原料及原料准备教学课件PPT.pptVIP

第二章 原料及原料准备,原料为何要预处理？(原料在化工产品生产中有哪些影响和要求？) 原料预处理的任务是什么？ 原料预处理有哪些技术和方法？,本章主要讨论三大问题:,本章的教学目标,了解原料在化工中的地位、原料辅料对产品质量的影响、原料对反应中副产物生成与分离的影响以及原料和原料路线对工艺流程的影响,明确原料进入流程的要求和原料准备的任务。 掌握原料预处理的原则,熟悉原料预处理方案设计的基本方法和步骤,学会如何对原料预处理方案和流程进行比较和评估。 熟练掌握固体原料、气体原料、液体原料处理以及催化剂准备的技术和方法。,所谓原料,是指生产化工产品的起始物料。我们先讨论原料在化工产品生产中的影响 在产品生产成本中,原料所占的比例很高,有时高达60-70%,因此对化工生产来说,原料及原料路线至关重要。 主要体现在:原料辅料性状直接影响到产品的质量、工艺过程(反应过程和分离过程)、工艺条件和成本(物料和能量消耗)。,2.1 原料在化工产品生产中的影响与要求,隔膜法生产时控制精盐水的质量指标,案例一:用原盐作原料生产烧碱的原料处理,案例一:用原盐作原料生产烧碱的原料处理,因原盐含有钙、镁、硫酸根杂质,对电解过程有害,同时给电解产品带入杂质。,原盐在进入电解槽前需要预处理,其流程是:,化盐桶,澄清桶,反应槽,混合槽,砂滤器,ph调节槽,进料精盐水槽,原盐,纯碱,烧碱,氯化钡,助沉剂,盐酸,泥浆,去下道工序,分析:合成等规聚丙烯，对丙烯原料的要求：一是含量高，二是含水和含氧510-6。否则将影响引发剂（催化剂）的活性，从而降低产品聚丙烯的等规度。 结论:原料的品位(纯度、杂质的种类和含量)直接影响到产品的质量,有些化工产品的杂质还是直接由原辅材料带入的。,案例二、产品聚丙烯的等规度,分析:用甲烷氯化法制取一氯甲烷,可以控制氯的比例来提高ch3cl含量,但还副产二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和氯的烯烃、氯的高级烷烃（六氯乙烷等），其中二氯甲烷含量最多。当然二氯甲烷可作为副产品，但与一氯甲烷分离，使一氯甲烷的质量达到某个水平就不容易了。如果原料改用甲醇和氯化氢，那么生成物主要是一氯甲烷，副产品几乎没有。 结论:原料影响到副产物的生成与分离。,案例三、甲烷氯化法或甲醇取代法生产一氯甲烷,案例四、氯乙烯合成的两个原料路线,分析:路线一,乙炔和氯化氢合成,反应过程直接加成,合成工艺并不复杂,但水洗和碱洗产生的三废复杂,因乙炔由电石生产,能耗和成本较高;路线二,乙烯氧氯化法,乙烯来源充足,反应过程分步进行,产生的hcl在流程内循环,流程先进简练,成本较低。 结论:原料路线影响反应过程和成本。,案例四、氯乙烯合成的两个原料路线,案例五、合成苯酐的原料路线:邻法和萘法,分析:路线一,用邻二甲苯作原料空气氧化制苯酐(邻法),生产中主要副产物是顺丁烯二酸酐、丁烯二酸酐、邻苯二甲酸,分离过程较复杂,可回收5%左右的副产物顺丁烯二酸酐;路线二,萘法,由于反应温度易于控制,副产物极少,分离过程比较简单。 结论:原料路线影响分离过程和工艺条件。,案例五、合成苯酐的原料路线,其次,讨论原料进入流程的要求 原料的纯度和规格:纯度由杂质对反应的影响和高纯原料的价格、资源等技术经济参数决定。