化工实验流程设计及评价

流程设计是实验过程中一项重要的工作内容。由于化工实验装置是由各种单元设备和测试仪表通过管路、管件和阀门等以系统的合理的方式组合而成的整体，因此，在掌握了实验原理，确定了实验方案后，要根据前两者的要求和规定进行实验流程设计，并根据设计结果搭建实验装置，以完成实验任务。

2.4.1 流程设计的内容及一般步骤

流程设计一般包括如下内容。

（1）选择主要设备

例如在流体力学与流体机械特性的有关实验中，选择不同型号及性能的泵；在精馏实验中选择不同结构的板式塔或填料塔；在传热实验中选择不同结构的换热器等。

（2）确定主要检测点和检测方法

化工实验，就是通过对实验装置进行操作以获取相关的数据，并通过对实验数据的处理获得设备的特性或过程的规律，进而为工业装置或工业过程的设计与开发提供依据。所以，为了获取完整的实验数据，必须设计足够的检测点并配备有效的检测手段。在实验中，需要测定的数据一般可分为工艺数据和设备性能数据两大类：工艺数据包括物流的流量、温度、压力及浓度（组成），主体设备的操作压力和温度等；设备性能数据包括主体设备的特征尺寸、功率、效率或处理能力等。要指出的是，这里所讲的两大类数据是直接测定的原始变量数据，不包括通过计算获得的中间数据。

（3）确定控制点和控制手段

一套设计完整的实验装置必须是可操作的和可控制的。可操作是指既能满足正常操作的要求，也能满足开车和停车等操作的要求；可控制是指能控制外部扰动的影响。为满足这两点要求，设计流程必须考虑完备的控制点和控制手段。

化工实验流程设计的一般步骤如下。

（1）根据实验的基本原理和实验任务选择主体单元设备，再根据实验需要和操作要求配套附属设备。

（2）根据实验原理找出所有的原始变量，据此确定检测点和检测方法，并配置必需的检测仪表。

（3）根据实验操作要求确定控制点和控制手段，并配置必要的控制或调节装置。(www.xing528.com)

（4）画出实验流程示意图。

（5）对实验流程的合理性做出评价。

2.4.2 实验流程图的基本型式及要求

在化工设计中，通常都要求设计人员给出工艺过程流程图（Process Flow Diagram，PFD）和带控制点的管道流程图（Piping and Instrumentation Diagram，PID），两者都称为流程图，且部分内容相同，但前者主要包括物流走向、主要工艺操作条件、物流组成、主要设备特性等内容，后者包括所有的管道系统以及检测、控制、报警等系统，两者在设计中的作用是不同的。

在化工原理实验中，要求学生给出带控制点的实验装置流程示意图，其基本型式以吸收实验为例，如图2-5所示。由图2-5可见，带控制点的实验装置流程图一般由三部分内容组成：

（1）画出主体设备及附属设备（仪器）示意图；

（2）用标有物流方向的连线（表示管路）将各设备连接起来；

（3）在相应设备或管路上标注出检测点和控制点。检测点用代表物理变量的符号加上“I”表示，例如用“PI”表示压力检测点，用“TI”表示温度检测点，用“FI”表示流量检测点，用“LI”表示液位检测点等，而控制点则用代表物理量的符号加上“C”表示。

图2-5 丙酮-空气-水吸收实验流程示意图

1—空气压缩机； 2—气动压力定值器； 3—气体转子流量计；

4—鼓泡器； 5—填料塔； 6—液封装置；

7 电加热器； 8—液体转子流量计； 9—高位槽