第一章化工生產(chǎn)過程知識目標

1、第一章 化工生產(chǎn)過程知識目標l 了解化工生產(chǎn)工序及化工生產(chǎn)過程的組成、操作方式；l 了解化工生產(chǎn)原料路線的選擇及原料預(yù)處理方案；l 了解化工反應(yīng)過程的操作分類；了解產(chǎn)物分離方法及分離方案的選擇；l 理解固體催化劑特性及使用；理解產(chǎn)物分離流程方案的選擇；l 掌握工業(yè)生產(chǎn)對催化劑的要求；l 掌握化工生產(chǎn)過程的組織及化工生產(chǎn)流程方案選擇。能力目標l 具有初步的化工生產(chǎn)原料路線的選擇能力；l 具有對化工生產(chǎn)過程進行分析評價的初步能力。第一節(jié) 概 述化工（化學(xué)工業(yè)）是生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)，簡單地說，就是利用一系列化學(xué)反應(yīng)將自然界存在的天然資源轉(zhuǎn)變成我們所需要的各種各樣的新物質(zhì)的加工過程。在這一加工過程中，

2、原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需通過各種設(shè)備，經(jīng)過一系列的化學(xué)和物理的加工程序，最終才能轉(zhuǎn)化成合格的產(chǎn)品，此即為化工生產(chǎn)過程（簡稱化工過程）。因此，化工生產(chǎn)過程是若干個加工程序（簡稱工序）的有機組合，而每一個加工工序又由若干個（組）設(shè)備組合而成。一、化工生產(chǎn)工序化工生產(chǎn)是將若干個單元反應(yīng)過程、若干個化工單元操作，按照一定的規(guī)律組成生產(chǎn)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包括化學(xué)、物理的加工工序。 化學(xué)工序：即以化學(xué)的方法改變物料化學(xué)性質(zhì)的過程，也稱單元反應(yīng)過程。化學(xué)反應(yīng)千差萬別，按其共同特點和規(guī)律可分為若干個單元反應(yīng)過程。例如：磺化、硝化、氯化、?；⑼榛?、氧化、還原、裂解、縮合、水解等。 物理工序：只改變物料的物理性質(zhì)而不改變

3、其化學(xué)性質(zhì)的操作過程，也稱化工單元操作。例如：流體的輸送、傳熱、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、過濾、破碎等加工過程。二、化工生產(chǎn)過程組成化工產(chǎn)品種類繁多，性質(zhì)各異。不同的化學(xué)產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程不盡相同；同一產(chǎn)品，原料路線和加工方法不同，其生產(chǎn)過程也不盡相同。但是，一個化工生產(chǎn)過程，一般都包括：原料的凈化和預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)過程、產(chǎn)品的分離與提純、三廢處理及綜合利用等。1.生產(chǎn)原料的準備（原料工序）。包括反應(yīng)所需的各種原、輔料的貯存、凈化、干燥、加壓和配制等操作。2.反應(yīng)過程（反應(yīng)工序）以化學(xué)反應(yīng)為主，同時還包括反應(yīng)條件的準備如原料的混合、預(yù)熱、氣化，產(chǎn)物的冷凝或冷卻以及輸送等操作。3.

4、產(chǎn)品的分離與提純（分離工序）反應(yīng)后的物料是由主、副產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料形成的混合物，該工序是將未反應(yīng)的原料、溶劑、主、副產(chǎn)物分離，對目的產(chǎn)物進行提純精制。4.綜合利用（回收工序）對反應(yīng)生成的副產(chǎn)物、未反應(yīng)的原料、溶劑、催化劑等進行分離提純、精制處理以利回收使用。5.三廢處理（輔助工序）原材料粉碎混合加熱吸收吸附蒸發(fā)等等產(chǎn)品或中間體輸送反應(yīng)過程結(jié)晶過濾沉降蒸發(fā)精餾萃取等等三廢處理未反應(yīng)物循環(huán)圖1-1化工生產(chǎn)過程的組成輸送輸送副產(chǎn)品化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣的處理，廢熱的回收利用等。化工生產(chǎn)過程的組成如圖1-1所示。為保證化工生產(chǎn)的正常運行，還需要動力供給、機械維修、儀器儀表、分析檢驗、安

5、全和環(huán)境保護、管理等保障和輔助系統(tǒng)。第二節(jié) 化工生產(chǎn)原料準備過程生產(chǎn)化工產(chǎn)品的起始物料稱為化工原料?；ぴ系墓餐攸c，就是原料的部分原子必須進入到化工產(chǎn)品當(dāng)中。一種原料經(jīng)過不同的化學(xué)反應(yīng)可以得到不同的產(chǎn)品；不同的原料經(jīng)過不同的化學(xué)反應(yīng)也可以得到同一種產(chǎn)品。這一點決定了化學(xué)工業(yè)的豐富多彩和強大的生命力。原料在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中是牽一毫而動全身的一環(huán)，在產(chǎn)品生產(chǎn)成本中原料費所占的比例很高，有時高達6070。一、化工原料及產(chǎn)品（一）化工原料1、化工基礎(chǔ)原料基礎(chǔ)原料是指用來加工化工基本原料和產(chǎn)品的天然資源。通常是指石油、天然氣、煤和生物質(zhì)以及空氣、水、鹽、礦物質(zhì)和金屬礦等自然資源。這些天然資源來源豐富，

6、價格低廉，但經(jīng)過一系列化學(xué)加工以后，就可得到很多、很有價值的、更方便利用的化工基本原料和化工產(chǎn)品。石油、天然氣、煤都是礦物能源，對化學(xué)工業(yè)有雙重意義，既是原料，又是能源。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展初期，基礎(chǔ)原料以煤為基礎(chǔ)，二次大戰(zhàn)結(jié)束后，科學(xué)技術(shù)得到了空前的發(fā)展，化學(xué)反應(yīng)技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，自20世紀50年代中期以來，石油和天然氣逐漸取代了煤，成為化學(xué)工業(yè)的主要基礎(chǔ)原料。 但隨著人類技術(shù)的進步和生活水平的提高，人類對于自然的開采也日益無節(jié)制，到20世紀90年代，資源的枯竭問題已經(jīng)成為威脅人類發(fā)展的重要問題，可持續(xù)發(fā)展成為21世紀人類發(fā)展的必由之路，化學(xué)工業(yè)也同樣面臨著一次新的革命，那就是如何利用有限

7、的資源創(chuàng)造出更多的產(chǎn)品，為推動人類發(fā)展做出更多的貢獻。想一想在人類可持續(xù)發(fā)展中，化學(xué)工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇2、化工基本原料 基本原料是指自然界不存在，需經(jīng)一定加工得到的原料。通常是指低碳原子的烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴和合成氣、三酸（鹽酸、硫酸、硝酸）、二堿（氫氧化鈉、碳酸鈉）、無機鹽等。如常用的乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、甲烷、一氧化碳、氫氣、氯氣、氨氣等。這些基本原料都是通過石油、天然氣、煤等基礎(chǔ)原料經(jīng)過一定的途徑生產(chǎn)而來。 由化工基本原料出發(fā)，可以合成一系列化工中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品。查一查石油、天然氣、煤的用途和化工利用途徑以及它們在現(xiàn)代人類生活中的重要性3、輔助材料在化