纯度确定后,要制定一份原料的质量要求和检验方法(原料质量指标),作为管理文件;并在原料进入流程之前,要有一份检测报告。 反应对原料的要求:反应不同,对原料要求不同;选用的反应器不同,原料要求不同;反应条件不同,对原料要求不同。 原料计量和进料方案:原料配比和进料要求,2.1 原料在化工产品生产中的影响与要求,原料预处理或原料准备过程是工艺流程的一个组成部分,其任务是: 用物理或化学方法率先制成在化学上(即纯度杂质上)合乎进入反应器要求的物料。 用物理或机械方法达到进入反应器的物理要求(即物理形态和形状的要求,如细度、粒度、平均粒度和粒度分布,含水量、比表面,粒子的形状,气体的重度密度、干燥程度等待）。 用物理或其它方法达到进入反应器的加料要求,如原料配比要求,气相进料、液体进料等。,2.2 原料预处理(原料准备)的任务, 必须满足工艺要求 简便可靠的预处理工艺 充分利用反应和分离过程的余热及能量 尽量不产生新的污染,不要造成损失 尽量研究和采用先进技术 投资节省,设备维修方便 尽量分工由生产厂家精制,2.3 原料预处理的原则与方案设计,（一）原料预处理的原则,（二）原料预处理方案设计,第一步, 研究预处理方框概念,第二步, 根据具体原料,进行一级、二级、三级处理,实现化工单元和装置化,例如某一固体物料,在运输等过程中可能沾有泥土等杂质,物料本身也含有杂质,加料要求是要粉碎到某个粒度,要求干燥,则根据上述方框概念,其原料预处理流程为:,将上述单元操作完善并变为装置:,第三步,将处理流程细化:,第四步,简化完善流程。如上述流程可先浮选再洗涤,省去水洗和干燥,也可设计一个密闭的粉碎系统,不必再进行气流干燥等。 第五步,进行设备工艺设计（此步与整个工艺流程统一进行）。,（二）原料预处理方案设计,（三）原料预处理方案的比较和评估,原料一般由供应商提供,如果供应厂商的处理方案与我们相同的话,则精原料与粗原料相比，不仅要作技术经济比较外,而且还要作充分的风险分析和研究。因为作为粗原料的供应渠道可能较多,而作为精原料实际上接近于专业配套厂商,他们的运行效益和企业成败,直接关系到本企业产品的正常生产,当然可以采取兼并或其它手段,这其中的风险是不可不察也。 原料的处理方案,要从原料来源、技术成熟和可靠程度、设备投资、运行费用以及带来的风险等作技术经济的综合评估。,固体原料的处理 气体原料的处理 液体原料的处理 催化剂准备,2.4 原料预处理的技术与方法,本节讨论以下问题:,一、固体原料的处理,（一）粉碎 （二）固体和晶体物料的纯化 （三）固体物料的干燥 （四）固体原料的输送与加料 （五）固体的混合与混料,（一）粉碎,粉碎: 粉碎产品加工后粒度在15mm以上的过程叫破碎 粒度在60m至15mm之间的加工过程叫磨碎 产物粒度在60m以下的过程叫超细磨碎 粉碎和磨碎的过程统称为粉碎或碎磨 粉碎比:,1、基本术语,d指原料(给料)中最大颗粒尺寸 d指产品中最大颗粒尺寸,（一）粉碎,破碎段或磨碎段: 物料每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段或磨碎段,1、基本术语,颗粒的平均粒度 常用筛孔的“网目”来表示，网目是筛网在1英寸(2.54厘米)长度上筛孔的数目，这个目数越高，筛孔尺寸越小，如100目、200目等,（一）粉碎,粒度分布: 习惯上将物料试样称重后置于一套筛网 上进行筛分，得出每个粒级的质量分 数，列成表格或作图，表示粒度分布。