化工工艺流程设计教学课程.pptx

第五章?? 化工工艺流程设计;要求（1）确定整个流程的组成 例如 合成氨生产工艺;(2) 确定各个过程或工序的组成 例如 合成氨工艺中的变换工段;(3) 确定操作条件。 ⅰⅰ）反应器操作参数的确定 1）温度 a 可逆反应的平衡（吸热或放热） 如：EB ? Sty + H2 +△H 采用二段反应，温度序列为先低后高 b 考虑反应的选择性（按主付反应活化能的大小） 如 A P A S 如果E1为主反应的活化能，且 E1﹥E2 则高温有利于主反应 ;; C6H6: Tb=353.1k C6H12 : Tb=353.9k 苯与环己烷很难分离，因此采取氢气过量，苯完全反应。 c 反应的浓度效应（浓度对主付反应速率的影响） d 分离循环费用 4）反应的转化率 a 转化率和所需反应时间的关系 b 各种转化率下的产品分布 c 反应系统和分离系统的设备价格 ⅱ）精馏塔工艺参数的确定 1）塔压（实质上是塔顶塔釜温度选取的问题）; a 尽量避免真空操作（增加真空泵和塔径） b 常压下能用普通冷却水冷却，就不宜采取加压 c 对于P﹥1.6MPa时，究竟采用低压冷冻，还是高压冷却，需 作方案比较。 2）回流比 a 对于价格高昂的公用工程，取常规R/Rmin(1.11～1.24)的范 围低限 。 b 若回收的冷量或热量可利用，取常规R/Rmin的高限。 c 对于产品纯度极高的精密精馏，取较大R/Rmin值（因为 R/Rmin较小，塔板数急剧增加） 3）产品纯度和回收率 （正确选定产品的纯度有重大的经济意义）;(4) 确定控制方案。 a 离心泵的流量控制;; C 两个液相的界面控制(液-液分离）;d塔压调节; (5) 确定过程的综合平衡 (6) 确定三废治理方法。  (7) 制定安全生产措施。  (8) 其他实际要求（清洗、冷凝 水回用、副产物的利用等）。 ;二化工过程合成方法 （一）反应过程的合成 首先确定过程性质和输入、输出条件。 性质：连续或间歇（产量、市场需求、操作上特殊要求） 输入条件：进口的原料是否需经预处理（根据杂质的毒性、反应性、量） 输出：确定目的产???和流股数 （反应产品有6个去向：主产品、联产或副产品、低价值的燃料、排空、循环、有害物去三废处理）;例 乙苯反应器内的反应如下 乙烯+苯→乙苯 乙苯+乙烯→二乙苯 二乙苯+苯→乙苯 二乙苯+乙烯→三乙苯 三乙苯+苯→乙苯，二乙苯 乙苯、二乙苯→甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、杂环化合物 各类副产物中，除杂环化合物在高温下聚合，其他副产物的生成都为可逆反应。 乙烷、乙烯→放空或排至燃料气管网 苯、甲苯→循环 乙苯→主产品（出反应器） 二乙苯、三乙苯、异丙苯、正丁苯→循环 杂环化合物→低值副产品;反应器的选型 1反应器的分类 形状：管式、釜式、塔式 换热方式：等温、绝热、非等温非绝热 反应物系的相态：均相、非均相（气固、气液、气液固） 2反应器选型的方法 形态分析法：对一个问题的各个部分的所有可能方案进行分析和评价，用逻辑结构代替随机的想法，从而筛选出最佳方案。 过程分为二步 分支：找出所有可供选择的方案。 收敛：根据若干判据对各个供选择的方案进行淘汰。 ;3反应器选型判据： 反应器类型（即反应介质的相态，此为最简单、首先使用的判据） 催化剂失活速度 由反应的浓度效应决定的混合要求 由反应的热负荷和温度效应决定热量传递和温度控制要求 相际传质和化学反应的相对速度 主要工艺参数选择（略） ;（二）分离过程的合成 分离方案数;1分离方法选择 探试规则：根据过去的经验和研究对象的热力学性质进行半定量分析所得的结论。 根据探试规则得出的结论不一定是最佳方案，但是它能大幅度减少可能的方案数，从而提高设计速度。 几个名词定义： 分配系数：在平衡状态下某组分在轻相与重相中分子分数的比 分离因子：两个组分分配系数的比例 质量分离剂和能量分离剂：加到分离单元，对所需要的分离做出贡献的组分 次序表：进料各组分按照分配系数递减的次序所排列的表 关键组分：决定分离要求的两个组分;选择分