料的适用性

　　科學技術都是有條件依據的，搜集資料要嚴格注意資料的适用條件。

　　（4）資料的恰當性

　　資料年代的差異會造成技術上的不同，在整理、分析資料時應注意資料恰當性，不可盲目一味追求先進性，要綜合考慮整個設計的技術水平與建設項目的投資總額。

　　2确定方案，落實設備

　　設備是完成生産過程的重要條件，是确定技術與工藝流程的時必然要涉及到的因素，因此要足夠重視。

　　①确定生産線數目

　　大型裝置與相同生産能力的數個小型裝置相比優點： 節約建設投資，占地少，自動化程度高等； 缺點： 附屬設備貴，大都無備用設備，出故障隻好停車；

　　若以單生産線的大型裝置與生産能力相同的雙生産線小型裝置相比，開工率高時，則大型裝置的經濟效益好。 假如開工率不足或生産負荷常變化，尤其是幾種牌号的産品經常換産時，則雙線小裝置的經濟效益好。

　　因此對于生産規模較大，涉及到是否實施大型化時需仔細分析比較。

　　②确定操作方式

　　盡量采用連續化操作方式。 有時也采用間歇與連續聯合操作化方式。 有些過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殘液。

　　③确定主要生産過程

　　先抓住全流程的核心---反應過程,從它入手來逐步建立與之相應的生産過程。

　　即原料→預處理過程→反應過程→産物後處理。

　　④确定輔助過程

　　降低能耗，提高能量利用率的過程。 如反應熱、位能、靜壓能等的利用。

　　三廢處理過程。

　　為穩定生産而設立的過程(如緩沖、中間貯存)。

　　⑤合理确定操作條件

　　如高壓反應過程，要求在原料貯罐到反應器間必須設立升壓過程和相應的壓縮機，而在反應器到産品間必須設立減壓過程和相應的設備。

　　又如确定了反應器内的操作溫度和允許波動範圍，就要相應地設立供熱或移熱設施及手段(如夾套内泠管等)，同時建立自動調劑溫度的控制系統。

　　⑥考慮流程的彈性和進行設備設計

　　即全流程設計要考慮綜合生産能力的彈性:應估計全年生産的不均衡性,各過程間所選設備的操作周期及其不均衡性,還要考慮因生産管理和外部條件等因素可能産生負荷的波動,這些均通過調研和參加生産實踐來确定彈性的适宜幅度。

　　對設備的餘度的考慮:原則上既不超過又不少于設計負荷,并且盡可能使各台設備的能力一緻,以避免由于設備能力不平衡而造成浪費。

　　在考慮了全裝置的彈性和各設備的餘度以後,就可進行設備選型和設計計算了。

　　⑦确定控制系統

　　要根據各過程間是如何連接的、各過程又靠什麼操作手段來實現的等等來确定它們的控制系統。

　　要考慮正常生産、開停車和檢修所需的各個過程的連接方法,此外還要增補遺漏的管線、閥門、過濾密封系統,以及采樣、放淨、排空、連通設施,逐步完善控制系統。

　　注意:在這個過程中，與自控專業共同商定控制水平,進而設計全流程的控制系統和儀表系統,畫在流程圖上，完成PID。

　　⑧逐步完善和簡化所設計的流程

　　要從各方面着手來逐步完善和簡化： 考慮到開停車和事故處理等問題，因而設置事故貯槽，增加備用設備以利于必要時可以切換使用。 有時需設置自動往聚合設備内加終止劑的裝置。

　　盡量簡化對水汽泠凍系統的要求，盡可能采用單一系統。 當裝置本身需要用到幾種不同壓力的蒸汽時，應當盡可能簡化或統一對蒸汽壓力的要求。

　　盡量減少物料循環量，在切實可行的基礎上采用新技術，提高單程轉化率以及簡化流程等等。

　　3全面分析，對比比較

　　應當盡量從實際可能出發，多搞一些流程設計方案，然後進行全面的綜合比較，從中找出最優的方案作為流程設計的成果。

　　工藝流程設計方法

　　首先要看所确定的生産方法是正在生産或曾經運行過的成熟工藝，還是待開發的新工藝。前者是可以參考借鑒但需要局部改進或局部采用新技術、新工藝的問題；後者須針對新技術開發進行概念設計。

　　◆ ◆ ◆1、以反應過程為核心，以方案比較作決定

　　(1)定反應器:

　　根據反應過程的特點、産品要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用反應器類型及決定采用連續操作，還是間歇性操作。

　　有些産品不适合連續化操作，如同一生産裝置生産多品種或多牌号産品時，用間歇操作，更為方便。

　　物料反應過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适當措施。

　　如果反應需要在催化劑存在下進行，就須考慮催化反應的方式和催化劑的選擇。

　　一般說确定主反應過程的裝置，往往都有文獻、資料可供參考，或有中試結果。 現有工業化裝置可以借鑒、參考，因此并不複雜。

　　(2) 設計原料預處理過程

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

　　原料預處理過程：

　　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。這些操作過程主要根據原料的性質及處理方法選擇不同的裝置進行組合。因此，設計的工藝流程就有所不同。