,1、基本术语,粒度/mm,含 量 %,（一）粉碎,碎磨流程：,1、基本术语,进料筛,破碎机a,筛分a,破碎机b,筛分b,破碎机c,筛分c,粉碎机,筛分d,细,粗,粗,粗,为了使流程连续，各环节中间设计有输送机,粗,产品,2、筛分的定义及设备,定义:筛分是将粉粒原料在筛面上分为各种粒级.用于固体原料粉碎流程有三种:,预先筛分：如进料筛 检查筛分：如筛分a、b、c 最终筛分：如筛分d,设备:筛分设备按物料运动方向和筛面的关系分为振动筛和旋转筛两大类,振动筛的物料运动与筛面垂直 旋转筛的物料作回转运动,筛分机的选用参见p100表2-3,3、破碎设备,（一）粉碎,颚式破碎机,回转和圆锥破碎机,锤式冲击式破碎机,辊式破碎机,辊压机,破碎机,锤碎机 反击式破碎机,3、破碎设备,（一）粉碎,常用的破碎设备,4、磨碎设备,（一）粉碎,雷蒙磨,1-梅花架；2-辊子;3-磨环；4-铲刀；5-给料部;6-返风箱;7-排料口,4、磨碎设备,（一）粉碎,球磨机,筒体,端盖,给料器,主轴承,大齿轮,中空轴承,衬板,4、磨碎设备,（一）粉碎,棒磨机,1-筒体；2-端盖;3-排料环；4-堆形盖；5-轮圈;6-托轮;7-大止圈,（二）固体和晶体物料的纯化,当物料粉碎到一定程度之后,物料可借风力进行 “分级”和纯化 通常纯化晶体或盐类的方法如下: (1) 熔融纯化 (2)重结晶纯化 (3)制成溶液,蒸发分离,然后泠却结晶 (4)溶于溶剂,再过滤除杂质,浓缩结晶,得到纯晶体 (5)用某种不溶晶体而溶杂质的溶液进行纯化,（三）固体物料干燥,对于固体物料通常采用热物理方法进行干燥,也就是指用加热固体物料，使其中的水分蒸发,再由气流把水蒸气带出；或是使空气加热，用热气流吹过固体物料，使水分蒸发而带出；或者是二者兼有。,（1）厢式干燥器,2、设备,1、概念,（2）物料移动 型干燥器,隧道式干燥器 穿流带式干燥器 喷流式和移动式干燥器,（三）固体物料干燥,2、设备,（3）物料搅拌式干燥器,热风式糟型搅拌干燥器,（三）固体物料干燥,2、设备,（3）物料搅拌式干燥器,圆盘干燥器的结构,（三）固体物料干燥,2、设备,（4）回转干燥器,旋风分离器,旋风分离器,送风机,干燥段,泠却段,空气加热器,（三）固体物料干燥,2、设备,（5）红外、远红外干燥器,辐射器,传送带,漏斗,阀门器,（三）固体物料干燥,2、设备,（6）微波干燥器,旋风分离器,发生器,波导,筛子,干燥器,流化床,加热器,（三）固体物料干燥,2、设备,（7）气流干燥器,袋滤器,旋风分离器,干燥管,加热器,加料器,风机,（三）固体物料干燥,3、干燥流程,干燥器,出料,热风尾气处理,加料,热风,加料方式是由所选用的干燥器决定,加料方式,人工加料,如厢式干燥器 真空加料,如真空干燥器 输送带进料,如回转干燥器 螺旋进料器,如气流干燥器、流化床 旋转加料器,如气流干燥器、流化床,（三）固体物料干燥,加料装置结构示意图,3、干燥流程,3、干燥流程,干燥流程的出料系统,一般是由干燥装置的特点决定 人工出料,如一些间歇厢式干燥 自动出料,如流态化和气流干燥装置。