化工生产技术理论教学课件PPT.ppt

化工生产技术理论 第二组项目组长 纪丹华项目组成员 张鑫 张姜平 宗骁驰 目录 任务01 化工原料储存 选用与处理任务02 化工生产过程分析与评价任务03 化工生产过程衡算任务04 化工生产操作与控制 一 化工原料储存 选用与处理 1 1了解化工资源结构与利用情况 化学工业是国民经济中的支柱产业之一 它是人类利用自然资源通过化学反应生产人类所需产品的工业 化学工业既是原材料工业 又是加工工业 它不仅为农业 轻工业 重工业和国防工业等提供生产原料 也为人类提供衣 食 住 行各方面必不可少的化工产品 化学工业是一个多行业 多品种 为国民经济各部门和人民生活各方面服务的工业部门 它通常分为无机化工 基本有机化工 高分子化工及精细化工等 化学工业的产品种类繁多 数量大 用途广 与国民经济各部门存在密切的关系 据报道 化工产品中有60 用于重工业和运输业 30 用于农业和轻工业 1 1化工资源结构 化学矿 煤炭 石油 天然气 其他化工资源 1 1 1 化学矿1 我国化学矿产资源的特点 化学矿资源丰富 矿产种类较多 20多种 但分布不均匀 高品位矿储量较少 选矿比较困难 利用较为复杂 2 化学矿资源用途 主要用于生产化肥 无机酸 碱 盐及有机盐 还用于建材 农药 医药等其他工业部门 1 1 2 煤炭煤炭是世界上储藏量最丰富的化石能源 目前世界人均煤炭资源占有量约为300吨左右 依据目前能源消耗水平 可供人类消耗300年 我国煤炭可开采量仅次于美国 俄罗斯居世界第三位 近年来我国每年煤炭的开采量均在23亿吨以上 且回采率较低 资料显示从1949年 2003年我国累计开采煤炭350亿多吨 专家估计扔掉的煤炭约有650亿吨 1 1 3石油 原油 从地下开采出来的石油 石油的形成 由低级的动植物在地下及细菌的作用经过复杂的化学变化和生物化学变化而形成 可追溯到5 2亿至200万年 石油主要产地 地中海 中东 印度尼西亚地带 阿拉斯加 北美 南美地带 石油的开采 石油开采简介 1 2化工在国民经济中的重要地位 1 为农业现代化提供了物质条件 2 为其他工业的发展提供了大量配套的原材料 3 为人类提供了大量的生活用品 4 为科学技术的发展提供了新型化工材料和产品 2019年12月20日星期五 10 1 原料的储存 1 适量 1 3化工原料储存原则和方法 在化工生产过程中 为了保证生产的正常进行 需要有一定的原料储存量 化工原料储存量既不能过多 也不能过少 过多的原料储存量 一是占用大量的流动资金 影响生产的发展 二是占用工厂的大量空间 三是有可能因为贮存过程不当而造成挥发 风化等形式的损耗和浪费 四是有时因为贮存过多而造成安全事故 同样 过少的储存量 一旦遇到原料价格的波动或者运输障碍 会直接影响工厂的正常生产 有时还会导致停产 所以为了保证生产的正常进行 必须有一定的原料储存量 原料储存量的多少应视原料的供应情况确定 另外 原料贮存量的多少直接确定了贮存场所或贮存设备投资的多少 例如 液体贮存就包括单个设备的容积和相同设备的套数 化学工业出版社 2019年12月20日星期五 11 1 原料的储存 2 安全 正确地储存原料也是减少原料的损耗 避免安全事故的发生 提高生产经济效益的重要方面 在过去或即使现在有些化工厂无论从工程设计 工程施工直到正常生产 都忽略了化工原料储存的环节 以至于化工原料在储存的过程中造成原料的流失 甚至燃烧 爆炸事故的发生 给人们的生命财产造成了不必要的损失 所以 在化工生产过程中必须重视化工原料的储存 以防止流失或安全事故的发生 化学工业出版社 2019年12月20日星期五 12 1 原料的储存 化工原料的储存 从经济性上考虑的一般原则是 能室外储存不用室内储存 能堆放储存不用容器储存 能用非金属容器贮存不用金属容器贮存 能用普通碳钢容器贮存不用合金钢容器贮存 在保证原料贮存安全的前提下 尽量节约贮存原料场地或设备的投资 除此之外 还要考虑原料量的多少才能最终确定化工原料的储存方式 因为固体原料储存时 所占空间的大小 