8、工企業(yè)生產(chǎn)中，除必須消耗原料來生產(chǎn)目的產(chǎn)品外，還要消耗一些輔助材料，通常我們將這些材料與原料一起統(tǒng)稱為原材料。輔助材料是相對于原料而言的，它是反應(yīng)過程中輔助原料的成分，可能在反應(yīng)過程中進入產(chǎn)品，也可能不進入產(chǎn)品中，這是和原料的最本質(zhì)區(qū)別。化工生產(chǎn)中常用的輔助材料有助劑、添加劑、溶劑、催化劑等。（二）化工產(chǎn)品1化工產(chǎn)品概念原料經(jīng)過化學(xué)變化和一系列加工過程所得到的目的產(chǎn)物稱為化工產(chǎn)品?；ぎa(chǎn)品中一般都含有原料中的部分原子。一種物質(zhì)是化工原料還是化工產(chǎn)品不是絕對的，要根據(jù)實際生產(chǎn)過程的需要具體確定。有時是原料，有時又是產(chǎn)品?；どa(chǎn)過程中所得到的目的產(chǎn)物在很多情況下是作為下一個工序的原料，我們把這種

9、產(chǎn)物稱為中間產(chǎn)品。中間產(chǎn)品一般不能直接應(yīng)用，需經(jīng)過進一步加工才能變成可直接利用的產(chǎn)品?；て髽I(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品，大多屬于中間產(chǎn)品。一套生產(chǎn)裝置在生產(chǎn)過程中可以同時得到兩種或兩種以上的目的產(chǎn)物，我們將這兩種或兩種以上的目的產(chǎn)物互稱為聯(lián)產(chǎn)品。由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性，一個化工生產(chǎn)過程在得到目的產(chǎn)物的同時，往往會伴隨著生成幾種非目的產(chǎn)物，即副產(chǎn)物。將這些副產(chǎn)物進行回收，提供給其他生產(chǎn)過程或部門，我們稱這樣的產(chǎn)品為化工副產(chǎn)品?；どa(chǎn)過程中副產(chǎn)物非常多而且復(fù)雜，如何進行有效回收，是降低產(chǎn)品成本和減少環(huán)境污染非常重要的問題，必須引起我們的重視。觀察與思考看一看國民經(jīng)濟各個部門的發(fā)展，看一看人們的吃、穿、

10、住、行，你能感受到化學(xué)化工的重要性嗎？2化工生產(chǎn)主要產(chǎn)品化工產(chǎn)品是原料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變而來，化學(xué)反應(yīng)的多樣性，決定了化工產(chǎn)品的多樣性?；ぎa(chǎn)品種類繁多，這里根據(jù)化工產(chǎn)品的類屬給出化工生產(chǎn)的主要產(chǎn)品。1無機化工主要產(chǎn)品無機酸主要有硫酸、硝酸、鹽酸等；常用堿類主要有“兩堿（純堿、燒堿）”；化學(xué)肥料，主要有氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)混肥等；即“三酸、兩堿”與化學(xué)肥料。無機鹽其種類很多，主要有碳酸鈣、硫酸鋁、硝酸鋅、硅酸鈉、高氯酸鉀、重鉻酸鉀等。工業(yè)氣體包括氧、氮、氫、氯、氨、氬、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。元素化合物主要有氧化物、過氧化物、鹵化物、硫化物、碳化物、氰化物等；單質(zhì)主要有氧、硅、鋁、鐵、鉀、

11、鈉、鎂、磷、氟、溴、碘等。2基本有機化工主要產(chǎn)品以碳氫化合物及其衍生物為主的通用型化工產(chǎn)品，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘（即“三烯、三苯、乙炔、萘”）、合成氣等。這些產(chǎn)品是以石油、煤、天然氣等為原料，經(jīng)過初步化學(xué)加工制造的有機化工基本產(chǎn)品。由這些基本產(chǎn)品出發(fā)，經(jīng)過進一步的化學(xué)加工，可生產(chǎn)出種類繁多、品種各異、用途廣泛的有機化工產(chǎn)品。例如，醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、酐、酰胺、腈以及胺等重要的基本有機化工產(chǎn)品?；居袡C化工產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)制造塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料、粘合劑、精細化工產(chǎn)品及其中間體的原料，也可以直接作為溶劑、吸收劑、萃取劑、冷凍劑、麻醉劑、消毒劑等?；?/p>

12、有機化工產(chǎn)品的用量和生產(chǎn)能力都很大。例如乙烯，2000年中國年產(chǎn)量達470.0萬t，消費量為1 115.0萬t。3高分子化工主要產(chǎn)品高分子化工產(chǎn)品是通過聚合反應(yīng)獲得的相對分子質(zhì)量高達104106的高分子化合物。按用途分，高分子化工產(chǎn)品有塑料、合成橡膠以及橡膠制品、合成纖維、涂料和粘合劑等；按功能分，有通用、特種高分子化工產(chǎn)品。通用高分子化工產(chǎn)品產(chǎn)量較大、應(yīng)用廣泛，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，滌綸、腈綸、錦綸，丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等。特種高分子化工產(chǎn)品具有耐高溫特性，如在苛刻條件下作為結(jié)構(gòu)材料的聚碳酸酯、聚芳醚、聚砜、聚芳酰胺、有機硅樹脂以及氟樹脂等，具有光電、磁等物

13、理性能的功能高分子產(chǎn)品，如感光高分子材料、光導(dǎo)纖維以及光、電或熱致變色的高分子材料、高分子分離膜、高分子液晶、仿生高分子、生物降解高分子材料、催化劑、試劑以及醫(yī)用高分子化工產(chǎn)品等。高分子化工產(chǎn)品是一類發(fā)展迅速、用途廣泛的新型材料。4精細化工的主要產(chǎn)品精細化工產(chǎn)品是一類加工程度深、純度高、生產(chǎn)批量小、附加值高，其自身具有某種特定功能或能增進（賦予）產(chǎn)品特定功能的化學(xué)品，也稱作精細化學(xué)品或?qū)Ｓ没瘜W(xué)品。1986年，我國暫定農(nóng)藥、染料、顏料、涂料（含油漆和油墨）、粘合劑、食品和飼料添加劑、催化劑和各種助劑、化學(xué)原藥和日用化學(xué)品、試劑和高純物、功能高分子材料（包括功能膜、偏光材料等）、信息用化學(xué)品（包括

14、感光材料、磁性材料等能接收電磁波的化學(xué)品）等11類產(chǎn)品為精細化工產(chǎn)品。香精和香料、精細陶瓷、醫(yī)藥制劑、酶制劑、功能高分子材料、電子信息材料、生物醫(yī)藥、生物農(nóng)藥等也屬精細化學(xué)品的范疇。5生物化工的主要產(chǎn)品生物化工產(chǎn)品是指采用生物技術(shù)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品。主要有乙醇、丁醇、丙酮、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸、維生素、抗生素、生物農(nóng)藥、飼料蛋白、酶制劑等。做一做請你選擇某一地區(qū)，對其化工原料資源作一調(diào)查，分析其與當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有沒有關(guān)系。二、原料預(yù)處理的原則原料預(yù)處理或原料準備過程是工藝流程的一個組成部分。因此原料預(yù)處理應(yīng)符合以下原則：1必須滿足工藝要求 主要是滿足反應(yīng)的要求，比如通常氣固相反應(yīng)，為了增大接觸面

15、積，固相的粒度應(yīng)盡量小，但太小可能夾帶嚴重，所以在工程上要尋找一個最佳的范圍以滿足工藝要求。2簡便可靠的預(yù)處理工藝通常對于原料的某一種預(yù)處理要求，有不止一種可供選用的方案，一般不主張搞得太繁雜，步驟不宜多，應(yīng)簡練實用可靠，不主張使用復(fù)雜的大型的化工單元過程。因為畢竟是原料的預(yù)處理，不必小題大作。3充分利用反應(yīng)和分離過程的余熱及能量許多反應(yīng)往往是放熱的，一般分離過程常有精餾，塔頂冷凝器需要換熱冷卻，這些能量的充分利用，是原料預(yù)處理的一個可資利用的環(huán)節(jié)。4盡量不要產(chǎn)生新的污染，不要造成損失原料預(yù)處理，有的可能出現(xiàn)一些廢棄物，在方案研究時，應(yīng)盡量減少在原料過程中的“三廢”，一旦有不可避免的“三廢”應(yīng)

