化工工艺学(复习提纲)

绪论1、化工是“化学工程〞或是“化学工业〞的简称。"辞海"中定义“化学工业〞为：利用化学反响改变物质构造、成分、形态等生产化学产品的工艺部门。习惯上分为“无机化学工业〞和“有机化学工业〞两类。2、"辞海"上定义的“工艺〞是：利用生产工具对各种原材料、半成品进展加工或处理，使之成为产品的方法。而“工艺学〞定义为：根据技术上先进，经济上合理的原则，研究各种原材料、半成品、成品的加工方法和过程的学科。3、化工工艺学就是研究运用各种学科的知识，经济地、先进的将各种原材料生产出化工产品的技术、过程和方法，是化工产品生产的工程技术、诀窍和艺术。4、化工工艺学研究的主要内容包括三个方面，即生产的工艺流程；生产的工艺操作控制条件和技术管理控制；平安和环境保护措施。5、化工工艺学和化学工程学的关系。P2-3〔自己概况下〕6、在研究一个生产过程时，将它分为四个或是五个板块。如“反响过程〞、“原料〞、“产物的别离〞、“产品后加工〞、“三废治理〞五个板块。第一章概论1、〔P7-30任抽一段考填空〕2、古代、近代、现代化工的差异时间差异工艺特点测控手段古代■间歇式人工、感官近代半间歇半连续电子管、模拟量现代连续式计算机、控制数字量3、化学工业的行业特点：〔1〕、开展和更新速度快〔2〕、设备特殊，设备投资高、更新快〔3〕、知识技术密集，投资和资金密集〔4〕、能量消耗密集和物质消耗密集〔5〕、有一定的规模效益〔6〕、要求环境保护和防治，要求自动控制条件比较严格〔7〕、化工的市场竞争剧烈，国际竞争也十分剧烈〔8〕、市场经营注意，用户开发和用户技术指导3、化学工业分类P32〔自己看看〕4、化工装置的操作方式：连续操作、间歇操作、半连续操作5、化工新技术开发的目的与任务：P35目的：就是开发出技术先进、数据完整、实用可靠、有效益、有竞争力的单项技术或成套技术的成果，根本目的是创造财富，创造更大的经济效益，是探索实现工业化或半工业化。任务：化工新技术开发就是把化工研究成果转化为生产力，生产经济效益。6、化工新技术开发的主要内容：P35-P36〔1〕、新生产工艺〔过程〕〔包括环保、节能〕的开发，老生产工艺〔过程〕〔包括环保、节能〕的革新。〔2〕、新化学品〔包括催化剂〕的开发，老化学品〔包括催化剂〕的革新。〔3〕、新材料和新大型化工装置的开发，老材料和老大型化工装置的革新。〔4〕、新计算机应用软件和新生产控制系统的开发。〔5〕、引进化工技术的消化吸收、创新和国产化。归纳起来，分为两类，一类是新产品的开发，一类是老产品的进步。至于上述〔4〕、〔5〕两条是为上面这两类开发应用的预开发。工艺的先进性是重要的研究，而工程研究则占主导地位。7、化工技术开发研究的方法：逐级经历放大法〔工艺小试→中间试验→工程设计〕8、化工新技术开发环节工作程序P37〔自己看看〕9、市场调查对开发新产品新工艺的影响。P3810、工艺设计的总的原则是：技术先进、设计合理、生产平安、经济有效、注意环境、为国为民11、反响工艺确定的一般原则P42〔8点〕12、化工工艺管理P57〔自己了解下〕13、在1994年4月1日发布的ISO8402"质量管理和质量保证一一术语"中对全面质量管理给出以下定义：一个组织以质量为中心，以全员参与为根底，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而长期成功的管理途径。全面质量管理的特点：P5914、美国化学会提出的十二项原则P8515、化工可持续开展：化学工业必须满足国民经济各部门对它提出的对产品数量和质量的越来越高的要求，同时有三个问题必将制约它的开展。这就是化学工业的物质消耗，能量〔能源〕消耗和环境污染。化工生产要能可持续开展，一方面要提高工艺技术、降低物质和资源的消耗，使“反响原料的原子全部变成目标产物的原子〞。必须开发新技术，提高转化率，提高目标产品的产率，减少副产品生成，降低物耗。另一方面要开发新的资源，例如：生物、植物，越来越多CO2、开展生物碳化工、CO转化化工等。能源也是有限的，目前的能源主要靠燃料。一方面化工产业要大力降低能耗；另一方面要开发新能源，水能、风能、太阳能。化工产品节能降耗和走向精细化，走向清洁化，是化工可持续开展的途径。第二章原料及原料准备1、原料路线选择以先进、合理、平安、经济为综合指标，加以认真评估。