气体物料或液体物料贮存时 所需单个容器的容积和容器的数量 都直接确定了化工原料贮存的安全性和经济性 3 经济 化学工业出版社 储运方法 1 浓硫酸用铁通来储运 2 烧碱使用双层编织袋包装 内层为加厚的聚乙烯塑料薄膜袋 运输时注意包装要完整 装载应稳妥 运输过程中要确保不泄漏 不倒塌 3 甲醇适用防爆电器设备 确保已装好适当的接地装置 储存在完全封闭的器具中 应有蒸气散发装置 储罐必须用堤围起来 4 液氨采用防爆型照明 通风设施 禁止使用易产生火花的机械设备和工具 储区应备有泄漏应急处理设备 5 萘 装运本品的车辆排气管须有阻火装置 运输过程中要确保容器不泄漏 不倒塌 不坠落 不损坏 严禁与氧化剂 食用化学品等混装混运 6 硝基苯 保持容器密封 应与氧化剂 还原剂 碱类 食用化学品分开存放 切忌混储 配备相应品种和数量的消防器材 储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料 7 苯胺 储存于通风阴凉的仓间内远离火种 热源避免日光曝晒并且氧化剂 硝酸分开存放搬运时轻装轻卸防止破漏 1 4原料的选用原则 1 原料的选用原则化工原料的选用 首先要考虑原料来源是否可靠 其次要考虑运输是否方便 安全 再者在确定原料后 要选择成本低廉 安全可靠的运输方式 所以原料的选用是一个复杂的系统工程 要从技术的 经济的 安全的 环保的等多方面综合考虑后 确定技术成熟 经济合理 来源可靠 而且环境友好 又符合国家能源政策的原料作为该生产装置的原料路线 化学工业出版社 1 5化工原料的常用处理方法 化工基本原料是指自然界不存在的 需经一定加工得到的原料 通常是指低碳原子的烷烃 烯烃 炔烃 芳香烃和合成气 这些原料都是通过石油 天然气 煤等天然原料经过一定的途径生产而来的 中间原料则是从基本原料加工得到的原料 当然这种区分方法不是绝对的 在化工企业中 除必须消耗原料来生产产品外 还要消耗一些辅助材料 通常我们将这些材料与原料一起称为原材料 辅助材料是相对于原料而言的 它是反应过程中辅助原料的成分 可能在反应过程中进入产品 也有可能不进入产品 辅助材料通常包括助剂 添加剂 溶剂和催化剂等 二 化工生产过程分析与评价 2 1化工生产过程分析化学生产过程是将原料物经过化学反应转变为产品的工艺过程 其一般可概括为原料处理 化学反应和产品精制三个步骤 在生产某一化工产品时 可能存在着不同的原料路线及化学加工方法 因此 首先应对已有的或新开发的工艺路线进行选择 以能进行工业生产 在工艺过程选择中 必须符合技术上可行性和经济上合理性的要求 2 1 1技术上的可行性对于一个新开发的工艺路线 技术可行性尤为重要 因为从实验室开发研究到实现工业化 需要包括一系列的环节 一般来说 实验室研究的结果 只能说明过程方法的可能性 但还不足以用来设计一个生产装置 实验室研究的结果 其所提供的数据和资料通常还必须通过模型装置或中试装置上进行运转考查 当第一套生产装置设计 投产之后 并不意味着过程开发的结束 还必须根据工业装置上获得的数据 核对设计模型 并修改原设计 进一步考虑生产装置的最优化方案 这样才能使今后建立的装置达到最优化设计和最优控制 2 1 2经济上合理性对于大多数化工过程来说 原料价格是生产成本中最重要的部分 因此 最希望工艺过程能使用便宜的原料 并能有效地将原料转变为产品 这就不仅希望过程的产率高 还要尽可能避免使用在产品中不存在的物料 产品的销售收入减去全部生产成本叫毛利润 根据毛利润国家征收5 10 的所得税 毛利润减去所得税即为利润 为了使所选的过程符合要求 通常对生产过程进行技术经济指标的评价 然后再进行工艺过程 化学工程和设备设计 最后才安装投产 2 2化工热力学和化工动力学化工热力学 它是从热力学第一定律及第二定律出发 研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用 以及研究变化过程达到平衡的理论极限 条件或状态 化工动力学 它是研究化学反应过程的速率和反应机理的物理化学分支学科 