16、研究處理方案，不要留尾巴，并防止泄漏，防止被破壞，防止不必要的損失。5盡量研究和采用先進技術(shù)任何原料能不處理而直接使用當(dāng)然最好，在研究中，應(yīng)盡量采用先進技術(shù)，淘汰落后的處理工藝，提高處理能力。6投資節(jié)省，設(shè)備維護簡便原料處理的設(shè)備臺件數(shù)應(yīng)盡量少，流程應(yīng)盡量短，在滿足工藝要求的前提下，設(shè)備應(yīng)盡量簡化，通用化，落實到裝置的投資上，要盡量節(jié)省。7盡量分工由生產(chǎn)廠家精制 原料對于生產(chǎn)原料的廠家來說，就是他們的產(chǎn)品，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中加以精制、凈化。大多數(shù)情況下，生產(chǎn)原料的廠家可以從源頭上和過程中加以控制，比使用廠家另砌爐灶進行精制凈化要省事。三、原料預(yù)處理方案的制定圖1-2 原料路線方案方框圖了解反應(yīng)對

17、原料的物理的和化學(xué)的要求，提出相當(dāng)具體的指標，是確定原料預(yù)處理方案的依據(jù)，原料預(yù)處理方案確定的另一個重要資料是原料本身的情況。如果供應(yīng)廠商提供的原料指標已經(jīng)合乎反應(yīng)要求，那么剩下的問題只有儲存輸送和投料的問題，無需做更多的處理，但這種情況下，可能原料價格較貴。因此要比較各種原料情況，制定需要處理哪些問題的方案。通常如果要處理的問題頭緒比較多的話，往往先解決化學(xué)上純度的問題，用物理的方法或化學(xué)的方法率先制成在化學(xué)上即純度雜質(zhì)含量上合乎要求的物料，再去解決其它問題，既可以節(jié)省能量，又可以減少所含雜質(zhì)在流程中的循環(huán)時間，減少一些副作用。況且脫除雜質(zhì)可能是用一些化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)，就有可能產(chǎn)生水或其它需要

18、物理方法處理的物質(zhì)。原料路線方案方框圖如圖1-2大致如下：催化劑是反應(yīng)過程中一類特殊的“原料”。現(xiàn)代的許多大型化工生產(chǎn)，如合成氨、石油裂解、高分子材料的合成、油脂加氯、脫氧、藥物的合成等等無不使用催化劑。因而在原料準備過程中催化劑準備過程是必不可少的。查一查催化劑在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中的重要性表現(xiàn)在哪些方面？第三節(jié) 化工生產(chǎn)反應(yīng)過程化工生產(chǎn)過程包括物理過程和化學(xué)反應(yīng)過程，其中化學(xué)反應(yīng)過程往往是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。反應(yīng)過程進行的條件對原料的預(yù)處理提出了一定的要求，反應(yīng)進行的結(jié)果決定了反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純?nèi)蝿?wù)和未反應(yīng)物的回收利用。一個產(chǎn)品的反應(yīng)過程的改變將引起整個生產(chǎn)流程的改變。因此，反應(yīng)過程是化工生產(chǎn)全局

19、中起關(guān)鍵作用的部分。反應(yīng)過程的分類情況如表1-1：表1-1 反應(yīng)過程的分類情況分類依據(jù)類別特點反應(yīng)的特性反應(yīng)機理簡單反應(yīng)同一組反應(yīng)物只生成一種特定生成物的反應(yīng)，它不存在反應(yīng)選擇性問題復(fù)雜反應(yīng)由一組特定反應(yīng)物同時或接連進行幾個反應(yīng)的反應(yīng)過程。復(fù)雜反應(yīng)的形式很多，主要有平行反應(yīng)、連串反應(yīng)、平行一連串反應(yīng)和共軛反應(yīng)等。反應(yīng)可逆與否可逆反應(yīng)受化學(xué)平衡的限制，反應(yīng)只能進行到一定的程度，反應(yīng)產(chǎn)物需要分離和提純，未反應(yīng)物應(yīng)該回收和循環(huán)使用。不可逆反應(yīng)能進行到底，反應(yīng)物幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。反應(yīng)分子數(shù)動力學(xué)角度分為單分子反應(yīng)、雙分子反應(yīng)和個別的三分子反應(yīng) 反應(yīng)級數(shù)動力學(xué)角度分為零級反應(yīng)、一級反應(yīng)、二級反應(yīng)和分數(shù)

20、級反應(yīng)等反應(yīng)熱效應(yīng)吸熱反應(yīng)兩類反應(yīng)的熱特性不同，所以，反應(yīng)過程要求的溫度條件完全不同，使用的反應(yīng)器類型也不同。放熱反應(yīng)反應(yīng)物系相態(tài)均相反應(yīng)反應(yīng)組分（包括反應(yīng)物、產(chǎn)物和催化劑）反應(yīng)過程中始終處于同一相態(tài)非均相反應(yīng)反應(yīng)組分在反應(yīng)過程中處于兩相或三相狀態(tài)的反應(yīng)反應(yīng)條件溫度條件等溫過程、絕熱過程和非絕熱變溫過程某些場合又分為低溫、常溫和高溫過程。反應(yīng)過程總是伴隨一定熱量變化，并且反應(yīng)器和外界常有熱交換和熱損失，所以嚴格的等溫過程和絕熱過程都是不存在的。如果裝置在保溫良好的情況下操作，那么過程接近絕熱。壓力狀況常壓、負壓和加壓過程。加壓過程根據(jù)壓力的高低又分為高壓、中壓和低壓過程。操作方式間歇過程分批處

21、理物料，周期操作。設(shè)備中的物料濃度等操作參數(shù)隨時間變化，是一種非穩(wěn)態(tài)操作過程。連續(xù)過程與間歇過程相反，連續(xù)過程是均勻加入原料，連續(xù)取出產(chǎn)品，設(shè)備內(nèi)各處的物系參數(shù)不隨時間而變，是一種穩(wěn)態(tài)的操作過程。半連續(xù)過程半連續(xù)或半間歇過程介于前兩種之間，或是間歇加入物料連續(xù)取出產(chǎn)品，或是連續(xù)加入物料分批取出產(chǎn)品，仍然是一種非穩(wěn)態(tài)操作過程在以上分類方法中按操作方式的分類方法是最常用和最重要的一種。在反應(yīng)器內(nèi)進行的反應(yīng)過程，除化學(xué)反應(yīng)外，還伴隨著動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞（簡稱“三傳”）等物理現(xiàn)象。因此，反應(yīng)過程不僅涉及化學(xué)反應(yīng)的理論和規(guī)律，而且還要涉及到對反應(yīng)的進程有直接影響的傳遞過程的理論和規(guī)律。判斷在規(guī)

22、定的條件下反應(yīng)過程可能達到的最高產(chǎn)率，需要借助于熱力學(xué)化學(xué)平衡的理論；而為了判斷在適當(dāng)尺寸的反應(yīng)器中實際能達到的產(chǎn)率，則必須依賴于化學(xué)反應(yīng)的速度，即化學(xué)動力學(xué)的知識。查一查在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，反應(yīng)過程使用的主要設(shè)備有哪些？第四節(jié) 產(chǎn)物分離和提純過程產(chǎn)物是指從反應(yīng)器中出來的物料。大多數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物都是混合物，它包括未反應(yīng)掉的原料和反應(yīng)生成物。氣相反應(yīng)器和氣固相反應(yīng)器的產(chǎn)物主要是氣體產(chǎn)物和夾帶的催化劑粉塵；液相反應(yīng)器的產(chǎn)物主要是液體產(chǎn)物與液固混合物；氣液相和氣液固三相反應(yīng)器的產(chǎn)物則有氣體產(chǎn)物、液體產(chǎn)物和液固混合物。產(chǎn)物的分離和提純是化工生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以由產(chǎn)物中分離出所需要的產(chǎn)品，并進一步提純

