化工工藝流程設(shè)計教學(xué)課程課件

第五章

化工工藝流程設(shè)計

一.

工藝流程設(shè)計的目的和任務(wù)

目的：用圖解形式來表達整個生產(chǎn)工藝過程

任務(wù)：（1）確定生產(chǎn)工藝流程中各個過程的具體內(nèi)容、順序和組織形式。（2）繪制工藝流程圖。

第五章

化工工藝流程設(shè)計

一.

工藝流1要求（1）確定整個流程的組成例如合成氨生產(chǎn)工藝造氣變換銅洗合成煤或油水蒸氣己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝加氫氧化羥胺肟化重排苯H2O2H2硝酸要求（1）確定整個流程的組成造氣變換銅洗合成煤或油水蒸氣2(2)確定各個過程或工序的組成例如合成氨工藝中的變換工段變換反應(yīng)：CO+H2OCO2+H2水洗CO2+H2OH2CO3堿洗CO2+NaOHNa2CO3+H2O變換反應(yīng)水洗堿洗H2,N2,COCO2及少量惰性氣體(2)確定各個過程或工序的組成變換反應(yīng)：CO+H3(3)確定操作條件。?、。┓磻?yīng)器操作參數(shù)的確定

1）溫度a可逆反應(yīng)的平衡（吸熱或放熱）如：EBSty+H2+△H采用二段反應(yīng)，溫度序列為先低后高

b考慮反應(yīng)的選擇性（按主付反應(yīng)活化能的大?。┤鏏PAS如果E1為主反應(yīng)的活化能，且E1﹥E2則高溫有利于主反應(yīng)

E1E2(3)確定操作條件。E1E24c溫度的限制條件（材質(zhì)和催化劑的要求）2）壓力a反應(yīng)速度b反應(yīng)物料的相態(tài)（如氣相烴化和液相烴化）c后續(xù)分離的要求（希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相）3）組成a某一反應(yīng)物要求很高的轉(zhuǎn)化率例如CO+Cl2→COCl（光氣）二異氰酸酯的原料要求不含氯，Cl2的轉(zhuǎn)化率100%，采取CO過量b產(chǎn)物與反應(yīng)物分離困難如C6H6（苯）+H2→C6H12（環(huán)己烷）c溫度的限制條件（材質(zhì)和催化劑的要求）5C6H6:Tb=353.1kC6H12:Tb=353.9k苯與環(huán)己烷很難分離，因此采取氫氣過量，苯完全反應(yīng)。c反應(yīng)的濃度效應(yīng)（濃度對主付反應(yīng)速率的影響）d分離循環(huán)費用4）反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率a轉(zhuǎn)化率和所需反應(yīng)時間的關(guān)系b各種轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)品分布c反應(yīng)系統(tǒng)和分離系統(tǒng)的設(shè)備價格ⅱ）精餾塔工藝參數(shù)的確定

1）塔壓（實質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問題）C6H6:Tb=353.1kC6H12:6a盡量避免真空操作（增加真空泵和塔徑）b常壓下能用普通冷卻水冷卻，就不宜采取加壓c對于P﹥1.6MPa時，究竟采用低壓冷凍，還是高壓冷卻，需作方案比較。

2）回流比a對于價格高昂的公用工程，取常規(guī)R/Rmin(1.11～1.24)的范圍低限。b若回收的冷量或熱量可利用，取常規(guī)R/Rmin的高限。c對于產(chǎn)品純度極高的精密精餾，取較大R/Rmin值（因為R/Rmin較小，塔板數(shù)急劇增加）3）產(chǎn)品純度和回收率（正確選定產(chǎn)品的純度有重大的經(jīng)濟意義）a盡量避免真空操作（增加真空泵和塔徑）7(4)確定控制方案。a離心泵的流量控制FRCPIFRCPI(4)確定控制方案。FRCPIFRCPI8b液位控制溢流控制液面LIC出料控制液面LICFC進料控制液面b液位控制溢流控制液面LIC出料控制液面LICFC進料控9C兩個液相的界面控制(液-液分離）LICLIC臥式容器界面控制C兩個液相的界面控制(液-液分離）LICLIC臥式容器10d塔壓調(diào)節(jié)PICd塔壓調(diào)節(jié)PIC11