　　(3)設計産物的後處理過程

　　根據反應原料的特性和産品的質量要求，以及反應過程的特點，實際反應過程可能會出現下列情況:

　　①除了獲得目的産物外，由于存在副反應，還生成了副産物。

　　②由于反應時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剩組分。

　　③原料中含有的雜質往往不是反應需要的，在原料的預處理中并未除淨，因而在反應中将會帶入産物中，或者雜質參與反應而生成無用且有害的物質。

　　④産物的集聚狀态要求，也增加了後處理過程。 某些反應過程是多相的，而最終産物是固态的。

　　因此用于産物的淨化、分離的化工單元操作過程，往往是整個工藝過程中最複雜、最關鍵的部分。

　　産品分離包括：

　　固液分離---過濾、離心

　　液液分離---蒸發、精餾、萃取

　　氣液分離---吸收

　　産品分離牽涉到的單元過程：

　　過濾、離心、蒸發、精餾、萃取、吸收等單元操作過程。 這些單元操作過程，同樣應根據被分離産物的特征，設計與之相适應的單元過程。

　　産品精制：

　　對産物進一步純化，以滿足産品的質量要求。

　　液體---精餾、濃縮、結晶

　　固體---重結晶

　　氣體---吸收

　　産品精制牽涉到的單元過程：

　　精餾、濃縮、結晶、重結晶等單元操作過程。 這些單元操作過程，同樣應根據産品的質量要求，設計與之相适應的單元過程。

　　(4)設計産品的後處理過程

　　經精制後的産物，成為最終的産品還需要幹燥、包裝、儲運等過程。

　　固體---幹燥、包裝

　　液體---灌裝

　　氣體---灌裝

　　儲運包裝過程牽涉到的單元操作過程有：

　　幹燥、計量、包裝等過程，應根據産品的特性進行設計工藝過程。

　　(5)設計未反應原料的循環或利用以及副産物的處理

　　由于反應不是全部，剩餘組分在産物處理中被分離出來，一般應循環回到反應設備中繼續參與反應。

　　确定“三廢”排出物的處理措施

　　在生産過程中，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。 無法回收的應妥善處理。 “三廢”中如含有有害物質，在排放前應該達到排放标準。

　　因此在化工開發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”治理與環境保護工程、“三廢”治理工藝與主産品工藝同時設計、同時施工，而且同時投産運行。 按照國家有關規定，如果污染問題不解決，是不允許投産的。

　　(7) 确定公用工程的配套措施

　　在生産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。

　　至于生産用電、上下水、空調、采暖通氣都是應與其他專業密切配合的。

　　(8) 确定操作條件和控制方案

　　一個完善的工藝設計除了工藝流程等以外，還應把投産後的操作條件确定下來，這也是設計要求。

　　這些條件包括整個流程中各個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（與儀表控制專業密切配合）以确保能穩定地生産出合格産品來。

　　(9) 制定切實可靠的安全生産措施

　　在工藝設計中要考慮到開停車、長期運轉和檢修過程中可能存在各種不安全因素，根據生産過程中物料性質和生産特點，在工藝流程和裝置中，除設備材質和結構的安全措施外，在流程中應在适宜部位上設置事故槽、安全閥、放空管、安全水封、防爆闆、阻水栓等以保證安全生産。

　　(10) 保溫、防腐的設計

　　這是在工藝流程設計中的最後一項工作，也是施工安裝時最後一道工序。

　　流程中應根據介質的溫度、特性和狀态以及周圍環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

　　工業生産中，一個過程往往可以有多種方法來實現，例如液固混合物的分離，可以用離心、沉降、壓縮和真空過濾等方法； 含濕固體的幹燥，可以用氣流、雙錐、滾筒、箱式、沸騰等幹燥方法，這些也都需要進行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。

　　一個優秀的工程設計要在多種方案的比較中才能産生。 進行方案比較首先要明确判據，工程上常用的判據有産物收率、原材料單耗、能量單耗、産品成本、工程投資等。 此外，也要考慮環保、安全、占地面積等因素。

　　進行方案比較的基本前提是保持原始信息不變。 過程操作參數如溫度、壓力、流速、流量等原始信息，設計者是不能變更的。 設計者隻能采用各種工程手段和方法，保證實現工藝規定的操作參數。

　　小編說：生産工藝流程設計牽涉面很廣，其目的是把各個生産過程按一定的順序和要求有機地組合起來，進而繪出生産工藝流程圖來知道設備的安裝和指導生産操作。 生産工藝流程的設計需要經曆生産工藝流程示意圖、生産工藝流程草圖、帶控制點的生産流程圖三個階段。

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