23、至一定產(chǎn)品的規(guī)格，還可以使未反應(yīng)的物料得以循環(huán)利用。因此，產(chǎn)物的分離和提純操作對保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益起著重要作用。一、分離方法l氣體產(chǎn)物的分離（1）氣體的凈制 氣體的凈制是指除去氣體產(chǎn)物中的固體顆粒和霧滴。按照凈制原理不同，將氣體凈制方法分成以下四類（如表1-2）：表1-2 氣體凈制方法分類氣體凈制方法特點典型設(shè)備機械凈制利用重力、慣性力和離心力等機械力的作用使微粒從氣體中分離出來重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)分離器濕法凈制使氣體與液體接觸，用液體洗去氣體中的微粒，從而使氣體凈化，各種濕式洗滌器等過濾凈制氣體通過過濾介質(zhì)時微粒被截留而使氣體凈化袋式過濾器等電凈制使氣體通過高壓電場，其

24、中的微粒在電場的作用下沉降，從而使氣體凈化電除塵器等 （2）從氣體產(chǎn)物中分離出要用的物質(zhì) 當(dāng)氣體產(chǎn)物含有兩種或兩種以上氣體組分時，稱為氣相均一體系。氣相均一系的分離方法為冷凝、吸收和吸附。 冷凝是將壓縮氣體或飽和蒸汽冷卻降溫，使氣體或蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的過程。掌握一定的溫度和壓力，可將氣體中的某些組分冷凝成液體而另一些組分仍為氣體，可使氣體產(chǎn)物分為不同的部分。 吸收是用適當(dāng)?shù)囊后w與氣體產(chǎn)物相接觸，使氣體進入液體變?yōu)槿芤旱倪^程。選擇不同的吸收劑和不同的操作條件，可使氣體產(chǎn)物中某組分被吸收而進入溶液，從而使氣體產(chǎn)物中不同組分分離。 吸附是某些分子在多孔性固體吸附劑表面上濃集的過程。選擇適當(dāng)?shù)奈絼┚涂?/p>

25、以吸附氣體或液體產(chǎn)物中的某些組分而不吸附其余的組分，從而使氣體產(chǎn)物得以分離。2液體產(chǎn)物的分離 液體產(chǎn)物通常含有兩種以上的液體組分，往往也會帶有少量固體雜質(zhì)或結(jié)晶。液體本身既有完全互溶的溶液，又有互不溶解的液體混合物，還有溶質(zhì)分散在液相主體中的乳液。 （1）從液體產(chǎn)物中除去固體顆粒 當(dāng)液體產(chǎn)物中含有的固體顆粒很少時，這些固體顆粒如果是雜質(zhì)，則必須予以除去。如果這些固體顆粒是有用的結(jié)晶，而這些結(jié)晶又不妨礙液體在管道中的流動和液體的其它加工則不必對這些液體進行處理，待這些結(jié)晶物大量生成后，按照加工固液混合物的方法進行加工。如果這些有用的結(jié)晶顆粒會妨礙液體在管道中的流動或妨礙進行下一步加工，則須除去這

26、些結(jié)晶顆粒。 除去液體產(chǎn)物中少量固體顆粒的方法包括過濾和澄清、結(jié)晶和重結(jié)晶、吸附和吸收、膜透析和超濾等凈制方法。 （2）從不互溶的液體中除去其中一種液體 當(dāng)液體產(chǎn)物由兩種不互溶的液體組成時，一般均用沉降法進行分離。對于要求分離很徹底，而沉降法又達不到分離要求的少量不溶性液體雜質(zhì)，可以采取吸附法進行處理。例如產(chǎn)品的脫色和除臭就是從液體產(chǎn)物中除去少量的有機物雜質(zhì)。另外，也可以用吸附法從水溶液中除去少量油，或從油中脫除少量的水。 （3）溶液增濃 當(dāng)液體產(chǎn)物為稀溶液，而希望得到較濃的溶液時，用蒸發(fā)的方法。即通過加熱使溶液在沸騰情況下氣化，使其中部分溶劑由于氣化而除去，從而使溶液濃度增大。例如將稀燒堿溶

27、液變?yōu)闈馊芤壕陀谜舭l(fā)的方法。 （4）將互溶的液體分離成不同組分 如果液體產(chǎn)物是互溶的兩種液體或多種液體，若要將它們分成單獨的或幾組物質(zhì)，需要用精餾、萃取等方法。 對于不同組分在相同溫度下具有不同揮發(fā)度的溶液，可采用使溶液蒸發(fā)，汽液平衡，再將蒸汽冷凝，使溶液中的組分分離的精餾方法。 萃取是利用不同物質(zhì)在溶劑中具有不同溶解度，使液體產(chǎn)物中的不同組分分離的方法。 （5）將液體產(chǎn)物全部或部分變?yōu)楣腆w 將液體產(chǎn)物全部變?yōu)楣腆w，稱做凝固，是固體熔化的逆過程，通常都用冷卻和冷凍的方法降低液體的溫度以使液體全部變?yōu)楣腆w。將溶液中的固體溶質(zhì)分離出來的方法稱為結(jié)晶。結(jié)晶可以看做固體溶解的逆過程，通常用降低溫度、減

28、少溶劑和進行鹽析等方法來實現(xiàn)。將乳液中的固體溶質(zhì)分離出來的辦法稱為凝聚，在乳液中加進凝聚劑破壞乳化狀態(tài)，就能將顆粒狀的固體物質(zhì)分離出來。3固體產(chǎn)物的分離 （1）固液分離 常用的以取得固體產(chǎn)物為目的固液分離方法是過濾，過濾的基本原理是利用多孔的過濾介質(zhì)將懸浮液中的固體顆粒擋住，而讓液體通過，從而使液體同固體分離。過濾結(jié)束后，要用水或其它溶劑沖洗濾餅，以使附著在濾渣顆粒表面的濾液和滯留在濾餅內(nèi)孔隙中的濾液溶到水中或其它溶劑中而被帶走，洗滌后濾餅經(jīng)加工后，可以得到較純凈的固體產(chǎn)物。 （2）固體的干燥 工業(yè)生產(chǎn)中的固體干燥主要指從固體物料中除去少量水分，還包括從漿狀物或溶液中除去大量水分而直接得到含水

29、量很低的固體產(chǎn)物；后者實質(zhì)上包含了蒸發(fā)和干燥兩個連續(xù)階段，有時還包括結(jié)晶過程。查一查在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，產(chǎn)物的分離和提純過程可能使用的設(shè)備和包括的化工生產(chǎn)工序干燥過程中須將物料加熱以促使水分更快氣化，根據(jù)熱能傳給濕物料的方式可將干燥分為傳導(dǎo)干燥、對流干燥、輻射干燥與介電加熱干燥，其中對流干燥應(yīng)用最廣。干燥過程中將汽化了的水蒸氣帶走的介質(zhì)稱為干燥介質(zhì)，也稱為載濕體。工業(yè)上多用空氣作干燥介質(zhì)，有時也用煙道氣或其它惰性氣體作干燥介質(zhì)。二、分離流程方案選擇1明確分離目標 在化工產(chǎn)品分離系統(tǒng)設(shè)計中，首先要確定產(chǎn)品的質(zhì)量指標、純度要求、對雜質(zhì)含量的要求等。一般而言，產(chǎn)品純度是根據(jù)產(chǎn)品的使用目的來確定的。而回