(5)確定過程的綜合平衡(6)確定三廢治理方法。

(7)制定安全生產(chǎn)措施。

(8)其他實際要求（清洗、冷凝

水回用、副產(chǎn)物的利用等）。

12二化工過程合成方法（一）反應(yīng)過程的合成首先確定過程性質(zhì)和輸入、輸出條件。性質(zhì)：連續(xù)或間歇（產(chǎn)量、市場需求、操作上特殊要求）輸入條件：進口的原料是否需經(jīng)預(yù)處理（根據(jù)雜質(zhì)的毒性、反應(yīng)性、量）輸出：確定目的產(chǎn)品和流股數(shù)（反應(yīng)產(chǎn)品有6個去向：主產(chǎn)品、聯(lián)產(chǎn)或副產(chǎn)品、低價值的燃料、排空、循環(huán)、有害物去三廢處理）二化工過程合成方法13例乙苯反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)如下乙烯+苯→乙苯乙苯+乙烯→二乙苯二乙苯+苯→乙苯二乙苯+乙烯→三乙苯三乙苯+苯→乙苯，二乙苯乙苯、二乙苯→甲苯、二甲苯、正丁苯、異丙苯、雜環(huán)化合物各類副產(chǎn)物中，除雜環(huán)化合物在高溫下聚合，其他副產(chǎn)物的生成都為可逆反應(yīng)。乙烷、乙烯→放空或排至燃料氣管網(wǎng)苯、甲苯→循環(huán)乙苯→主產(chǎn)品（出反應(yīng)器）二乙苯、三乙苯、異丙苯、正丁苯→循環(huán)雜環(huán)化合物→低值副產(chǎn)品例乙苯反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)如下14反應(yīng)器的選型1反應(yīng)器的分類形狀：管式、釜式、塔式換熱方式：等溫、絕熱、非等溫非絕熱反應(yīng)物系的相態(tài)：均相、非均相（氣固、氣液、氣液固）2反應(yīng)器選型的方法形態(tài)分析法：對一個問題的各個部分的所有可能方案進行分析和評價，用邏輯結(jié)構(gòu)代替隨機的想法，從而篩選出最佳方案。過程分為二步分支：找出所有可供選擇的方案。收斂：根據(jù)若干判據(jù)對各個供選擇的方案進行淘汰。反應(yīng)器的選型153反應(yīng)器選型判據(jù)：反應(yīng)器類型（即反應(yīng)介質(zhì)的相態(tài)，此為最簡單、首先使用的判據(jù)）催化劑失活速度由反應(yīng)的濃度效應(yīng)決定的混合要求由反應(yīng)的熱負(fù)荷和溫度效應(yīng)決定熱量傳遞和溫度控制要求相際傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的相對速度主要工藝參數(shù)選擇（略）ABC判據(jù)問題結(jié)論3反應(yīng)器選型判據(jù)：ABC判據(jù)問題結(jié)論16（二）分離過程的合成分離方案數(shù)ABCABCABABCBCABCABCABBCABCABCABCABCABCABCACBABCACB（二）分離過程的合成ABCABCABABCBCABCABCA171分離方法選擇探試規(guī)則：根據(jù)過去的經(jīng)驗和研究對象的熱力學(xué)性質(zhì)進行半定量分析所得的結(jié)論。根據(jù)探試規(guī)則得出的結(jié)論不一定是最佳方案，但是它能大幅度減少可能的方案數(shù)，從而提高設(shè)計速度。幾個名詞定義：分配系數(shù)：在平衡狀態(tài)下某組分在輕相與重相中分子分?jǐn)?shù)的比分離因子：兩個組分分配系數(shù)的比例質(zhì)量分離劑和能量分離劑：加到分離單元，對所需要的分離做出貢獻的組分次序表：進料各組分按照分配系數(shù)遞減的次序所排列的表關(guān)鍵組分：決定分離要求的兩個組分1分離方法選擇18選擇分離方法的探試規(guī)則：（1）選擇具有大的分離因子的分離過程分子性質(zhì)受影響的分離過程分子量精餾、蒸發(fā)分子形狀吸附、結(jié)晶分子體積吸附偶極距、極性萃取、吸附分子電負(fù)荷電除法、電除霧化學(xué)活性化學(xué)吸收、反應(yīng)精餾（2）盡量避免極端的過程條件（3）當(dāng)分離過程需要多個分離級時，應(yīng)優(yōu)先選擇平衡分離過程而不選擇速度控制過程。選擇分離方法的探試規(guī)則：分子性質(zhì)受影響的分離過程分子量精餾、19（4）當(dāng)分離因子相同時，選擇能量分離劑而不選擇質(zhì)量分離劑（5）在選擇分離方案時首先考慮采用精餾，精餾具有如下的優(yōu)點：a精餾是一個使用能量分離劑的平衡過程b系統(tǒng)內(nèi)不含固體物料，操作方便c有成熟的理論和實踐d處理產(chǎn)品數(shù)量的范圍寬e常常只需要能位等級很低的分離劑例：正丁烯、異丁烯混合物欲分離成純物質(zhì)，試根據(jù)分子性質(zhì)選擇分離方法解：由于正丁烯與異丁烯為同分異構(gòu)體，分子體積、偶極距和極性差別很小，預(yù)計精餾、萃取、吸收等過程都不能有效將該混合物分離，只能根據(jù)反應(yīng)活性的差別進行分離。利用水與異丁烯反應(yīng)的特點進行分離。