化工工艺基础第1章

化工工艺学Chemicalengineeringtechnics化学工程与工艺专业第一章化工工艺学基础•1.1化学工业发展状况与趋势•1.2化工工艺学范畴与作用•1.3化工基本概念•1.4化工原料准备1.1化学工业发展状况与趋势化学工业：泛指生产过程中化学方法占主要地位的过程工业。化工工艺：指将原料物质经过化学反应转变为产品的方法与过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。化工工艺学：研究运用各种学科的知识，经济地、先进地将各种原材料生产出化工产品的技术、过程与方法，是化工产品生产的工程技术、诀窍和艺术。1.1.1化学工业的地位与作用•化学工业是国民经济的支柱产业之一•化学工业对人类影响深远•化学工业对其他行业的发展提供了基础•是国家规划重点产业之一1.1.2现代化学工业发展趋势•现代化工特点1、原料、生产方法和产品的多样性与复杂性2、向大型化、综合化、精细化发展3、多学科合作、技术密集型生产4、能量合理利用与节能5、资金密集投资回收快，利润高6、安全与环保问题日益突出•发展趋势1、开发新技术、缩短新技术新工艺工业化周期，加快产品更新升级2、最充分、彻底地利用原料3、大力发展绿色化工4、化工过程要高效、节能、智能化5、实施废物再生工程1.1.3化学工业的原料与主要产品•化学工业主要原料资源1、矿产资源包括化学矿、煤炭、石油、天然气等2、生物资源主要是动植物资源3、空气与水4、海洋资源常包括海水、海洋生物、海洋矿产等5、工业副产品和废弃物•1.1.4化学工业主要产品分类1、按使用原料分煤化工、石油化工、天然气化工、海洋化工、矿产化工、生物化工、林产化工、天然药物和天然产物化工。2、按产品的用途和产品形态分国防化工、环境化工、食品化工、日用化工、农用化工、能源化工、信息化工、材料化工、皮革化工、冶金化工、药物化工、硅酸盐化工、建筑化工3、按产品归大类无机化工、有机化工、高分子材料化工、精细化工4、按产品行业和工业规模划分硫酸、硝盐、无机酸纯碱、氯碱、无机盐、基本有机原料、农药、医药、染料、涂料、胶粘剂、合成树脂、化学纤维、合成橡胶、感光材料和磁性材料、日用化学品、表面活性剂、化学试剂、催化剂、助剂、陶瓷和无机非金属材料、水泥、玻璃、生物化工、专用精细化学品、塑料加工、橡胶加工、化学冶炼、化工机械等。5、按统计归口分基本化工原料、化肥、农药、医药、有机化学品、日用化学品、合成材料、化纤、橡胶制品、塑料制品和专用化学品等大宗门类。1.2化工工艺学范畴与作用•1.2.1化工工艺学研究内容•生产工艺流程•生产工艺参数控制•安全和环保措施•贯穿以上内容的核心则是技术可行性和经济性•1工艺流程工艺流程是将原料转变为产品所需的功能单元按加工顺序组合起来的。流程表示方法有两类：工艺流程图:如带控制点的工艺流程图，工艺物料图、物料平衡图、公用工程流程图、辅助管道流程图、施工图等工艺流程简图：简单反映出物料流向、加工步骤，了解操作单元，能量传递与利用，副产物与三废等工艺流程的组织：推论分析法、功能分析法、形态分析法。•2工艺参数•工艺参数是化工工艺中的灵魂，用模块表示为原料准备工艺参数反应工艺参数分离工艺参数产品商品化工艺参数三废治理的“原料”三废三废三废三废反应工艺参数分离副产品无害化物质工艺参数•3安全与环保•安全是化工生产前提，必须保证人身安全和设备正常运转，遵守卫生标准和要求•环保则是化工生产可持续发展的必须。•安全与环保也是工艺学研究的主要内容。4化工工艺的研究方法•一般来说工艺研究方法有两个：•A、从个别到一般，即从已有的个别生产，通过化学工程的相关理论，归纳得到一些共性结论，并可形成理论。•B、从理论到实践，即由归纳的结论出发用来设计和指导化工生产。•研究一个生产过程可分为5个板块：反应过程、原料、分离、产品后加工、三废治理1.2.2化工工艺学的地位作用•化工工艺学是研究和指导化工生产的学科，所以化工工艺与化学工程的发展紧密联系在一起，相互依存，相互促进。•任何化工企业都离不开懂化工工艺的技术人员。