有机化工生产技术

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化工系:李红耀Tel:13931409351一、化学工业二、有机化工生产技术三、有机化工的原料来源绪论任务一有机化工生产技术化学工业指利用化学反应改变物质结构、成分、形态而生产化学品的制造工业。一、化学工业古代的化学加工化学工业的初级阶段18世纪中叶-远古时期制陶、酿造、冶炼化学工业大发展时期18世纪中叶-20世纪初硫酸、纯碱20世纪初至40~50年代合成氨、石油化工、高分子、精细现代化学工业20世纪60~70年代以来超纯物质、新型材料1.化学工业发展史42.化工行业的特点生产连续化,且工艺条件苛刻。原料、半成品和成品多是易燃易爆、有毒有害、有腐蚀的危险化学品。物质和能量消耗密集,环境保护和防治要求严格生产规模大型化,生产方式自动化。发展和更新速度快,多学科、知识和高新技术密集一、化学工业基本有机化学工业高分子化工有机精细化工生物化工……煤化工石油化工天然气化工一、化学工业3.化学工业的分类按产品分有机化学工业无机化学工业按原料分1.《有机化工生产技术》的研究目的理论上正确技术上可行经济上合理生产上安全核心保证二、有机化工生产技术有机化工生产技术是以有机化工产品为目标,研究化工生产全过程的学科。目的是实现化学生产:原料和生产方法的选择生产原理(化学反应式、化工热力学、动力学)操作条件的确定工艺流程的组织典型设备的结构和作用开停车与正常操作异常现象的分析与处理……2.《有机化工生产技术》的研究内容二、有机化工生产技术运用基础理论解决实际问题,做一名适应现代化工发展的优秀人才。有机化学物理化学化工原理分离工程反应工程化工生产技术3.《化工生产技术》的学习方法二、有机化工生产技术煤及其利用天然气及利用石油及利用三、有机化工的原料来源干馏(1)干馏:在隔绝空气条件下加热分解的过程。900~1100℃焦炭焦炉气粗苯氨煤焦油酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青三、有机化工的原料来源1.煤苯、甲苯、二甲苯H2、CH4、CO、N2C2H4、CO2合成气(H2+CO)(2)气化煤或焦碳900~1300℃三、有机化工的原料来源合成氨甲醇甲烷(3)液化煤直接液化间接液化合成气H2,10-20MPa,420-480℃二甲醚、烯烃、醋酸链接:南非萨索尔(Sasol)公司是目前全球唯一进行煤间接液化生产合成燃料的公司,产品有汽油、柴油、蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇等113种。1955年建第一座工厂,2003年生产成品油达740万吨,盈利高达数十亿美元。链接:神华作为全球第一个煤直接液化项目,2008年12月30日第一次试车成功,生产出合格油品和化工品,连续运转303小时后按计划停车,标志着我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。三、有机化工的原料来源链接:根据国家发改委组织起草的《煤炭深加工示范项目规划(送审稿)》:“十二五”期间,我国将在煤炭液化、煤制天然气、煤制烯烃、煤制合成氨—尿素、煤制乙二醇、低阶煤提质、煤制芳烃等七大板块安排重大示范项目。到2015年,基本掌握年产100万至180万吨煤间接液化、13亿至20亿标准立方米煤制天然气、60万至100万吨煤制合成氨、180万吨煤制甲醇、60万至100万吨煤经甲醇制烯烃、20万至30万吨煤制乙二醇,以及100万吨低阶煤提质等大规模成套技术,具备项目设计建设和关键装备制造能力。三、有机化工的原料来源(二)石油三、有机化工的原料来源(三)天然气三、有机化工的原料来源绪论——化工生产的通用基础知识任务二化工生产过程一、化工生产过程的组成二、原料预处理过程三、化工生产的反应过程四、产品的分离与提纯过程五、三废处理原材料一、化工生产过程粉碎混合加热压缩吸附等反应过程精馏吸收萃取结晶过滤干燥等三废处理产品副产物1.