有机化工生产技术

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1、有机化工生产技术,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4050年代,合成氨、石油化工、高分子、精细,现代化学工业,20世纪6070年代以来,超纯物质、新型材料,1. 化学工业发展史,4,2. 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

2、、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,安全生产,终身学习,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

3、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。,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。,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、N2 C2H4 、CO2,合成气 （H2+CO ）,（2）气化,

4、煤或焦碳,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

5、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,本节结束,绪论化

6、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,精馏 吸收 萃取 结晶 过滤 干燥 等,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,从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合,一、化工生产过程,化工工艺过程的 “洋葱”模型,二、

7、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6070%，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

8、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,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,反应动力学：根据生产能力定容积尺寸、设备类型等 热量传递：传热装置与方式、温度测量与控制系统等 质量传递与流体力学：加料泵调流量、搅拌、气体分布装置等 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 机械工程：强度、材料 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

9、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

10、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,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

11、,生物处理：利用细菌将有机物氧化分解为无害物质,本节结束,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

12、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。,时空收率：催化反应装置的生产强度。,（二） 生产强度,单位：,一、生产能力与生产强度

13、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（0.1 MPa、0 ）的体积流量。,单位：s,2、 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280 000 Nm3/h。计算空速和接触时间。,二、空间速率与停留时间,解：,1、转化率,（1）单程转化率x =,（2）总转化率=,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

14、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。,解：,三、转化率、选择性、收率,2、选择性(产率）,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

15、低，则设备生产能力大大降低。,3、收率,三者关系：,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,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 C2H4 +H

16、2,或=60%60.7%=36.42%,三、转化率、选择性、收率,生产单位产品所消耗的各种原材料的量。,消耗定额是反应生产技术水平和管理水平的一项重要经济指标，是企业管理的基础数据之一。,四、消耗定额,原料利用率,=1-原料损失率,包括原料和公用工程（水、电、气、汽、冷）,四、消耗定额,【例3】用氟石（含96%CaF2和4%SiO2）为原料，与硫酸反应制HF，氟石转化率为95%，主、副反应式分别为：CaF2+H2SO4CaSO4+ 2HFSiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O求HF的原料消耗定额。,作业,1. 在一套乙烯液相氧化制乙醛的装置中，通入反应器的乙烯量为7000kg/h ，得到产品乙醛的量为4400kg/h，尾气中含乙烯4000kg/h，求原料乙烯的转化率、产品乙醛的收率和质量收率。 2. 以乙烷为原料裂解生产乙烯，通入反应器的乙烷为7000 kg/h ，参加反应的乙烷量为4550 kg/h，没有参加反应的乙烷的5%损失掉，其余都循环回裂解炉。得到乙烯3332kg/h ，求乙烯的原料消耗定额。,