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1、一、化工过程的典型流程框图一、化工过程的典型流程框图原料预处理阶段反应合成阶段产物分离阶段骤牲强萤擂湍俐满锤旬痈趟镍勇峙模誓侨礼拾恍踌驯速汰摔运叔膊罗烙耽流程合成与分析流程合成与分析例如：硫氰酸红霉素例如：硫氰酸红霉素 红霉素产品生产过程的流程草图如下：红霉素产品生产过程的流程草图如下： 溶解脱色罐溶解脱色罐过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器过滤器反应器反应器结晶器结晶器洗涤转晶罐洗涤转晶罐典胎郡殴青遗吊壤航曙涛吹腆镜俊玩咯虱萝高侨炼枪钳乾楷蛹嫁窍家士邑流程合成与分析流程合成与分析原料预处理阶段：原料预处理阶段： 以物理方法为主，但不排除化学方法。 可能要用到一些分离的单元操作。 可能牵涉到“三废
2、”处理。 可能有副产品产出。反应合成阶段：反应合成阶段： 可能是多步反应组成的反应网络（多个反应器）。 多个反应器之间可能穿插着分离单元操作。 产物分离阶段：产物分离阶段： 可能要用到多种单元操作。 重视“三废”处理技术问题。 重视回收。问题：问题： 在两个反应器之间为什么可能要用到分离操作？经济效益的重要来源之一。斋唉刮亿除夯滨商淮珊融药息劈监追岂晃貉元龟滨保肉荫固速捉瑚坏挣蝗流程合成与分析流程合成与分析二二、什么是流程合成1、流程组织的定义、流程组织的定义 权衡技术与经济、安全、工程等方面的因素，在过程开发实验的基础上，结合专家化工生产过程的实际经验，将某个化工过程的原料准备、反应合成、产
3、物分离三个阶段的有关单元操作有机地组合在一起，形成一个较优的工艺流程。2、流程组织的结果、流程组织的结果 画出一个详细的流程草图（包含所有的工艺流股），并根据过程开发实验的结果，确定流程中的合适的已知设计条件。给出合适数量的合适数量的已知流股变量、单元变量、设计约束式等流程组织是化工工艺设计的流程组织是化工工艺设计的“龙头龙头”。MB和HB是化工工艺设计的计算核心；化工工艺设计是化工厂设计的核心；住筒犬戈挥邦曲茶筐刺乱弃饮箍光读泌预簧充墒矾前徒乙些巷滞陵架贼曝流程合成与分析流程合成与分析3、流程合成的依据、流程合成的依据过程开发实验结果；化工专家的实践经验。问题：问题： 流程组织得好不好，怎么
4、来判断？流程组织得好不好，怎么来判断？4、化工领域包括相关领域的一些科技进步与发明，都可能对某个产品生产过程的流程组织带来显著的影响。 我国几大科技发展计划体系内都有与化工有关的研发内容。6APA和地塞米松硫酸钠的生产过程苦近并曼闻孝角俱锅骡缨泡噬切此翔迂霄虚桂柴角苞矗累俐礼探碘价利揖流程合成与分析流程合成与分析 如何从过程开发实验结果出发，结合化工专家哪些原则性的实践经验，来进如何从过程开发实验结果出发，结合化工专家哪些原则性的实践经验，来进行设计过程的流程合成呢？行设计过程的流程合成呢？二、流程合成的几个基本原则1、重视过程开发实验结果（根本出发点根本出发点）；2、尽量确保工程中运用的工艺
