化工装置工艺操作与控制

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1、化工装置工艺操作与控制*化工装置工艺操作与控制注意事项 考试 作业 考勤*化工装置工艺操作与控制20.1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*化工装置工艺操作与控制3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。*化工装置工艺操作与控制4现代化学工业的特点 1)原料、生

2、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*化工装置工艺操作与控制5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。*化工装置工艺操作与控制6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、

3、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。*化工装置工艺操作与控制7 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*化工装置工艺操作与控制80.1.2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

4、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*化工装置工艺操作与控制9两者相辅相承，密不可分化学工艺 个性 研究具体过程 从原料到产品*化工装置工艺操作与控制10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*化工装置工艺操作与控制

5、11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 。*化工装置工艺操作与控制12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

6、产的裂解汽油。 芳烃转化：芳烃的脱烷基化、烷基化、异 构化*化工装置工艺操作与控制13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*化工装置工艺操作与控制14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

7、的化工过程。*化工装置工艺操作与控制15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。*化工装置工艺操作与控制16 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。*化工装置工艺操作与控制17羰基化过程 RCH=CH2+CO

8、+H2 RCH2CHO 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。*化工装置工艺操作与控制18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。*化工装置工艺操作与控制19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

9、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。*化工装置工艺操作与控制20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*化工装置工艺操作与控制21 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。*化工

10、装置工艺操作与控制22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。*化工装置工艺操作与控制230.1.4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。*化工装

11、置工艺操作与控制240.2 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*化工装置工艺操作与控制250.2.1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*化工装置工艺操作与控制26*化工装置工艺操作与控制27*化工装置工艺操作与控制28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、

12、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

13、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

14、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，

15、4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氢呋喃、-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*化工装置工艺操作与控制39化工生产过程*化工装置工艺操作与控制40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 *化工装置工艺操作与控制41 （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*化工装置工艺操作与控制420.2.3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