化工设计 第二章 工艺流程设计

第二章工艺设计讲义：代伟、化工原料、组件操作、产品、化工原料：一种或多种组件操作：通过物理或化学、组件设备、管道连接这些组件设备，使材料从一个组件设备进入另一个组件设备变得容易。 为便于物料的管理，必须在设备和管道的适当位置设置测量、运输、显示、控制部件。 这些设备、连接管道和相应的控制部件构成了化工过程。 例如：配合氢氧化钠(电解食盐水)、食盐水是生产的第一步，在实验室调制如图1所示。 这个过程形成工业化过程，如图2所示。图1、图2、主要内容、工艺流程和设计概述、1、工艺流程图、2、化工设备典型自控过程、3、工艺组织和分析、4、第一节工艺流程设计概述、1、生产流程选择原则、1 .先进技术的先进经济合理可行性、2 .信任3 .不要根据国情从技术角度考虑问题。 应该从国情出发考虑各种具体问题。 全面测量、综合考虑、全面分析、比较优势多，根据国情选择实用的技术路线和流程。 二、生产流程确定的步骤，确定生产流程一般通过三个阶段。 1、收集资料进行调查研究2 .实行设备3 .全面比较比较内容多，主要比较以下项目：一些技术路线在国内外采用的情况和发展趋势产品质量状况生产能力和产品规格原材料、能耗状况建设费用和产品成本三废的发生和管理状况其他特殊情况。 例如碳酸二甲酯、CH3-、CH3O-、-CO-、CH3O-CO-等官能团化学活性高. 重要的有机合成中间体。 羰基化、甲基化、甲氧基化、羰基化等有机反应。 聚碳酸酯、聚氨酯、甲胺酸萘、苯甲醚、呋喃唑酮等。 碳酸二甲酯(DMC )工艺：光气法； 酯交换法甲醇和二氧化碳直接合成法； 尿素酒精解法。 1、光气法、光气法是最早的DMC合成方法，反应分两步进行，氯甲酸甲酯是中间产物。总反应：2 .酯交换法、碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯与甲醇酯交换反应制备碳酸二甲酯。 碳酸亚乙烯酯：环氧乙烷和二氧化碳的合成。 碳酸亚丙酯：环氧丙烷和二氧化碳的合成。 3 .甲醇与CO2的反应直接合成法，二氧化碳与甲醇直接合成DMC，反应式对合成化学、碳资源的利用和环境保护具有重要意义。 缺点：此反应为平衡反应，平衡偏向左侧，如何提高转化率是研究的重点。 4 .尿素醇解法、优点：该反应采用液相合成技术在高压釜内进行，具有原料廉价、易于获得、工艺简单、操作条件温和且避免其他途径分离甲醇-DMC-水的复杂系统的特点。 缺点：目前该方法存在平衡转化率低、均相催化剂难以分离回收等问题。 因此，该方法目前仍处于研究探索阶段。 第二节工艺设计一，工艺设计任务是确定工艺各生产过程的具体内容、顺序和组合方式；第二，制作工艺流程图。 下一个问题：(1)逐步解决整个过程的构成；(2)决定各过程和工序的构成；(3)决定操作条件；(4)决定控制方案；(5)合理利用原料和能源；(6)制定三废的管理方法；(7)制定安全的生产措施一般工作方法：(1)以反应过程为中心，(2)原料预处理过程(3)产物后处理、副产物、过剩成分、杂质、产物集聚、产物三、工艺设计方案比较、比较判断依据：产物收率、原材料消耗、能耗、产品成本、工程投资、环境保护、安全、占地面积等。比较前提：操作参数温度、压力、流速、流量等原始信息(保障产品生产)不能变更。 通过施工手段。 三、工艺流程设计基本方法方案比较，苯加氢生产环己烷、工艺流程设计、设计任务，环己烷合成工艺设计环己烷，如(纯度99.9%)X吨/年环己烷生产环己酮、环己酮和己二酸设计项目：产品名称：产品规格：生产能力：产品用途：环己酮生产己内酰胺、聚酰胺6纤维(尼龙6 )、尼龙6具有广泛用途的工业：轮胎窗帘、帐篷、绳索、降落伞等。 生产方式的选择，粗汽油中含有环己烷约515%，其65.685.3馏分主要含有环己烷和甲基环戊烷。 