工艺流程-工艺流程设计教材(ppt 125页)

Pharmaceutical Engineering 3.1 概述 3.2 工 艺 流程 设计 技 术 3.3 工 艺 流程 图 第 3章 工 艺 流程 设计 1 Pharmaceutical Engineering 工艺流程设计 3.1 概述 生产工艺流程设计 试验工艺流程设计 仅有文献资 料，尚未进 行生产 技术成熟、 大量生产 2 Pharmaceutical Engineering 3.1.1 工 艺 流程 设计 的作用 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 3.1.4 工 艺 流程 设计 的成果 3.1 概述 Go 3 Pharmaceutical Engineering 工艺流程设计是工程设计中最重要、最基础的设 计步骤，工艺流程设计是在确定的原料路线和技术 路线的基础上进行的，它是整个工艺设计的中心， 对后续的 物料衡算 、 工艺设备设计 、 车间布置设计 和 管道布置设计 等单项设计起着决定性的作用，并 与车间布置设计一起决定着车间或装置的基本面貌 。 3.1.1 工 艺 流程 设计 的作用 4 v确定工艺流程的组成 v确定载能介质的技术规格和流向 v确定操作条件和控制方法 v确定安全技术措施 v绘制不同深度的工艺流程图 Pharmaceutical Engineering 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 Go 5 Pharmaceutical Engineering 工艺流程设计的任务内容： 1.确定工艺流程的组成 确定流程中各生产过程的 具体内容、顺序和组合方式 ， 是工艺流程设计的基本任务。 可用设备之间的 位置关系 和 物 料流向 来表示。 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 6 Pharmaceutical Engineering 2.确定载能介质的技术规格和流向 常用的载能介质： 水、水蒸汽、冷 冻盐水、空气 (真空或压缩 )。 3.确定操作条件和控制方法 主要工艺参数有 温度、压力、浓度 、流量、流速和 pH值 等。 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 7 Pharmaceutical Engineering 4.确定安全技术措施 设置相应的预防和应急措施，如阻 火器、报警装置、爆破片、安全阀 、安全水封、放空管、溢流管、泄 水装置、防静电装置、防雷装置和 事故贮槽等。 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 8 Pharmaceutical Engineering 5.绘 制不同深度的工 艺 流程 图 u初步设计 u施工图设计 工艺流程框图 工艺流程示意图 物料流程图 带控制点的工艺流程图 施工阶段带控制点的工 艺流程图。 3.1.2 工 艺 流程 设计 的任 务 9 v工艺路线的选择 v确定工艺流程的组成和顺序 v绘制工艺流程框图 v绘制工艺流程示意图 v绘制物料流程图 v绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图 v绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 Pharmaceutical Engineering 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 Go 10 Pharmaceutical Engineering 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 工艺流程设计的基本程序 u工艺路线的选择 u确定工艺流程的组成和顺序 工业化实施的可行 性、可靠性和先进 性；关键设备和特 殊工艺条件或参数 容易实现或达到 明确各单元反应和单元 操作的主要设备、操作 条件和基本操作参数 (如 温度、压力、浓度等 )。 确定各设备之间的 连接顺序以及载能 介质的技术规格和 流向 11 Pharmaceutical Engineering u绘制工艺流程框图 方框、文字和箭头 等形式定性表示出由原料变成产品的路线和 顺序，绘制出工艺流程框图。 图例、箭头和必要的文字说明 定性表示出由原料变成产品的路 线和顺序。 