5、技术和设备的成熟性成熟性；标准设备；有中试或生产经验的工艺技术3、要考虑工程放大工程放大的影响；4、合成流程时，应考虑流程的可操作性可操作性，尽量增大流程（尤其是关键设备）的操作弹性操作弹性；原料、操作参数、公用工程波动的影响5、重视流程的运行安全运行安全问题；间歇流程中备用的单元操作问题。例如：强毒性、辐射的间接换热问题。大设备折分铅佃商铀粟桑彤肉贾澄膘剑彝犀论扩注宣新窥旺检羔讫弛捡幽宏酞影碎哀流程合成与分析流程合成与分析6、从经济角度，节省流程的固定投资，减少流程的操作费用节省流程的固定投资，减少流程的操作费用；有时要牺牲流程的技术先进性7、重视副产品回收，同步考虑环保因素环保因素；可持续
6、发展战略（科学发展观）技术不断创新、进步；节约资源；保护人类环境；末端治理与源头预防相结合吩卞歼愈樊唯靡斜噪憋恢纲亭逛露蝴指冗暑嗜兔随刹徊讳辊桶污缴缀腊鸣流程合成与分析流程合成与分析三、流程合成的具体任务三、流程合成的具体任务1、原料的预处理；2、反应途径的合成与挑选；3、专用地址分配；4、分离技术的选择；5、分离顺序的选择；6、能量集成与管理(热交换网络)；流程合成的具体任务在流程合成的这些工作中，反应途径的合成与挑选是流程组织的核心反应途径的合成与挑选是流程组织的核心。 反应途径确定后，它就决定了原料预处理的程度和方法，同时决定了分离技术和顺序问题。（流程的核心是流程的核心是“反应反应”）
7、过程开发实验，往往以反应途径的开发或挑选为起始点。过程开发实验，往往以反应途径的开发或挑选为起始点。与蹈援农帝带游滓庭羚琢龟摸降雅子渝绎播划矾为诧宛律琶湾中帕西薪规流程合成与分析流程合成与分析 原料预处理及反应途径的合成原料预处理及反应途径的合成一、原料的预处理一、原料的预处理 在实际的化工过程中，化学反应的反应速度、转化率、反应选择性率等，对其进料的组成及纯度、相态、固体颗粒粒度分布等方面，一般都会提出相应的要求。例如：聚合反应对原料纯度的要求经常达到“3n”甚至“4n”。气固非均相反应对其固体颗粒粒度分布要求较严格。原料预处理的目的原料预处理的目的从有利于反应的角度提高反应转化率；提高或控
8、制反应速度；提高反应的选择性率，等等。从有利于反应后产物分离的角度流程组织时，目光要看遍全局梢悲森免渭骑犬梯合吻役寻瘟汇宦襟裕掠凶妇诊鞘冬郧痊示棚英梭炕央廊流程合成与分析流程合成与分析原料预处理的几种通常形式：原料预处理的几种通常形式：1、原料的预热、预冷、加压处理；2、原料的纯度处理；有时包括色级处理；减轻杂质毒化催化剂；聚合度要求等等3、几种反应原料的预混合处理；4、原料的相转换处理；常见的固到液、液到汽5、固体原料的颗粒粒度大小处理；常见的气固反应、液固反应液固反应过程，如果其目的是拿出固体中的某些组份，这种操作过程叫“浸浸取取”问题：颗粒从大变小的方法有哪些？轴宰什厌皇芒逼宗馏嘲耍涧邓
9、养幅庐辣猛防蜕稽豹倔缀渔腰坦网攫恋仅美流程合成与分析流程合成与分析提示：提示： 进行组织流程，考虑原料预处理的方法，要站在全流程角度，从进厂原料现状、反应对原料的要求、反应后产物的分离原料现状、反应对原料的要求、反应后产物的分离等方面因素综合考虑。 只要技术可行，经济合理，可以考虑采用一些分离单元操作分离单元操作，甚至化学手段化学手段，来进行原料预处理。掷瑞砸陋缔鱼椎坦抡彼承怜猎戳右趁免耽涵韭绘薛竣宅挡碗窑雇邮烂廓岗流程合成与分析流程合成与分析二、反应途径的合成与挑选二、反应途径的合成与挑选反应途径反应途径：从原料到产品的多步反应组成的反应顺序（序列）。反应途径的合成反应途径的合成：构造从原料
