化学工艺学概论第二版第三章工艺过程的管理与指标.ppt

1,第三章 工艺过程的管理与指标,2,第一节 工艺管理,一、化工生产过程的主要内容 化工生产过程指的是化工企业从原料出发，完成某一化工产品生产的全过程。化工生产过程的核心即是工艺过程，同时，为了保证工艺过程能够正常运行，还需要设置若干生产辅助部门以及一些管理系统。不论是大型的化工企业，还是中、小型的化工厂都应由完成化工生产任务不可缺少的若干个（至少有一个）工艺生产车间和动力、机修、仪表等辅助车间（或维修组）以及担负各种管理任务的职能科室组成。,3,1工艺过程 工艺过程指的是化工原料加工成化工产品的生产程序，该程序由若干工艺车间及其工段、生产岗位组成。确定工艺过程首先应对产品的生产原理有一定的认识。例如化学反应过程，化学反应基础是实现产品生产的理论依据。对于已经实现了工业化生产的化工产品，在一定的反应条件下，反应已具有可能性和现实意义，再运用物理化学的基本方法来讨论过程的反应原理，具有以下实际意义。,4,从化学反应平衡条件的分析，了解其平衡产率，即反应进行的最大限度是进行工艺过程经济分析的基础之一，并可找到提高实际产率的条件和依据。研究更优良的催化剂，有选择地提高主反应的化学反应速率，缓和工艺条件，使反应过程具有更好的经济价值。热力学原理可提供各种物化数据，从而依据反应过程的焓变来判断过程的能量变化，作出其能量平衡，为合理地使用能量、节约能源提供理论依据。对其他的分离、提纯、混料等生产过程，同样需要分析其过程基本原理来指导生产。,5,不论生产哪种化工产品，或哪种类型的化工企业，工艺过程讨论的内容，一般都要包括下列几个方面的问题。（1）投料方式 指原料的加入和产品的生产过程是采用分批投料的间歇式操作，还是过程稳定的连续式操作。选择哪种方式的主要根据是生产过程的需要和工艺特点。（2）工艺流程的组织 工艺流程是根据产品生产的需要，选择适宜的化工单元过程和化工单元操作，并按一定顺序组合，即用化工管道与管件按流程顺序将生产所需的化工设备、控制系统、测量仪表等连接起来，组成了化工生产过程的工艺流程。流程组织是否合理直接关系到是否方便于操作、控制；物料和能量利用是否充分、合理；生产管理所需数据测量是否准确、可靠等。,6,（3）化工设备的选择 化工设备的类型、规格和台数都要服从于工艺需要，根据工艺计算结果来确定。设备材质一定要满足耐腐蚀、不污染物料以及符合强度等方面的要求。（4）操作条件的选择和控制方案 温度、压力、物料流量及物料组成等工艺参数对反应过程和精馏、吸收等化工单元操作过程的正常进行与效果都有很大影响，因此，生产上要根据产品的实际影响规律来确定适宜范围，并拟定控制方案。,7,2生产辅助部门动力车间 动力车间要为化工企业生产系统和生活系统提供所有的公用工程：首先要保证生产和生活用电的供应及用电设备的检修；其二要根据生产控制的温度和加热、蒸发的需要提供热源（如高压或低压蒸汽、燃料油或燃料气等）；其三要提供降温用的冷源（如循环冷却水、低温水、冷冻盐水等）；其四提供生产和生活用水（如工艺用的无离子纯水、软水、自来水、深井水）；以及各种气源（仪表用空气、压缩空气、安全置换用氮气等）。,8,机修车间 工艺人员对化工设备只负责操作和使用，而机修车间却要保证所有生产线上的运转及备用设备随时处于可正常使用的完好状态。为此除平时要注意设备运行情况的巡回检查，作必要的维护保养之外，还要按计划进行化工设备的大、小修理。仪表车间 工艺过程中不论是自动、手动还是电子计算机的控制系统，工艺人员同样也只是按规定的指标使用仪表来进行操作控制，保证工艺条件稳定在适宜范围。而仪表系统一旦出现故障，就必须由仪表车间来负责检修，以保证仪表控制系统的正常运行。仪表人员平时要坚持对仪表运行情况进行巡回检查，注意维护、保养，避免因仪表故障而出现的生产事故。,9,3其他管理部门为了使生产系统管理有序，各负其责，化工厂必须设立一些担负各种专门职能的管理部门来完成一些组织管理工作，其中主要部门如下。生产技术部门 负责全厂生产的组织、计划、管理，一般下设调度室来协调全厂生产及其他部门的关系，保证生产正常进行。