化工装置工艺操作与控制1

化工装置工艺操作与控制2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》注意事项•考试•作业•考勤2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》10.1绪论•0.1.1化学工业•0.1.2学科概念•0.1.3课程研究内容•0.1.4学习要求2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》2化学工业的发展、地位与作用•近年来发展速度大。•石油化工仍是优先发展的支柱产业之一，精细化工和农用化学品也是化工发展重点，石油化工、新型合成材料、精细化工、橡胶产品加工业、化工环保业将是我国化学工业的主要增长点。•发展潜力是巨大的，重点是发展新技术、开发新产品、增加高附加产值产品的品种和产量，赶超世界先进水平。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》3现代化学工业的特点•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)重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法•5)资金密集，投资回收速度快，利润高•6)安全与环境保护问题日益突出2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》4现代化学工业的发展方向•1）面向市场竞争激烈的形势，积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度。•2）最充分、最彻底地利用原料。•3）大力发展绿色化工。•4）化工过程要高效、节能和智能化。•5）实施废物再生利用工程。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》5化学工业的主要产品•按学科类型分，化学工业包括无机化工、基本有机化工、高分子化工、精细化工和生物化工等分支。•无机化工产品有硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、合成氨和氮、磷、钾等化学肥料，其中化肥产量在化工产品中位居首位，又以氮肥产量最高。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》6•基本有机化工，从石油、天然气、煤等天然资源出发，经过化学加工可得到乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、合成气等产品，此类产品是有机化工基础原料，产量很大。•高分子化工的产品为高分子化合物及以其为基础的复合或共混材料制品。•精细化工产品大多数为有机化学品2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》70.1.2学科认识•化学工程与技术----化工化学工程：主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律。化学工艺：将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程。应用化学2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》8两者相辅相承，密不可分化学工艺•个性•研究具体过程•从原料到产品2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》9化学工程•共性•单元操作•工程因素尤其是放大化学工艺与化学工程比较？？？0.1.3化学工艺学科研究内容•烃类热裂解---三烯•芳烃转化过程---三苯(简称BTX）•合成气的生产过程---CO和H2的混合气•加氢与脱氢过程---合成氨\苯乙烯和丁二烯•烃类选择性氧化---醇、醛、丁烯氧化脱氢•羰基化过程---RCH=CH2+CO+H2•氯化过程---氯代烃•聚合物生产工艺基础---聚乙烯、聚丙烯•生物技术与绿色化学2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》10化学反应过程分类烃类热裂解•烯烃中的“三烯”(乙烯、丙烯和丁二烯)是化学工业的基础原料。•工业上获得低级烯烃的主要方法是将烃类热裂解。•烃类热裂解法是将石油系烃类燃料(天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等)经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》11芳烃转化过程•芳烃中的“三苯”(苯、甲苯和二甲苯，简称BTX)和烯烃中的“三烯”(乙烯、丙烯和丁二烯)是化学工业的基础原料，具有重要地位。•芳烃最初全部来源于煤焦化工业。•石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油。•芳烃转化：芳烃的脱烷基化、烷基化、异构化2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》12合成气的生产过程•合成气系指一氧化碳和氢气的混合气•以天然气和煤炭为基础的合成气转化制备化工产品的研究广泛开展。•C1化工过程实现工业化。•合成氨、合成甲醇等2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》13加氢与脱氢过程•催化加氢系指有机化合物中一个或几个不饱和的官能团在催化剂作用下与氢气加成。H2和N2反应生成合成氨以及CO和H2反应合成甲醇及烃类亦为加氢反应。•而在催化剂作用下，烃类脱氢生成两种或两种以上的新物质称为催化脱氢。•在有机化工生产中得到广泛应用，如合成氨、合成甲醇、丁二烯，苯乙烯的制取等都是极为重要的化工过程。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》14烃类选择性氧化•是指烃类及其衍生物中少量氢原子(有时还有少量碳原子)与氧化剂(通常是氧)发生作用，而其他氢和碳原子不与氧化剂反应的过程。•全球生产的主要化学品中50%以上和选择性氧化过程有关。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》15•含氧化合物，如醇、醛、酮、酸、酸醉、环氧化物、过氧化物等。•不含氧化合物，如丁烯氧化脱氢制丁二烯，丙烷(丙烯)氨氧化制丙烯睛，乙烯氧氯化制二氯乙烷等。•有些是有机化工的重要原料和中间体，有些是三大合成材料的单体，有些是用途广泛的溶剂，在化学工业中占有重要地位。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》16羰基化过程•RCH=CH2+CO+H2RCH2CHO•烯烃与合成气(CO/H2)或一定配比的一氧化碳及氢气在过渡金属配位化合物的催化作用下发生加成反应，生成比原料烯烃多一个碳原子的醛。•醛基是最活泼的基团之一，可进行加氢成醇、氧化成酸、氨化成胺以及歧化、缩合、缩醛化等一系列反应。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》17氯化过程•氯化过程的主要产物是氯代烃，是指烃的氯取代化合物，即脂肪烃、脂环烃和芳烃中的一个或多个，甚至全部氢原子被氯原子取代生成的化合物。•二氛乙烯、一氛甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》18聚合物生产工艺基础•石油化工的基础原料(乙烯、丙烯、丁二烯;苯、甲苯、二甲苯;甲醇)总量的一半用于生产高分子材料。•以小分子化合物（乙烯、丙烯）为原料，以人工合成高分子化合物的基本原理及生产工艺为重点。