化工生产技术,第一章 化工生产过程,第一章 化工生产过程,第一节 概 述 第二节 化工生产原料准备过程 第三节 化工生产反应过程 第四节 产物分离和提纯过程 第五节 产品后加工 第六节 化工三废治理 第七节 化工生产过程组织 思考习题 阅读天地 实例分析,第一节 概 述,化工生产过程（简称化工过程）:是原料通过各种设备，经过一系列的化学和物理的加工程序，转化成合格产品的加工过程 化工生产过程是若干个加工程序（简称工序）的有机组合，而每一个加工工序又由若干个（组）设备组合而成化工生产过程知识目标,第一节 概 述,例如：流体输送、传热、蒸馏、蒸发、干燥、结晶、萃取、吸收、 吸附、过滤、破碎等加工过程化工生产系统包括化学加工工序和物理加工工序化学工序：以化学方法改变物料化学性质的过程例如：磺化、硝化、氯化、酰化、烷基化、氧化、还原、裂解、缩合、水解等反应过程化学反应千差万别，按其共同特点和规律可分为若干个单元反应过程）,物理工序：只改变物料的物理性质而不改变其化学性质的操作过程，,一、化工生产工序,化工生产过程知识目标,第一节 概 述,二、化工生产过程组成,化工生产过程，一般包括：原料的净化和预处理、化学反应过程、产品的分离与提纯、三废处理及综合利用等。
化工产品种类繁多，性质各异，不同的化学产品，其生产过程不尽相同；同一产品，原料路线和加工方法不同，其生产过程也不尽相同化工生产过程知识目标,第一节 概 述,二、化工生产过程组成,5.三废处理（辅助工序） 化工废气、废水和废渣的处理，废热的回收利用等1.生产原料的准备（原料工序） 反应所需各种原、辅料的贮存、净化、干燥、加压和配制等操作2.反应过程（反应工序） 以化学反应为主，同时还包括反应条件的准备如原料的混合、预热、气化，产物的冷凝或冷却以及输送等操作3.产品的分离与提纯（分离工序） 将未反应原料、溶剂、主、副产物分离，对目的产物进行提纯精制4.综合利用（回收工序） 对反应生成的副产物、未反应的原料、溶剂、催化剂等进行分离提纯、精制处理以利回收使用化工生产过程知识目标,第一节 概 述,二、化工生产过程组成,为保证化工生产的正常运行，还需要动力供给、机械维修、仪器仪表、分析检验、安全和环境保护、管理等保障和辅助系统化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,一、化工原料,原料的部分原子必须进入到化工产品当中；,一种原料经不同的化学反应可以得到不同的产品；,不同原料经不同的化学反应也可以得到同一种产品；,在产品生产成本中原料费所占的比例很高，有时高达60～70％。
生产化工产品的起始物料 原料的特点：,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,1、化工基础原料,用来加工化工基本原料和产品的天然资源石油、天然气、煤和生物质以及空气、水、盐、矿物质和金属矿等突出特点：来源丰富，价格低廉,石油、天然气、煤,可持续发展是21世纪人类发展的必由之路，化学工业同样面临着一次新的革命，那就是如何利用有限的资源创造出更多的产品，为推动人类发展做出更多的贡献对化学工业有双重意义，既是原料，又是能源的是？,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,2、化工基本原料,自然界不存在，需经一定加工得到的原料通常是指低碳原子的烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和合成气、三酸、二碱、无机盐等常用的乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、甲烷、一氧化碳、氢气、氯气、氨气等三烯、三苯、一炔、一萘,三酸：,两碱：,盐酸、硫酸、硝酸,氢氧化钠、碳酸钠,？,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,3、辅助材料,辅助材料是相对于原料而言的，是在反应过程中可能进入产品，也可能不进入产品中的原料的成分化工生产中常用的辅助材料：助剂、添加剂、溶剂、催化剂等和原料的最本质区别？,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,二、化工产品,原料经过化学变化和一系列加工过程所得到的目的产物。
