認(rèn)識(shí)化工工藝

2013年

“中國(guó)石化-三井化學(xué)杯”

第七屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽參賽指導(dǎo)講座（2）-------認(rèn)識(shí)化學(xué)工藝、確定設(shè)計(jì)題目主講人：陳麗珍2013-6-5什么是化學(xué)工藝？化學(xué)工業(yè)化學(xué)工程化學(xué)工藝化工自動(dòng)化技術(shù)過程控制及優(yōu)化環(huán)境問題經(jīng)濟(jì)問題生產(chǎn)安全環(huán)境化工化工自動(dòng)化化工過程模擬化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)化工安全化學(xué)工程研究：過程工業(yè)中有關(guān)化學(xué)過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律解決：過程及裝置的開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作及優(yōu)化的理論和方法問題?；瘜W(xué)工藝即化工生產(chǎn)技術(shù)：指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法或過程或全部措施以產(chǎn)品為目標(biāo)，研究化工生產(chǎn)過程，為化學(xué)工業(yè)提供技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理的方法、原理、設(shè)備和流程?；瘜W(xué)工藝（過程）一般包括三個(gè)步驟：原料處理---使原料符合反應(yīng)要求的狀態(tài)和規(guī)格化學(xué)反應(yīng)---獲得目的產(chǎn)物或混合物產(chǎn)品精制---將反應(yīng)得到的混合物分離，除去副產(chǎn)物和雜質(zhì)，以獲得符合組成規(guī)格的產(chǎn)品。環(huán)氧丙烷：由異丁烷或乙苯與丙烯進(jìn)行共氧化反應(yīng)，生成叔丁醇或苯乙烯，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧丙烷

Process個(gè)別生產(chǎn)的特殊性丙烯腈：丙烯氨氧化，反應(yīng)溫度430～450℃、壓力0.16～0.18MPa（絕對(duì)壓力）丙烯酸：丙烯兩步氧化：丙烯---丙烯醛—丙烯酸化學(xué)工藝共性問題原料和生產(chǎn)方法的選擇流程組織所用設(shè)備（反應(yīng)器、分離器、熱交換器等）的作用、結(jié)構(gòu)和操作催化劑及其他物料的影響操作條件的確定生產(chǎn)控制產(chǎn)品規(guī)格及副產(chǎn)品的分離和利用安全技術(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)參加化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽從何著手？第一步----確定設(shè)計(jì)題目：需要確定產(chǎn)品和產(chǎn)量。先看參賽要求：為某一石化/煤化總廠設(shè)計(jì)一座丙烯制基本有機(jī)化工原料的合成分廠，主要原料為丙烯—丙烯化工---烯烴化工—聚丙烯以外的注意結(jié)合國(guó)家政策（查資料）：化學(xué)工藝的主要發(fā)展趨勢(shì)：基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的大型化，原料和副產(chǎn)物的充分利用，新原料路線和新催化劑（包括新反應(yīng)）的采用，能源消耗的降低，環(huán)境污染的防止，生產(chǎn)控制自動(dòng)化，生產(chǎn)的最優(yōu)化等。