它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系 2 3化工生产过程评价指标 在化工生产过程中 要想获得好的生产效果就必须达到优质 高效 低耗 由于每个产品的质量指标不同 其保证措施也不同 对于一般化工生产过程来说 总是希望消耗最少的原料生产更多的优质产品 因此 如何采取措施 降低消耗 综合利用能量 是评价化工生产效果的重要方面之一 2 3 1转化率 选择性和收率 1 转化率化工生产过程中的原料转化率的高低说明某种原料在反映过程中转化的程度 转化率越高 则说明该物质参加反映的越多 一般情况下 进入反应体系中的每一种物质都难以全部参加反应 所以转化率常小于100 有的反应过程中 原料在反映器中的转化率很高 进入反应器的原料几乎都参加了反应 但是在很多情况 由于自身的条件和催化剂性能的限制 进入反应器中的转化率不可能很高 于是就需要将未反应的物料从反映后的混合物中分离出来循环使用 一方面提高原料的利用率 另一方面可能提高反映的选择性 2 选择性一般来说 选择性是指标体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量的百分率 在复杂的反应体系中 选择性是个很重要的指标 它表达了主 副反应进行程度的大小 能确切的反映原料的利用是否合理 所以选择性这个指标来评价反应过程的效率 3 收率收率也称产率 是从物理角度描述反应过程的效率 对于一些非反应的生产工序 如分离 精制等 由于在生产过程中也有物料损失 致使产品收率下降 对于有多个工序组成的化工生产过程 整个生产过程可以用总收率来表示实际效果 非反应工序阶段的收率是实际得到的目的产品的量占投入该工序的此种产品量的百分率 而总收率计算方法为各工序分收率的乘积 单程转化率 以反应器为研究对象 参加反应的原料量占反应器原料总量的百分数 称为单程转化率 总转化率 以包括循环系统在内的反应器 分离设备的反应体系为研究对象 参加反应的原料量占进入反应体系总原料量的百分数 称为总转化率 平衡转化率 指某一化学反应达到化学平衡状态时转化为目的产物的某种原料量占该种原料起始量的百分数 平衡转化率由体系的热力学性质和操作条件确定是转化率的最高极限值 任何反应的转化率都不可能超过平衡转化率 由此可知 在化工生产中 只有综合考虑转化率 选择性和收率 才有助于确定合理的工艺目标 才能获得高效的利润 是化工生产做到清洁 环保和高效 2 3 2生产能力和生产强度 1 生产能力生产能力是指一个设备 一套装置或一个工厂 在单位时间内生产的产品量或在单位时间内处理的原料量 一般对于以化学反应为主的过程以产品量表示生产能力 生产能力又可分为设计能力 核定能力和现有能力 这三种能力在生产中的用途各不相同 设定能力和核定能力主要作为企业长远规划编制的依据 而计划能力是编制年度生产计划的重要依据 2 生产强度生产强度是指单位容积和单位面积 或底面积 的设备在单位时间内生产的产品量或加工的原料量它主要用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置性能的优劣 在分析对比催化反应器的生产强度时 常要看在单位时间内 单位体积催化剂所获得的产品量 即催化剂的生产强度 有时也称为空时收率 2 3 3工艺技术经济评价指标 工艺技术管理工作的目标除了保证完成目的产品的产量和质量 还要努力降低物耗 能耗 以求获得最佳的经济效益 因此各化工企业都根据产品的设计数据和企业的具体情况在工艺技术规程中的规定各种原材料和能量的消耗定额 作为企业的技术经济指标 如果超过了规定指标 必须查找原因 寻求解决问题的办法 以达到降耗增效的目的 技术经济指标一定要科学 合理 一定要符合工厂的实际情况 先进的技术经济指标是企业努力的方向 能否达到先进的技术经济指标要求 这与企业的生产技术水平 管理水平 人员素质有很大关系 先进的生产技术 科学的管理方法和高素质的人才队伍是实现先进的工艺技术经济指标的有力保障 