认识化工生产工艺流程的主要任务之一是熟悉各个管路中所流动物料的种类和流向,这也是一个化学化工专业技术人员在进入工厂初期必须熟练掌握的生产工艺内容之一。
图3-3 乙烯氯化生产二氯乙烷工艺流程示意图
1—氯化塔;2—外循环冷却器;3—中间槽;4—冷凝器;5—卧式储槽;6—闪蒸塔;7—分液槽;8—进料槽;9—泵;10—脱低沸塔;11—脱高沸塔;12—脱水塔;13—分层塔
不同单元工艺流程的物料种类和流向均有各自的特点,可据此辨别物料种类和流向。物料的种类可以根据化工生产工艺流程图的信息或者数据分析采集的基本信息来确定。物料的走向也可以根据化工生产工艺流程图或者根据关键设备安装特性、管路中的阀门和测量仪表来确定,例如截止阀的安装具有方向性、输送泵的出口通常安装压力表等。
物料输送管路中物料的流向一般通过下面几种方法确定。
(1)根据电动机旋转方向来判断物料的流向。在电动机工作的情况下,可以确定电动机旋转的切线方向为物料的走向。在电动机不工作的情况下,也可以根据电动机或者转动轴上的转向箭头确定电动机旋转方向,从而根据旋转切线方向确定物料的走向。
(2)根据输送泵进出口的压力表读数来判断物料的流向。一般情况下,物料出口的压力表读数高,物料进口的压力表读数低。通常情况下,只在泵的出口安装压力表,也可以根据情况断定安装压力表的口为物料出口,另一个口则为物料进口。
(3)根据管路上的辅助设施,结合所学知识和经验来判断物料的流向。一般情况下,泵的进口会安装过滤器,离心泵的出口会安装止回阀,容积式输送泵的出口会安装泄压阀或安全阀,有时也会采用旁路调节来控制流量等。
(4)真空输送时利用真空表来判断物料流向,压缩输送时利用压力表来判断物料流向。
一个换热器中一般有两路流体,一路是热流体,另一路是冷流体,换热器中流体的走向主要是依靠和它直接连接的其他工艺流程管路中流体的流向来确定。例如,物料输送工艺流程输送的流体与换热器直接连接,可以判断物料经过泵等输送设备从输送工艺流程出来后,从换热器的进口进入换热器,据此可以判断换热器中同一流体的流向;在与反应器、精馏塔、吸收塔等设备直接连接的换热器中,也可采用同样的办法判断同一流体的流向。此外,还可以通过理论结合经验对物料或者流体流向进行判断。例如,液体流体进入换热器必须采用下进上出,以使液体流体充满整个换热器的换热空间,充分地利用传热面积,保证能量传递的高效进行;若采用水蒸气作为热流体,为了保证冷凝水能够及时排除,水蒸气必须要从换热器的上部进入;此外,为了提高传热效果,冷、热流体一般采用逆流流向。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时,入口处两种流体的温差最大,并沿传热表面逐渐减小,至出口处温差为最小。逆流时,沿传热表面两种流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下,当两种流体都无相变时,逆流时的平均温差最大,顺流时最小。
若换热量相同时,采用逆流流向可增大平均温差,减小传热面积,从而减小换热器尺寸,节省设备投资;若传热面积相同时,采用逆流流向可降低加热或冷却流体的用量,降低操作费用。所以在化工设计过程或者生产过程中,都常采用冷、热流体逆向流动。除顺流和逆流这两种流向外,还有错流、折流和回流等流向。这里要注意的是,若一种流体出现相变,相变过程中温度不变,需要考虑相变热对换热量及另一流体的进出口温度的影响。
反应器一般有进出两股物料,一般可借助输送设备来确定物料流向和进出口。输送设备的出口连接着反应器的物料进口,未连接的肯定为物料出口。此外,根据生产经验也可判断反应器的物料进出口。例如,对于间歇式反应器,一般都是从反应器的顶部投入反应物料,从反应器的底部排放反应后的物料;而对于连续式反应器,反应物料通常是从反应器的底部进入,从反应器的顶部排出。
常见的物料分离工艺流程包括蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、沉降、过滤和干燥等单元工艺流程。每个单元工艺流程均有各自的物料流向特点,为了方便确定物料流向,分别对以上单元工艺流程的物料流向进行简单的介绍。
对于蒸馏工艺流程,物料通过物料输送系统进入蒸馏塔,低沸点产品从塔的上部排出,经塔顶冷凝器冷凝后进入低沸点产品储罐;塔内物料从塔的底部或者中下部排出,经过塔釜冷凝器冷凝后进入高沸点产品储罐。
对于精馏工艺流程,物料进入精馏塔后,低沸点产品从塔顶排出,经塔顶冷凝器冷凝后,部分产品进入精馏塔作为塔内回流物料,其余产品进入低沸点产品储罐;高沸点产品从精馏塔塔底排出,经塔釜冷凝器冷凝后进入高沸点产品储罐。
吸收、吸附和萃取等单元工艺流程的物料流向基本相同。待吸收、吸附或者萃取的物料在进入吸收、吸附或者萃取设备后与吸收剂、吸附剂或者萃取剂相接触,吸收液、吸附液或萃取液从设备的下部排出,未被吸收、吸附或萃取的余液从设备上部排出。
结晶、沉降、过滤、干燥等单元工艺流程的操作过程简单明了,非常容易判断物料流向,这里就不再详细叙述。
对于物料计量和包装工艺流程,可根据与流体输送管路相连的压力表、温度表、流量计等计量设备的数值判断物料的流向,详细方法见本章4.1节。此外,也可以根据计量设备的安装方式或者使用方式判断物料流向。判断方法简单,例如转子流量计中物料一般是下进上出等。