化工生产工艺流程图是化工技术人员用图对化工生产过程进行描述,特点是简单、明了和直观,主要包括工艺流程示意图和带控制点流程图。
化工生产工艺流程图主要描述的是化工生产工艺流程,对于化学化工专业技术人员,应首先学会认识并绘制化工生产工艺流程图。图3-1为酯化法乙酸乙酯生产工艺流程示意图。
工艺流程说明是用文字的方式对化工生产工艺流程进行描述,其特点是描述详细,可以将原料、辅料、设备的名称及物料流向等详细表述出来。化学化工专业技术人员通过化工生产工艺流程图及工艺流程说明,可以对化工生产过程有较全面的了解。作为化学化工专业技术人员,要对自己工作的工厂所生产的化工产品生产工艺流程进行学习和认识,并能够绘制出化工产品生产的工艺流程图。
图3-1 酯化法乙酸乙酯生产工艺流程示意图
以酯化法乙酸乙酯生产工艺流程为例,下面为整个工艺流程说明。乙酸、过量乙醇与少量的硫酸混合后经预热进入酯化反应塔,酯化反应塔塔顶的反应混合物一部分回流,一部分在80℃左右进入分离塔。进入分离塔的反应混合物中一般含有约 70%的乙醇、20%的酯和10%的水(乙酸完全消耗掉),分离塔塔顶蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的三元恒沸物。送入混合器的三元恒沸物与等体积的水混合后在倾析器倾析,分成含少量乙醇和酯的较重的水层,返回分离塔的下部,经分离塔分离,酯重新以三元恒沸物的形式分出,而蓄积的含水乙醇则送回酯化反应塔的下部,经汽化后再参与酯化反应;含约93%乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的倾析器上层混合物进入干燥塔,将乙酸乙酯分离出来,制得99.5%的乙酸乙酯产品。
化工产品的生产过程十分复杂,整个过程生产工序多、设备多、操控要求高,但是任何化工产品的生产过程都包含物料输送、化学反应、产物分离、热量传递等单元生产过程。为了便于认识化工生产工艺流程,可将化工生产工艺流程分割成物料输送工艺流程、传热工艺流程、化学反应工艺流程、物料分离工艺流程、物料的计量和包装等单元工艺流程。要想认识整个化工工艺流程,首先要逐一认识单个的单元流程,最后认识整个流程。
(1)物料输送工艺流程 它是在化工生产过程中将物料从一个设备输送到另一个设备的工序安排的程序。化工生产过程中会使用很多设备,各设备之间都需要发生物料的转移,一般需要由管路、储罐和输送设备操控进行,我们将这些设备组成的工艺流程称为物料输送工艺流程。物料输送工艺流程是化工生产工艺流程中的纽带。合理的物料输送工艺流程不仅能提高生产效率,而且能降低能耗。它主要由输送泵、管道及储槽等设备构成。
(2)传热工艺流程 它是在化工生产过程中控制温度、压力的工序安排的程序。用来控制化工生产过程中反应过程或者分离过程中温度和压力的工艺流程称为传热工艺流程或能量传递工艺流程。传热工艺流程包括热量传递工艺流程和冷量传递工艺流程。传热工艺流程是衡量化工生产工艺水平的一个重要指标。合理的传热工艺流程可以提高化工生产效率,降低生产能耗,减少生产成本,提高经济效益。它一般由加热器、冷却器及管路等设备构成。
(3)化学反应工艺流程 它是化工原料在反应装置内进行化学反应得到新产品的工序安排的程序。它是化工生产工艺流程的核心过程,只有发生化学反应的生产过程才是化工生产过程。它影响着化工生产过程的技术水平。
(4)物料分离工艺流程 它是将化学反应工艺流程中生成物分离成高纯度产品的各工序安排的程序,有时也称为传质工艺流程。在化工生产过程中,通过化学反应生产目的产品的同时会伴有许多副产品的生成。为了提高目的产品的质量,需要提高产品的纯度,而产品的纯度和工厂的效益相关。所以,化工生产过程中就必须将得到的产品混合物进行分离、提纯,从而得到较纯的物质。实际上,分离过程可以占到整个工厂95%以上的投入。一个产品的分离可能包含吸收、精馏、过滤、萃取、结晶、干燥等多个工序,所以可将物料分离工艺流程再分解成吸收、精馏、过滤、萃取、结晶、干燥等比较简单的单元物料分离工艺流程。物料分离工艺流程是化工生产工艺流程的主要组成部分之一,它直接影响产品的质量和收率情况,也影响工厂的效益。
(5)物料计量和包装工艺流程 物料计量就是在化工生产过程中对原料、中间产物、产品进行量化的过程。包装是为便于产品的储存、运输而进行的过程。在化工企业中,物料的计量和包装流程是化工生产过程不可或缺的一部分。在化工生产过程中,需要准确、快速地对物料进行计量和包装。
单元工艺流程是为了认识生产工艺流程而人为划分的。在实际过程中,这些单元工艺流程之间是相互融合在一起的,相互交叉,分界线不明显。如在二氯乙烷生产过程中,由氯化塔、闪蒸塔、分层槽、低沸塔、高沸塔及脱水塔等设备构成的流程为化学反应工艺流程及物料分离工艺流程,而这些设备在流体输送工艺流程中的作用就等同于理想化的储罐、储槽。随着科学技术的进步,反应-分离耦合一体式装置的开发和使用简化了工艺流程,提高了生产效率。一般情况下,工艺流程都以方便认识流程为目的,然后对流程进行分割。此外,一个化工生产工艺流程里可能含有多个反应工艺流程、多个物料分离工艺流程、多个物料输送工艺流程和多个传热工艺流程,多个单元工艺流程组成一个复杂的生产工艺流程。为了快速、准确地认识化工生产工艺流程,需要及时明确化工生产工艺流程的关键设备、物料的种类和流向等。