（4）當(dāng)分離因子相同時，選擇能量分離劑而不選擇質(zhì)量分離劑202分離序列的確定探試合成法、調(diào)優(yōu)合成法、最優(yōu)化算法合成法探試法有以下幾條原則：a應(yīng)把關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度最接近于1的最困難分離放在最后。b根據(jù)汽液平衡常數(shù)的大小進行排列，把輕組分逐個脫除，即采取順序流程。c應(yīng)首先把混合物分成分子數(shù)接近的兩股流。d對于回收率要求高的分離應(yīng)放在最后。e對于容易造成系統(tǒng)腐蝕或結(jié)焦的組分應(yīng)首先除去，以降低后續(xù)設(shè)備的材質(zhì)要求，保持穩(wěn)定操作。2分離序列的確定213塔型的選擇板式塔的適用場合：（1）大直徑（2）液體負(fù)荷特別?。ㄅ菡炙?）臟的物系，須定期清理（4）有多股側(cè)線進出料（5）反應(yīng)精餾，需要一定的停留時間填料塔的適用場合（1）要求低阻力（2）熱敏物質(zhì)（持液量少，停留時間短）（3）發(fā)泡系統(tǒng)（4）腐蝕性介質(zhì)3塔型的選擇22例環(huán)氧丙烷過程概念設(shè)計1過程簡介主反應(yīng)Cl2+H2O→HCl+HClOHClO+C3H6→ClC3H6OH副反應(yīng)C3H6+Cl2→C3H6Cl2ClC3H6OH+C3H6+Cl2→HCl+(C3H6Cl)2O（二氯異丙基醚)皂化反應(yīng)2ClC3H6OH+Ca(OH)2→CaCl2+H2O+2C3H6O例環(huán)氧丙烷過程概念設(shè)計23氣體循環(huán)壓縮機反應(yīng)器溶氯器氯氣丙烯出料放空2現(xiàn)有生產(chǎn)裝置情況氣體循環(huán)壓縮機反應(yīng)器溶氯器氯氣丙烯出料放空2現(xiàn)有生產(chǎn)裝置情況243過程分析和試驗（1）二氯丙烷由氯氣與丙烯在氣相中直接反應(yīng)的產(chǎn)物（2）二氯異丙基醚是串聯(lián)副產(chǎn)物要抑制付反應(yīng)，提高反應(yīng)的選擇性，須阻止氯氣與丙烯接觸，降低主產(chǎn)品氯丙醇的濃度。3過程分析和試驗25C3H6Cl2水反應(yīng)器反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)泵循環(huán)泵循環(huán)泵出料放空放空放空4小試流程C3H6Cl2水反應(yīng)器反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)泵循環(huán)泵循環(huán)泵出料放空265對小試數(shù)據(jù)的初步評價已知條件（1）氣相法丙烯選擇性86%液相法---------------94%（2）皂化反應(yīng)選擇性99%（3）精餾塔PO回收率99.5%（4）循環(huán)氣組成C3H630%,C3H870%（5）丙烯進料組成C3H699.5%C3H80.5%（6）循環(huán)比（循環(huán)氣比丙烯進料）7.5（7）丙烯價格3900元/噸（8）氯價格800元/噸（9）電價格0.65元/kw.h5對小試數(shù)據(jù)的初步評價27以100kmol丙烯進料計，可對兩種工藝的可變成本進行計算，結(jié)果如下：氣相法液相法單耗單價費用單耗單價費用丙烯0.865639003376.60.79239003088.8氯氣1.4488001158.41.3258001060電力417.40.65271.3116.70.6574.4合計4806.34223.2對多數(shù)化工產(chǎn)品，可變成本占生產(chǎn)成本80%左右，投資折舊約占10%，且兩工藝的皂化工段相同，因此液相法比氣相法總生產(chǎn)成本低10%以上，經(jīng)濟上占優(yōu)勢。以100kmol丙烯進料計，可對兩種工藝的可變成本進行計算，286流程和工藝參數(shù)的改進概念設(shè)計的任務(wù)之二，考察小試數(shù)據(jù)是否齊全，流程、工藝參數(shù)是否可改進。（1）壓力：加壓，利于溶氯（2）溫度：提溫對反應(yīng)無利，但利于皂化，可省換熱器（3）丙烯由并聯(lián)改為串聯(lián)，增強傳質(zhì)。（4）溶氯填料塔改為噴射溶氯，降低造價。（5）加壓下溶氯試驗（常壓下氯丙醇、鹽酸水溶液的氯溶解度偏差較小，加壓后可能偏差較大。需要研究人員補充試驗）（6）材質(zhì)試驗（尤其溫度對腐蝕的影響）6流程和工藝參數(shù)的改進297中試裝置設(shè)計概念設(shè)計任務(wù)之三，研究有無必要建立中試裝置，確定中試的規(guī)模、范圍及中試解決的問題和取得的數(shù)據(jù)。（1）必要性氣體分布器孔徑增大，傳質(zhì)情況發(fā)生變化新材料（氟塑料）、新設(shè)備（噴射溶氯）試驗（2）中試裝置的地點（3）中試裝置的流程（可用單個循環(huán)反應(yīng)間歇操作）（4）中試規(guī)模7中試裝置設(shè)計30三.工藝流程圖設(shè)計的基本步驟1.作工藝流程草圖或示意圖（方框圖）。2.

