化工工艺.docx

化工工艺学杂谈摘要：从强化课堂教学、加强实践与理论教学相结合以及强化学生工程观念等方面对化工工艺学课程教学方法的改革进行了探讨，提高了教学质量和教学效果，为更好地培养具有较强综合能力的化工工艺专业合格人才提供了重要保证。化学工业是应人类生活和生产的需要而发展起来的，化工生产的发展也推动了社会的进步。关键词： 实践 化工工艺学 能力 发展 化工生产化工工业泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。由原料到化工产品的转化工艺，即化工工艺，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。“化工”的范围不断扩充，并形成新的名词,如: 环境化工、化工自动化、化工过程模拟、化工技术经济、化工安全等。化工可以分别指化学工业、化学工程和化学工艺，也可指其综合。并且，化工工艺学专业培养的学生要求具有扎实的理论知识和实验技能，并具有分析和解决实际生产中出现的问题，有较强的化工生产、科研、设计的管理能力。化工工艺专业学生是化工工厂、车间的技术骨干，这就要求他们必须熟悉整个生产过程和操作过程，能够解决生产中出现的各种问题，同时还要求他们能对原技术进行改进，具有创新能力，以促进生产，提高经济效益。作为化工工艺专业的专业课程，化工工艺学就显得极为重要。根据化学、物理和其它科学的成就， 研究综合利用各种原料，加工成为产品 的方法、原理、流程和设备，以寻求在 技术上最先进、经济上最合理的化工产 品生产途径的学科。 研究化工产品生产的“技术”、“过 程”和“方法”细分：无机化工工艺学、有机化工工艺学、精 细化工工艺学、烃加工工艺学、硝酸工艺学、石油加工工艺学。化工工艺课的教学目的是从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论，介绍典型工艺的生产方法与工艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能降耗分析。化工生产工艺的重点放在分析和讨论生产工艺中反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等。同时对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理运作进行一定的论述。通过加强基础、面向实际、引导思维、启发创新，使学生获得广博的化学工艺知识，培养理论联系实际的能力，以便在生产与开发研究工作中开拓思路，触类旁通，灵活运用，不断开发应用新技术、新工艺、新产品和新设备，降低生产过程中的原料与能源消耗，提高经济效益，更好地满足社会需要。为了更好地培养学生的综合思维和分析解决实际问题的能力，在就业形势日益严峻的今天，确保化工工艺专业学生具有更强的竞争力。 首先介绍如何学好化工工艺学呢，我要以下几点建议：一、 强化课堂教学化工工艺学是化学基础知识包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、化工原理、反应工程、化工热力学、化工设备机械基础等在实际生产中有机的综合应用。它根据化工产品的标准和用途、生产方法和原理，生产工艺、工艺条件、生产设备以及生产过程中三废的处理等对各种基本化工产品进行了介绍，内容广泛也复杂。因此必须确保并掌握化工工艺学的特点以及典型化工过程的各是如何将所学基础知识串联综合起来，并应用于实际生产。化工工艺学是基本上都是按照某一产品的生产原理，工艺条件、生产工艺、生产设备的顺序进行讲解，但是许多产品的生产过程往往包含了多个工段，如以天然气为原料进行合成氨的生产包含了脱硫、转化、变换、脱碳、精制以及合成等，这些工段的生产原理、条件、工艺设备等之间是相互联系，互相制约的，如采用高变低变进行CO变化，在后续精制时最好的方法就是甲烷化法，也就决定了其相应的条件、设备等环节。因此在课堂教学过程中不能孤立学习和掌握某一原理或工艺，必须前后内容互相渗透、相互联系。另外不同的产品生产过程中也存在许多共同的地方，如乙烯生产设备采用的裂解炉，表面上与甲烷蒸汽转化一段炉没有什么共同之处，但是二者都是吸热过程，其提供热的方式是类似的，如辐射供热，这就决定了其内部结构存在共同的之处，如裂解炉和转化炉都包括辐射段和对流段两部分，辐射段内部布置反应管，炉壁上设置烧嘴，而对流段里布置的是换热器。