在80和三氯化铝催化剂的存在下，甲基环戊烷以环己烷：镍为催化剂，在150250和2353大气压下加氢苯，环己烷：本设计采用苯加氢法，再经一系列分离操作，得到纯度为95%以上的环己烷该法环己烷产率接近100%，产品纯度高，是目前生产环己烷的主要方法。苯加氢法：石油馏分分离法：工艺(原料、制品)、比重0.780.79g/cm3； 芳香族烃含量0.1(wt% )； 非挥发物10mg/kg； 凝固点6.0； 总硫2mg/kg； 环烷烃1000mg/kg； 甲基环己烷300； 正构烷烃(C7或C7以上)50mg/kg，工艺流程图，原料质量要求：产品规格，氢： H2O50ppmCO10ppmCO210ppmS0.2ppm苯： H2O50ppmS1ppm，反应体系设计，环己烷产量： x吨/年； 苯供给量： Ykmol/h； 氢供给量：氢： X1kmol/h、氮： X2kmol/h、甲烷： X3kmol/h； 苯供给条件： 3500KPa、40、液相； 供氢条件： 2910KPa，65，气相，反应方程式，反应条件，产量和供给，体积缩小，产生大量热的平衡反应低温，高压有利于环己烷的生成，反应在两串联的反应器中进行。 前者的鼓泡床反应器有利于均匀催化剂的液相苯加氢反应后者的固定床反应器有利于LD143催化剂的气相苯加氢反应。 由于强烈的发热反应，应考虑反应器型的选择有利于散热。氢/苯(摩尔比):3.46，氢过剩，苯100%转化为环己烷； 主反应器：温度180200、压力2.68Mpa、苯转化率95%； 后反应器：温度190231，压力2.60Mpa .催化剂，规格：外观为黑色且均匀液体的镍含量1.6%(wt )转化率(10小时)99.5%选择性(10小时)99.8%，LD143 :均匀催化剂(Zieglar-Natta金属络合物) 规格：承载外观球形24mm组成镍的氧化铝的镍含量14.35%(wt )表观密度0.87g/cm3的耐碎强度10kg细孔容积0.450.06cm3/g比表面223(21023)m2/g，应用：主反应器鼓泡床，应用：后反应器固定分离条件的确定、分离流动反应产物的流量和沸点、流量最大的成分优先分离轻成分，难以分离的成分最后分离等摩尔分离，根据反应产物各成分的浓度和沸点，脱轻成分塔和重组塔在常压操作下采用泡点供给。 根据分离精度的要求，分析塔板数、塔内温度和压力分布、回流比、塔顶和塔底产品流量、塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷。苯加氢合成环己烷的工艺流程图，第三节工艺流程图2.1工艺流程图(工程语言)的定义为示意性图案，它用图形图形、符号、符号表示化工设备、管道附件和仪表自控等，表示生产过程中材料的流程顺序和生产操作顺序。工艺流程图分类：1 .方框图，3 .带控制点的工艺流程图，4 .设备布局图，2 .工艺材料流程图，5 .管道布局图，化工工艺流程图，(管道图，框图，接头图)，1 .方框图：工艺流程在选定后概念上方框流程图的部分图例和符号，2 .工艺材料流程图(简称物流图):反映材料和热平衡计算结果，流程化设计。 进入初步设计阶段的设计文件。 a .图形设备的形象和流程线。 b .显示设备的位编号、名称、特性数据等。 c .物料平衡表物料编号、物料名称、成分、流量、压力、温度、状态和来源等。 d .标题栏包括图纸名称、图纸编号、设计阶段等，3 .带控制点的工艺流程图：进入初步设计阶段的设计文件4 .工艺流程图(简单)图：半图式的工艺流程图，具有示意性质，未进入设计文件。 5 .管道和仪表布局图：反映工艺流程设计、设备设计、管道布局设计、自控仪表设计的综合成果。 列入设计图设计阶段的设计文件。 氨水中和法脱硫的工艺流程P24，氨水中和法脱硫，即利用氨水除去半水气中的硫化氢气体。 利用PPt实现工艺演示