30、收率或產(chǎn)品總收率則在很大程度上決定著分離過程的經(jīng)濟性，所以經(jīng)濟性最佳就成為確定回收率的主要依據(jù)。2確定可行的分離方法 充分了解被分離混合物中各組分在物理、化學(xué)以及生物學(xué)方面的性質(zhì)，避免在分離過程中產(chǎn)物的分解、聚合、變質(zhì)和被污染；選擇合適的分離方法；熱敏的產(chǎn)物不能過熱；易聚合還要添加阻聚劑；萬不得已不要在分離流程中逗留太長太久。然后選擇可以進行分離并且是最為經(jīng)濟的分離方法。 在選擇分離方法時，還需要考慮分離規(guī)模和能量的消耗。一般來說，建設(shè)工廠的投資與其規(guī)模的0.6次方成正比，但這只適用于大型工廠。當(dāng)規(guī)模小于某種程度后，與規(guī)模相關(guān)的投資就成為定值。這是因為工藝過程所必需的管道、儀表、泵類、貯罐等的

31、投資與規(guī)模大小無關(guān)，而這些卻占據(jù)著工廠投資的較大部分。此外，規(guī)模小與規(guī)模大同樣要使用很多操作人員，規(guī)模變小所投入的勞動力卻不會相應(yīng)減少。因此，對于較小規(guī)模，要盡量選擇操作簡單的，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作的分離方法。分析分離所需的能量消耗，最好能夠利用自然的能量。當(dāng)規(guī)模比較大時，首先要考慮能否利用熱能。相對揮發(fā)度（分離系數(shù)）大于1.05，就應(yīng)毫不猶豫地選擇蒸餾法。若相對揮發(fā)度小于1.05，則可采用萃取法等其它分離法與蒸餾法相互組合而構(gòu)成的分離過程。在熱能無法利用時就只能選擇速率差分離法。3確定分離流程經(jīng)驗規(guī)則和注意事項（1）反應(yīng)產(chǎn)物有固體物的，不論它們是目的產(chǎn)物還是廢棄物，一般要率先分離出來，以免使管

32、道設(shè)備堵塞，流程不順。 （2）反應(yīng)產(chǎn)物中對目的產(chǎn)物尤其有害的物質(zhì)必須首先除去，甚至不惜能量的利用合理與否，這是工藝的要求。通常產(chǎn)品的收率在經(jīng)濟上是最重的砝碼，因為最終的產(chǎn)品利潤最大。不能因為考慮能量的“合理”，而犧牲了產(chǎn)品的收率。 （3）反應(yīng)產(chǎn)物中對后續(xù)工藝有害的物質(zhì)，首先分離。比如精餾過程，從能量上考慮應(yīng)當(dāng)由揮發(fā)度從低到高逐級取出，但有時高沸點物質(zhì)會聚合，會凝絮甚或較黑較臟，也要先把它分出。然后再降溫從低沸物到高沸物地分離。這第一步似乎浪費了能量，但對流程和工藝有利。 （4）盡量優(yōu)先把產(chǎn)物中未反應(yīng)原料分出來，循環(huán)使用，如果原料寶貴更應(yīng)如此。 （5）把最難分離的組分或要求特高的產(chǎn)物應(yīng)從分離系統(tǒng)

33、中先取出粗產(chǎn)物，再設(shè)計精制分離方案。不要希望過早地拿出來，更不主張一次分離就得到高純產(chǎn)物。 （6）盡量選用簡單的分離方法，能用機械分離的先用機械法。一般是機械法物理法物理化學(xué)法化學(xué)法的順序，無論從操作和能量上都是合理的。 （7）一般情況下或者先取出最少的組分，或者先取出最多的組分。 （8）一般情況下分離的流程先易后難，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。 （9）盡量把多種雜質(zhì)一次性除去，再研究從雜質(zhì)中回收有用副產(chǎn)物。 （10）能用精餾的地方盡量采用簡單精餾，除非有充分理由，不主張率先考慮萃取精餾、反應(yīng)精餾、共沸精餾等。精餾過程仍是先易后難，最難分離的組分最后精餾。 （11）盡量利用熱源，節(jié)省能

34、量。（12）盡量采用先進技術(shù)和先進設(shè)備。第五節(jié) 產(chǎn)品后加工產(chǎn)品后處理是產(chǎn)品作為成品的最后一道工序，質(zhì)量保證體系的終端環(huán)節(jié)，因此要以保證成品的質(zhì)量標準為中心，設(shè)計后處理方案。產(chǎn)品后加工一般以兩條標準為指導(dǎo)，一條標準是商品的標準，產(chǎn)品最終作為商品投放市場，有商品的條件諸如計量、檢測、標簽、包裝和其它裝飾要求等。商品標準不一定等同于產(chǎn)品標準，因為商品有牌號，同一產(chǎn)品后加工處理可能出現(xiàn)不同的牌號。另一條標準是使用標準，用戶對產(chǎn)品提出特殊要求，或者用戶是本企業(yè)集團的另一個分廠或者是下一個工段。為方便下一工序的工作，產(chǎn)品生產(chǎn)出來之后，可能要作后加工處理。當(dāng)然，對于使用來說，上一工序產(chǎn)品的后加工處理，接近于

35、或略等于下一工序的原料準備。 通常作為產(chǎn)品的質(zhì)量要求是純度指標、雜質(zhì)種類和雜質(zhì)含量的極限值，產(chǎn)品的形態(tài)，使用要求，包裝方法，貯存運輸?shù)囊蟮鹊?。每一批產(chǎn)品都必須檢驗，出具檢驗合格證書，制定合格標識，并有質(zhì)量監(jiān)控指標、質(zhì)量標準要點和主要指標，注明產(chǎn)品生產(chǎn)日期、出廠日期、保質(zhì)期限、儲存運輸和使用注意事項等，隨產(chǎn)品送至用戶。產(chǎn)品計量和包裝形式要保證產(chǎn)品質(zhì)量，符合商標法和國家有關(guān)規(guī)定，要方便運輸，產(chǎn)品的貯存運輸?shù)氖马?，在產(chǎn)品的標準中必須有規(guī)定，在執(zhí)行產(chǎn)品標準時，注意產(chǎn)品的貯存要求、貯存環(huán)境、貯存條件和質(zhì)量保質(zhì)期、保質(zhì)要求。第六節(jié) 化工三廢治理化學(xué)工業(yè)是對環(huán)境中的各種資源進行化學(xué)處理和轉(zhuǎn)化加工的生產(chǎn)部門

36、，其產(chǎn)品和廢棄物從化學(xué)組成上講都是多樣化的，而且數(shù)量也相當(dāng)大。這些廢棄物在一定濃度以上大多是有害的，有的還是劇毒物質(zhì)，進入環(huán)境就會造成污染。有些化工產(chǎn)品在使用過程中也會引起一些污染，甚至比生產(chǎn)本身所造成的污染更為嚴重、更為廣泛。一、化工三廢的來源化工生產(chǎn)中廢棄的污染物一般隨廢水、廢氣排出，或以廢渣的形式排放（即所謂的“三廢”）。雖然產(chǎn)生化工污染物的原因和污染物進入環(huán)境的途徑有多種多樣，但概括講，化工污染物的主要來源大致可分為以下兩個方面。 1.化工生產(chǎn)的原料、中間體、半成品及成品 化學(xué)反應(yīng)不完全 未反應(yīng)的原料，因回收不完全或不可回收而被排放掉，排放后會對環(huán)境造成污染。 原料不純 原料有時本身純