2、原料预处理的原则P91-92(1)、必须满足工艺要求；〔2〕、简便可靠的预处理工艺；〔3〕、充分利用反响和别离过程的余热和热量；〔4〕、尽量不要产生新的污染，不要造成损失；〔5〕、尽量研究和采用先进技术；〔6〕、投资节省，设备维护简便；〔7〕、尽量分工由生产厂家精制。3、原料预处理方案可能不止一个，它不同于反响产物的别离提纯方案，所以，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、运行费用以及可能带来的风险等方面作技术经济的综合评估，再决定采取的方案。4、物料粉碎的根本术语P94〔自己看看〕5、去除液体中的机械杂质或固体悬浮物，简便的方法是澄清和过滤。第三章反响过程和过程优化1、化学反响过程的分类按照反响机理的不同，可以将化学反响分为简单反响和复杂反响两大类；根据反响的可逆与否，化学反响可以分为可逆反响和不可逆反响两类；从化学动力学的角度，可按反响分子数和反响级数区分化学反响，有单分子反响、双分子反响和三分子反响，有零级反响、一级反响、二级反响和分数级反响等。根据反响过程的热效应，化学反响可分为吸热反响和放热反响两大类；按反响物系的相态，可将化学反响分为均相反响和非均相反响；按照过程的温度条件可将反响过程划分为等温过程、绝热过程和飞绝热变温过程；就压力状况可将反响分为常压、负压和加压过程；根据操作方式的不同，化学反响过程可分为间歇过程、连续过程和半连续过程。2、氨的氧化：图〔氨接触氧化器模型图解〕温度：780~840℃ 压力：0.3~0.5Mpa氨在混合气中的含量不得超过12.5%~13%和单程转化£一意氯期化树f国献1气体支架帝桑■体氮和空气西银和气体尾气NO*治理：催化复原法、溶液吸收法、固体吸附充3、反响器选型原则P145-175(1、反响类型和特征：不同的响体系一■(2、反响过程的特征和要求：转■■加孔N_一高iS计插入儿 --枇K蝴⅛择性对于催化反响，氨响多孔管过急器尸弋.应判别催化剂的失活速度、选择性、催化剂时空效率。（3、由反响的浓度效应决定的混合要求：反响器中的物流混合按尺度可分为宏观混合和微观混合两种。（4、由反响的热负荷和温度效应所决定的热量传递和温度控制要求：假设在反响过程中不进展热量的传递，则必然放热反响温度逐渐升高，吸热反响温度逐渐降低。（5、相际传质和化学反响的相对速度：对于非均相反响器有相际传质和化学反响两个以上串联的过程，应根据各过程之间相对速度选型。（6、反响器的特征：各类反响器特征已如前述。4、反响器最优的根本概念：P234反响器的最优问题可概括地表达为就是要找寻既能满足反响器约束条件、又能使反响过程的*些目标〔如质量、产量或技术经济指标等〕到达最正确结果〔如优质、高产、低消耗〕。且影响反响的诸因素〔如操作条件、设备条件等〕的数值为最优点，从而使反响器稳定在该组数值下进展最优化操作，以到达最优反响效果。它通常分为最优化计算和最优化控制两个相互联系的两个独立局部，也就是说，首先通过最优化计算决定最优化操作条件，然后进展最优化控制，是操作尽可能快地转移到计算出来的新的最优点，并且是过程在任何干扰下仍稳定在此条件下操作。在化工中最常用的最优化方法有：微分法、变分法、拉格朗日因子法、线性规划法、动态规划法、最大值原理法和梯度法等。5、反响器的最优化模型：P235-2361）、要有一个能正确描述反响器特征的数学模型；2）必须给出数学模型的初始状态数值；3）必须给出规定的终止状态；4）必须规定一个性能指标，既确定切实可行的比较准或称之为目标函数，并且要建立目标函数与操作参数之间的函数关系；5）状态变量和控制变量要加上约束条件。6、实际生产时按以下6个步骤的顺序完成工作循环：.固定床间歇法〔蓄热法〕操作方式：间歇法和连续法吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空，1200℃完毕。蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风气，以保证水煤气质量。一次上吹制气：燃料层下部温度下降，上部升高。下吹制气：使燃料层温度均衡二次上吹制气：将炉底部下吹煤气排净，为吸入空气做准备。空气吹净：此局部吹风气可以回收。