u绘制工艺流程示意图 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 12 Pharmaceutical Engineering u 绘制物料流程图 物料衡算和能量衡算 物料流程图 u 绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图 设备、管道的工艺计算以及仪表自控设计 初步设计阶段带控制点的工艺流程图 设备一览表 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 13 Pharmaceutical Engineering u 绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 对工艺流程图中所选用的设备、管道、阀门、仪表等 作必要的 修改、完善和进一步的说明 。在此基础上， 可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图。 3.1.3 工 艺 流程 设计 的基本程序 14 Pharmaceutical Engineering 初步设计阶段的主要成果是 初步设计阶 段带控制点的工艺流程图 ； 施工图设计阶段的主要成果是 施工阶段 带控制点的工艺流程图 。 3.1.4 工 艺 流程 设计 的成果 15 Pharmaceutical Engineering 3.2.1 工 艺 流程 设计 中的方案比 较 3.2.2 完善工 艺 流程 3.2.3 工 艺 流程 设计 中 应 考 虑 的技 术问题 3.2 工 艺 流程 设计 技 术 Go 16 Pharmaceutical Engineering 在进行方案比较时首先应明确评判标准。许 多 技术经济指标 ，如产物收率、原料单耗、能 量单耗、产品成本、设备投资、操作费用等均 可作为方案比较的评判标准。此外，环保、安 全、占地面积等也是方案比较时应考虑的重要 因素。 例 3-1、 例 3-2、 例 3-3、 例 3-4 3.2.1 工 艺 流程 设计 中的方案比 较 17 Pharmaceutical Engineering 实例 3-1 在药品 精制 中，粗品常先用溶剂 溶解，然后加入活性炭脱色，最后再滤除活 性炭等固体杂质。假设溶剂为低沸点易挥发 溶剂，试确定适宜的 过滤流程 。 解：首先 选 定 过滤 速度 和 溶 剂 收率 为 方 案比较的评判标准。 Example 3.1 18 Pharmaceutical Engineering 图 3-1 常压过滤方案 采用常压过滤方案 虽可滤除活性炭等 固体杂质，但过滤 速度较慢 Scheme I： 常 压过滤 19 Pharmaceutical Engineering 图 3-2 真空抽滤方案 Scheme II： 真空抽 滤 采用真空抽滤 方式，过滤速度明显加快， 从而克服了方案 I过滤速度较 慢的缺陷，但由于出口未设 置冷凝器，因而易造成大 量 低沸点溶剂的挥发损失 ， 使溶剂的收率下降 20 Pharmaceutical Engineering Scheme III： 真空抽 滤 冷凝 图 3-3 真空抽滤 -冷凝方案 在出口设置了冷 凝器，以回收低 沸点溶剂，从而 减少了溶剂的挥 发损失，提高了 溶剂的收率 21 Pharmaceutical Engineering Scheme IV：加压过滤 图 3-4 加压过滤方案 在压滤器上部通入压 缩空气或氮气，即采 用加压过滤方式，过 滤速度快，且溶剂的 挥发损失 很少 22 Pharmaceutical Engineering 实例 3-2 用混酸硝化 氯 苯制 备 混合硝基 氯 苯。已知 混酸的 组 成 为 ： HNO3 47% 、 H2SO4 49% 、 H2O 4% ；氯苯与混酸中 HNO3的摩尔比为 1： 1.1；反应开始 温度为 4055oC，并逐渐升温至 80oC；硝化时间为 2h ；硝化废酸中含硝酸小于 1.6% ，含混合硝基氯苯为获 得混合硝基氯苯量的 1% 。试通过方案比较，确定适 宜的 硝化及后处理工艺流程 。 解：首先 选 定混合硝基 氯 苯的收率以及硫酸、硝酸 及 氯 苯的 单 耗作 为 方案比 较 的 评 判 标 准。 