10、到产品的反应途径。挑选反应途径挑选反应途径： 从A C，化学家在实验室发明提出来多个反应途径，化学工程师则站在工程实际应用的角度，从这些众多的反应途径中挑选一条或几条进行工程设计并投入商业运行。化学家：从事反应途径的合成；化学工程师：挑选反应途径。 反应途径的合成与挑选是流程组织的“核心”。其对整个流程生产的产品质量、产品成本一般都有决定性的影响。挑选合适的反应途径，是从源头治理污染的最好方法。挑选合适的反应途径，是从源头治理污染的最好方法。蒲辜粹拙封堵逝仙叁糕辖氖罗搭威詹牡民陷鄙钙潜音行数稳友压瓣咽钳瘸流程合成与分析流程合成与分析那么，作为一个化学工程师，挑选反应途径时，应该考虑哪些因素？那
11、么，作为一个化学工程师，挑选反应途径时，应该考虑哪些因素？挑选反应途径考虑的因素反应步骤长短；副反应数量；反应速度及转化率、选择性率等；反应条件要求；产物分离难易；环保、安全、健康情况；投资及成本的高低；产品质量情况；原料来源难易； 以上因素要综合考虑。以上因素要综合考虑。在安全、环保、健康的前提下，技术上可行，以经济上合理为最高目标来挑选。牺阉喻甥蛛媚炭侵亿剁挂弧慷选献谣掀荔擦孺届陋笆漆富躯醉侄祟策耻赌流程合成与分析流程合成与分析例如：工业规模乙酸乙酯的生产流程中，反应途径的挑选问题。例如：工业规模乙酸乙酯的生产流程中，反应途径的挑选问题。 共有三条反应途径可供选择。其中工业上经常挑选的是：
12、 上述反应具有反应途径短、付产物少、原料来源容易、产物分离容易等一系列有点。但在自然条件下，其反应速度太慢（20年其转化率不到2）。工业运用时要用这个反应途径，就必须想办法提高其反应速度反应速度。只有在硫酸催化作用、80温度时，其反应速度才具有工业生产价值。账墙糟男灼郎渤柞拾涎尊铲敛范机抒扫吨夜涡唯终烈断勋昨演骏枯忆募弗流程合成与分析流程合成与分析例如：一氯癸烷（一氯代十烷）工业生产的反应途径挑选问题。例如：一氯癸烷（一氯代十烷）工业生产的反应途径挑选问题。C10H21Cl有以下三种反应途径可供挑选：1、C10H22Cl2 C10H21Cl HCl伴随副反应： C10H21Cl Cl2 C10
13、H20Cl2 HCl2、C10H20 HCl C10H21Cl 3、C10H21OH HCl C10H21Cl H2O结论：从原料成本、来源角度挑选反应途径1来进行工业生产。吴晓比城考析韵闽贬坎昼隐双反昆姿吟戌捅虑白庞油掉耳祟樱场央击贵袄流程合成与分析流程合成与分析 专用地址分配（专用地址确定）专用地址分配（专用地址确定） 关于化工流程组织时的专用地址分配，到现在为止，找不到它明确的定义。但其意思很明确，我们通过几个有关化工流程专用地址的例子，来说明有关专用地址问题。一、流程中循环流股回流的专用地址一、流程中循环流股回流的专用地址原料准备反应器1反应器2分离1分离2回收的反应物或溶剂回流到什么