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》19生物技术与绿色化学•生物技术是应用生物学、化学和工程学的基本原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工，应用于能源、化工、制药等工业生产过程，生产有用物质的一门多学科综合性的科学技术。----酶催化、改性2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》20•绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学或者清洁化学，是在进一步认识化学规律的基础上，应用一系列技术和方法，在化学产品的设计、制造和应用中避免和减少对人类健康和生态环境有毒有害物质的使用和产生。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》21本教材的主要内容•化学工业和化学工艺有关基本概念的介绍;•化工原料资源及其加工利用途径;•化工基础原料的典型生产过程;•基本有机、无机、高分子、精细等各化工分支中的典型反应过程的原理和工艺;•三废处理和绿色化工概念及其发展途径。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》220.1.4学习要求•对于典型反应过程，要求理解并掌握工艺原理、选定工艺条件的依据、流程的组织和特点、各类反应设备的结构特点和优缺点等;•对典型产品的各种原料来源、不同工艺路线、副产物回收利用和废料处理方法等，应进行分析比较，找出它们的优缺点;•思考题和仿真有助于加深对各章内容的理解和掌握，要做练习。2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》230.2化学工艺基础•0.2.1原料资源及其加工•0.2.2化工生产过程及流程•0.2.3化工过程的主要效率指标•0.2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响•0.2.5催化剂的性能及使用•0.2.6反应过程的物料衡算和热量衡算2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》240.2.1原料资源及其加工•1无机化学矿及其加工•2石油及其加工•3天然气及其加工•4煤及其加工•5生物质及其加工•6再生资源的开发利用•7空气和水2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》252019/8/14《化工装置工艺操作与控制》262019/8/14《化工装置工艺操作与控制》27丙烯聚合聚丙烯合成纤维、塑料氨氧化合成纤维、ABS树脂、AS树脂、丁腈橡胶丙烯酰胺絮凝剂、水增稠剂、纸张处理剂丙烯腈与乙烯共聚乙丙橡胶次氯酸化氯丙醇环氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性剂过氧化物环氧化环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯高温氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油医药、炸药环氧氯丙烷水解环氧树脂丁二烯与苯乙烯共聚丁苯橡胶与丙烯腈共聚丁腈橡胶聚合顺丁橡胶与苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯氯丁橡胶与顺酐反应四氢邻苯二甲酸酐与HCN反应己二腈己二胺尼龙66三聚环化1，5，9-环十二碳三烯十二碳内酰胺（尼龙12的单体）香料、增塑剂、阻燃剂、聚酯原料乙酰氧基化、加氢、水解1，4-丁二醇聚酯树脂异丁烯与异戊二烯共聚丁基橡胶氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有机玻璃与甲醛反应异戊二烯异戊橡胶水合叔丁醇香料原料、溶剂、医药中间体、与甲醇反应甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加剂）聚合聚异丁烯粘合剂、密封胶正丁烯聚合聚丁烯合成塑料氧化顺丁烯二酸酐1，4-丁二醇、增强塑料、农药氧化甲乙酮溶剂水合仲丁醇脱氢或氧化脱氢丁二烯正丁烷脱氢正丁烯深加工产品见上异构化异丁烷氧化顺酐、醋酸、乙醛、甲乙酮蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等烷基化烷基化汽油脱氢异丁烯深加工产品见上蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等异丁烷苯加乙烯烷基化乙苯脱氢苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡胶、ABS树脂加丙烯烷基化异丙苯苯酚酚醛树脂、苯胺、壬基酚等丙酮双酚A聚碳酸酯、环氧树脂加十二烯十二烷基苯合成洗涤剂加氢环己烷己内酰胺聚酰胺纤维氯化氯苯染料中间体、医药氧化顺丁烯二酸酐四氢呋喃、1，4-丁二醇医药、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、染料、医药、农药聚氨酯纤维甲苯硝化硝基甲苯染料中间体、炸药歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中间体、医药、增塑剂临氢脱烷基苯硝化、还原、光气化甲苯二异氰酸酯聚氨酯类泡沫塑料、聚氨酯橡胶二甲苯对二甲苯氧化对苯二甲酸聚酯树脂、涤纶间二甲苯异构化对二甲苯氨氧化间苯二腈农药、聚酰胺纤维邻二甲苯氧化邻苯二甲酸酐医药、染料、增塑剂萘氧化烷基萘脱烷基萘氧化乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇酸树脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸乙烯合成纤维、涂料、粘合剂加甲醛1，4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氢呋喃、γ-丁内酯、聚酯树脂二聚乙烯基乙炔粘合剂加氢丁二烯加HCl2-氯丁二烯氯丁橡胶氯化三氯乙烯、四氯乙烯溶剂加HF氟乙烯聚合聚氟乙烯合成气(CO+H2)补N2和变换N2-H2合成氨、尿素等改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液体燃料合成甲醇羰基合成醋酸氧化甲醛酚醛树脂、合成原料与异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）与CO合成甲酸甲酯甲酸加CO、O2草酸二甲酯乙二醇草酸同系化乙醇脱水乙烯合成二甲醚转化转化C2-C4烯烃汽油柴油机燃料0.2.2化工生产过程及流程•1、化工生产过程•化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。•2、化工生产工艺流程•（1）工艺流程和流程图2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》38化工生产过程2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》39产品分离与精制化学反应原料预处理达到所需状态和规格反应类型、反应器得到符合规格的产品回收利用副产物2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》40•（2）化工生产工艺流程的组织•从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》410.2.3化工过程的主要效率指标•生产能力和生产强度•化学反应的效率——合成效率•转化率选择性收率•平衡转化率和平衡产率2019/8/14《化工装置工艺操作与控制》420.2.3化工过程的主要