Example 3.2 23 Pharmaceutical Engineering Scheme I： 硝化 分离 硝化 -分离方案 24 Pharmaceutical Engineering Scheme II： 硝化 分离 萃取 硝化 -分离 -萃取方案 25 Pharmaceutical Engineering Scheme III： 硝化 分离 萃取 浓缩 硝化 -分离 -萃取 -浓缩方案 26 Pharmaceutical Engineering 例 3-3 在加 压连续 釜式反 应 器中，用混酸硝化苯制 备 硝基苯。已知混酸 组 成 为 ： HNO3 5% 、 H2SO4 65% 、 H2O 30% ；苯与混酸中 HNO3的摩尔比为 1： 1.1；反 应压力为 0.46MPa，反应温度为 130oC；反应后的硝化 液进入连续分离器，分离出的酸性硝基苯和废酸的温 度约为 120oC；酸性硝基苯经冷却、碱洗、水洗等处理 工序后送精制工段。 试以单位能耗为评判标准，确定 适宜的工艺流程 。 解：以 单 位能耗 为 方案比 较 的 评 判 标 准，确定适宜 的工 艺 流程。 Example 3.3 27 Pharmaceutical Engineering Scheme I：间接水冷 -常压浓缩 间接水冷 -常压浓缩方案 28 Pharmaceutical Engineering Scheme II：原料预热 -闪蒸浓缩 原料预热 -闪蒸浓缩方案 29 Pharmaceutical Engineering 例 3-4 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸的反应方程式为 已知反应在间歇釜 (磺化釜 )中进行，磺化反应速度与甲苯浓 度成正比，与硫酸含水量的平方成反比。为保持较高的反 应速度，可向甲苯中慢慢加入浓硫酸。同时，应采取措施 将磺化生成的水及时移出磺化釜。试通过方案比较，确定 适宜的 脱水工艺流程 。 解：磺化 过 程中 产 生的水能否及 时 移走以及脱水后的甲 苯能否及 时 返回磺化釜可作 为 方案比 较 的 评 判 标 准。 Example 3.4 30 Pharmaceutical Engineering Scheme I：间歇脱水 图 3-10 间歇脱水方案 31 Pharmaceutical Engineering Scheme II：连续脱水 图 3-11 连续 脱水方案 32 根据单元操作或单元反应所涉及的主要设备为单位 标明进料和出料的名称、组成及工艺条件； 根据单元操作或单元反应过程的温度、热效应等情况 确定传热设备和载能介质的技术规格； 根据单元操作或单元反应过程的参数显示和控制方式 确定仪表和自动控制方案； 根据单元操作或单元反应过程的燃烧、爆炸、毒害情况， 确定相应的安全技术措施； 根据单元操作或单元反应过程所产生的污染物 确定相应的污染治理方案等等。 3.2.2以单元操作或单元反应为中心， 完 善工 艺 流程 33 Pharmaceutical Engineering 例 工业生产中，硝化混酸的配制常 在间歇搅拌釜中进行，试以 搅拌釜 为 中心，完善硝化混酸配制过程的工艺 流程。 3.2.2 完善工 艺 流程 34 Pharmaceutical Engineering 图 3-12 混酸配制过程的工艺流程示意图 3.2.2 完善工 艺 流程 35 Pharmaceutical Engineering 例 在合成抗菌药诺氟沙星的生产中，以对氯硝 基苯为原料制备对氟硝基苯的反应方程式为 反应拟在间歇釜式反应器中进行，试以 反应器为 中心 ，完善反应过程的工艺流程。 3.2.2 完善工 艺 流程 36 Pharmaceutical Engineering 图 3-13 氟化反 应过 程的工 艺 流程示意 图 3.2.2 完善工 艺 流程 37 Pharmaceutical Engineering 1.生 产 方式的 选择 2.提高 设备 利用率 3.物料的回收与套用 4.能量的回收与利用 5. 安全技术措施 6.仪 表和控制方案的 选择 3.2.3 工 艺 流程 设计 中 应 考 虑 的技 术问题 Go 38 Pharmaceutical Engineering v产品的生产方式 连续生产 间歇生产 联合生产方式 1.生 产 方式的 选择 39 Pharmaceutical Engineering 例 3-7 某产品的生产过程由磺化、冷却中和、 浓缩三道工序组成，磺化液和中和液均为液态， 磺化釜的操作周期为 12h，冷却中和釜的操作周 期为 4h，浓缩釜的操作周期为 8h。试确定适宜 的设备配置方案。 解：该产品的生产过程有多种不同的设备配 置方案 . 2.