37、度不夠，其中含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)因不需要參加反應(yīng)，在原料凈化過程中或反應(yīng)之后，最終也要排放掉。 跑、冒、滴、漏 由于生產(chǎn)設(shè)備、管道等封閉不嚴密，或者由于操作和管理的不善，物料在儲存、運輸以及生產(chǎn)過程中，往往造成泄漏，習(xí)慣稱之為跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅要造成經(jīng)濟損失，而且也造成環(huán)境污染。 2.化工生產(chǎn)過程中排放出的廢棄物 燃料燃燒 化工供熱和化工爐在燃燒過程中，不可避免要有大量的煙氣排出。煙氣中除含有粉塵之外，還含有其它有害物質(zhì)，對環(huán)境危害極大。 冷卻水 化工生產(chǎn)過程中常常需要大量的冷卻水。而當(dāng)采用直接冷卻時，冷卻水直接與被冷卻的物料接觸，很容易使水中含有化工原料，而成為污染物質(zhì)。在

38、冷卻水中往往要加防腐劑、殺藻劑等化學(xué)物質(zhì)。同時，大量熱廢水排入水域，導(dǎo)致水體溫度上升，造成水中溶解氧的減少，降低水體自凈能力，使得一些毒物如氰化物、重金屬離子的毒性加劇。熱廢水污染還可以加速細菌繁殖。 副反應(yīng) 化工生產(chǎn)中，在進行主反應(yīng)的同時，經(jīng)常還伴隨著一些人們所不需要的副反應(yīng)。副反應(yīng)產(chǎn)物（副產(chǎn)物）雖然有的經(jīng)過回收之后，可以成為有用的物質(zhì)，但是往往由于副產(chǎn)物數(shù)量不大，而成分比較復(fù)雜，要進行回收必將會帶有許多困難，經(jīng)濟上需要耗用一定的經(jīng)費，所以往往在產(chǎn)物的分離過程中以高低沸物、濾餅、尾氣等形式作為廢料排棄，而引起環(huán)境污染。 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化物和添加物 許多化工生產(chǎn)過程中，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化物有時形成“爐渣”或

39、“釜渣”不被利用。有時在化工生產(chǎn)過程中，還需要加入一些不參加反應(yīng)的物質(zhì)，如各種溶劑、催化劑等，這些物質(zhì)隨著廢棄物排放，同樣也會造成環(huán)境污染。 分離過程 分離過程是化工生產(chǎn)中幾乎必不可少的過程，不僅分離掉副產(chǎn)物、未反應(yīng)物和雜質(zhì)，有時由于分離效率的限制，原料和產(chǎn)品也會出現(xiàn)在分離的廢棄物中，如精餾塔釜下腳料、過濾器的殘渣、旋風(fēng)分離器的尾氣等等。 二、化工三廢的監(jiān)控 對化工三廢的監(jiān)控，實際上就是對排放化工三廢的工業(yè)污染源進行監(jiān)控。通過對工業(yè)污染源的監(jiān)控，可以有效地控制污染物的排放量，減少對環(huán)境的污染；隨時掌握污染物的性質(zhì)和數(shù)量，了解污染物對環(huán)境要素和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，預(yù)測環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢，并借以調(diào)

40、整企業(yè)生產(chǎn)排污情況，滿足環(huán)境保護的需要，同時為后續(xù)的三廢治理提供科學(xué)的依據(jù)。 要對污染源進行有效監(jiān)控，應(yīng)將整個企業(yè)作為一個有機整體，綜合考慮建立有效的綜合控制管理體系，在化工設(shè)計中，要設(shè)計自動監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有故障，會自動啟動廢氣焚燒系統(tǒng)。此外，對已經(jīng)實現(xiàn)治理的三廢，也要加強監(jiān)控，如同一個企業(yè)的質(zhì)量保障體系一樣，如監(jiān)控污水處理裝置，監(jiān)控廢氣收集和焚燒裝置等。 除了現(xiàn)場采樣之外，還可以采用“生物監(jiān)控，如在有廢氣排放地點養(yǎng)鳥，在處理過的污水中養(yǎng)魚等等。三、化工三廢治理原則 對于三廢的防治，在進行工藝設(shè)計和工程設(shè)計時，要把三廢治理作為重要環(huán)節(jié)，做到“三同時”，即同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)。對于

41、已經(jīng)投產(chǎn)的企業(yè)，如果三廢不加治理時，可以指令限期治理，不然可以令其停產(chǎn)。治理三廢的積極的思路就是改造工藝，使其不產(chǎn)生無法治理或難以治理的三廢；其次是“三廢”資源化，回收利用或生產(chǎn)出新的產(chǎn)品（過去稱綜合利用產(chǎn)品），萬不得已則使之無害化。這是總的原則。四、化工三廢處理方法1.廢氣的凈化處理 化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的廢氣不經(jīng)處理排入大氣，會造成大氣污染，使人體健康受到危害、農(nóng)作物減產(chǎn)、甚至使植物枯死，給人類的生存造成很大的危害。 在大氣污染中二氧化硫、硫化氫、氮氧化合物、氨、一氧化碳、氯氣、氯化氫和多環(huán)芳烴等物質(zhì)的危害最大。例如，硫酸生產(chǎn)的吸收過程中，其尾氣中仍有二氧化硫和三氧化硫的酸霧；生產(chǎn)丙烯腈過程中產(chǎn)生

42、的副產(chǎn)物乙腈、氫氰酸、乙醛是有毒的，雖經(jīng)回收，仍有少量排出；催化劑的制造過程中產(chǎn)生汞、鎘、錳、鋅、鎳等金屬及其化合物，這些金屬或其化合物以粉塵的形式排入大氣。 工業(yè)上處理有害廢氣的方法主要有化學(xué)法、吸收控制法、吸附控制法以及稀釋控制法等。 例如，二氧化硫常采用石灰乳或是苛性鈉與純堿的混合物反應(yīng)除去；氮氧化合物可采用堿溶液吸收除去；二氧化碳和氯化氫可用乙醇胺或用水吸收，效果都很好。 碳氫化合物的蒸氣、有害的臭氣、硫化氫以及硫化碳酰物等氣體，可采用吸附控制法，常用的吸附劑有活性炭、活性氧化鋁、硅膠以及分子篩等。 碳氫化合物也常用熱燃燒、催化燃燒和火炬等化學(xué)控制法除去。如在鉑催化劑存在下，通入空氣將

43、含有丙烯腈和氫氰酸尾氣中的腈及氰化物除去，從而達到排放標準。 在廢氣的處理與排放中要防止二次污染的發(fā)生。2.廢水的凈化處理 地球表面70以上的是水面積，但是可供使用的淡水僅占總水量的o.3，水是寶貴的。水在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常普遍，其用量和廢水排放量都比較大。廢水不經(jīng)處理而排放，不僅浪費水資源，而且污染環(huán)境。凈化處理廢水，提高水的利用率，節(jié)約和保護淡水資源，具有十分重要的意義。 不同的生產(chǎn)過程，其廢水的性質(zhì)和排放量不同。廢水成分復(fù)雜多變，有害物質(zhì)主要是各種有機物以及汞、鎘、鉻等金屬，危害很大。一般根據(jù)廢水的性質(zhì)、數(shù)量以及要求的排放標準，采用多種方法綜合處理。廢水處理的程度分為一級、二級和三級。