第四章、产物的别离和提纯1、产物别离的原则在化工生产中，产物的别离方法可以分为机械别离和传质别离两大类。一般来说，飞均相混合物的别离主要采用机械别离法；均相混合物的别离采用传质别离法。2、设计别离流程的经历规则和本卷须知（1）、反响产物有固体物的，不管它们是有目的产物还是废弃物，一般要率先别离出来，免使管道设备堵塞，流程不顺；（2）反响产物中对有目的产物尤其有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。通常产品的收费率在经济上是最重要的砝码，因为最终的产品利润最大。不能因为考虑能力的“合理〞，而牺牲了产品的收率。（3）、反响产物中后工艺有害的物质，首先别离。比方精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。然后再降温从低沸物到高沸物地别离。这第一步似乎浪费能量，但对流程和工艺有利。（4）、产物中，尽量优先把未反响原料分出来，循环使用，如果原料珍贵更应如此。（5）、把最难别离的组分或要求特高的产物应从别离系统中先取出粗产物，再设计静制别离方案。不要希望过早地拿出来，更不主*一次别离就得到高纯产物。（6）、尽量选用简单的别离方法，能用机械别离的先用机械法。一般机械法--物理法--物理化学法--化学法的顺序，无论从操作和能量上都有可能。（7）、一般情况下或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。（8）、一般情况下别离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。（9）、尽量把多种杂质一次性除去，再研究从杂质中回收有用副产物。（10）、能用精馏的地方尽量采用简单精馏，除非有充分的理由，不主*率先考虑萃取精馏、反响精馏、共沸精馏等。精馏过程仍是先易后难，最难别离的组分最后精馏。（11）、尽量利用热源，节省能量。（12）、尽量采用先进技术和先进设备。第五章、产品后加工原料经预处理合成和产物别离之后，已经获得根本纯洁的产品，杂质的含量其来源有二，一是原料带入的，二是反响和别离过程的沾染。对于前者，当然最好从原料的精制上加以控制；对于后者，也以控制副反响，别离过程尽量简化高效为主要思路。但不一概而论，要加以技术经济指标的比较，如果从产物中去除微量杂质要比控制原料和反响过程容易，且经济上合理的话，则不必徒费精力去精制原料。第六章、三废治理1、三废治理原则对于三废治理的防治，在进展工艺设计和工程设计时，要把三废治理作为重要环节，做到“三同时〞，即同时设计、同时施工、同时投产。对于已经投产的企业，如果三废不加治理时，可以指令期限治理，不然可以令其停产。治理三废的积极的思路就是改造工艺，使其不产生无法治理或难以治理的三废；其次是三废资源化，回收利用或生产出新的产品〔过去称综合利用产品〕，万不得已则使之无害化。这是总的原则。2、目前我国对固体废弃物的处理原则，根本上是：（1）、改革生产工艺，减少原材料的流失量和固体废物的排放量；（2）、回收固体废物中的有用物质，并利用废物来制造副产品；（3）、对回收利用的废渣，进展就近处理，是指无害化后，选择山坡荒地堆积或填充矿井，覆土造田。第七章、检测和操作控制1、主要操作参数：温度、压力、原料配比、反响时间和操作周期、反响转化率和选择性、收率、消耗定额、进料、出料和循环2、平安措施〔应急措施〕（1）、除了严格科学的工艺操作规程外，还应有平安规程及教育；（2）、配备必须的防护用品，例如，粉尘可配防尘面罩，有毒气体岗位配防毒面罩或面具；（3）、易燃车间配套相关灭火器械，设备有防爆膜孔；（4）、电气设备有严格接地设备；（5）、厂房及高大设备必要时有防雷设施；（6）、厂房有完备的通风设施；（7）、易爆车间配防爆电气，照明开关；（8）、危险岗位尽可能加强自动控制，减少人员接触；（9）、车间危险区域设备护栏及警示标志；（10）、去除静电的设施，包括人体防静电措施。第八章、合成氨1、天然气蒸汽转化工艺工业上采用了分段转化的流程。首先，在较低温度下，在外热式一段转化炉风进展烃类蒸汽转化反响，而后在叫高温度下，在二段转化炉中参加空气，利用反响热将甲烷转化反响进展到底。