提高 设备 利用率 40 设备 名称 磺化釜 冷却中和釜 浓缩 釜 操作周期 /h 12 4 8 方 案 I 设备 台数 1 1 1 1 1 (1/6) 1 (1/3) 日 总 操作批数 1 (2) 1 (6) 1 (3) 每台 设备 日 闲 置 时间 /h 12 (0) 20 (0) 16 (0) 为 保持主要 设备 之 间 的能力平衡，提高 设备 利用率， 设 备 台数、批生 产 能力和操作周期之 间应满 足下列关系 (3-1) 41 设备 名称 磺化釜 中和釜 浓缩 釜 操作周期 /h 12 4 8 日操作批数 2 6 3 日 处 理量 60 120 80 设备 生 产 能 力 20 20 设备 台数 ？ ？ ？ 设备闲 置 时 间 /h 0 0 0 设备配置方案 1/2 1 60 30 1 1 42 Pharmaceutical Engineering v在工艺流程设计中，充分考虑物料的 回收与套用 ，以降低原辅材料消耗，提高产品收率，是 降低 产 品成本的重要措施。 v药物的工艺流程设计中，若能实现反应母液的循 环套用或经适当处理后套用，则不仅能降低原辅材 料消耗，提高产品收率，而且能减少环境污染。 v在工艺流程设计时应充分考虑这些溶剂的回收与 套用。 3.物料的回收与套用 43 Pharmaceutical Engineering 在工艺流程设计中，充分考虑能量的回收与利 用，以提高能量利用率，降低能量单耗，是 降低 产品成本的又一重要措施 借助重力减少动力输送 回收物料的余热，以达到降低能耗和产品成本 的目的。 4.能量的回收与利用 44 Pharmaceutical Engineering 报警装置 事故贮槽 安全水封、安全阀或爆破片 溢流管 阻火器 设置排空阀 接地装置 防雷装置 5. 安全技术措施 45 Pharmaceutical Engineering 在工艺流程设计中，对需要控制的工艺参 数如温度、压力、浓度、流量、流速、 pH 值、液位等，都要确定适宜的 检测位置 、 检 测和显示仪表 以及 控制方案 。 6.仪 表和控制方案的 选择 46 v 3.3.1 工艺流程框图 v 3.3.2 工艺流程示意图 v 3.3.3 物料流程图 v 3.3.4 带控制点的工艺流程图 Pharmaceutical Engineering 3.3 工 艺 流程 图 Go 47 Pharmaceutical Engineering 工艺流程图是以图解形式表示工艺流程 初步设计阶段需绘制 工艺流程框图 、 工艺流 程示意图 、 物料流程图 和带 控制点的工艺流 程图 ； 在施工图设计阶段需绘制施工阶段带控制点 的工艺流程图 。 3.3 工 艺 流程 图 48 Pharmaceutical Engineering 工艺流程框图是在工艺路线和生产方 法确定之后，物料衡算开始之前表示 生产工艺过程的一种 定性图纸 ，是最 简单的工艺流程图，其作用是定性表 示出由原料变成产品的工艺路线和顺 序，包括全部 单元操作 和 单元反应 。 3.3.1 工 艺 流程框 图 49 Pharmaceutical Engineering 图 3-14 阿司匹林的生产工艺流程框图 3.3.1 工 艺 流程框 图 Go 50 Pharmaceutical Engineering 在工艺流程框图的基础上，分析各过 程的主要工艺设备，在此基础上，以 图 例 、 箭头 和 必要的文字说明 定性表示出 由原料变成产品的路线和顺序，绘制出 工艺流程示意图。 3.3.2 工 艺 流程示意 图 51 Pharmaceutical Engineering 图 3-3 阿司匹林的生产工艺流程 3.3.2 工 艺 流程示意 图 Go 52 Pharmaceutical Engineering 当工艺流程示意图确定之后，即 可进行物料衡算、能量衡算和设备 的工艺计算。在此基础上，可绘制 出物料流程图。此时，设计已由定 性转入 定量 。 3.3.3 物料流程 图 53 Pharmaceutical Engineering 图 3-16 氯苯硝化的物料流程图 3.3.3 物料流程 图 54 Pharmaceutical Engineering 序号 物料名称 流量 /kgh-1HNO 3 H2SO4 H2O 氯苯 硝基氯苯 总计 1 补充硫酸 2.4 0.2 2.6 2 硝酸 230 4.7 234.7 3 回收废酸 237.6 14.7 252.3 4 配制混酸 230 240 19.6 489.6 5 萃取氯苯 403.4 18.7 422.1 6 硝酸损失 2.3 2.3 7 硝化液 909.4 8 粗硝基苯 2.4 0.2 6.1 569.3 578.0 9 分离废酸 5.2 