由此可见化工工艺学在化工生产中的地位和作用。1.3化工基本概念•1.3.1化工装置操作方式•1、连续操作优点：产品质量均一，工艺控制指标容易实现自动化操作，由计算机控制，设备能满负荷运转，劳动生产率高，劳动强度小，生产过程稳定、安全。通常大型化工装置采用连续式。•2、间歇操作生产按照反应的周期来进行。优点：投料容易准确，反应物便于控制，对生产小批量多品种比较方便，对复配型精细化工产品也比较方便。缺点：劳动强度大，环保投资高。•3、半连续操作介于以上二者之间1.3.2化工过程主要效率指标•1、生产能力和生产强度•（1）生产能力：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单位时间内处理的原料量。单位kg/h,kt/a,t/d等•（2）生产强度：设备单位特征几何量的生产能力。单位kg/(h.m3),kg/(h.m2)等•（3）有效生产周期365全年开工生产天数开工因子•2、化学反应的效率——合成效率•（1）、原子经济性Pi—目标产物分子中各类原子数；Fi—反应物原料中各类原子数；M—相应各类原子的相对质量。•（2）、环境因子100%iiijjjPMAEFME废物质量目标产物质量•3、转化率、选择性、收率•（1）转化率•（2）选择性•（3）收率（产率）X某反应物的转化量该反应物的起始量S转化为目标产物的某反应物的量该反应物的转化总量Y转化为目标产物的某反应物的量该反应物的起始量YSX•4、平衡转化率和平衡产率可逆反应平衡时达到的转化率和产率，是可逆反应的极限值，工业实际产率都要低于平衡产率。工艺学任务之一是通过热力学分析寻找提高平衡产率的有利条件并计算平衡产率。这也是实际工艺参数确定的因素之一。1.3.3化工工艺管理•化工工艺管理内容：•组织制定、执行化工产品的生产工艺技术规程及其他以此为重心的各项规章制度；督促和检查以生产工艺技术规程为重心的各项技术规程的执行情况，总结经验，改进生产技术；开展合理化建议活动，组织技术措施的实施。•具体是：工艺操作规程、安全操作规程、全面质量管理、技术管理、标准和计量管理。•这都是化工工艺人员在企业所从事的主要工作1.3.4化工技术经济•化工技术经济指标生产经济指标和宏观指标•生产经济指标有设备、原材料、染料动力利用程度的各项指标。•宏观指标有产品成本、利税、利润等•宏观指标•（1）产品成本产品成本利润税收销售成本销售费用工厂成本管理费用车间费用原料消耗公用工程费人工工资车间费基本折旧费•（2）建设投资费用•包括工程费、工程建设其他费用、预备费。•（3）总投资•包括建设投资费用、流动资金、建设期利息•（4）产值•产值=单价×产量•（5）折旧•年折旧费OCSDn1.3.5化工节能•化工行业属高能耗行业，消耗的大部分是一次性能源。•节能是世界工业发展方向，化工节能势在必行。•节能也是提高化学品经济效益的有效手段。1.4化工原料的准备•化工原料与辅助材料会直接影响到产品的生产技术水平和生产能力。原料品味、辅料等会影响产品成本、性能，甚至产品结构。原料对工艺路线、反应过程、分离过程、三废处理等具有决定性作用。•对原料需要进行一定的预处理以满足工艺要求，并尽可能做要能量合理利用。•不同形态的原料预处理的方式不同。1.4.1固体原料处理•1、粉碎和团聚•2、固体物料的净化纯化•3、固体干燥•4、固体混合和混料•5、粉尘防护1.4.2气体原料处理•原料气除尘•气体净化精制•气体干燥•输送与计量•安全卫生1.4.3液体原料处理•纯化与净化•液体原料干燥•液体原料输送与计量•液体原料混合汽化和预热•安全防护1.4.4催化剂准备•催化剂基本特征•催化剂分类•工业催化剂使用中的有关问题工艺学学习要求•本课程主要着眼于生产过程的总体及其相互联系，而不是单纯过程和设备在原理上的精心分析。当然，对于影响到全局生产的关键过程和设备仍然需要进行深入分析，，但是这些都是在确保总体生产经济合理下进行的，而不是单纯的理论上的分析。因此，工艺课的教学是将已学过的基础理论与生产过程实际相结合的过程，是阐明如何按照生产的要求，经济合理地组织生产工艺的过程。