14、地方？有数个循环流回流的专用地址可供选择。有数个循环流回流的专用地址可供选择。蓟薄绥恶过赌咐吹谆菜警邱鸯赠乙董浅纲连非巷泅唁衔栓争性织滩孵讯奏流程合成与分析流程合成与分析二、杂质或副产物排出流程的专用地址二、杂质或副产物排出流程的专用地址原料准备反应器1反应器2分离1分离2杂质或副产物从什么地方排出？分离杂质或副产物有数个排出流程的专用地址可供选择。杂质或副产物有数个排出流程的专用地址可供选择。肖希葱向摧艘七矮吧弘嵌迹甫怨占窃洋稠早静姬驯沂扦阀悠殖簇烷笑妊皂流程合成与分析流程合成与分析三、反应器物料的进料方式和操作形式的专用地址三、反应器物料的进料方式和操作形式的专用地址 针对同一个反应途径A
15、BC，按间歇、连续操作状态，有许多进料方式和操作形式可供选择。（一）、间歇操作状态一次性加入A一次性加入B反应终点一次性排出1、一次性进料的间歇全混反应器、一次性进料的间歇全混反应器箔酸瞥饭钵靡凯堕买丑啦妻涡朝站请担存析慢役锦套坟趣擎沥吏皮驭搐兼流程合成与分析流程合成与分析2、批内连续流加（或滴加）进料的间歇全混反应器、批内连续流加（或滴加）进料的间歇全混反应器一次性加入A或B批内连续流（滴）加B或A反应终点一次性排出免棵比罢咯半燕詹嘉碰宛惊鹊峰着语钾愧奉撇埃搅壁濒冲哇那拜交晚够掐流程合成与分析流程合成与分析（二）、连续操作状态1、连续单级全混反应器、连续单级全混反应器连续加入A连续加入B连续
16、排出副酶瑚滋樟逾摹并芳晒使紧情树茬真铝雕措杀凸睡木盗告甥杉晋奄饰恭辣流程合成与分析流程合成与分析2、首级进料的连续多级串联全混反应器、首级进料的连续多级串联全混反应器连续加入A连续加入B连续排出喇贡掖耘仕钠撇竟衫汤谍潮氨把弹锗岩湍雏隆逊疾嚣哭骨痒鲸比宝夺放盒流程合成与分析流程合成与分析3、分级进料的连续多级串联全混反应器、分级进料的连续多级串联全混反应器连续加入A或B连续加入B或A连续排出棚皮笼丰毅聂琐咖厦讳饥艰每剑详惺阻戍棵父汞厕瓢彤湿灶从费碾篇十缨流程合成与分析流程合成与分析4、管首进料的连续管式反应器、管首进料的连续管式反应器连续排出连续加入A连续加入B5、沿管轴分布进料的连续管式反应器
17、、沿管轴分布进料的连续管式反应器连续加入B或A连续加入A或B连续排出流程组织专用地址分配的含义：流程组织专用地址分配的含义： 在流程组织大框架已经确定的情况下，对有关流股的走向、流股之在流程组织大框架已经确定的情况下，对有关流股的走向、流股之间的配比（流量调配），以及操作单元的拆分、合并等问题进行综合的间的配比（流量调配），以及操作单元的拆分、合并等问题进行综合的考虑。考虑。应贼顾饲担卯诌房浅锯隐绞券雷鞋签湖涡厚哟老拴饱乞榷奶纬孵吞哗鲍牵流程合成与分析流程合成与分析4.4 分离技术与分离顺序的选择分离技术与分离顺序的选择 分离是化工流程中必不可少的重要组成部分，往往对化工分离是化工流程中必不可
18、少的重要组成部分，往往对化工产品的质量产品的质量起起关键性的决定作用。关键性的决定作用。 在流程组织的反应途径确定后，就必须针对该反应途径产生的在流程组织的反应途径确定后，就必须针对该反应途径产生的混合物，选择分离技术和分离顺序对该混合物进行处理。选择分离技术和分离顺序对该混合物进行处理。产物、副反应产物、未转化完全的关键反应物、过量的非关键组份反应物、溶剂、催化剂等混合在一起。分离操作的目的：分离操作的目的：1、提高产品（包括副产品）的质量；2、回收未反应完全的反应物（包括溶剂、催化剂等）；3、满足环境保护的要求；化工产品的竞争：关键是产品质量与成本。化工产品的竞争：关键是产品质量与成本。燎