三 化工生产衡算 一 物料衡算 1 定义 根据质量守恒定律 对化工生产过程的各股物料进行分析和定量计算 以确定彼此的数量及组成等关系 并确定在生产过程中相互转化的关系 物料衡算 2 分类 1 衡算范围 单元操作与全流程操作物料衡算 2 操作方式 连续操作物料衡算与间歇过程衡算 3 计算方法 一段工序的衡算及新工段的衡算 3 物料衡算的依据和范围 1 依据 质量守恒定律 2 范围 以物料体系作为主体划分边界 环境 在物料体系边界之外的空间和物质封闭体系 与环境没有质量交换的体系敞开体系 与环境有质量交换的体系 物料衡算 4 物料衡算平衡关系式 输入的物料量 输出的物料量 反应消耗的物料量 反应生成的物料量 积累的物料量 积累的物料量 是表示体系内物料随时间而变化时所增加或减少的量 物料量增加时积累项为正值 物料量减少时 积累项为负值 如果体系是一个没有化学反应的物理过程 则反应消耗和生成的物料量均为零 当积累项等于零时 表示进出体系的物料量维持平衡 即达到稳定状态 能量衡算 1 定义 利用能量守恒原理 通过计算传入或传出的热量以确定加热剂 或冷却剂 用量 设备需要传递的热量多少等 为工程设计 设备设计提供依据 是化工生产中主要的能量衡算方式之一 2 分类 1 单元设备热量衡算 单元操作过程热量衡算及反应器的热量衡算 2 生产系统热量衡算 一个换热系统 一个车间或全厂的热量进行衡算 二 能量衡算 3 热量衡算的依据 能量守恒定律输入系统热量 输出系统热量 系统内积累 或损失 热量 四 化工生产操作与控制 掌握进行化工生产操作所必备的开车程序和方法开停车操作规范等知识 能根据生产操作要求进行化工生产的开车准备操作 开停车操作和正常生产工况的维持 4 1 化工生产中开 停车的一般要求 在化工生产中 开 停车的生产操作室衡量操作工人水平高低的一个重要标准 随着化工先进生产技术的迅速发展 机械化 自动化水平的不断提高 对开 停车的技术要求也越来越高 开 停车进行的好坏 准备工作和处理情况如何 对生产的进行都有直接影响 开 停车时生产中最重要的环节 化工生产中的开 停车包括基建完工后的第一次开车 正常生产中的开 停车 特殊情况 事故 下突然停车 大修 中修之后的开车等 4 2 基建完工后的第一次开车 1 开车前准备工作 施工工程安装完毕后验收工作 开车所需原料 辅助原料 公用工程 水 电 汽等 以及生产所需物资的准备工作 技术文件 设备图纸及使用说明书和各专业的施工图 岗位操作法和试车文件的准备 车间组织的健全 人员配备及考核工作 核对配管 机械设备 仪表电气 安全设施及盲板和过滤网的最终检查工作 2 单机试车此项目的是为了确认转动和传动设备是否合格好用 是否符合有关技术规范 如空气压缩机 制冷用氨压缩机 离心式水泵和带搅拌设备等 单机试车是在不带物料和无载荷情况下进行的 如在试车中发现问题 应会同施工单位有关人员及时检修 修好后重新试车 直到合格为止 试车时间不准累计 3 联动试车联动试车是用水 空气或和生产物料相类似的其他介质 代替生产物料所进行的额一种模拟生产状态的试车 目的是为了检验生产装置连续通过物料的性能 不能用水试车时可用煤油等代替 联动试车时也可以给水进行加热或降温 观察仪表是否能准确地指示出通过的流量 温度和压力等数据 以及设备的运转是否正常等情况 直至流程畅通 联动试车后要把水或煤油放空并清洗干净 4化工试车按照已制定的试车方案 在统一指挥下按化工生产工序的前后顺序进行 化工试车因生产类型的不同而各异 综上所述 一个化工生产装置的开车时一个非常复杂也很重要的生产环节 开车的步骤并非一样 要根据具体地区 部门的技术力量和经验 制定可切实可行的开车方案 正常生产检修后的开车和化工试车相似 4 3 停车及停车后的处理在化工生产中停车的方法与停车前的状态有关 不同的状态 停车的方法及停车后处理方法也就不同 一般有以下三种方式 1 正常停车生产进行到一段时间后 设备需要检查或检修进行的有计划的停车 称为正常停车 这种停车 是逐步减少物料的加入 直至完全