作工藝物料流程圖（物料衡算圖）。3.作帶控制點的工藝流程圖。三.工藝流程圖設(shè)計的基本步驟31（1）將各設(shè)備的簡單形狀按工藝流程順 序展示在同一平面上（2）配以連接主、輔線，管件、閥件、 儀表控制點等符號（3）注寫設(shè)備位號及名稱。（4）注寫代號、符號及其他標(biāo)注的說明（5）填寫標(biāo)題欄，注寫圖名、圖號。（1）將各設(shè)備的簡單形狀按工藝流程順 序展示在同一平32環(huán)己酮肟溶解槽環(huán)己酮肟中間槽重排反應(yīng)器熟化反應(yīng)器正己烷濃硫酸正己烷蒸汽反應(yīng)式環(huán)己酮肟濃硫酸己內(nèi)酰胺-H環(huán)己酮肟溶解槽環(huán)己酮肟中間槽重排反應(yīng)器熟化反應(yīng)器正己烷濃硫酸33M01V02V03P01P02P03R01R02E01V02P01M01V03P02R01E01P03R02環(huán)己酮肟中間槽環(huán)己酮肟進料泵混合器環(huán)己酮肟溶解槽循環(huán)泵反應(yīng)器冷卻器循環(huán)泵熟化反應(yīng)器M01V02V03P01P02P03R01R02E0134V02P01M01V03P02R01E01P03R02環(huán)己酮肟中間槽環(huán)己酮肟進料泵混合器環(huán)己酮肟溶解槽循環(huán)泵反應(yīng)器冷卻器循環(huán)泵熟化反應(yīng)器正己烷蒸汽P-03FICLICTICFICP-01P-02CWE01R02R01V03V02CWR07060102050304M0107正己烷正己烷蒸汽環(huán)己酮肟酸團R03V0235010203040506Kg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wt環(huán)己酮肟90.0099.9790.0015.0六氫苯甲酸0.100.020.100.0286.7123.1185.8317.720.020.00苯甲酸0.040.010.040.01三氧化硫41.6711.1241.268.52硫酸105.728.21104.6621.60亞硝基硫酸正己烷510.099.98510.084.9868.5118.2887.9818.16490.52100.00己內(nèi)酰胺60.0016.01149.130.78副產(chǎn)0.030.030.030.0011.893.1716.253.15六氫苯甲酰胺0.340.090.340.07合計90.03100.0510.10100.0600.1100.0374.8100.0484.46100.0490.5100.0溫度℃9837.039.3071.071.071.0熱容kj/kg/c2.152.302.312.012.541.86密度kg/cm3966.1648.0668.51061.01270.0粘度mpa.s4.350.260.873.10263.00.01物料平衡表010236四.

設(shè)備、管道及其他部件的表示方法

1.

設(shè)備的表示方法(1)設(shè)備的形態(tài)：設(shè)備簡單的外形輪廓。(2)設(shè)備的線條：b/3細(xì)線，b=0.9mm。(3)設(shè)備的大?。合鄬Ρ壤?。(4)設(shè)備的位置：相對高度。(5)設(shè)備的簡化處理。四.

設(shè)備、管道及其他部件的表示方法

1.

372.

管道的表示方法

工藝物料管道工藝物料埋地管道輔料及公用管道輔料及公用埋地管道儀表管道保溫管道電伴熱管道蒸汽伴熱管道夾套管道2.