并设有工艺技术组负责全厂的工艺技术管理工作，定期作出全厂的物料平衡及工艺核算。质量检查部门 负责全厂原料、中间产品、目的产品中重要项目的质量分析，提供实验结果作为调整工艺参数的依据及产品出厂的质量指标。,10,机械动力部门 负责全厂化工机器、化工设备的统一管理，建立设备及其运转情况的档案，定期提出设备维修及旧设备更新计划。安全部门 负责贯彻执行安全管理规程，进行日常的安全巡回检查，及时发现不安全隐患，并协同有关部门采取措施，杜绝事故的发生，保证安全生产。还要负责对全厂职工、新职工及一切进入生产现场的人员进行安全教育。环境保护部门 负责监测生产过程排放的所有废料必须符合国家规定的“三废”排放标准。同时要监督和组织有关部门重视物料的回收和综合利用，治理污染，化害为利，保护环境，造福人类。,11,供应及销售部门 负责全厂所有原材料的采购以及产品和副产品的销售，必要时还要配合有关部门做好市场调查及技术服务，为产品的推广应用做好宣传工作。综上所述，化工工艺技术人员在化工厂的生产组织管理中占据了主导地位，起到了决定性作用。生产一线工艺车间的主任、工段长、技术组的技术管理、核算、改造、安全等工作均由工艺技术人员来承担；生产技术，安全、环保部门及部分销售的技术服务等管理科室更是需要有经验的工艺技术人员；开发新产品的试验、改造设计等工作仍然要由工艺人员来完成。所以，化工厂需要大量有真才实学、有实践经验又具有良好职业道德的工艺技术人员来组织和实施工艺过程的管理工作。,12,二、化工生产管理与工艺管理,化工生产管理是化工企业管理的重要组成部分，是对化工企业日常生产技术活动实施计划、组织和控制，是与产品制造密切相关的各项管理工作的总称。具体地说，生产管理就是指企业内部产品制造过程的组织管理工作，是以实现产品的产量和进度为目标的管理。其内容是生产计划和生产作业计划的安排，生产控制和调度等日常管理工作。从广义上讲，生产管理还应包括生产技术管理，内容之一是要根据用户要求和企业水平，规定产品生产的品种、产量、质量、进度、消耗等技术经济指标；之二是制定有关原料、材料、燃料和动力、设备和装置、仪器仪表、测试手段、工艺规程等技术要求及其有关的标准。化工过程的工艺管理工作是指化工企业日常活动中的工艺组织管理工作。工艺管理是生产技术管理的一部分，其任务是稳定工艺操作指标，力求将新技术应用于化工过程，实现化工过程最优化。化工生产过程的工艺管理工作主要由工厂的生产、技术部门和各工艺生产车间的工艺技术人员来实施完成。,13,三、工艺管理的内容,工艺管理的内容有两个：一是贯彻工艺文件，进行遵守工艺纪律的宣传教育和监督检查；二是对产品的生产工艺进行整顿和改造。,14,1工艺文件的贯彻和执行工艺管理应贯彻实施的工艺文件包括：生产工艺技术规程、安全技术规程、岗位操作法、生产控制分析化验规程、操作事故管理制度、工艺管理制度等。各项工艺文件中，生产工艺技术规程是重点和核心，其余各项工艺文件都要依据生产工艺技术规程来制定，它也是各级生产指挥人员、技术人员和工人实施生产共同的技术依据。生产工艺技术规程是用文字、表格和图示等将产品、原料、工艺过程、化工设备、工艺指标、安全技术要求等主要内容给以具体的规定和说明，是一项综合性的技术文件，对本企业具有法规作用。每一个企业，每一种产品都应当制定相应的生产工艺技术规程。,15,化工生产过程的特点之一是要有严格的安全生产制度。安全技术规程是根据产品生产过程中所涉及物料的易燃、易爆、毒性等性质以及生产过程中的不安全因素，对有关物料的储存、运输、使用，生产过程中的电气、仪表、设备应有的安全装置、现场人员应具备的安全措施等作出的严格规定，用以确保安全生产。岗位操作法是根据目的产品生产过程的工艺原理、工艺控制指标和实际生产经验总结编制而成的。其中对工艺生产过程的开、停车步骤、维持正常生产的方法以及工艺流程中每一个设备、每一项操作都要结合本岗位配管流程图明确规定具体的操作步骤和要领。对生产过程可能出现的事故隐患、原因、处理方法要一一列举分析。工艺操作人员应严格按照岗位操作法进行操作，确保安全。正常地完成生产任务。