二、 运用多媒体教学手段化工工艺学相对与其他课程有自己的特殊性，它注重的不是某个公式或原理的推导，而是对原有基础知识在实际生产中的应用。在教学过程中涉及到许多工艺流程都非常复杂，设备繁多，管道错综复杂。采用多媒体手段的话，就简单多了。如PowerPoint、3Dsmax、AutoCAD、Flash等制作CAI课件，其中采用3DSmax 三维动画表现设备内部结构，采用Flash动画表现一般工艺流程方框图，采用AutoCAD表现工艺设计，并用不同的颜色、不同的宽度线表示不同的管道，还可采用视频录像表现工厂现场，这样制作的CAI多媒体课件能科学准确、形象逼真、直观生动表现在学生面前，学生有身临其境的感受，这大大提高了学生学习兴趣，增强了学生对工程设备的想象力以及对实际工业的感性认识。三、 增加信息量为了拓宽其应用范围，国外先于我国开发成功了其净化工艺，但并未公开这项技术。近两年，国内也开发成功了湿法磷酸的净化工艺，并且通过了成果鉴定，填补了国内无湿法磷酸净化技术的空白。学生在了解新信息、开阔视野的过程中，不但兴趣倍增，而且思路也得到拓宽，为培养学生改进和开发新工艺的兴趣和能力打下了基础。四、 加强生产实践工厂实习是对学生进行理论联系实际的现场教学。作为课堂教学的重要补充，实习可以采用多种形式。 一方面，根据课堂教学的内容和情况，在一个教学内容完成之后，如硫酸生产教学内容结束，可带领学生到硫酸厂见习，让学生将所学知识与实际生产过程紧密联系起来，这样既巩固提升了学生的专业理论知识，同时也提高了生产实践的有效性。 另一方面，作为化工工艺专业的学生，除对生产过程有一个感性认识之外，还必须对产品生产过程有一个理性的认识，并具有运用所学知识分析解决问题的能力。为此必须进行毕业实习。学生进厂以后，首先工程师为学生介绍生产工艺过程，并进行安全教育，然后根据工段或岗位情况进行分组，每个组跟随相应岗位的工人师傅，按照四班或三班倒制度轮流上下班，由每班的班长和工人师傅负责学生的管理工作和实习岗位的技术指导，并按照规定时间轮换岗位。实习指导教师负责学生组织纪律、安全生活以及专业知识的理论指导。实习结束时，学生必须独立完成实习报告，此外指导教师还应对学生的实习情况采用口试或笔试的办法进行考核。学生实习成绩由实习车间根据实习情况和指导教师根据学生实习报告情况以及考核情况进行综合评定。五、 加强专业综合实验化工工艺专业综合实验是化工工艺类专业的工艺性综合实验，是学生在基本完成专业理论课学习之后，必须完成的实践教学环节，该综合实验旨在培养学生的实践动手能力。一方面我们应当设立一个科学合理的专业实验室，配置相应的专业综合实验教师，确保专业实验的目的和质量；另一方面，在条件有限的院校，可让学生参加到教师进行的与化工工艺课程内容相关的研究项目中，从而实现对学生动手能力的培养，也为进行毕业论文或设计以及今后进行生产或科研工作打下基础。其次，谈一下化工工艺设计。要建设一个化工厂，必须具有一批化工工艺专业技术人员，这批化工工艺专业技术人员必须 具备下列基本条件。掌握化工基本理论如化工热力学、流体力学、传热、传质、化学反应动力学（化学反应工程）。掌握化工工艺设计方法和技能工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员职责。化工基本理论的应用（化工设计方法）。 工艺设计基本程序（工艺设计技能）。 工艺设计的成品文件（内容及深度）。工艺设计的质量保证程序。 熟悉环保、安全、消防等方面的法规。工艺设计的文件包括三大内容： 文字说明（工艺说明）， 图纸，表格。1.文字说明（工艺说明）设计基础：生产规模、产品方案、原料，催化剂，化学品，公用工程燃料规格、产品及副产品规 格。 工艺流程说明：生产方法、化学原理、工艺流程叙述。原料、催化剂、化学品及燃料消耗定额及消耗量。 公用工程（包括水、电、汽、脱盐水、冷冻、工艺空气、仪表空气、氮气）消耗定额及消耗量。 三废排放：包括排放点、排放量、排放组成及建议处理方法 装置定员 安全备忘录（另行成册） 技术风险备忘录（通常为对内使用，另行成册） 操作指南（通常为对内使用，另行成册。供工艺系统、配管等专业使用）。2. 图纸包括全部工艺设备、主要物料管道（表示出流向、物料号）、主要控制回路、联锁方案、加热和 冷却介质以及工艺空气进出位置。 建议设备布置图：是总图布置、装置布置的依据，供基础设计使用（通常为平面布置图）。根据 工艺流程的特点和要求进行布置。 PCD：通常是设计院内部设计过程文件、最终体现在终版PFD中（通常由自控专业完成）。3. 