237.6 82.9 5.7 331.4 10 氯苯 416.8 416.8 11 萃取废酸 237.6 84.4 4.1 326.1 12 浓缩蒸汽 73.8 13 冷凝 液 73.8 14 废水 69.7 69.7 15 回收氯苯 4.1 4.1 3.3.3 物料流程 图 55 Pharmaceutical Engineering CB 氯 苯； NCB 硝基 氯 苯；基准： kgh- 1 图 3-17 用框图绘制的氯苯硝化的物料流程图 Go56 Pharmaceutical Engineering (1)基本要求 (2)图 面要求 (3)绘 制方法 (4)常 见单 元 设备 的自控流程 (5) 带 控制点的工 艺 流程 图 3.3.4 带 控制点的工 艺 流程 图 Go 57 Pharmaceutical Engineering v表示出生产过程中的全部 工艺设备 。 v表示出生产过程中的全部 工艺物料 和 载能 介质 的名称、技术规格及流向。 v表示出全部 物料管道 和各种 辅助管道 (如水 、冷冻盐水、蒸汽、压缩空气及真空等管道 ) 的代号、材质、管径及保温情况。 (1)基本要求 58 Pharmaceutical Engineering v表示出生产过程中的全部 工艺阀门 以及阻火 器、视镜、管道过滤器、疏水器等 附件 v表示出生产过程中的全部 仪表 和 控制方案 ， 包括仪表的控制参数、功能、位号以及检测点 和控制回路等。 (1) 基本要求 59 基本要求： 工艺设备、工艺物料、载能介质、物料管道、辅助管道 工艺阀门、阻火器、视镜、管道过滤器、疏水器 仪表及控制方案 60 Pharmaceutical Engineering v图纸尺寸 v比例 v图线和字体 (2) 图 面要求 61 Pharmaceutical Engineering 1.设备 2.管道、管件和 阀门 3.自控和 仪 表 (3) 绘 制方法 Go 62 Pharmaceutical Engineering v常用设备的代号和图例。 1.设备 63 64 65 Pharmaceutical Engineering v为使图形简单明了，设备上的管道 接头、支脚 、支架、基础、平台 等一般不需表示。 v在流程图中，当有多台相同的设备 并联 时，可 只画 一台 设备，其余设备可分别用细实线方框表 示，在方框内注明设备位号，并画出通往该设备 的支管。 1.设备 66 Pharmaceutical Engineering v在初步设计阶段的工艺流程图中，当有多台 相同的设备 串联 或轮换使用时 ,一般只画 1台 设 备 ;而在施工阶段的工艺流程图中则应根据需 要画出 2台或 2台以上的设备 ,以表示清楚。 v在带控制点的工艺流程图中要表示出 设备的 名称 和 位号 。 1.设备 67 Pharmaceutical Engineering 图 3-18 设备位号的表示方法 1.设备 68 Pharmaceutical Engineering 设备 位号 应 与 设备 名称一起 标 注 在 设备 内 或附近空白 处 ，位置力求整 齐 、明 显 ，必要 时还 可由 设备 加一引出 线 。 设备 位号和名称 一般用 粗 实线 分开， 线 的上面注明 设备 位号 ，下面注明 设备 名称 。例如 1.设备 69 Pharmaceutical Engineering 常见管道、管件和阀门的 图例 2.管道、管件和 阀门 70 71 Pharmaceutical Engineering 在初步设计阶段的工艺流程图中，应绘出 主要管 道、阀门、管件和控制点 ；而在施工图设计阶段的工 艺流程图中，则应绘出全部管道、阀门、管件和控制 点。 物料管线 用粗线表示，其它管线用中粗线，控制 回路用细线表示。 当两根无联系的管线相互 交叉 时 ,可将一根画成连 续实线 ,而另一根在交叉处 断开 。线条拐弯处可画成 直角。 2.管道、管件和 阀门 72 Pharmaceutical Engineering l 流程 图 中的管道需与另一流程 图 中的管道相 连时 ，可在管道断开 处 用箭 头 注明至某 设备 或管道的 图 号，即 2.管道、管件和 阀门 73 Pharmaceutical Engineering 在带控制点的工艺流程图中，应对每一根管 道进行标注。 一般情况下，管道应注明 介质代号 、 管道 编号 、 管道尺寸 和 管道等级 ，若为隔热或隔声 管道还应增加隔热或隔声代号。管道的标注方 法如 图 3-19所示。 2.