化学过程和过程.doc

第二章 化工生产过程及流程 第一节 化工生产过程及流程 2 第二节 化工过程的主要效率指标 3 第三节 反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2 第四节 催化剂的性能及使用 1 第五节 反应过程的物料衡算和热量衡算 （在化工设计中讲） 主要内容：了解和掌握生产过程的内容及生产工艺流程，掌握化工过程的主要效率指标及其计算，了解和掌握各种反应条件及其对化学平衡和反应速率的影响，了解和掌握催化剂、催化剂性能及使用。 授课方式：重点采用课堂讲授，利用启发式、提问式与讲解式相结合的方法，并将理论与实际化工厂相结合进行讲解，同时选部分内容让学生自学。 重点和难点：生产工艺流程、化工过程的主要效率指标及其计算，反应条件及其对化学平衡和反应速率的影响，催化剂性能等。 第一节 化工生产过程及流程 一、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。 （1）原料预处理 主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格。例如固体需破碎、过筛；液体需加热或气化；有些反应物要预先脱除杂质，或配制成一定的浓度。在多数主产过程中，原料预处理本身就很复杂，要用到许多物理的和化学的方法和技术，有些原料预处理成本占总生产成本的大部分。 （2）化学反应 通过该步骤完成由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。反应温度、压力、浓度、催化剂（多数反应需要）或其他物料的性质以及反应设备的技术水平等各种因素对产品的数量和质量有重要影响，是化学工艺学研究的重点内容。 化学反应类型繁多，若按反应特性分，有氧化、还原、加氢、脱氧、歧化、异构化、烷基化、脱基化、分解、水解、水合、偶合、聚合、缩合、酯化、磺化、硝化、卤化、重氮化等众多反应；若按反应体系中物料的相态分，有均相反应和非均相反应（多相反应）；若根据是否使用催化剂来分，有催化反应和非催化反应。 实现化学反应过程的设备称为反应器。工业反应器的类型众多，不同反应过程，所用的反应器形式不同。反应器若按结构特点分；有管式反应器（装填催化剂，也可是空管）、床式反应器（装填催化剂，有固定床、移动床、流化床及沸腾床等）、釜式反应器和塔式反应器等；若按操作方式分，有间歇式、连续式和半连续式三种；若按换热状况分，有等温反应器、绝热反应器和变温反应器，换热方式有间接换热式和直接换热式。 （3）产品的分离利精制 目的是获取符合规格的产品；并回收、利用副产物。在多数反应过程中，由于诸多原因，致使反应后产物是包括目的产物在内的许多物质的混合物，有时目的产物的浓度甚至很低，必须对反应后的混合物进行分离、提浓和精制才能得到符合规格的产品。同时要回收剩余反应物，以提高原料利用率。 分离和精制的方法和技术是多种多样的，通常有冷凝、吸收、吸附、冷冻、闪蒸、精馏、萃取、渗透膜分离、结晶、过滤和干燥等，不同生产过程可以有针对性地采用相应的分离和精制方法。分离出来的副产物和“三废’也应加以利用或处理。 二、化工生产工艺流程 1工艺流程和流程图 原料需要经过包括物质和能量转换的一系列加工，方能转变成所需产品实施这些转换需要有相应的功能单元来完成，按物料加工顺序将这些功能单元有机地组合起来，则构筑成工艺流程。将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程（或将一个过程的主要设备、机泵、控制仪表、工艺管线等按其内在联系结合起来，实现从原料到产品的过程所构成的图）。 化工生产中的工艺流程是丰姿多彩的，不同产品的生产工艺流程固然不同，同一产品用不同原料来生产，工艺流程也大不相同；有时即使原料相同，产品也相同，若采用的工艺路线或加工方法不同，在流程上也有区别。 工艺流程多采用图示方法来表达．称为工艺流程图（flowsheet或process flowsheet）。 在化学工艺学教科书中主要采用工艺流程示意图，它简明地反映出由原料到产品过程中各物料的流向和经历的加工步骤，从中可了解每个操作单元或设备的功能以及相互间的关系、能量的传递和利用情况、副产物和三废的排放及其处理方法等重要工艺和工程知识。 2 化工生产工艺流程的组织 工艺流程的组织或合成是化工付程的开发和设计中的重要环节。组织工艺流程需要有化学、物理的理论基础以及工程知识，要结合生产实践，借鉴前人的经验。同时，要运用推论分析、功能分析、形态分析等方法论来进行流程的设计。 推论分析法 是从“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。 功能分析法 是缜密地研究每个单无的基本功能和基本属性，然后组成几个可以比较的方案以供选择。因为每个功能单元的实施