关于精细化工厂工艺系统模块化设计的探讨

王栋拣

（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）

化工工艺系统工程设计的基本功能是完成管道仪表流程图（P&ID）。在医药、农药中间体等精细化工厂工程设计过程中，可以运用模块化设计的思想，对管道仪表流程中有共性的系统采用通用模块，对有其个性特点的系统采用专用模块。我们可以把某一个农药化工厂工艺系统看成由以下子系统组成：反应系统、分离系统、干燥系统、真空系统、尾气处理系统等，这些子系统就可以看做为一个个模块，新设计的工艺系统可以通过模块的优化组合来形成。

1 反应系统

以釜式作为反应容器模块为实例来说明，如图1所示（为了论述需要，对P&ID进行了简化，下同）。

液体原料和溶剂通过管道加入反应釜中，固体物料通过人孔加入反应釜中，并在人孔上方设置局部通风口，以满足职业卫生的要求。气相管接冷凝器，冷凝液经扩大管及液封回流至反应釜，扩大管上斜接放空管及真空管，以满足气液分离的要求。扩大管也可根据工艺特点和客户需要变为气液分离器、接受罐、带蒸汽保温夹套的小釜等。冷凝器接循环水或者冷冻水，也可根据需要设计为二级冷凝。反应釜上的安全泄放系统根据介质特点等因素选择安全阀或者爆破片。气相出口设置压力表，将反应釜内温度与加热蒸汽联锁。反应釜物料出口阀门操作高度较高，可选择遥控开关的阀门。反应釜夹套接循环水、冷冻水、蒸汽、压缩空气，通过阀门来切换。对于不锈钢反应釜，可在反应釜内设计蒸汽盘管，与反应釜夹套的冷却介质分开，有利于延长反应釜的使用寿命。

对于重点监管的危险化工工艺，工艺管道仪表流程图形成模块，须体现安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案，以便新设计进一步选择和优化，从而大大减少对危险化工工艺方案讨论花费的时间。现举一个重氮化工艺系统的实例，如图2所示。

将重氮化反应釜内温度与釜内搅拌、亚硝酸钠流量、亚硝酸钠滴加阀门形成联锁关系，设立紧急停车系统。当重氮化反应釜内温度达到高高位时或搅拌系统发生故障时立即自动停止加料并紧急停车。本例中的重氮化反应在常压下进行，且放空管上不设阀门。在反应过程中釜夹套冷却水进水阀一直保持打开状态。

2 分离系统

（1）简单蒸馏实例：前一个工序物料静置分层液油层流到本蒸馏釜进行溶剂的简单蒸馏回收，低压蒸汽进入蒸馏釜夹套对物料进行加热，在其管道上设置调节阀，与釜内温度形成联锁，气相从反应釜出来经两级冷凝，冷凝液经接受罐气液分离后去回收罐，不凝气体去尾气处理系统。蒸馏釜上设置了安全泄放系统。该工艺系统如图3所示。

（2）板框压滤实例：选用隔膜压榨工艺对有的浆料进行固液分离，进料泵将料浆压入隔膜压滤机进行过滤，母液排出。过滤结束后，用压榨水泵（出口设置安全阀）把清水打进压滤机隔膜与芯板之间的空腔内挤压滤饼，进行二次压榨脱水。经过压榨后颗粒之间仍有一定的水分，通过反吹压缩空气，使滤饼的含水率进一步降低。本工艺系统如图4所示。

3 干燥系统

根据物种特点和工艺要求选用SZG系列双锥回转真空干燥机或者XSG系列旋转闪蒸干燥机。

旋转闪蒸干燥实例：经换热器加热后的洁净空气被鼓入闪蒸干燥器进风口，同时物料由螺旋加料器加入塔内，被干燥的粉状物料随同热风一起输送至旋风收尘器、布袋除尘器，其中成品收集包装，尾气经水膜除尘器等装置处理后排空。

4 真空系统

采用水为工作介质的喷射真空泵较为常见。现举一个联合式水喷射真空机组的实例：多台喷射器共用一个水槽，该水槽可选用碳钢材质，在水槽的外侧采用盘管，用循环水进行冷却，可减少补充水和废水的排量。对有酸性尾气的情况，可在水槽中加入液碱，真空缓冲罐放空及水槽的尾气均排放至尾气处理系统。该工艺系统如图5所示。

5 尾气处理系统

根据项目尾气中含有介质的特点选择水洗涤、稀碱液洗涤等处理方式，可采用活性炭颗粒对废气中的有机物如对甲苯、二甲苯、二氯甲烷等物质进行吸附回收。当活性炭吸附饱和后，采用蒸气对饱和活性炭进行再次脱附再生。

活性炭吸附回收实例：采用两个吸附器并联工作，运行时相互切换，共用一套管路系统。两个吸附器依次进入吸附状态，吸附箱定时切换实现吸附、解吸、干燥的连续操作。运行时，有机废气由吸附器下部进入，净化后的气体由吸附器上部排出。脱附介质采用水蒸汽，蒸汽由吸附器上部进入，将被吸附浓缩的有机物脱附出来并进入冷凝器，经过冷凝的有机物流入储槽做进一步处理。吸附器完成脱附并经干燥后，切换过来继续进行吸附。系统运行过程中所有的切换动作均由PLC系统自动控制完成。

6 结论和建议

将某些精细化工厂工艺系统分解成多个子系统模块，这些模块可系统化、规范化、标准化地事先做好通用图设计。一旦接受新的设计任务，即可根据项目的工艺特点及用户需求进行组合，再进行适当调整和完善就可完成管道仪表流程图设计。模块化设计的优点是：有利于设计的规范化、标准化；减轻设计人员的工作量，加快设计进度，节约时间成本；有利于年轻的设计人员掌握设计要点；有利于设计单位快速培养人才等。精细化工工艺范围很广，可设计为模块的流程很多，本文旨在对精细化工工艺系统模块化设计进行初步探讨，希望为该类化工工艺系统的模块化、规范化、标准化设计提供参考。

[1]蔡尔辅，陈树辉.化工厂系统设计（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]HG/T20519-2009，化工工艺设计施工图内容和深度统一规定[S].

[3]HG 20559-1993，化工装置工艺系统工程设计规定[S].

[4]中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（第四版）[M].北京：化学工业出版社，2009.□