化工生产过程从原料开始到制成目的产物,要经过一系列物理的和化学的加工处理步骤,总称为化工生产过程。一、化工生产过程此外,为保证生产的正常运行,还需动力供给、机械维修、仪器仪表、分析检验、安全和环保、管理等辅助系统。2.化工生产过程的组成原料预处理化学反应产品的分离和提纯核心从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合反应器分离与再循环换热网络公用工程一、化工生产过程化工工艺过程的“洋葱”模型二、原料预处理过程(一)化工原料及产品化工原料化工基础原料化工基本原料辅助材料占生产成本的60~70%,劳动力一般不足10%1.化工原料煤、石油、天然气、生物质、空气、水、矿物质……三酸两碱三烯三苯乙炔萘合成气(CO+H2)氨气、氯气……助剂、添加剂、溶剂、催化剂……二、原料预处理过程2.化工产品化工产品:目的产物中间产品:下一道工序的原料,一般不能直接应用联产品:一套装置得到的两种或两种以上目的产物副产品:得到目的产物的同时伴随生成的非目的产物二、原料预处理过程(二)原料预处理的原则1.必须满足工艺主要是反应的要求2.简便可靠,工艺先进,节省投资3.充分利用反应和分离过程的余热及能量4.不产生污染,不造成损失5.尽量由原料生产厂家精制二、原料预处理过程(三)原料预处理方案初级原料一级处理化学要求去反应器原料全分析原料质量指标原料配比要求二级处理物理要求三级处理加料要求三、化工生产反应过程(一)反应类型反应机理简单反应只生成一种特定生成物,无选择性问题复杂反应平行、连串副反应,需考虑选择性可逆与否可逆受化学平衡限制,产物分离提纯,未反应物回收和循环使用不可逆几乎能进行到底热效应吸热温度条件完全不同,反应器类型也不同放热压力常压、加压和负压加压又分高、中、低压相态均相反应物、产物和催化剂处于同一相态非均相各组分处于两相或三相状态①反应动力学:根据生产能力定容积尺寸、设备类型等②热量传递:传热装置与方式、温度测量与控制系统等③质量传递与流体力学:加料泵调流量、搅拌、气体分布装置等④工程控制:临时接管、人孔手孔、防爆膜、安全阀、阻火器、催化剂加入卸出孔等⑤机械工程:强度、材料⑥技术经济管理的要求:结构要简单、便于安装检修、易于控制(二)反应设备的选择三、化工生产反应过程四、产品的分离与提纯过程(一)分离方法与设备净制(非均相)机械净制——重力沉降或旋风分离器湿法净制——湿式洗涤器、洗涤塔过滤净制——袋滤器电净制——电除尘器分离(均相)冷凝——如NH3的分离、CH3OH的分离吸收——如CO2的分离吸附——如用分子筛除去H2O(g)1.气体产物的分离四、产品的分离与提纯过程非均相——沉降、过滤、离心2.液体产物的分离均相——精馏、萃取四、产品的分离与提纯过程(二)分案的确定若产物中有固体,则先分离出来产物中对目的产物或后续工艺有害的物质先分离优先把未反应原料分离出来,循环利用最难分离或要求特高的先取出粗产物,再精制一般机械法——物理法——物理化学法——化学法先取出最多或最少,最易分离的组分四、产品的分离与提纯过程总结:工艺流程包括的设备反应物输送鼓风机、离心泵、输送带反应物精制除尘器、洗涤塔反应物混合混合器反应物预处理预热器、压缩机、高压泵反应物进行反应反应器、合成塔产物的分离设备冷凝器、气液分离器、旋风分离器、吸收塔、萃取塔主产物的精制设备精馏塔、干燥塔副产物的回收处理设备反应物、主产物、副产物、催化剂等储存设备五、三废处理(一)三废的来源1.化工生产的原料、中间体、半成品及成品2.化工生产过程中排放的废弃物化学反应不完全原料不纯或副反应跑冒滴漏燃料燃烧冷却水反应的转化物和添加物五、三废处理(二)三废的处理1.废气化学燃烧法、吸收法、吸附法及稀释法2.废水一级处理:除去0.1mm以上的固体、胶体和悬浮油类3.废渣化学与生物法、脱水法、燃烧法、填埋法、综合利用二级处理:用生物和化学法除去有机物及部分胶体三级处理:除去微生物、有机磷氮、可溶无机物生物处理:利用细菌将有机物氧化分解为无害物质一、生产能力与生产强度四、消耗定额二、空间速率与停留时间三、转化率、选择性和收率任务三化工生产的工艺指标绪论——化工生产的通用基础知识化工装置在单位时间内生产的产品量或处理的原料量。