管道、管件和 阀门 74 Pharmaceutical Engineering (a) 普通管道 (b) 套管 图 3-19 管道的标注方法 2.管道、管件和 阀门 75 Pharmaceutical Engineering 常 见 介 质 的代号 见 表 。若介质代号在表中没有 规定，则可补充，但不应与表中的代号相同。 2.管道、管件和 阀门 76 Pharmaceutical Engineering 1.6MPa 管道等级 由管材代号、单元顺序号和公称压力等 级代号组成，如图所示。 图 3-20 管道等 级 的 标 注方法 碳钢 2.管道、管件和 阀门 77 Pharmaceutical Engineering 管道的单元顺序 号用阿拉伯数字表示，由 1开始。 管 材代号 和 管道的公称压力等级 代号均用大写英文字母 表示。 2.管道、管件和 阀门 78 Pharmaceutical Engineering 管道的隔 热 或隔声代号用大写英文字母表 示 ,如表所示。 2.管道、管件和 阀门 79 Pharmaceutical Engineering 在带控制点的工艺流程图中应绘出全部与工 艺过程有关的 检测仪表 、 检测点 和 控制回路 。 控制回路中的每一个仪表或元件都要标注仪表 位号。 仪表位号 的表示方法如图所示。 图 3-21 仪表位号 的表示方法 3.自控和 仪 表 80 Pharmaceutical Engineering 3.自控和 仪 表 81 Pharmaceutical Engineering 在带控制点的工艺流程图中，检测仪表、显示仪表 的图例均用圆圈来表示，并用圆圈中间的横线来区分 不同的 安装位置 。 3.自控和 仪 表 82 Pharmaceutical Engineering 在带控制点的工艺流程图中，仪表的位号可直接 填 写 在仪表图例中。 图 3-23为管道压力 控制点 的示意图。管道中的压 力变化通过变送器 (图中以符号 “ ” 表示 )将信号送 至压力计 ,并通过它控制调节阀的开启，以调节管道内 的流体压力 ,使其保持在正常的操作压力范围之内。 图 3-23 管道压力 控制点示意图 3.自控和 仪 表 83 Pharmaceutical Engineering Pump 84 Pharmaceutical Engineering Horizontal vessel 85 Pharmaceutical Engineering Vertical Vessel 86 Pharmaceutical Engineering Pipe 87 Pharmaceutical Engineering Control House 88 Pharmaceutical Engineering 1.流体 输 送 设备 2.换热 器 3.塔 设备 4.反 应 器 (4) 常 见单 元 设备 的自控流程 89 Pharmaceutical Engineering (1) 离心 泵 (2) 容 积 式 泵 (3) 真空 泵 (4) 压缩 机 1.流体 输 送 设备 90 Pharmaceutical Engineering 离心 泵 是最常用的液体 输 送 设备 ，其被控 变 量一般 为 流量 。改 变 出口 阀门 的开 度或回 路 阀门 的开度或 泵 的 转 速 均可 调节 离心 泵 的流量。 (1) 离心 泵 91 Pharmaceutical Engineering 图 3-24 改变出口阀门 开度调节流量 (1) 离心 泵 记录点 调节点 92 Pharmaceutical Engineering 图 3-25 改变回路阀门 开度调节流量 (1) 离心 泵 93 Pharmaceutical Engineering 往复 泵 、 齿轮泵 、螺杆 泵 、旋 涡泵 等都 是常 见 的容 积 式 泵 ，此 类泵 的出口不能堵死 ，否 则泵 体内的 压 强 会急 剧 升高，造成 泵 体 、管路或 电 机的 损 坏。与离心 泵 一 样 ，容 积 式 泵 的被控 变 量一般也是 流量 ，但是，容 积 式 泵 不能象离心 泵 那 样 用出口管路上的 阀门 来 调节 流量。 (2) 容 积 式 泵 94 Pharmaceutical Engineering 图 3-26 齿轮泵的流量调节 (2) 容 积 式 泵 95 Pharmaceutical Engineering 在制药生产中 ,经常需要使用真空泵从设备或管道 内抽出气体 ,以使其中的绝对压强低于大气压。常用 的真空泵可分为 机械泵 和 喷射泵 两大类 ,水环泵和活 塞泵 均为常见的机械泵 ,水喷射泵和蒸汽喷射泵 均为 常见的喷射泵。