為了確定產(chǎn)品，首先要了解在丙烯化工的狀況

1985年出版的《化工生產(chǎn)流程圖解》信息：一氯丙二醇過氧化氫異丙苯丙醛丙烯乙丙橡膠丙烯二聚體、三聚體、四聚體、聚丙烯異丙苯丙酮苯酚異丙醇丙二醇氯丙醇環(huán)氧丙烷烯丙醇聚醚甘油三甲基戊醇聚丙烯腈環(huán)氧氯丙烷辛烯醛丙烯酸酯丙烯異丁醇2-乙基己醇丁醛二氯丙醇丁醇烯丙基氯丙烯腈丙烯醛丙烯酸烯丙醇二羥基丙醛甘油異丁醛新戊醇苯乙烯苯乙烯十六碳醇1985~2013年有新開發(fā)的產(chǎn)品及路線嗎？一定有?。坑心男┬碌墓に嚶肪€?。坎槲墨I(xiàn)！上哪查？化工類書籍、圖書館、網(wǎng)站（CNKI）四氯化碳，過氯乙烯查閱文獻(xiàn)，了解丙烯為原料可能的產(chǎn)品及工藝路線，最后選擇確定一個(gè)產(chǎn)品。以丙烯酸為例，認(rèn)識(shí)化學(xué)工藝：首先要大致了解丙烯酸的性質(zhì)與用途：（1）性質(zhì)丙烯酸---Acrylicacid，有機(jī)化合物，化學(xué)式：C3H4O2，是最簡(jiǎn)單的不飽和羧酸，由一個(gè)乙烯基和一個(gè)羧基組成。純的丙烯酸是無(wú)色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味。它可與水、醇、醚和氯仿互溶，是由從煉油廠得到的丙烯制備的。密度1.051。熔點(diǎn)12℃。沸點(diǎn)139℃?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑。易聚合而成透明白色粉末。還原時(shí)生成丙酸。（2）用途主要用于生產(chǎn)丙烯酸酯，如甲酯、乙酯、丁酯和2-乙基己酯，還可作為丙烯酰胺的原料。丙烯酸和丙烯酸酯是生產(chǎn)其均聚物和共聚物的重要原料。以丙烯酸作第三單體可得羰基丁苯橡膠。丙烯酸還是水溶性聚合物的重要原料之一，與淀粉接枝共聚可制得超強(qiáng)性吸水劑。

接著了解丙烯酸的市場(chǎng)狀況及主要生產(chǎn)方法。

依然是查文獻(xiàn)獲取信息：從該文獻(xiàn)獲得的信息：2011~2013年我國(guó)可能新建成總產(chǎn)量為240萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)線，其中最大的一個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)量為48萬(wàn)噸，其它的產(chǎn)量大多在12~16萬(wàn)噸/年。丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸的方法：含有丙烯、水蒸汽和空氣的反應(yīng)原料在催化條件下轉(zhuǎn)化為丙烯醛以及部分丙烯酸、乙醛和CO，丙烯醛進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為丙烯酸，后者經(jīng)吸收、蒸餾可得到粗丙烯酸(也稱酯化級(jí)丙烯)，粗丙烯酸進(jìn)一步精制可得到高純丙烯酸和聚合用純丙烯酸。反應(yīng)原理：+341kJ+254kJ原料丙烯（摩爾純度95%以上），水蒸汽、和經(jīng)預(yù)熱的空氣混合后進(jìn)入第一反應(yīng)器，以熔鹽加熱，溫度保持在330~370℃，在催化劑存在下，丙烯被氧化成丙烯醛。反應(yīng)氣體直接進(jìn)入第二反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為260~300℃，丙烯醛被氧化成丙烯酸。反應(yīng)氣體在離開第二反應(yīng)器后進(jìn)入急冷塔冷凝，獲得20%左右的丙烯酸水溶液。由于丙烯酸與水能形成共沸物，所以采用溶劑萃取法提濃。丙烯酸水溶液經(jīng)輕組分塔將不冷凝物除去后，送入萃取塔，在那里，用溶劑將丙烯酸從水中萃取出來(lái)。用蒸餾法從丙烯酸中分出溶劑，然后返回萃取塔。丙烯酸用一組蒸餾塔提純，除去低沸物和高沸副產(chǎn)物，最后得到高濃度的丙烯酸。文獻(xiàn)信息：日本三菱化學(xué)1973年建成的生產(chǎn)線，兩臺(tái)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器中分別采用Mo—Bi系和Mo—V系催化劑，壽命均為6年。文獻(xiàn)還有另外的一些技術(shù)改進(jìn)信息。《化工生產(chǎn)流程圖解》丙烯酸制法：百度百科上查到的信息：除美國(guó)索亥俄法采用流化床外，其他都采用列管式固定床。

固定床法：第一反應(yīng)器進(jìn)料丙烯含量為4%～7%，水蒸氣20%～50%，其余為空氣，空速1300～2600h－1，反應(yīng)溫度320～340℃，壓力0.1～0.3MPa；第二反應(yīng)器空速為1800～3600h－1，反應(yīng)溫度280～300℃，壓力0.1～0.2MPa，丙烯和丙烯醛的轉(zhuǎn)化率都在95%以上，丙烯酸的選擇性以丙烯計(jì)為85%～90%。