一种物质有时是原料，有时又是产品，要根据实际生产过程的需要具体确定化工产品中一般都含有原料中的部分原子,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,1 中间产品,中间产品一般不能直接应用，需经过进一步加工才能变成可直接利用的产品化工企业所生产的产品，大多属于中间产品化工生产过程中作为下一个工序原料的目的产物,一套生产装置在生产过程中同时得到两种或两种以上的目产物，我们将这两种或两种以上的目的产物互称为联产品2 联产品,化工生产过程知识目标,第二节 化工生产原料准备过程,3 化工副产品,降低成本和减少污染,化工生产过程在得到目的产物的同时，伴随着生成几种非目的产物，将这些副产物进行回收，提供给其他生产过程或部门的产品第二节 化工生产原料准备过程,化工主要产品,1．无机化工主要产品,2．基本有机化工主要产品,3．高分子化工主要产品,4．精细化工的主要产品,5．生物化工的主要产品,第二节 化工生产原料准备过程,三、原料预处理的原则,1．必须满足工艺要求,2．简便可靠的预处理工艺,3．充分利用反应和分离过程的余热及能量,4．尽量不要产生新的污染，不要造成损失,5．尽量研究和采用先进技术,6．投资节省，设备维护简便,7．尽量分工由生产厂家精制,第二节 化工生产原料准备过程,三、原料预处理方案的制定,1．原料的物理的和化学的要求,2．原料本身的情况,催化剂,催化剂是反应过程中一类特殊的“原料”； 现代化工生产中80％～90％的反应过程都使用催化剂； 催化剂的应用，提高了原料的利用率、扩大了原料来源和用途； 催化剂在环保、能源开发等方面也具有突出的作用； 催化剂作用研究已成为现代化学研究领域的一个重要分支。
催化剂,①加快化学反应速度，提高生产能力；②对于复杂反应，可有选择地加快主反应的速度，抑制副反应，提高目的产物的收率；③改善操作条件、降低对设备的要求，改进生产条件；④开发新的反应过程，扩大原料的利用途径，简化生产工艺路线，从而提高设备的生产能力和降低产品成本；⑤消除污染，保护环境催化剂的作用：,催化剂,（1）主催化剂 对主反应具有催化活性的主要物质 单独存在具有显著的催化活性 常由一种或几种物质组成，大多数为过渡金属、金属的合金、金属的氧化物、金属陶瓷、金属氯化物、金属的盐类、金属络合物类等，如Pd、Ni、V2O5、MoO3等固体催化剂的组成 ：,催化剂,（3）抑制剂 抑制一些不希望出现的副反应，从而提高催化剂的选择性的物质； 称为调节剂或抑制剂,固体催化剂的组成 ：,（2）助催化剂 一些本身没有催化性能，却能改善催化剂性能的物质 称为调节剂或抑制剂,催化剂,（4）载体 载体是催化剂组分的分散、承载、粘合或支持的物质； 载体作为催化剂的支架，是催化剂组成中含量最多的一种成分； 载体是具有高比表面积的固体物质（多孔物质）；如硅酸盐类硅藻土、蒙脱石、沸石等天然无机氧化物；硅胶、活性炭、人造沸石、分子筛等人工合成的多孔物质，,固体催化剂的组成 ：,催化剂,提高催化剂的机械强度和热传导性； 减少催化剂的收缩，防止活性组分烧结，从而提高催化剂的热稳定性； 增大催化剂的活性、稳定性和选择性； 降低催化剂的成本，特别是对贵重金属（Pt、Pd、Au等）催化剂显得更为重要。