2、二段转化的化学反响：2H2+O2=2H2O（g）,△H0298=-482.99kJ/mol2CO+O2=CO2,△H0298=-565.95kJ/molCH4+O2=CO+3H2工艺条件选择G、压力：实际生产的操作压力为3.5~5.0Mpa,原因动耗I热回收价值↑；设备容积匕投资费用I。G、温度：理论上，温度↑反响越有利。但一段转化炉的受热程度受到管材耐温性肥的限制，其是决定转化出口气组成的主要因素。二段转化炉的出口温度，按要求以15〜30℃的平衡温距来选定。G、水碳比：水碳比增大，对转化有利，但又受经济的限制，工业上一般为3.5〜4。Q、空间速度：常用下面几种方法表示：〔1〕原料气空速；〔2〕碳空速；〔3〕理论氢空速；〔4〕液空速；现行大型氨最重要的特点是充分回收生产余热，产生高压蒸气作为动力。3、制取半水煤气的工业方法：〔1〕间歇式制半水煤气的工作循环间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进展的。五个阶段：气体流向Q、吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。Q、一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进展气化反响，燃料层下部温度下降，上部升高。Q、下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进展反响，使燃料层温度趋下均衡。Q、二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。Q、空气吹净阶段：此局部吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。〔2〕间歇式制半水煤气的工艺条件：Q、原料：工艺条件随燃料性能不同有很大差异。其性能包括粒度、灰熔点、机械强度、热稳定性以及反响活性等。Q、设备然邪气过于较大r的是风机和煤气炉的炉篦。。Q、工艺条件：〔3〕11温度：炉吹风速度温应较低我0℃Il欠风定放热。蒸汽用量二是C3善煤气汽量和提高煤气产量的重要手段之一。或略3min.间歇式制气的工艺流程是由煤气发生炉、余热回收装置、煤气的除尘、温和贮存等，曲所组成。4、影响氨合成工艺条件主76要有哪汽些,如格魁变换II；循环时1W及其分配^等少于5降注于原气然气勺平衡浓度，也有利于总反响速率的增加。 ——.一锅炉给水压力高时，氨别离流程还天然气蒸汽转化工艺流程1、锅炉；8、汽包;投资、技术投资在内的综合费用。能源消耗主要包括原料气的压缩功和氨别离的冷动功。提高压力，原料气压缩功增加、循环气压缩功和氨别离冷动功却减少。经技术经济分析，总能量消耗在15~30Mpa区间相差不大，且数值较小；就综合费用而言，将压力从10Mpa提高到30Mpa时其值可下降40%左右。因此，30Mpa左右是氨合成的适宜压力，为国内外普遍采用〔中压法〕。但从节省能源的观点出发，合成氨的压强有逐渐降低的趋势，为许多新建的厂采用15~20Mpa的压力。〔2〕温度催化剂在一定温度下才具有较高的活性，但温度过高，也会是催化剂过早失活，合成塔内的温度首先应维持在催化剂的活性温度范围400~520℃。〔3〕空间速度空间速度指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量〔标准状态下的体积〕。单位h-i,简称空速。在其他条件一定下，空速越大，反响时间越短，转化率越小，出塔气中氨含量降低。然而,增大空速,催化剂床层中对应一定位置的平衡氨浓度的差值增大,即推动力增大,反响速率增加；同时,增大空速意味着混合气体处理量提高、生产能力增大。通过高空速、低转化率来获得高产量的措施适宜采用循环流程。采用中压法合成氨，空速为20000~30000h-1较适宜。〔4〕氢氮比由氨合成热力学，R=3时，可获得最大的平衡氨浓度；但动力学指出,氨的活性吸附是控制阶段,适当增加原料气中氨的含量有利于反响速率提高。实验证明，在32Mpa、450℃、催化剂粒度为1.2~2.5mm、空速为24000h-1的条件下,氢氨比为2.5时,出口氨浓度最大。循环气体氢氨比略低于3〔取2.8~2.9〕,新鲜原料气中的氢氨比取3:1。〔5〕惰性气体含量惰性气体含量在新鲜原料气中一般很低,只是在循环过程中逐渐积累增多,从而是平衡氨含量下降、反响速度降低。