工藝過程為：使丙烯、水蒸氣與經(jīng)過預(yù)熱的空氣混合后進(jìn)入第一反應(yīng)器。丙烯被氧化成丙烯醛。再進(jìn)入第二反應(yīng)器反應(yīng)，得到丙烯酸。第一、第二反應(yīng)器均為列管式反應(yīng)器，用熔鹽作熱載體，從第二反應(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)氣與原料空氣換熱后進(jìn)入急冷塔，與塔頂加入的水逆向接觸，獲得含量為20%～30%的丙烯酸水溶液。該水溶液進(jìn)入萃取塔，以乙酸丁酯或二甲苯為萃取劑，使水與丙烯酸分離。富含水的萃取液從萃取塔塔頂出來(lái)，進(jìn)入溶劑回收塔，將萃取劑從塔頂蒸出，送回萃取塔循環(huán)使用。塔底排出廢水。（續(xù)上頁(yè)）萃取塔中的萃余液進(jìn)入溶劑蒸餾塔。從塔頂蒸出溶劑（萃取劑），送回萃取塔循環(huán)使用；塔底得到粗丙烯酸，再經(jīng)脫去輕組分和重組分后得到丙烯酸產(chǎn)品。丙烯經(jīng)氣相接觸氧化反應(yīng)制造丙烯酸過程中，除產(chǎn)物丙烯酸外，還存有微量丙烯醛、乙酸、戊酮酸、蟻酸以及其他醛類雜質(zhì)。醛類是丙烯氧化副產(chǎn)物或由于丙烯原料中含有的雜質(zhì)氧化而生成的，如乙醛、甲醛、苯甲醛、糠醛、丙烯醛等，含有這些副產(chǎn)物的反應(yīng)氣體，經(jīng)冷卻、抽提蒸餾后，殘留于丙烯酸產(chǎn)品中。采用常規(guī)方法精制的丙烯酸產(chǎn)品中，仍含有約（50～500）×10－6的醛物質(zhì)。

典型的工藝流程圖題目確定之后，根據(jù)任務(wù)要求逐步完成各項(xiàng)工作項(xiàng)目可行性論證工藝流程設(shè)計(jì)設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計(jì)車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)工廠總體布置設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)成果整理與提交：

1）項(xiàng)目可行性報(bào)告2）初步設(shè)計(jì)說明書（包括設(shè)備一覽表、物料平衡表等各種相關(guān)表格）3）典型設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和非標(biāo)設(shè)備）設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（若采用相關(guān)專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)備計(jì)算和分析，則提供計(jì)算結(jié)果和源程序）4）PFD和PID圖（可以分多張A3圖繪制）5）車間設(shè)備平立面布置圖6）分廠平面布置總圖（可以補(bǔ)充提供三維視圖或漫游軟件）7）主要設(shè)備工藝條件圖8）工藝流程的模擬及流程優(yōu)化計(jì)算軟件9）若進(jìn)行能量集成與節(jié)能技術(shù)運(yùn)用，則提供相關(guān)的結(jié)果（若采用專業(yè)軟件計(jì)算，則提供相關(guān)軟件的源程序）10）若采用專業(yè)軟件進(jìn)行過程成本的估算和經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)，則提供相關(guān)的軟件源程序除期刊文獻(xiàn)外的其它參考資料：

化工建設(shè)項(xiàng)目可研規(guī)定內(nèi)容和深度要求HG-T20688-2000化工工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定各類參考書：《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》《化工設(shè)計(jì)》化學(xué)化工數(shù)據(jù)手冊(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)類手冊(cè)其它相關(guān)書籍化工設(shè)計(jì)規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性、綜合性強(qiáng)

化工設(shè)計(jì)是把一項(xiàng)化工過程從設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)的一個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或過程設(shè)計(jì)出一個(gè)生產(chǎn)流程，并研究流程的合理性、先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性，再根據(jù)工藝流程以及條件選擇合適的生產(chǎn)設(shè)備、管道及儀表等，進(jìn)行合理的工廠布局設(shè)計(jì)以滿足生產(chǎn)的需要，最終使