这类干燥器的出料特点是气流与物料一起输出,因此必须用旋风分离器收集干燥物料进入集尘斗入料仓，其方框流程示意为：,（三）固体物料干燥,旋风分离器,二级旋风分离,布袋除尘,集尘斗,集尘斗,料 仓,气流干燥物料,从干燥器出口,放空,或湿式除尘,3、干燥流程,当一种干燥方法不能完全干燥要求,或从节能目的出发, 可采用两级干燥方案 如旋风和流化床的组合,粉碎和气流干燥的组合,（三）固体物料干燥,1、固体原料的输送,固体原料的输送与加料是原料预处理和进入反应器的重要环节,是流程上不可缺少的部分,（四）固体原料的输送与加料,固体原料 输送方式,人工搬运,如用电瓶车、叉车、翻斗车等,机械输送,气力输送,带式输送机 提升料斗 螺旋输送机,压送（吹送）式 吸送式,螺旋进料机,（四）固体原料的输送与加料,1、固体原料的输送,脉冲式气力输送机,（四）固体原料的输送与加料,1、固体原料的输送,喷射式吸-压气送装置,（四）固体原料的输送与加料,1、固体原料的输送,固定式吸嘴,（四）固体原料的输送与加料,2、固体物料进入反应器的加料流程,料仓,计量,加料器,符合要求的固体原料,进入反应器,双转子混合机,（五）固体的混合与混料,有时在固体粉料加料时，不止一种物料，因此 有必要在加入反应器后或加料之前加以混合 固体粉料的混合可以减少非均匀性,其设备是混合机，例如：,连续式研磨机,各种混合机适用范围,二、气体原料的处理 对于原料气的要求:不含尘粒,不含水分,尽量纯化,不含杂质.因此,原料气通常要处理后投料,其处理过程有:,（一）原料气体除尘捕雾 （二）气体净化精制 （三）原料气体的干燥 （四）输送与计量,（一）原料气体除尘捕雾,空气过滤器 即捕集空气中的低浓度粉尘,干法除尘,沉降器除尘 惯性除尘器:使含尘的气体急速转向 或冲击挡板 旋风除尘器 袋式过滤器,湿法除尘,湿法洗涤器 除沫器,气 体 除 尘 捕 雾 方 式,（一）原料气体除尘捕雾,空气过滤器,（一）原料气体除尘捕雾,旋风分离器,湿法洗涤器的分类,复档捕沫器,高效brink除雾器,（一）原料气体除尘捕雾,（二）气体净化精制,过滤(除雾) 洗涤-除沫 加压精馏 泠凝 吸附，如分子筛等,化学吸附 离子交换 膜分离 凝絮、螯合 吸收,化学反应，如转化和破坏 溶解 生物化学方法,化学方法和生物化学方法,物理化学方法,物理方法,原 料 气 体 净 化 方 法,（三）原料气体的干燥,器壁泠却 液体泠却,即稀释了液体或结水成霜 悬浮于液体中,分子筛 硅胶,al2o3无机物 活性炭,化学反应,如炭,sicl4等 吸附,如浓h2so4、cacl2等,加压泠凝水汽液化,吸附,冷却冷冻,气 体 干 燥 方 案,吸收化学吸附式吸收,原料经水洗除尘之后，使气体中湿度增大或原料气本身 含有水分,当原料气体对水分有严格要求时,必须进行干燥,（四）输送与计量,气体的输送,一般由压力(气体输送机施压)通过管道输送,1、气体输送,气体输送机,通风机:排气压力小于0.1415mpa,鼓风机:出口风压为0.14150.2mpa,压缩机:出口压力大于0.2mpa,2、气体输送加料中的计量,通常在管道中安装节流孔板,利用气体穿过孔板锐口造成的压差,用公式可以计算出气体的流量,三、液体原料的处理,（一）纯化和净化 （二）液体原料干燥 （三）液体原料输送与计量,（一）纯化和净化,恒压过滤 恒速过滤 变压变速过滤,堵塞过滤 深层过滤,膜过滤 微过滤,离心过滤,澄清过滤,滤饼过滤,过 滤 过 程,动态过滤,液体原料通常都是按照反应要求订货购买的,一般说来,很少在反应流程中加以净化、精馏或其它方法去除杂质的。