真空泵的被控变量一般为 真空度 ,改 变 吸入管路 或 吸入支管 阀门的开度均可调节系统的真 空度 ,其自控流程如 图 3-27和 3-28所示。 (3) 真空 泵 96 Pharmaceutical Engineering 图 3-27 改变吸入管路阀 图 3-28 改变吸入支管阀门 门 开度控制真空度 开度控制真空度 (3) 真空 泵 97 Pharmaceutical Engineering 压缩 机的控制方案 与 泵 的有很多相似之 处 ，被控 变 量一般也 是 流量 或 压 力。改 变 进 口 阀门 的开度 或 回 旁 阀门 的开度 或 压缩 机的 转 速均可 调节压 缩 机的流量。 改 变进 口 阀门 开度 来 调节 流量的自控流 程如 图 所示。 图 3-29 改变进口阀门 开度调节流量 (4) 压缩 机 98 Pharmaceutical Engineering 图 3-30 压缩机流量的 分程控制流程 (4) 压缩 机 99 Pharmaceutical Engineering 2.列管式 换热 器 100 Pharmaceutical Engineering (1) 流体无相 变 (3) 两 侧 流体均有相 变 (2) 一 侧 流体有相 变 2.列管式 换热 器 101 v载热体 图 3-31 调节冷流体流量控制温度 图 3-32 调节热流体流量控制温度 (1) 流体无相变 102 Pharmaceutical Engineering 若被控流体 为 工 艺 流体，其流量不能改 变 ， 则 可 设 置相 应 的 旁路 (1) 流体无相 变 图 3-33 冷流体流量的旁路调节 3-34 热流体流量的旁路调节 103 Pharmaceutical Engineering 图 3-35 调节蒸汽压力 控制工艺流体温度 (2) 一 侧 流体有相 变 图 3-36 调节冷凝面积控制 工艺流体温度 104 Pharmaceutical Engineering 间壁两侧流体均有相变时换热器的控制方案与 一 侧流体有相变 时的换热器的控制方案相似。例如， 对于用蒸汽加热的 再沸器 、蒸发器等，其被控变量 一般为 被加热流体的汽化速度 。采用调节蒸汽压力 或传热面积的方法，均可达到控制被加热流体汽化 速度的目的。 (3) 两 侧 流体均有相 变 105 Pharmaceutical Engineering 3. 塔 设备 106 Pharmaceutical Engineering 制药生产中所用的塔设备种类很多，如 精馏塔 、吸收塔、吸附塔 等。塔设备的被控变量很多， 如 温度、压力或真空度、流量、液位 等。 以精馏塔为例，介绍塔设备的自控流程。 (1) 压 力控制 (2) 温度控制 (3) 流量控制 (4) 液位控制 3.塔 设备 107 Pharmaceutical Engineering 对 压力稳定无特殊要求 的常压精馏塔，一般 无需设置压力控制系统。根据需要，可在冷凝器 或回流罐上设置一根与大气相通的 压力平衡管 ， 以保持塔内压力接近于大气压力。 (1)压 力控制 常 压 精 馏 塔 108 Pharmaceutical Engineering 图 3-37 改变不凝性气 体抽吸量控制塔压 (1)压 力控制 减 压 精 馏 塔 图 3-38 旁路吸入空气或 惰性气体控制塔压 109 Pharmaceutical Engineering 当塔 顶 汽相中不含或 仅 含微量不凝性气体 时 ,可通 过调节 冷却 剂 流量 的 办 法来控制全塔 的操作 压 力 ,其自控流 程如 图 所示。 该 方案 投 资较 少 ,并可减少冷 却 剂 的用量 。 图 3-39 调节 冷却介 质 流量控制塔 压 (1)压 力控制 加 压 精 馏 塔 110 Pharmaceutical Engineering 当塔 顶 汽相中含有少量 (低于塔 顶 汽相 总 量的 2%)的 不凝性气体 图 3-40 塔 压 的分程控 制方案 (1)压 力控制 加 压 精 馏 塔 111 Pharmaceutical Engineering 当塔 顶 汽相中含有 较 多的不凝性气体 图 3-41 改 变 气相排放量控制塔 压 (1)压 力控制 加 压 精 馏 塔 112 Pharmaceutical Engineering 图 3-42 精 馏 塔的温度控制 (2) 温度控制 113 Pharmaceutical Engineering 图 3-43 精馏塔的流量控制 (3) 流量控制 114 Pharmaceutical En