,16,生产控制分析化验规程、操作事故管理制度和工艺管理制度则分别是分析人员进行原材料、中间产品及产品质量的分析依据，操作事故的处理及工艺管理过程等的有关规定。为了保证工艺规程等工艺文件的贯彻执行，必须保持工艺文件的严肃性和相对稳定性。操作人员和技术人员都应熟练掌握并严格遵守有关规定。企业要加强对职工的技术教育和技能培训，不断提高他们的业务能力，增强其遵守职业道德和职业纪律的自觉性。生产管理部门还应建立严格的检查制度，以保证各种工艺文件的正确执行。,17,2工艺文件的优化管理产品的工艺规程一般是在产品投入生产前，根据科研试验、新产品试制的结果和相关实际生产经验，综合制定出来的。但是，一个产品的生产工艺规程并不是一成不变的，可根据实际的需要，以及市场变化对产品质量、规格有新的要求，随着生产的发展，新的科学技术的出现，工艺技术规程都应进行必要的补充和修订，使之不断得以优化。,18,工艺管理工作还应该不断总结生产实践中的经验和教训，集中职工的智慧，从合理化建议中找到改进工艺技术、操作方法的措施。工艺技术人员有责任帮助职工从理论上找到合理化建议的依据，并通过正常的渠道从组织上保证合理化建议得以试验及提高其成功的可能性。若有必要，还可以在修订工艺规程时，补充到有关的工艺文件中去。为了既能保持工艺规程的相对稳定性，又能及时地将新的科技成果和来自生产实践的经验、技术革新项目等纳人工艺规程，一般都规定工艺规程使用一段时间之后要定期修改，并纳入工艺技术管理内容，形成制度。在特殊情况下，如果由于产品标准、设备、原材料有重大变化，或是很重大的技术革新成果必须及时推广，也可以破例修改工艺规程。,19,制定和修改工艺技术规程必须按照一定的程序严肃地进行。一般是以生产技术部门（或工艺部门）为主，组织有关车间、有关方面的技术人员共同研讨提出初稿，提供有关车间、工段职工讨论，广泛征求意见，再作补充与修改。经过有关职能部门如有关车间，生产技术、质量检查、设备动力等负责人签字，最后由总工程师和生产技术副厂长审批后方可实施。重大工艺路线的变更，还必须按规定报请主管部门审批后才能有效。生产工艺技术规程一经编制或修订确认以后，即可作为审核、修订上述其他各项工艺文件的依据。此外还有一些如：设备维修检查制度、岗位责任制、原始记录制度、岗位交接班制度、巡回检查制度等一系列技术或管理文件均可在此基础上逐步健全并贯彻执行。,20,四、化工企业质量管理与标准化,按照GBT 65831994（idtISO8402-1994）质量管理和质量保证 术语给出的定义，质量是“反映实体满足明确和隐含需要的能力的特性总和”。“明确需要”是指在合同、标准、规范、图样和技术要求以及其他文件中已经作出规定的需要，“隐含需要”是指顾客或社会对产品或服务的期望以及被人们公认的、不言而喻的、不必作出规定的需要。所以，对企业来说，质量主要是指产品质量，同时也包括市场信息、经营管理、商品研究开发和设计的质量，原材料、人的素质、检测手段的质量，售后服务的质量等。,21,质量管理是企业管理的组成部分和中心环节，按照GBT65831994（idtlSO8402-1994）质量管理和质量保证 术语给出的定义，质量管理是：“确定质量方针、目标和职责并在质量体系中通过诸如质量策划、质量控制、质量保证和质量改进，使其实施的全部管理职能的所有活动”。对于企业来说，主要就是产品质量和工作质量，产品质量主要是产品的性能、寿命、可靠性、安全性和经济性等综合指标；工作质量是企业行为，如成本、交货期、产量以及企业领导和全体职工的服务质量等，工作质量亦是工作水平，即组织水平、技术水平和管理水平等。产品质量是各项工作质量的综合反映，工作质量则是达到产品质量的保证。,22,作为一个企业总是要用尽可能低的成本并满足质量要求来为用户服务，而标准化是衡量质量的标杆，是产品性能的具体化。所以，标准化工作与企业提高产品质量和服务质量是极为密切相关的，也是企业活动的基准。中国化工行业是1979年开始推行全面质量管理的，并取得了明显的效果，由于科学技术的发展，质量管理工作也有了迅速的提高，特别是采用国际标准IS09000族系列标准后，与国际惯例接轨，开展质量认证等均取得了迅速发展。