表格 物料平衡表：包括物流组成、温度、压力、状态、流量、密度、焓值、粘度等理化常数（热负荷 表示在此表中或 PFD 图上）。工艺设备数据表：根据设备形式不同、作用不同以及介质不同可分为容器、塔器、换热器、工业炉、机泵、搅拌器的等。工艺设备数据表需表示出设备位号、介质名称、操作压力、设计压力、 操作温度、设计温度、材质、传动机构、外形尺寸、特征尺寸及特殊要求。（各设计院均有各种 规定的表格）。工艺设备表 取样点汇总表 装置界区条件表：通常由工艺系统专业来完善并最终发表（包括原材料、公用工程、产品、副产 品、进出界区条件等）。工艺设计方法：工艺路线的选择、工艺流程方案优化。工艺路线的选择，包括原料来源 、经济效益和社会效益（生产成本）、环境保护、其它，如操作条件、安全、消防、投资、工艺先进性，可行性，合理性。工艺流程方案优化，公用工程换热网络、精馏系统、反应系、“洋葱头”模型（由史密斯、林霍夫提供的模型），从图中可以看出设计的核心是反应系统的设计和开发。不再多说了，现在简单介绍一下化工工艺的特点：（1）品种多。这是最大特点，与其它行业只涉及几十种化合物不同，化学工业所涉及的品种远远超过万种。不同化合物各有特点，有不同的物理和化学性质，有不同的制备方法和用途，不得不进行更多的实验及更多的计算。（2）原料、生产方法和产品的多样性和复杂性。可以从不同原料出发制造同一产品，也可从同一原料制造许多不同产品，同一原料制造同一产品还可采用许多不同生产路线。（3）化学工业是耗能大户，在大吨位产品中，除了靠提高得率外，节能也常常是企业竞争中获胜的保证。（4）化工生产过程条件变化大，高温可达1000以上，低温可达-200以下，高压可达几百个MPa，低压可至几个Pa，经常要处理强腐蚀性化合物，这种严峻的条件不但对设备的设计增加难度，更因为物质的物理化学性质的极端变化，需要掌握更多的规律性。（5）知识密集、技术密集和资金密集。由于化学工业的复杂性，往往需要多学科的合作，成为知识密集性的生产部门，进而又导致资金密集，技术复杂更新又快，投资多，其中研究费用多，开发人员多。（6）实验与计算并重。在100年前化学、化工都还是经验性学科，一切进展依靠实验。随着化学、化工各种规律被掌握，微观的定量关系已深入到原子、分子，分子设计概念已被提出；宏观定量关系就用得更多了。化工计算愈来愈广泛和深入，许多情况已和实验一样，是不可缺少的。（7）使用外语多。为进行科学研究或开展技术革新，查阅国内外文献是必不可少的。 那么最后是它的发展史从古代的化工说起，追溯到远古及古代: 没有工业，但化学加工方法已开始影响到人们生活。如制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸以及医药、火药、肥皂等。还有就是酒，在至少在公元前20世纪的中国的夏禹已用酒于祭祀。公元前21世纪中国就进入青铜器时代；公元前5世纪进入铁器时代，表明冶金化学技术的掌握及进步。公元前后，中国和欧洲进入炼丹术、炼金术时期，也带动了冶炼及制药的发展。近代化学工业。随着产业革命在西欧开始，首先无机化学工业开始形成及发展。1749年 英国建立用铅室法生产硫酸的工厂。 1971年 吕布兰获取 以食盐为原料制得纯碱： 副产氧化氢制盐酸、氧气、 漂白粉等， 纯碱又可经苛化生成烧碱。18世纪后期，炼铁用焦碳量大大增加，使煤化工产生。1763年 在英国产生了蜂窝式煤气炉，提供了大量焦碳。1792年 开始用煤生产民用煤气。1812年，欧洲干馏煤气用于街道照明；1816年，美国煤干馏法生产煤气。1825年英国人从煤焦油中分离出苯、甲苯、萘等。19世纪中叶，欧洲已有许多国家建立了炼焦厂，德国成功地建立了有化学品回收装置的炼焦炉，由煤焦油中提取了大量的芳烃，作为医药、农药、染料等工业的原料。1839年美国人固特异用硫磺硫化天然橡胶，应用于轮胎及其它橡胶制品-第一个人工加工的高分子橡胶产品。1872年美国开始生产赛璐珞，被认为是第一个天然加工高分子的塑料产品-开创了塑料工业。1891年在法国建立了人造纤维（硝酸酯纤维）工厂，其产品质量差，易燃，虽未能大量发展，但仍被认为是化学纤维工业的开始。1854年美国建立最早的原油分馏装置1860年在美国第一个炼油厂是炼油工业19世纪后期，在世界已建设了许多炼油厂或炼油装置，主要生产照明用的煤油，而汽油及重质油还是用处不大的“副产”，直至80年代，电灯的发明大大减少了煤油的重要性，汽油和柴油因汽车工业的发展而成为主要炼油产品。19世纪初至60年代，科学家先后