管道的表示方法

38管道的標(biāo)注方法PL-T1301-80-B2A-H保溫等級管道等級公稱直徑管段代號介質(zhì)代號管道的標(biāo)注方法PL-T1301-80-B2A-H保39管道等級說明：把管道按不同材質(zhì)、壓力、溫度等要求分成不同等級，編入同一等級的管道使用相同的材質(zhì)、型號或形式的管子和附件，這樣可以統(tǒng)一各種管道的設(shè)計要求，而且可以用最簡潔的方式在圖紙上表達各種必要的信息。規(guī)定各種不同等級管道所使用的管子及其附件的材質(zhì)、型號或形式要求的表稱為管道等級表。對于管道等級、保溫等級各設(shè)計院規(guī)定不同。管道等級說明：40

3.

閥門和管件的表示方法（參建教材P2-8)

截止閥球閥調(diào)節(jié)閥針形閥取樣閥異徑管

3.411.

4.儀表控制點的表示方法（1）

控制點（2）

參量代號（物理量：溫度、壓力、液位組成分析）（3）

功能代號（Z或I:指示，C：控制）PI302TI302FIC302TI3021.

42化工工藝流程設(shè)計教學(xué)課程課件43本章思考題（1）化工工藝流程設(shè)計的主要任務(wù)是什么？（2）化工工藝流程設(shè)計中應(yīng)注意和解決哪些問題？（3）試述工藝流程設(shè)計的工作步驟？本章思考題（1）化工工藝流程設(shè)計的主要任務(wù)44第五章

化工工藝流程設(shè)計

一.

工藝流程設(shè)計的目的和任務(wù)

目的：用圖解形式來表達整個生產(chǎn)工藝過程

任務(wù)：（1）確定生產(chǎn)工藝流程中各個過程的具體內(nèi)容、順序和組織形式。（2）繪制工藝流程圖。

第五章

化工工藝流程設(shè)計

一.

工藝流45要求（1）確定整個流程的組成例如合成氨生產(chǎn)工藝造氣變換銅洗合成煤或油水蒸氣己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝加氫氧化羥胺肟化重排苯H2O2H2硝酸要求（1）確定整個流程的組成造氣變換銅洗合成煤或油水蒸氣46(2)確定各個過程或工序的組成例如合成氨工藝中的變換工段變換反應(yīng)：CO+H2OCO2+H2水洗CO2+H2OH2CO3堿洗CO2+NaOHNa2CO3+H2O變換反應(yīng)水洗堿洗H2,N2,COCO2及少量惰性氣體(2)確定各個過程或工序的組成變換反應(yīng)：CO+H47(3)確定操作條件。?、。┓磻?yīng)器操作參數(shù)的確定

1）溫度a可逆反應(yīng)的平衡（吸熱或放熱）如：EBSty+H2+△H采用二段反應(yīng)，溫度序列為先低后高

b考慮反應(yīng)的選擇性（按主付反應(yīng)活化能的大?。┤鏏PAS如果E1為主反應(yīng)的活化能，且E1﹥E2則高溫有利于主反應(yīng)

E1E2(3)確定操作條件。E1E248c溫度的限制條件（材質(zhì)和催化劑的要求）2）壓力a反應(yīng)速度b反應(yīng)物料的相態(tài)（如氣相烴化和液相烴化）c后續(xù)分離的要求（希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相）3）組成a某一反應(yīng)物要求很高的轉(zhuǎn)化率例如CO+Cl2→COCl（光氣）二異氰酸酯的原料要求不含氯，Cl2的轉(zhuǎn)化率100%，采取CO過量b產(chǎn)物與反應(yīng)物分離困難如C6H6（苯）+H2→C6H12（環(huán)己烷）c溫度的限制條件（材質(zhì)和催化劑的要求）49C6H6:Tb=353.1kC6H12:Tb=353.9k苯與環(huán)己烷很難分離，因此采取氫氣過量，苯完全反應(yīng)。c反應(yīng)的濃度效應(yīng)（濃度對主付反應(yīng)速率的影響）d分離循環(huán)費用4）反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率a轉(zhuǎn)化率和所需反應(yīng)時間的關(guān)系b各種轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)品分布c反應(yīng)系統(tǒng)和分離系統(tǒng)的設(shè)備價格ⅱ）精餾塔工藝參數(shù)的確定

1）塔壓（實質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問題）C6H6:Tb=353.1kC6H12:50a盡量避免真空操作（增加真空泵和塔徑）b常壓下能用普通冷卻水冷卻，就不宜采取加壓c對于P﹥1.6MPa時，究竟采用低壓冷凍，還是高壓冷卻，需作方案比較。