载体的主要功能：,催化剂,溶解、沉淀、浸渍、洗涤、过滤、干燥、混合、熔融、成型、煅烧、还原、离子交换等单元操作的一种或几种来进行配制,固体催化剂的制备方法：,催化剂,（1）比表面 （2）活性 （3）选择性 （4）催化剂的强度、形状和密度 （5）催化剂的使用寿命,固体催化剂的性能指标 ：,催化剂,催化剂从开始使用直到经过再生也不能再恢复其活性，从而达不到生产规定的转化率和收率指标为止的时间； 不同的催化剂有其自己的“寿命”曲线，即活性随时间变化的曲线催化剂的使用寿命：,催化剂,催化剂的寿命曲线：,曲线分为三个时期：,延长使用寿命具有重要意义,成熟期,稳定期,衰老期,催化剂,（1）中毒及碳沉积,催化剂中毒的一种形式是毒物将催化剂活性物质转变成钝性的表面化合物，使其活性迅速下降另一种情况是一些重金属（Ni、Cu、V、Fe等）化合物沉积在催化剂上，使选择性下降有时某些毒物阻塞了孔隙，使反应物不能到达催化剂的活性表面 碳沉积指的是一些有机反应物在进行主反应的同时，因深度裂解而生成碳或由于聚合反应生成聚合物、焦油等物质覆盖了催化剂表面，使催化剂失去活性催化剂活性衰退的原因 ：,催化剂,（2）化学结构的改变,催化剂在反应条件下逐渐改变结构如再结晶、熔结、分散、松驰等。
如果反应条件控制不好，温度过高或局部过热时更容易引起化学结构的改变催化剂活性衰退的原因 ：,由于氧化还原反应的发生及催化剂某些组分挥发或被反应物带走等原因，都会导致催化剂化学组成的变化，从而便其活性降低3）催化剂成分的改变及损失,催化剂,催化剂的再生 ：,催化剂的活性丧失可能是可逆的，也可能是不可逆的 经再生处理后可以恢复活性的属可逆，称为暂时性失活如由于碳沉积或可以复原的化学变化（如氧化）等引起的活性降低，都是可逆的 经再生处理而不能恢复活性的为不可逆，称为永久性失活如由于局部过热引起的活性结构改变以及永久性中毒等，这时催化剂只能废弃，要更换新的催化剂第三节 化工生产反应过程,化工生产过程包括物理过程和化学反应过程，其中化学反应过程往往是生产过程的关键反应过程进行的条件对原料预处理提出了一定的要求； 反应进行的结果决定了反应产物分离与提纯的任务； 反应进行的结果决定了未反应物的回收利用； 反应过程的改变将引起整个生产流程的改变因此，反应过程是化工生产全局中的关键环节,第三节 化工生产反应过程,按反应机理分：简单反应、复杂反应,反应过程的分类：,按反应机理分：简单反应、复杂反应,按反应可逆性：可逆反应、不可逆反应,按反应热效应：吸热反应、放热反应,按反应物系相态 ：吸热反应、放热反应,按操作方式 ：间歇过程、连续过程、半连续过程,化工生产过程知识目标,第三节 化工生产反应过程,反应过程的分类：,间歇过程：分批处理物料，周期操作。
设备中的物料浓度等操作参数随时间变化，是一种非稳态操作过程连续过程：与间歇过程相反，连续过程是均匀加入原料，连续取出产品，设备内各处的物系参数不随时间而变，是一种稳态的操作过程半连续过程：半连续或半间歇过程介于前两种之间，或是间歇加入物料连续取出产品，或是连续加入物料分批取出产品，仍然是一种非稳态操作过程化工生产过程知识目标,第三节 化工生产反应过程,反应过程的分类：,在反应器内进行的反应过程，除化学反应外，还伴随着“三传”等物理现象化工生产过程知识目标,第四节 产物分离和提纯过程,产物是指从反应器中出来的物料； 多数反应产物是混合物，包括未反应掉的原料和反应生成物； 气相反应器和气固相反应器的产物主要是气体产物和夹带的催化剂粉尘； 液相反应器的产物主要是液体产物与液固混合物； 气液相和气液固三相反应器的产物则有气体产物、液体产物和液固混合物产品由产物分离所得到，并进一步提纯至一定产品的规格； 通过产物分离使未反应的物料得以循环利用因此： 产物的分离和提纯是化工生产中的重要环节，对保证产品质量和生产过程的经济效益起着重要作用化工生产过程知识目标,第四节 产物分离和提纯过程,一、分离方法 l．气体产物的分离,（1）气体的净制 指除去气体产物中的固体颗粒和雾滴。
按照净制原理不同，气体净制方法分四类：,化工生产过程知识目标,第四节 产物分离和提纯过程,（2 ）气体产物的分离,吸附是某些分子在多孔性固体吸附剂表面上浓集的过程选择适当的吸附剂就可以吸附气体或液体产物中的某些组分而不吸附其余的组分，从而使气体产物得以分离分离方法：冷凝、吸收和吸附冷凝是将压缩气体或饱和蒸汽冷却降温，使气体或蒸汽转变为液体的过程掌握一定的温度和压力，可将气体中。