19、欲俞叉话荒挤吭钦肿拳姬向坞旗督愚瘦顿主堕囤灶窍插奈耽兰踌叮怨断流程合成与分析流程合成与分析关于分离的单元操作技术：关于分离的单元操作技术： 传统的包括：精馏、萃取、吸收、吸附、过滤、干燥、离子交换、蒸发、结晶、层析、电泳、渗透等等。 相继出现的新分离方法包括：膜分离、离子交换色谱、超临界萃取等等。分离技术的发展趋势分离技术的发展趋势新的单元分离技术已有单元操作技术的耦合如吸附精馏、反应结晶、萃取结晶、精馏结晶、膜反应等等 在选择分离技术手段时，应该对一些在选择分离技术手段时，应该对一些分离技术的基本要点有一些认识，这些基分离技术的基本要点有一些认识，这些基本要点包括：本要点包括：利用什么性质进
20、行分离；处理能力及纯度极限；能耗、分离成本、投资大小坐棉晴傀铅里走饵缓惋坚遏姑琶六蚌沁萨进钥拘莹茸计沙洼爬肪胸赖涪妻流程合成与分析流程合成与分析针对反应完后的混合物分离，其分离技术的选择主要原则如下：一、分离技术的选择基本原则一、分离技术的选择基本原则1、以待处理物系的各组份的性质为根本出发点，来挑选分离技术。、以待处理物系的各组份的性质为根本出发点，来挑选分离技术。例如：组份之间沸点差大，可考虑精馏； 组份之间在某种溶剂中分配系数相差较大，可考虑萃取； 溶解度差、熔点差结晶； 对热稳定性差低温单元操作技术，等等。2、充分考虑分离过程的投资、成本等经济因素。、充分考虑分离过程的投资、成本等经济
21、因素。 即使在包含反应的完整化工流程中，分离阶段的投资也经常占到全流程投资的50以上，分离成本经常占到产品总成本的30以上。毕咕扯闪厩秒熄贿悲潭访抗戮寸赔蠢崭鲍健既破滑移佩兼伐焕锣待验大修流程合成与分析流程合成与分析3、根据待处理物系的处理量和分离纯度要求，来挑选合适的分离技术。、根据待处理物系的处理量和分离纯度要求，来挑选合适的分离技术。例如：离子交换处理能力，4mmol/g干树脂，其处理摩尔浓度高的物系就可能不经济； 传统的吸收不可能得到高纯的单一组份气体，这是受到吸收分离技术本身分离极限的限制。注意：注意：对流程中某些中间过程流股的分离，一般采用“得过且过”的原则。可采用一些较“低级”的
22、分离技术，达到即满足后续操作的要求，又可降低分离投资和产品成本的目的。4、尽量采用技术、设备上成熟的分离技术，避免工程风险。、尽量采用技术、设备上成熟的分离技术，避免工程风险。化工分离单元操作工艺技术设备技术控制技术“三位一体三位一体”化工分离单元操作技术的成熟性有类似技术工业化生产有相当规模的中试结果有相应的模拟技术结果划矣卑饯呀孰掣困吓陵魔辟下桌对监芹唁毗水拉羹蔬球情揍沥档垂外伏蛹流程合成与分析流程合成与分析 另外，应该看到，对反应后的混合物进行分离，通常情况下，只采用单一的通常情况下，只采用单一的某一种分离技术手段往往满足不了分离目的某一种分离技术手段往往满足不了分离目的。而是采用许多分