2）回流比a對于價格高昂的公用工程，取常規(guī)R/Rmin(1.11～1.24)的范圍低限。b若回收的冷量或熱量可利用，取常規(guī)R/Rmin的高限。c對于產(chǎn)品純度極高的精密精餾，取較大R/Rmin值（因為R/Rmin較小，塔板數(shù)急劇增加）3）產(chǎn)品純度和回收率（正確選定產(chǎn)品的純度有重大的經(jīng)濟意義）a盡量避免真空操作（增加真空泵和塔徑）51(4)確定控制方案。a離心泵的流量控制FRCPIFRCPI(4)確定控制方案。FRCPIFRCPI52b液位控制溢流控制液面LIC出料控制液面LICFC進料控制液面b液位控制溢流控制液面LIC出料控制液面LICFC進料控53C兩個液相的界面控制(液-液分離）LICLIC臥式容器界面控制C兩個液相的界面控制(液-液分離）LICLIC臥式容器54d塔壓調(diào)節(jié)PICd塔壓調(diào)節(jié)PIC55

(5)確定過程的綜合平衡(6)確定三廢治理方法。

(7)制定安全生產(chǎn)措施。

(8)其他實際要求（清洗、冷凝

水回用、副產(chǎn)物的利用等）。

56二化工過程合成方法（一）反應(yīng)過程的合成首先確定過程性質(zhì)和輸入、輸出條件。性質(zhì)：連續(xù)或間歇（產(chǎn)量、市場需求、操作上特殊要求）輸入條件：進口的原料是否需經(jīng)預(yù)處理（根據(jù)雜質(zhì)的毒性、反應(yīng)性、量）輸出：確定目的產(chǎn)品和流股數(shù)（反應(yīng)產(chǎn)品有6個去向：主產(chǎn)品、聯(lián)產(chǎn)或副產(chǎn)品、低價值的燃料、排空、循環(huán)、有害物去三廢處理）二化工過程合成方法57例乙苯反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)如下乙烯+苯→乙苯乙苯+乙烯→二乙苯二乙苯+苯→乙苯二乙苯+乙烯→三乙苯三乙苯+苯→乙苯，二乙苯乙苯、二乙苯→甲苯、二甲苯、正丁苯、異丙苯、雜環(huán)化合物各類副產(chǎn)物中，除雜環(huán)化合物在高溫下聚合，其他副產(chǎn)物的生成都為可逆反應(yīng)。乙烷、乙烯→放空或排至燃料氣管網(wǎng)苯、甲苯→循環(huán)乙苯→主產(chǎn)品（出反應(yīng)器）二乙苯、三乙苯、異丙苯、正丁苯→循環(huán)雜環(huán)化合物→低值副產(chǎn)品例乙苯反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)如下58反應(yīng)器的選型1反應(yīng)器的分類形狀：管式、釜式、塔式換熱方式：等溫、絕熱、非等溫非絕熱反應(yīng)物系的相態(tài)：均相、非均相（氣固、氣液、氣液固）2反應(yīng)器選型的方法形態(tài)分析法：對一個問題的各個部分的所有可能方案進行分析和評價，用邏輯結(jié)構(gòu)代替隨機的想法，從而篩選出最佳方案。過程分為二步分支：找出所有可供選擇的方案。收斂：根據(jù)若干判據(jù)對各個供選擇的方案進行淘汰。反應(yīng)器的選型593反應(yīng)器選型判據(jù)：反應(yīng)器類型（即反應(yīng)介質(zhì)的相態(tài)，此為最簡單、首先使用的判據(jù)）催化劑失活速度由反應(yīng)的濃度效應(yīng)決定的混合要求由反應(yīng)的熱負(fù)荷和溫度效應(yīng)決定熱量傳遞和溫度控制要求相際傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的相對速度主要工藝參數(shù)選擇（略）ABC判據(jù)問題結(jié)論3反應(yīng)器選型判據(jù)：ABC判據(jù)問題結(jié)論60（二）分離過程的合成分離方案數(shù)ABCABCABABCBCABCABCABBCABCABCABCABCABCABCACBABCACB（二）分離過程的合成ABCABCABABCBCABCABCA611分離方法選擇探試規(guī)則：根據(jù)過去的經(jīng)驗和研究對象的熱力學(xué)性質(zhì)進行半定量分析所得的結(jié)論。根據(jù)探試規(guī)則得出的結(jié)論不一定是最佳方案，但是它能大幅度減少可能的方案數(shù)，從而提高設(shè)計速度。幾個名詞定義：分配系數(shù)：在平衡狀態(tài)下某組分在輕相與重相中分子分?jǐn)?shù)的比分離因子：兩個組分分配系數(shù)的比例質(zhì)量分離劑和能量分離劑：加到分離單元，對所需要的分離做出貢獻的組分次序表：進料各組分按照分配系數(shù)遞減的次序所排列的表關(guān)鍵組分：決定分離要求的兩個組分1分離方法選擇62選擇分離方法的探試規(guī)則：（1）選擇具有大的分離因子的分離過程分子性質(zhì)受影響的分離過程分子量精餾、蒸發(fā)分子形狀吸附、結(jié)晶分子體積吸附偶極距、極性萃取、吸附分子電負(fù)荷電除法、電除霧化學(xué)活性化學(xué)吸收、反應(yīng)精餾（2）盡量避免極端的過程條件（3）當(dāng)分離過程需要多個分離級時，應(yīng)優(yōu)先選擇平衡分離過程而不選擇速度控制過程。