44、 一級處理 主要除去粒徑在o.1 mm以上的大顆粒懸浮固體、膠體和懸浮油類減輕廢水的腐化程度。一級處理過程是由篩濾、重力沉降和浮選等物理過程串聯(lián)組成，一級處理的廢水，一般達不到排放標準，還要進行二級處理。 二級處理 主要采用生物法以及某些化學(xué)法分解或氧化降解有機物以及部分膠體污染物。二級處理是污水處理的主體部分。經(jīng)過二級處理的廢水，其中有機污染物大幅度地降低，一般可達到向水體排放的標準。 三級處理 屬于深度處理，進一步除去二級處理未能除去的污染物，如微生物未能降解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質(zhì)以及可溶性的無機物。常采用的方法如化學(xué)法沉淀、氧化還原法、生物脫氮、膜分離以及離子交換法等。 生物處理

45、是利用細菌的作用，將廢水中的有機物氧化分解為無害物質(zhì)。根據(jù)細菌對氧氣的需求，生物處理法分為好氧、厭氧生物處理法。其中的活性污泥法是好氧生物處理法的一種。3.廢渣的凈化處理 廢渣不僅占用大量的土地，而且造成地表水、土壤和大氣環(huán)境的污染，必須凈化處理?；U渣主要有爐灰渣、電石渣、頁巖渣、無機酸渣；含油、含碳及其他可燃性物質(zhì)，如罐底泥、白渣土等；報廢的催化劑、活性炭以及其他添加劑；污水處理的剩余活性污泥等。 廢渣處理方法主要有化學(xué)與生物處理、脫水法、焚燒法和填埋法等。 廢渣處理的原則：采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，最大限度地利用原料資源，使生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢渣；采取積極的回收和綜合利用措施，就地處理

46、并避免二次污染；無法處理的廢渣，采用焚燒、填埋等無害化處理方法，以避免和減少廢渣的污染。 廢渣也是二次再生資源，根據(jù)廢渣的種類、性質(zhì)回收其中的有用物質(zhì)和能量，實現(xiàn)綜合利用。例如，從石油化工的固體廢棄物中回收有機物、鹽類；從含貴重金屬的廢催化劑中回收貴重金屬；從含酚類廢渣中回收酚類化合物；硫酸生產(chǎn)的產(chǎn)生的酸渣，經(jīng)焙燒可循環(huán)使用；含有難以回收的可燃性物質(zhì)的固體廢渣，可通過燃燒回收其中的能量；含有土壤所需元素的廢渣，處理后可生產(chǎn)土壤改良劑、調(diào)節(jié)劑等；污水處理廠剩余的活性污泥，可生產(chǎn)有機肥料；將有用物質(zhì)回收、有害物質(zhì)除去之后的廢渣，如爐渣、電石渣等可作為建筑、道路和填筑材料。第七節(jié) 化工生產(chǎn)過程組織一

47、、化工生產(chǎn)操作（一）生產(chǎn)操作分類化工生產(chǎn)的操作按其作用可歸納為反應(yīng)操作、分離和提純操作、調(diào)節(jié)物料溫度操作、調(diào)節(jié)壓力操作和混合操作等方面。 反應(yīng)操作是化工生產(chǎn)過程的核心，其他的操作都是圍繞著化學(xué)反應(yīng)組織和實施的?；瘜W(xué)反應(yīng)的好壞，直接影響著生產(chǎn)的全過程。 分離與提純操作主要用于反應(yīng)原料的凈化、產(chǎn)品的分離與提純。它是根據(jù)物料的物理性質(zhì)（如沸點、熔點、溶解度、密度等）的差異，將含有兩種或兩種以上組分的混合物分離成純的或比較純的物質(zhì)。例如，蒸餾、吸收、吸附、萃取等化工單元操作。 調(diào)節(jié)溫度操作，是熱量交換的操作過程?；瘜W(xué)反應(yīng)速度、物料聚集狀態(tài)的變化（如蒸汽冷凝、液體的汽化或凝固、固體的熔化等）以及其他物理

48、性質(zhì)的變化均與溫度有密切的關(guān)系。改變溫度可以調(diào)節(jié)上述性質(zhì)達到生產(chǎn)所需的要求。溫度的改變，一般是通過換熱器實現(xiàn)的，熱量從熱流體轉(zhuǎn)移到冷流體，冷、熱流體由易導(dǎo)熱的材料隔開，傳遞的熱量取決于兩流體的溫度差、傳熱面積和兩流體的相對速度。調(diào)節(jié)壓力操作，是能量交換的操作過程。反應(yīng)過程中有氣相反應(yīng)物時，改變壓力可以改變氣相反應(yīng)物的濃度，從而影響化學(xué)反應(yīng)速度和產(chǎn)品的收率。蒸汽的冷凝或是液體的汽化等相變化過程與壓力有著密切的關(guān)系。改變壓力可以改變相變條件。此外，流動物料的輸送，需要增加流體壓力以克服設(shè)備和管道的阻力。改變壓力的操作，可通過泵、壓縮機等機械沒備將機械能轉(zhuǎn)化為物料的內(nèi)能來實現(xiàn)。生產(chǎn)中也常利用物料的余

49、壓輸送物料；或利用余壓進行閃蒸操作，實現(xiàn)混合物一定程度的分離。物料混合操作，是將兩種及其以上的物料按照配比進行混合的操作，以達到生產(chǎn)需要的濃度。此外，在化工生產(chǎn)中還有破碎、篩分、除塵等操作。查一查化工生產(chǎn)中溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)和液位調(diào)節(jié)的方法和儀表，你能夠熟練操作和使用嗎？（二）化工裝置操作方式化工產(chǎn)品千頭萬緒，反應(yīng)和分離方式千差萬別。化工裝置一般要有維修周期，安排維修時間，化工生產(chǎn)一般希望生產(chǎn)時間在8000小時以上，特殊產(chǎn)品可以長一些，也可以短一些。操作方式有連續(xù)和間歇兩大類，采用何種生產(chǎn)方式，對生產(chǎn)工藝和工藝設(shè)計有一定影響。1連續(xù)操作 物料從進入反應(yīng)器開始，一直到分離處理，產(chǎn)出精產(chǎn)

50、品或粗產(chǎn)品的過程，是連續(xù)操作的，也就是說，物料源源不斷地進入反應(yīng)器，粗產(chǎn)品同時源源不斷地生產(chǎn)出來，這個過程稱為連續(xù)操作。連續(xù)操作有兩個層次，一是初級的連續(xù)操作，即如上述；二是典型的連續(xù)操作，就是從原料準備、原料配料計量、加料，直到產(chǎn)品精制處理包裝都是在一條流水線上連續(xù)操作的，是全流程連續(xù)化操作。連續(xù)操作的優(yōu)點很多，如生產(chǎn)條件不隨時間變化，產(chǎn)品質(zhì)量比較均一、穩(wěn)定，工藝控制指標很容易實現(xiàn)自動化操作和由計算機操作控制，設(shè)備滿負載運轉(zhuǎn)，勞動生產(chǎn)率高，工人的勞動強度小，生產(chǎn)過程比較穩(wěn)定，因而也比較安全。通常大型化工生產(chǎn)裝置采用連續(xù)式。2間歇操作 整個生產(chǎn)過程以反應(yīng)為標志，包括從原料計量、加料，進入反應(yīng)器

