第六章---化工生产工艺流程PPT课件

1、1,第六章 化工生产工艺流程,第一节 概述 一、工艺流程的组成 二、工艺流程图 第二节 工艺流程的配置 一、工艺流程配置的一般原则 二、工艺流程配置的方法,2,第六章 化工生产工艺流程,第三节工艺流程的分析、评价与优化 一、技术的先进性、适用性和可靠性 二、经济合理性 三、工业生产的科学性 四、操作控制的安全性 第四节典型工艺流程解析 一、氨合成工艺流程解析 二、乙酸乙烯酯溶液聚合法生产聚乙酸乙烯酯工 艺流程解析,3,第一节 概述,一、工艺流程的组成 二、工艺流程图,4,一、工艺流程的组成,化学工程： 运用化学的方法或手段来研究工业制造过程，同时研究此制造（生产）过程的共同规律、摸索最佳的工艺

2、条件、解决规模放大和大型化生产中出现的诸多工程技术问题。,5,化工过程: 化工生产从原料到制成目的产物，经过的一系列物理和化学加工处理步骤。 每个化工生产过程基本包括三个步骤： 包含原料的预处理、化学反应、产物的分离及精制 化工过程是以化学反应过程为中心。 工业生产中，制备产品氨包括以下步骤： 合格氮气、氢气的制备； 氢气和氮气进行化学反应合成氨； 分离混合气中的产品氨；,6,7,工艺流程：,从原料开始，物料流经一系列由管道连结的设 备，经过包括物质和能量转换的加工，最后得到预 期的产品，将实施这些转换所需要的一系列功能单 元和设备有机组合的次序和方式，称为工艺流程。,8,9,二、工艺流程图,

3、从原料开始，物料流经一系列由管道连结的设 备，经过包括物质和能量转换的加工，最后得到预 期的产品，将实施这些转换所需要的一系列功能单 元和设备有机组合的次序和方式，称为工艺流程。 表示其工艺过程的图形称为工艺流程图。,10,方框流程图 最简单、最粗略的流程图。用方框代表车间、装置或设备；方框之间用带箭头的直线进行连接，直线代表车间、装置或设备之间的管线连接，箭头表示物料流向。 方框流程图按照原料转化为产品的顺序，采用由左向右、由上而下的方式进行展开。 图6-2以重油为原料的合成氨方框流程图,11,带控点的工艺流程图,一般包括生产装置各层地平线及标高、设备示意图、 设备流程号、物料及动力管线、主

4、要阀件和管道附件等。,12,第二节 工艺流程的配置,一、工艺流程配置的一般原则 二、工艺流程配置的方法,13,一、工艺流程配置的一般原则,工艺流程的配置要有化工生产的理论基础及工程知识，要结合生产实践，借鉴前人的经验； 运用推论分析，从目标出发，寻找实现此目标的前提，将具有不同功能的单元进行逻辑组合，形成一个具有整体功能的系统； 运用功能分析来研究每个单元的基本功能和基本属性，组成几个可以比较的具有整体功能的流程方案以供选择； 运用形态分析对每种方案进行精确的技术经济分析和评价，择优汰劣，确定最优方案。,14,一、工艺流程配置的一般原则,1.工艺路线技术先进、生产操作安全可靠、经济指标合理有利

5、； 2.反应物料充分利用； 3.能量利用充分、合理、有效； 4.工艺流程连续化和自动化； 5.单元操作适宜，设备选型合理； 6.安全措施得当，三废治理有效； 7.工艺流程的整体性优化。,15,二、工艺流程配置的方法,原料预处理系统 原料的选择和利用 化工厂原料的费用一般占60-80； 尽可能选用价廉易得的原料； 尽可能提高原料的转化率、反应的选择性和目 的产物的收率。 原料的预处理 、,16,二、工艺流程配置的方法,2. 反应系统 理想反应器；适宜的反应条件 辅助设备 3. 反应产物的分离系统 将反应生成的产物从反应系统中分离出来，进行精制、提纯，从而得到目的产物，并将未反应的原料、溶剂以及未

6、反应的催化剂、反应副产物等分离出来，尽可能实现原料、溶剂的循环使用。,17,二、工艺流程配置的方法,4. 能量综合利用 首先，认真研究换热流程和方案，最大限度的分级回收热能； 其次，注意设备位置的相对高低，充分利用位能输送物料。 工艺流程中一般包括的设备： 见教材P102 图6-4 化工工艺流程配置示意图,18,二、工艺流程配置的方法,5. 主要设备的选择 定型设备的选型 非定型设备的设计 选用设备的一般原则 确定设备的类型 确定设备的规格 A.泵；B.压缩机；C.热交换器； D.工业炉；E.储槽； F.反应器；G.塔器,19,5. 主要设备的选择,反应器的选择 反应动力学要求 热量传递的要求