選擇分離方法的探試規(guī)則：分子性質(zhì)受影響的分離過程分子量精餾、63（4）當(dāng)分離因子相同時，選擇能量分離劑而不選擇質(zhì)量分離劑（5）在選擇分離方案時首先考慮采用精餾，精餾具有如下的優(yōu)點：a精餾是一個使用能量分離劑的平衡過程b系統(tǒng)內(nèi)不含固體物料，操作方便c有成熟的理論和實踐d處理產(chǎn)品數(shù)量的范圍寬e常常只需要能位等級很低的分離劑例：正丁烯、異丁烯混合物欲分離成純物質(zhì)，試根據(jù)分子性質(zhì)選擇分離方法解：由于正丁烯與異丁烯為同分異構(gòu)體，分子體積、偶極距和極性差別很小，預(yù)計精餾、萃取、吸收等過程都不能有效將該混合物分離，只能根據(jù)反應(yīng)活性的差別進行分離。利用水與異丁烯反應(yīng)的特點進行分離。（4）當(dāng)分離因子相同時，選擇能量分離劑而不選擇質(zhì)量分離劑642分離序列的確定探試合成法、調(diào)優(yōu)合成法、最優(yōu)化算法合成法探試法有以下幾條原則：a應(yīng)把關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度最接近于1的最困難分離放在最后。b根據(jù)汽液平衡常數(shù)的大小進行排列，把輕組分逐個脫除，即采取順序流程。c應(yīng)首先把混合物分成分子數(shù)接近的兩股流。d對于回收率要求高的分離應(yīng)放在最后。e對于容易造成系統(tǒng)腐蝕或結(jié)焦的組分應(yīng)首先除去，以降低后續(xù)設(shè)備的材質(zhì)要求，保持穩(wěn)定操作。2分離序列的確定653塔型的選擇板式塔的適用場合：（1）大直徑（2）液體負(fù)荷特別?。ㄅ菡炙?）臟的物系，須定期清理（4）有多股側(cè)線進出料（5）反應(yīng)精餾，需要一定的停留時間填料塔的適用場合（1）要求低阻力（2）熱敏物質(zhì)（持液量少，停留時間短）（3）發(fā)泡系統(tǒng)（4）腐蝕性介質(zhì)3塔型的選擇66例環(huán)氧丙烷過程概念設(shè)計1過程簡介主反應(yīng)Cl2+H2O→HCl+HClOHClO+C3H6→ClC3H6OH副反應(yīng)C3H6+Cl2→C3H6Cl2ClC3H6OH+C3H6+Cl2→HCl+(C3H6Cl)2O（二氯異丙基醚)皂化反應(yīng)2ClC3H6OH+Ca(OH)2→CaCl2+H2O+2C3H6O例環(huán)氧丙烷過程概念設(shè)計67氣體循環(huán)壓縮機反應(yīng)器溶氯器氯氣丙烯出料放空2現(xiàn)有生產(chǎn)裝置情況氣體循環(huán)壓縮機反應(yīng)器溶氯器氯氣丙烯出料放空2現(xiàn)有生產(chǎn)裝置情況683過程分析和試驗（1）二氯丙烷由氯氣與丙烯在氣相中直接反應(yīng)的產(chǎn)物（2）二氯異丙基醚是串聯(lián)副產(chǎn)物要抑制付反應(yīng)，提高反應(yīng)的選擇性，須阻止氯氣與丙烯接觸，降低主產(chǎn)品氯丙醇的濃度。3過程分析和試驗69C3H6Cl2水反應(yīng)器反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)泵循環(huán)泵循環(huán)泵出料放空放空放空4小試流程C3H6Cl2水反應(yīng)器反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)泵循環(huán)泵循環(huán)泵出料放空705對小試數(shù)據(jù)的初步評價已知條件（1）氣相法丙烯選擇性86%液相法---------------94%（2）皂化反應(yīng)選擇性99%（3）精餾塔PO回收率99.5%（4）循環(huán)氣組成C3H630%,C3H870%（5）丙烯進料組成C3H699.5%C3H80.5%（6）循環(huán)比（循環(huán)氣比丙烯進料）7.5（7）丙烯價格3900元/噸（8）氯價格800元/噸（9）電價格0.65元/kw.h5對小試數(shù)據(jù)的初步評價71以100kmol丙烯進料計，可對兩種工藝的可變成本進行計算，結(jié)果如下：氣相法液相法單耗單價費用單耗單價費用丙烯0.865639003376.60.79239003088.8氯氣1.4488001158.41.3258001060電力417.40.65271.3116.70.6574.4合計4806.34223.2對多數(shù)化工產(chǎn)品，可變成本占生產(chǎn)成本80%左右，投資折舊約占10%，且兩工藝的皂化工段相同，因此液相法比氣相法總生產(chǎn)成本低10%以上，經(jīng)濟上占優(yōu)勢。以100kmol丙烯進料計，可對兩種工藝的可變成本進行計算，726流程和工藝參數(shù)的改進概念設(shè)計的任務(wù)之二，考察小試數(shù)據(jù)是否齊全，流程、工藝參數(shù)是否可改進。（1）壓力：加壓，利于溶氯（2）溫度：提溫對反應(yīng)無利，但利于皂化，可省換熱器（3）丙烯由并聯(lián)改為串聯(lián)，增強傳質(zhì)。（4）溶氯填料塔改為噴射溶氯，降低造價。（5）加壓下溶氯試驗（常壓下氯丙醇、鹽酸水溶液的氯溶解度偏差較小，加壓后可能偏差較大。需要研究人員補充試驗）（6）材質(zhì)試驗（尤其溫度對腐蝕的影響）6流程和工藝參數(shù)的改進737中試裝置設(shè)計概念設(shè)計任務(wù)之三，研究有無必要建立中試裝置，確定中試的規(guī)模、范圍及中試解決的問題和取得的數(shù)據(jù)。（1）必要性氣體分布器孔徑增大，傳質(zhì)情況發(fā)生變化新材料（氟塑料）、新設(shè)備（噴射溶氯）試驗（2）中試裝置的地點（3）中試裝置的流程（可用單個循環(huán)反應(yīng)間歇操作）（4）中試規(guī)模7中試裝置設(shè)計74三.工藝流程圖設(shè)計的基本步驟1.作工藝流程草圖或示意圖（方框圖）。2.

