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化工概念设计论文

1第一层:确定间歇还是连续操作

选择所需要的各单元设备和连接方式;确定需要研究的过程替代方案,列出主要设计变量(如原料配比、反应时间、操作温度、压力等);估计最佳的生产条件;确定最佳的过程方案;在流程图上标出哪些设备应间歇操作,哪些应连续;哪些生产步骤应在一台釜内进行或每一步生产均单独釜进行;为改善装置操作的时间排列,何时采用并联的间歇设备较为有利;需多少台中间贮罐,如何布置;进行工程经济考核决策,如果经济效益不好,存在潜在效益呈负值时,要寻找其他方案或终止项目。

2第二层:确定流程图输入-输出结构(原料-产品)

每一步反应进料在加料前是否需要预处理;副产物是移出还是循环;是否需要采用气体循环和放空;某些反应物是否值得回收并循环;有多少种产品产出;确定输入-输出结构的设计变量(如原料配比、反应时间、操作温度、压力等)以及与之相应的投资变化;进行工程经济考核决策,如果经济效益不好,存在潜在效益呈负值,这时要寻找另外的方案或终止项目。

3第三层:流程图的循环结构

需要多少个反应器系统,反应器系统之间是否涉及分离问题;需要多少物料循环使用;在反应器进料中是否有过量反应物;是否需要气体压缩机和制氮机,费用几何;反应器是绝热操作或用直接加热或冷却,加热或冷却采取何种介质;是否考虑改变平衡转化率,如何改变;反应器费用对经济潜力的影响多大,经济潜力=产品价值-原料费用;最后进行工程经济考核决策,如果经济效益不好,存在潜在效益呈负值,这时要寻找另外的方案或终止项目。

4第四层:分离系统的总体结构

反应器的出料有三种可能:如为液体,需考虑液体分离系统;如为两相混合物,可把化工反应器制成带有相分离功能;如全是蒸汽,需考虑蒸汽回收系统。(1)蒸汽回收系统①确定最佳位置,是在反应器出口直接接冷凝器还是经过一段冷却管路后接冷凝器。②选择最经济的蒸汽回收系统,是依次用循环水冷却—新鲜水冷却—低温水冷却;还是一步到位的直接用低温水冷却。(2)液体分离系统①如果轻组分会污染产品,应该怎样将其去除;②这些轻组分去向应是什么;③是否需要循环与反应物形成共沸物的组分,或是应分割这些共沸物;④蒸馏可以完成哪些分离;⑤采用何种形式的塔,怎样排列顺序;⑥若蒸馏不可行,应怎样完成分离;(3)进行工程经济考核决策,如经济效益不好,存在潜在效益呈负值,这时要寻找其他方案或终止项目。

5第五层:热交换器网络

以能量集成分析为出发点计算换热器网络的最低热量和冷量,热交换器网络其实就是节能设计。使反应系统以最低的加热量和冷却量,并以最低能耗和最少换热器台数来实现最佳的生产目的。其基本过程为:向高于夹点温度的过程供热;向低于夹点温度的过程移出热量;确定换热设备台数;进行工程经济考核决策,如果经济效益不好,存在潜在效益成负值,这时要寻找另外的方案或终止项目。除上述五层分层决策外,还要考虑安全环保方面的制约条件,只有这些全部满足经济考核决策要求,这个项目才是成功的项目。

6结论

成功的概念设计不但可节省大量人力物力,而且可加速新技术的开发进程,提高开发水平和实用价值,是寻找“最佳方案”的重要过程。在复杂苛刻的化工研究工作中,做好概念设计对提高研究质量大有裨益且非常重要。

作者:苗润春 裴洋 单位:沈阳化工研究院设计工程有限公司


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