为使循环气体含量不致过高,生产中采取放掉一局部循环气的方法,假设以增产为主要目标,惰性气体含量可低一些,约为10%~14%,假设以降低原料本钱为主,可控制高些,约为16%~20%。〔6〕、进口氨的含量进合成氨的气体中的氨有循环气带入,其数量决定于氨别离的条件。氨别离的方法是降温液化法。温度越低,别离效果越好,循环气中含氨越低,进口氨浓度越小,从而可以加快反响速度和氨含量,但别离效果冷冻量也势必增大。在30Mpa左右，进口氨含量控制在3.2%~3.8%；15Mpa时为2.8%~3%。第九章、硝酸1、常压下氨的催化氧化工艺流程空气中空气由净化器顶部进入，除去空气中局部机械杂质和一些可溶性气体。然后进入袋式过滤器，进一步净化后进气体混合器。氨经氨过滤器除去油类和机械杂质后，在混合器中与空气混合、预热到70~90℃，然后进入纸板过滤器进展最后的精细过滤。过滤后的气体进入氧化炉，通过790~820℃的铂网，氨氧化为NO气体。高温反响后的气体进入废热锅炉，逐步冷却到170~190℃，然后进入混合预热器，继续降温到110℃，进入气体冷却器，再冷却到40~55℃后进入透平机。第十一章、乙烯1、管式炉裂解工艺流程图四大系统：〔1〕原料油供给、预热系统；(2)裂解、高压水蒸汽系统；(3)急冷油、燃料油系统；〔4〕急冷水、稀释水蒸汽系统2、裂解气的净化和别离〔1〕、组成：除含有乙烯、丙烯、乙炔、丁二烯等各种烃外，还含有CO2、H2S、乙炔、H20等杂质气体。〔2〕、净化与别离的任务：①除去裂解气中有害杂质②别离出单一烯烃产品和馏分，提供有机化工原料〔3〕、别离方法G、深冷别离法〔冷凝精馏〕工业：≥-50°C冷冻温度一浅度冷冻-50~-100℃冷冻温度—中度冷冻≤-100°C冷冻温度一深度冷冻〔深冷〕原理：利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下除了氢和甲烷以外把其余烃都冷凝下来，在适当温度、压中力下以精馏的方法把各组分别离出来。深冷别离包括三大系统：①气体净化系统：脱酸气、脱水、脱炔、脱CO等。②压缩冷冻系统：把裂解气加压、降温，为别离创造条件。③精馏别离系统：通过一系列精馏分出C2H4、C3H6等。©、油吸收精馏别离法〔吸收精馏〕第十二章、丙烯腈1、工艺流程图 v=k-CA丙烯氨氧化法生产丙烯腈的流程主要由反响、回收及精制三局部组成：1—流化床反响器；2—急冷塔：3—废水塔；4—吸收塔；5—回收塔，6—放散塔；7—脱氰塔；8—成品塔2、工艺条件〔1〕、原料配比©1丙烯与氨配比一般控制氨比为1：1.05~1.1，氨略为过量。©2丙烯与空气配比丙烯氨氧化以空气作氧化剂，理论用量是丙烯：空气=1：7.3。因为副反响要消耗氧，尾气中要有过量氧存在以防止催化剂被复原失去活性。一般控制在丙烯：空气=1：9.5~12。〔2〕、反响温度 v=k-CA丙烯在钼系催化剂上氨氧化温度对主副反响产物收率的影响。丙烯腈的适宜合成温度为450℃，一般控制在470℃。〔3〕、接触时间丙烯腈收率随接触时间增长而增加，而主要副产物增加不大。因此，可以适当利用增加接触时间的方法提高丙烯腈收率。目前，生产装置控制接触时间在5~7秒范围内。（4）、反响压力丙烯氨氧化的动力学方程为：第十三章、苯酚1、苯酚的物理性质：纯洁的苯酚是无色晶体，具有特殊气味，暴露在空气中因局部被氧化而显粉红色。〔密封保存〕苯酚有毒，它的溶液对皮肤有强腐蚀作用，使用时应注意，如果不慎沾到皮肤上，应立即用酒精洗涤。色态味ɪ点八、、水中的溶解性有机溶剂中的溶解性毒性65℃以下65℃以上无色晶40.9能溶于水与水易溶于乙有毒体有特℃但溶解度任意比醇、苯等有腐蚀皮2、苯酚的化学性质：.彳∙∙OlH苯基、羟基苯酚有弱酸性，因此又被称为石炭酸⑴弱酸性：酚羟基的性质〔与Na,NaOH,Na2CO3反响，但不放出CO2,也不能使紫色石蕊变色〕。CH3COOH>H2CO3>C6H5OH>HCO3一•乙醇和苯酚都含有羟基，乙醇不显酸性而苯酚显酸性，苯环的影响使酚羟基比醇羟基活泼，表现出弱酸性。〔2〕取代反响酚中苯环的性质常用于检验〔3〕显色反响酚的特性 一「苯酚的存在∙羟基的影响使苯环上的邻、对位氢原子比苯中的氢原子活泼，苯环上更易发生取代反响。苯酚与