但却有一些场合，出于经济效益的考虑或由于反应 过程要求的质量指标过于苛严，还需加以精制。,1、过滤和澄清,（一）纯化与净化,重力过滤机 袋式过滤机 砂滤器,间歇 连续,盘式压滤机 膜滤器 预敷层压滤机,真空过滤机,重力过滤器,过 滤 装 置,加压过滤机,离心过滤机,增浓过滤机,澄清过滤机,吸滤器 真空叶滤器,转鼓 圆盘,1、过滤和澄清,一般含液相溶质杂质可用结晶方法,2、结晶和重结晶,结晶,（一）纯化与净化,溶液结晶,泠却结晶:降低温度 蒸发结晶:溶剂的蒸发 真空绝热泠却结晶:溶剂的闪蒸与 蒸发兼有降温 加晶种等其它类型:改变压力,降低 溶解度方法,熔融结晶,升华结晶,沉析结晶,反应沉淀,如氯碱工业精制食盐水,加bacl2去除 硫酸根,加以沉析 盐析沉淀,与上述气体的吸附和吸收一样,只要液体原料不破坏或不腐蚀吸附剂, 也可用于液体原料的净化纯化,如大型工业色谱、离子交换等,3. 吸附与吸收,（一）纯化与净化,有机交换剂,强酸阳性 强碱阴性 弱酸阳性 弱减阴性 大孔吸附树脂 其它,无机交换剂,沸石,天然 合成,两性水合氧化物（如氧化钛、氧化锆）,离子交换,借助与膜在分离过程中的选择渗透作用，可以净化液体,4.膜透析和超滤,（一）纯化与净化,无机膜,陶瓷膜 玻璃膜 金属膜 分子筛炭膜,复合膜,聚合物膜,基础聚合物膜,共混聚合物膜,分子膜,膜分离流程一般包括泵、过滤器、膜分离器和管道仪表阀门等，设备简单。,4. 膜透析和超滤,（一）纯化与净化,圆管式,中空纤维式,板框式,内压,外压型,膜 分离器,螺旋卷式,单管 多管、管束,（二）液体原料干燥,液体原料 干燥法,精馏法净化除水 （非常情况下）,吸附法,设备,固定床 移动床,吸附剂,硅胶活性炭 活性氧化分子筛 离子交换树脂 等等,（三）液体原料输送和计量,液体原料 输送法,真空抽吸 （真空装置）,压送（泵）,液体计量,粗计量：用计量罐 （安装玻璃管液位计或其它液位计）,精计量：用流量计 （常用转子流量计）,液体原料加料有时不止一种原料,有时要加以混合,为保证混合均匀,采用一种槽式搅拌器（有敞开式和密闭式） 液体物料有时以气体的形式进入反应器,这就要在进入反应器之前进行汽化,此装置叫汽化器 物料的预热,一般主张充分利用反应热以及蒸馏塔顶的换热器热量、蒸发器的余热反应加热器尾气余热等。其设备依次是塔顶的冷凝器夹套和列管换热器等等,（四）液体原料的混合、汽化和预热,四、催化剂准备 催化剂是反应过程中一类特殊的“原料”,（一）工业固体催化剂的组成 （二）催化剂的主要性能 （三）催化剂的加料和出料 （四）再生和处理,催化剂组成,（一）工业固体催化剂的组成,活性组分:例如加氢用的镍催化剂,其活性 组分即为ni,助催化剂:能提高催化剂活性的添加剂其作 用是提高催化剂的活性、选择性和稳定性 例如用于乙烯气烯法合成醋酸乙烯的钯 金催化剂中，添加的naac(或kac),抑制剂：用来抑制一些不希望出现的副反应 例如乙烯氧化制环氧乙烷的银催化剂中, 加入适量的硒、碲、氯、溴等，能抑制 co2生成,载体：作为支架，可把催化剂的活性组分和 其它添加剂载于其上,1.活性 2.选择性 3.寿命 4.比表面 5.强度、形状和密度,（二）催化剂的主要性能,1. 活性,定义:指催化剂改变反应速度的能力,定量表示,（二）催化剂的主要性能,比活性:用单位面积上反应速度常数