其中原料的处理量也称加工能力。(一)生产能力一、生产能力与生产强度千克/时(kg/h)吨/天(t/d)万吨/年(10kt/a)单位:1.定义2.表达方式一、生产能力与生产强度设计生产能力:企业建厂时在基建任务书和技术文件中所规定的生产能力。查定生产能力:根据企业现有的生产组织条件和技术水平等因素,而重新审查核定的生产能力。计划生产能力:也称现实能力,是企业计划期内根据现有的生产组织条件和技术水平等因素所能够实现的生产能力。包括两大部分,一是企业已有的生产能力,即近期内的查定能力;二是企业在本年度内新形成的能力。3.影响因素一、生产能力与生产强度设备因素:设备的大小、结构是否合理及套数。确定最佳工艺条件:指控制化学反应过程。人为因素:生产技术的组织管理水平操作人员的操作水平:一是按照工艺指标平稳操作;二是及时发现生产中出现的事故隐患并能正确的处理,防止事故的发生。设备的单位体积或单位面积的生产能力。)/()/(23hmthmkg、时空收率:催化反应装置的生产强度。)/()/(3hkgthmkg催化剂、催化剂(二)生产强度单位:一、生产能力与生产强度基础操作条件下的反应物在催化剂上的停留时间。单位时间内单位体积催化剂上所通过的反应物在标准状态下(0.1MPa、0℃)的体积流量。1][h)/(33hmNm催化剂单位:或单位:s2、停留时间(接触时间)二、空间速率与停留时间1、空间速率(空速)例:某低压法合成甲醇装置,操作压力为5MPa,温度为523K,铜基催化剂装填量为44.9m3,进塔合成气为280000Nm3/h。计算空速和接触时间。162369.44280000hVVSV催化剂反应气sVV07.153600107289.44气催化剂hmV/1072827352351.02800003气二、空间速率与停留时间解:1、转化率%100进入反应器的反应物量参加反应的反应物量(1)单程转化率x=(2)总转化率=%100进入到过程的反应物量物量过程中参加反应的反应循环流程(3)平衡转化率可逆反应,达到平衡时的转化率三、转化率、选择性、收率平衡转化率是一定条件下的最高转化率,该值可作为提高实际转化率、改进生产的依据。若反应过程中不断从反应区域取出生成物,使反应远离平衡,既保持了高速率,又使平衡不断向产物方向移动。近年来,反应-精馏等新技术应运而生。三、转化率、选择性、收率例1:乙炔与醋酸反应的工艺流程如图所示。新鲜乙炔的流量为600kg/h,混和乙炔的流量为5000kg/h,反应后混和物中乙炔的流量为4450kg/h,计算乙炔的单程转化率与总转化率。新鲜乙炔混和乙炔反应器分离塔混和器混和物粗产物释放乙炔循环乙炔解:%11%100500044505000乙炔单程转化率%67.91%10000650600乙炔总转化率三、转化率、选择性、收率2、选择性(产率)%100参加反应的反应物量应物量转化为目的产物的某反S表达主、副反应进行程度的大小,反映原料利用是否合理。三、转化率、选择性、收率当控制条件提高转化率时,有可能导致选择性的下降,一般要求选择性越高越好。如果选择性高而转化率很低,则设备生产能力大大降低。3、收率三者关系:%100通入系统的总反应物量应物量转化为目的产物的某反Y同转化率一样,若“系统”取反应器,称单程收率,若取整个生产系统,则为总收率。单程收率高,反映反应器生产能力大,意味着未反应原料回收和循环减少,标志着过程即经济又合理。单程收率=单程转化率×选择性三、转化率、选择性、收率%100混合原料的质量生成的目的产物的质量质量收率注意质量收率可能大于100%。当生产过程极其复杂,难以通过分析手段确定各组分含量时,可直接用质量收率来表示反应效果。三、转化率、选择性、收率4、质量收率例2:原料乙烷进料量为1000kg/h,反应掉乙烷量为600kg/h,得乙烯340kg/h,求反应转化率、选择性、收率及质量收率。解:C2H6→C2H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