7、 质量传递与流体动力学过程的要求 工艺控制的要求 机械工程的要求 技术经济管理要求 选择反应器要从满足工艺要求出发，并结合各类反应器的性能和特点来确定。,20,第三节 工艺流程的分析、评价与优化,一、技术的先进性、适用性和可靠性 1.先进性 2.适用性 3.可靠性,21,二、经济合理性,1.原料的优化 2.能量的充分、有效、合理利用 充分利用工艺工程的能量； 按质用能； 以能耗最小的原则配置流程； 3.设备的优化 4. 劳动生产率的提高,22,三、工业生产的科学性 四、操作控制的安全性,23,第四节典型工艺流程解析,一、氨合成工艺流程解析,24,一、氨合成工艺流程解析,1.反应原理 这是一个可

8、逆放热相摩尔数减少的反应。 2.工艺条件 工艺条件的选择要以氨合成反应的热力学和动力学分析为依据，并结合催化剂的性能而定。,25,2.工艺条件,（1）压力 从化学平衡和反应速度的角度来看，较高的操作压力是有利的。但压力的高低直接影响到设备的投资、制造和合成氨功耗的大小。 生产上选择操作压力的主要依据是能耗以及包括能量消耗、原料费用、设备投资在内的综合费用，即取决于技术经济效果。 目前国内中、小型合成氛厂均采用20-32MPa压力。,26,27,（2）温度,氨合成反应温度决定于所使用的催化剂及合成塔的结构。同其他的可逆放热反应一样存在一个最适宜温度Tm(或最佳温度)的问题。,28,最适宜温度随氨

9、浓度增加而下降，随压力降低，情气含量的增加而降低。同时，催化剂活性对最适宜温度的影响也是显著的。 催化剂床层的进口温度的低限由催化剂起始反应温度决定，床层热点温度的高限由催化剂的耐热温度决定。 因此合成反应温度一般控制在400-500，到生产后期，催化剂活性已经下降，操作温度应相当地提高。,29,（3）入塔气体组成,合成塔进口气体组成包括氢氮比、情气含量和初始氨含量。 氢氮比 最适宜氢氮比与反应偏离平衡的状况有关。当接近平衡时，氢氮比为3，可获得最大平衡氨含量；当远离平衡时，氢氮比为1最适宜。 生产实践证明，最适宜的循环氢氮比应略低于3，通常在2.5-2.9间，而对含钴催化剂，该氢氮比在2.2

10、左右。 情气含量 情气的存在，无论从化学平衡、反应动力学还是动力消耗讲，都是不利的。但要维持较低的情气含量需要大量地排放循环气，导致原料气单耗增高。 生产中必须根据新鲜气中惰性气体含量、操作压力、催化剂活性等综合考虑。,30,初始氨含量 进塔氨含量的高低，需综合考虑氨冷凝的冷负荷和循环机的功耗。 通常操作压力为25-30 MPa时采用一级氨冷，进塔氨含量控制在3-4；而在20 MPa合成时采用二级氨冷，15MPa下合成时采用三级氨冷，此时进塔氨含量可降至1.5-2.0。,31,空间速度,空间速度的大小，不仅与氨净值(合成塔进出口氨含量之差)、循环气量、系统阻力降和催化剂生产强度有关，而且还直接

11、影响到反应热的合理利用。 提高空间速度虽然增加催化剂的生产强度(指单位时间单位体积催化剂上生成氨的量)，但将导致出塔气体中氨含量的下降。,32,3.流程配置,根据氨合成的工艺持点，工艺过程系采用循环流程。其中包括氨的合成、分离、氢氮原料气的压缩并补入循环系统，未反应气体补压后循环利用、热量的回收以及徘放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。 在工艺流程的设计中，要合理地配置上述各环节。重点是合理的确定循环压缩机、新鲜原料气的补入以及情气放空的位置、氨分离的冷凝级数(冷凝法)、冷热交换器的安排和热能回收的方式等。,33,（1）合成回路的设计 由于化学平衡的制约，氨合成率很低，因而必须建立氨合成循环回路，以提高原料的利用率。 （2）原料气的预处理,34,（3）氨合成塔 氨合成塔是整个合成氨生产工艺中最主要的设备。它必须适应过程在接近最适宜温度下操作，力求小的系统阻力降以减少循环气的压缩功耗，结构上应简单可靠，满足合成反应高温高压操作的需要。 氨合成塔的结构形式繁多。工业上，按降温方式不同，可分为冷管冷却型、冷激型和中间换热型。一般而言，冷管冷却型用于小型氨合成塔。冷激型具有结构简单，制造容易的持点。 中间换热型氨合成塔是当今世界的发展趋势，但其结构较复杂。近年来将传统的塔内气流由轴向流动改为径向流动以减小压力降，降低压缩功耗已受到了普遍重视。,35,（4）氨的分离 合成反应后