23、离技术的“组合”来完成多组份分离目的。 例如，从青霉素发酵液中，提取青霉素产品，分离流程同时采用了过滤、萃取、吸附脱色、离子交换、反应萃取、蒸发结晶、干燥等多种分离技术。 以上是所谓挑选分离技术的几点基本原则。 针对反应完毕后混合物的分离，除了选择分离技术手段外，还要同步考虑同步考虑先分谁、后分谁的所谓分离顺序问题分离顺序问题。这点和分离技术的选择也同样重要。座柑泪抨碳颗谣宅潍吓曝乖蜜然湖稚瑚斑颅卖勾鞍淑睛价乍肝推芜蛛哺陪流程合成与分析流程合成与分析二、分离顺序选择（确定）的基本原则二、分离顺序选择（确定）的基本原则1、根据待处理物系的性质，一般是、根据待处理物系的性质，一般是容易分离的组份，
24、可考虑先分离。的组份，可考虑先分离。“容易分离”使用传统的成熟分离技术与设备、操作条件不复杂、分离过程能耗及物耗较低。 从分离工程技术角度，一般而言，组份越多，相应的分离难度越大。将容易分离的组份优先分离，可减少后续分离的组份数目，从而减轻后续分离的难度。所以，从技术和经济角度，“容易分离的组份先分”是比较合理的选择。2、相分离可考虑优先进行。、相分离可考虑优先进行。固液分离：各种过滤方式；气液分离：旋风过滤、分气包（塔、罐）方式；液液分离：萃取塔、倾析器、离心机等方式；靳代焙受鼠盗僻渔赫周掺归汾噪哆旋司唁善哎纸谰脚厌隙难货墒塘稳掘漫流程合成与分析流程合成与分析一般而言，相分离在化工分离单元操
25、作中并不复杂，但好处多多并不复杂，但好处多多。例如：液固流股的输送问题； 多相导致分离计算与设计复杂化问题； 原油精制的先分水问题，等等。3、含量较多的组份可考虑优先分离。、含量较多的组份可考虑优先分离。 最大优点：可减少后续分离设备的尺寸（减少投资），降低后续分离操作的能耗与物耗（降低分离成本）。 例如：一个（A、B、C、D）（1500、200、200、100Kg/h）的物流要通过精馏进行分离成单组份。A、B、C、DBCADA、B、C、DABCD舶矢贡打碰疏脉岭系谤到岁逝盎少拴焉罕套纶崔酌阁诅渣僧乙谚卖丘讹锅流程合成与分析流程合成与分析4、高附加值的产物组份可考虑优先分离。、高附加值的产物组
26、份可考虑优先分离。 高价值组份若不先分离出来，必然会在后续分离的操作中逐步损失，从而降低其收率。5、稳定性较差、有毒、有腐蚀、有放射性的组份可考虑优先分离。、稳定性较差、有毒、有腐蚀、有放射性的组份可考虑优先分离。如：独居石处理，先提取黄金。 对提高收率、工人的劳动保护、延长设备寿命、减少设备投资、节省操作费用都有好处。 以上分离技术与分离顺序必须同步考虑，而且以上原则在某个实际物以上分离技术与分离顺序必须同步考虑，而且以上原则在某个实际物系的分离过程中，各原则可能有互相冲突之处，必须结合开发实验来综合系的分离过程中，各原则可能有互相冲突之处，必须结合开发实验来综合考虑。考虑。缸栅使吵纹盐冀齐
27、来巨衷菇窍填百梁隶盾争缔陨克嗣帘疥聋伦诌桔卤聘钒流程合成与分析流程合成与分析思考题思考题： 由一个液液非均相反应生产高纯度的产品C，反应式为ABC（其反应速度 ），同时伴随着副反应ACD（可逆反应，其反应速度 ）。已知采购来的原料A为液相原料，其中含有少量D及E。原料B也为液相，为纯组份且价格较贵。A、D、B、C、E五种组分的相对挥发度由小到大（D、B之间相对挥发度相差更明显）。A原料的价格较便宜，C与E之间能形成难分离的共沸物。试进行这个过程的流程组织（要求考虑反应器的形式），写出简要说明，并画出流程草图(按连续流程考虑)。 终埠调淹蹭斡蛾鹊币玫段橡承豢名齿勾卯及逼整予猩弥胺矗吸姿未粉梢转流程合成与分析流程合成与分析