51、、進行反應(yīng)，過濾，取出反應(yīng)產(chǎn)物、出料、清理反應(yīng)器等，是一個周期。生產(chǎn)是按反應(yīng)的周期來進行的。即使在周期中，局部時間之內(nèi)也可能連續(xù)加料或出料，但只要這個周期不很長（比如20天），也稱為間歇操作，如間歇精餾、間歇吸收。最典型的間歇操作就是物料一次性計量投入，反應(yīng)一段時間，中間可能經(jīng)多次和多種步驟操作，最后一次性地從反應(yīng)器取走產(chǎn)物，清洗反應(yīng)器，進行下一輪投料。間歇操作的優(yōu)點是投料容易準確，反應(yīng)產(chǎn)物便于調(diào)控，對于生產(chǎn)小批量多品種（比如同一種高分子樹脂需要有不同平均分子量的產(chǎn)品）比較方便，對于復(fù)配型的精細化工產(chǎn)品也比較方便。但間歇操作工人勞動強度相對較大，如清洗反應(yīng)器時有廢物廢渣排放則增大了環(huán)境治理的工

52、作量和難度，也增大了環(huán)保投資，此外如采用自動控制費用亦較連續(xù)生產(chǎn)為高，產(chǎn)品質(zhì)量不易均一。3半連續(xù)操作 廣義地說，凡是介于典型的間歇操作和典型的連續(xù)操作之間，都可以叫半連續(xù)操作，但通常指反應(yīng)過程半連續(xù)。也就是說，反應(yīng)過程是一條流水線，原料物料不間斷地連續(xù)地加入反應(yīng)器，而產(chǎn)物源源不斷地從反應(yīng)器生產(chǎn)出來，這個過程是連續(xù)的。假如這個連續(xù)過程很短，比如說一個月，有一個“屈指可數(shù)的反應(yīng)周期反應(yīng)時間，也稱為半連續(xù)操作。在整個工藝流程上關(guān)鍵部分連續(xù)而其它部分不連續(xù)，比如反應(yīng)過程連續(xù)，但反應(yīng)產(chǎn)物是要累積到一定程度，才集中分離一次或進行分離操作，只能算半連續(xù)操作；或者反應(yīng)部分是典型的或較典型的間歇過程，而分離過程

53、在積累到一定程度之后又是連續(xù)進行了，也叫半連 續(xù)操作。局部連續(xù)而整體上不連續(xù)的操作，有時也稱半連續(xù)操作過程。4操作方式選擇 化工生產(chǎn)中選擇采用何種操作方式，并無定規(guī)，通常根據(jù)反應(yīng)特點、生產(chǎn)能力、自動化要求、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的特點來決定。大型的要求生產(chǎn)能力大的以連續(xù)為有利，小批量的通常以間歇為主，有些反應(yīng)需要維持一定時間的，往往采用半連續(xù)的方式。凡此種種不能看成教條，一切因時而異，因物而異，隨機選擇。如若尚不能決定采用何種操作方式，則應(yīng)進行進一步開發(fā)試驗，將兩種或兩種以上方案進行技術(shù)、經(jīng)濟和風(fēng)險研究。二、化工生產(chǎn)主要設(shè)備及選擇（一）主要設(shè)備1.原料預(yù)處理過程主要設(shè)備原料預(yù)處理時，當(dāng)反應(yīng)物含有雜質(zhì)，

54、含有催化劑毒物時，需要有脫除雜質(zhì)、毒物的旋風(fēng)分離器、洗滌器、脫硫塔等。當(dāng)液態(tài)反應(yīng)物進行氣相反應(yīng)時，一般需要有蒸發(fā)器。當(dāng)反應(yīng)采用高溫時，需要有換熱器、加熱器、加熱爐等。當(dāng)反應(yīng)采用高壓時，氣態(tài)反應(yīng)物需要壓縮機，液態(tài)反應(yīng)物需要高壓泵。當(dāng)反應(yīng)物有多種物質(zhì)時，一般需要有混合器。2. 反應(yīng)過程主要設(shè)備反應(yīng)過程中反應(yīng)器是主要設(shè)備，也是工藝流程的中心設(shè)備。反應(yīng)器一般為單臺，當(dāng)單臺反應(yīng)器生產(chǎn)能力低時，可采用多臺并聯(lián)。當(dāng)催化劑活性低，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低時，可采用雙臺串聯(lián)。反應(yīng)物料先經(jīng)過裝有舊催化劑的反應(yīng)器，后經(jīng)過裝有新催化劑的反應(yīng)器。當(dāng)反應(yīng)放熱時，一般采用液態(tài)載熱體移除反應(yīng)放熱，需要有載熱體貯槽、輸送設(shè)備、冷卻器、調(diào)

55、溫設(shè)備等。當(dāng)反應(yīng)吸熱時，一般需要有供熱設(shè)備，如加熱爐等。對于催化反應(yīng)，需要有催化劑的制備、回收、再生設(shè)備；流化床反應(yīng)器需要有補加新催化劑的沒備；當(dāng)催化劑使用時間很短時，則反應(yīng)器與再生器可組成一個整體。3.產(chǎn)物分離過程主要設(shè)備反應(yīng)后的產(chǎn)物分離過程中，若反應(yīng)產(chǎn)物中含有酸性雜質(zhì)或其他腐蝕性雜質(zhì)時，一般采用中和器等，先將產(chǎn)物中的腐蝕性雜質(zhì)除去，以降低產(chǎn)物對后續(xù)設(shè)備的腐蝕。氣態(tài)反應(yīng)物和固體催化劑，需要有過濾分離等設(shè)備。產(chǎn)物氣溫度高且在高溫下易發(fā)生深度副反應(yīng)時，則應(yīng)該設(shè)有急冷器，以急速降溫。當(dāng)產(chǎn)物氣溫度較高，但化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定時，則宜經(jīng)過廢熱鍋爐產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽回收熱量或經(jīng)過換熱器預(yù)熱反應(yīng)氣，合理地做好能量回收

56、和綜合利用。氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過上述處理后，需要有冷卻、冷凝設(shè)備，得到液態(tài)產(chǎn)物。未冷凝的產(chǎn)物氣進一步吸收、解吸。液態(tài)產(chǎn)物經(jīng)過多塔精餾（有時還有萃取等分離設(shè)備）得到合格產(chǎn)品，同時得到副產(chǎn)品。當(dāng)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低時，未反應(yīng)的反應(yīng)物，需要經(jīng)過輸送設(shè)備返回反應(yīng)物加工系統(tǒng)循環(huán)使用。反應(yīng)過程和生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣要盡量回收，綜合利用；對于暫時無法回收利用的需要進行妥善處理，處理后的剩余物達到國家規(guī)定排放標準后方可排放。根據(jù)對若干具體的、特殊的、實際工藝流程的分析，概括、總結(jié)出工藝流程一般包括的設(shè)備：反應(yīng)物輸送設(shè)備 鼓風(fēng)機、離心泵、輸送帶等；反應(yīng)物清凈設(shè)備 除塵器、洗滌塔等；反應(yīng)物混合設(shè)備 混合器；將反應(yīng)物預(yù)處理到反應(yīng)條件的設(shè)備 預(yù)熱器、壓縮機、高壓泵等；反應(yīng)物進行反應(yīng)的設(shè)備 反應(yīng)器；反應(yīng)產(chǎn)物的分離設(shè)備 冷凝器、氣液分離器、旋風(fēng)分離器、蒸發(fā)器、蒸餾塔、吸收塔、解吸塔等；主反應(yīng)產(chǎn)物的精制設(shè)備 精餾塔、干燥塔等；反應(yīng)副產(chǎn)物回收處理設(shè)備；催化劑處理設(shè)備；反應(yīng)物、主產(chǎn)物、副產(chǎn)物、催化劑等貯存設(shè)備。（二）主要設(shè)備選擇由于化工過程的復(fù)雜性，設(shè)備類型也非常之多，實現(xiàn)同一工藝要求，不但可以選用不同的單元操作方式，也可以選用不同類型的設(shè)備。當(dāng)單元操作方式確定之后應(yīng)當(dāng)根據(jù)物料量和確定的工藝條件，選擇一種合