作工藝物料流程圖（物料衡算圖）。3.作帶控制點的工藝流程圖。三.工藝流程圖設(shè)計的基本步驟75（1）將各設(shè)備的簡單形狀按工藝流程順 序展示在同一平面上（2）配以連接主、輔線，管件、閥件、 儀表控制點等符號（3）注寫設(shè)備位號及名稱。（4）注寫代號、符號及其他標(biāo)注的說明（5）填寫標(biāo)題欄，注寫圖名、圖號。（1）將各設(shè)備的簡單形狀按工藝流程順 序展示在同一平76環(huán)己酮肟溶解槽環(huán)己酮肟中間槽重排反應(yīng)器熟化反應(yīng)器正己烷濃硫酸正己烷蒸汽反應(yīng)式環(huán)己酮肟濃硫酸己內(nèi)酰胺-H環(huán)己酮肟溶解槽環(huán)己酮肟中間槽重排反應(yīng)器熟化反應(yīng)器正己烷濃硫酸77M01V02V03P01P02P03R01R02E01V02P01M01V03P02R01E01P03R02環(huán)己酮肟中間槽環(huán)己酮肟進料泵混合器環(huán)己酮肟溶解槽循環(huán)泵反應(yīng)器冷卻器循環(huán)泵熟化反應(yīng)器M01V02V03P01P02P03R01R02E0178V02P01M01V03P02R01E01P03R02環(huán)己酮肟中間槽環(huán)己酮肟進料泵混合器環(huán)己酮肟溶解槽循環(huán)泵反應(yīng)器冷卻器循環(huán)泵熟化反應(yīng)器正己烷蒸汽P-03FICLICTICFICP-01P-02CWE01R02R01V03V02CWR07060102050304M0107正己烷正己烷蒸汽環(huán)己酮肟酸團R03V0279010203040506Kg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wt環(huán)己酮肟90.0099.9790.0015.0六氫苯甲酸0.100.020.100.0286.7123.1185.8317.720.020.00苯甲酸0.040.010.040.01三氧化硫41.6711.1241.268.52硫酸105.728.21104.6621.60亞硝基硫酸正己烷510.099.98510.084.9868.5118.2887.9818.16490.52100.00己內(nèi)酰胺60.0016.01149.130.7