,23,第二节 评价化工生产效果的常用指标,在化工生产过程中，要想获得好的生产效果，最主要的:一是要提高产品产量，二是要提高产品质量，三是要提高原料的利用率，四是要降低生产过程的能量消耗。本节重点讨论影响反应效果的指标。,24,一、生产能力和生产强度1生产能力指一定时间内直接参与企业生产过程的固定资产，在一定的工艺组织管理及技术条件下，所能生产规定等级的产品或加工处理一定数量原材料的能力。对某一台设备或某一套装置（某一生产系统）其生产能力是指该设备或该系统在单位时间内生产的产品或处理的原料数量；工业企业的生产能力是指企业内部各个生产环节以及全部生产性固定资产（包括生产设备和厂房面积），在保持一定比例关系条件下所具有的综合生产能力。,25,生产能力一般有两种表示方法，一种是以产品产量表示，即在单位时间（年、日、小时、分等）内生产的产品数量。如年产30万吨乙烯装置表示该装置生产能力为每年可生产乙烯30万吨，而中国目前单台管式裂解炉生产能力已达年产乙烯5万吨。另一种是以原料处理量表示，此种表示方法也称为“加工能力”。如一个处理原油规模为每年500万吨的炼油厂，也就是该厂生产能力为每年可处理原油500万吨，将它炼制成各种品牌的油品。,26,生产能力可以分为三种，即设计能力、查定能力和现有能力。设计能力是指在设计任务书和技术文件中所规定的生产能力，根据工厂设计中规定的产品方案和各种设计数据来确定。查定能力一般是指老企业在没有设计能力数据，或虽原有设计能力，但由于企业的产品方案和组织管理、技术条件等发生了重大变化，致使原设计能力已不能正确反映企业实际生产能力可达到的水平，此时重新调整和核定的生产能力。现有能力又称计划能力，指在计划年度内，依据现有的生产技术组织条件及计划年度内能够实现的实际生产效果按计划期产品方案计算确定的。这三种生产能力在实际生产中各有不同的用途，设计能力和查定能力是用作编制企业长远规划的依据，现有能力是编制年度生产计划的重要依据。,27,2生产强度生产强度指的是单位特征几何量的生产能力，例如单位体积或单位面积的设备在单位时间内生产得到的目的产品数量（或投入的原料量），单位是（hm3）、t（dm3）或（hm2）、t（dm2）等。对同一类型（具有相同的物理或化学过程）的设备，生产强度是衡量其生产效果优劣的指标。催化化学反应设备的生产强度常用催化剂的空时产率（或称时空收率）来表示，即单位时间内，单位体积（或单位质量）催化剂所能获得的目的产物的数量，可表示为（hm3催化剂）、t（dm3催化剂）或kg（h催化剂）、t（d催化剂）等。,28,二、转化率,1、转化率转化率指的是在化学反应体系中，参加化学反应的某种原料量占通入反应体系该种原料总量的百分率，用“X”表示。转化率数值的大小说明该种原料在反应过程中转化的程度，转化率愈大，则说明通人原料中该种原料参加反应的量就愈多。一般情况下，通人反应系统中的每一种原料都难于全部参加化学反应，所以转化率常是小于100的。很多反应过程由于受反应本身的能力或催化剂性能等条件所限，原料通过反应器时的转化率不可能很高，往往把未反应的原料从反应后的混合物中分离出来循环使用，以提高原料的利用率。因此，即使是对于同一种原料，如果选择不同的“反应体系范围”，就将对应于不同的“通入反应体系的原料总量”，所以转化率也就相应地有单程转化率和总转化率的区别。,29,2平衡转化率平衡转化率指某一化学反应到达平衡状态时，转化为产物的某种原料量占该种原料量的百分数。平衡转化率数值大小与温度、压力、反应物组成等平衡条件有关，平衡转化率只说明在一定条件下，某种原料参加某一种化学反应的最高转化率。然而，一般的化学反应要达到平衡状态都需要相当长的时间（尤其是有机化学反应），所以，平衡转化率一般只在理论研究时去探讨，实际生产过程不可能去追求最高的转化率。,30,3实际转化率单程转化率和总转化率反映的是实际生产过程的效果，都是生产过程中的实际转化率，有别于平衡转化率。单程转化率以反应器为研究对象，参加反应的原料量占通人反应器原料总量的百分数就称为单程转化率。总转化率以包括循环系统在内的反应器和分离器的反应体系为研究对象，参加反应的原料量占通人反应体系原料总量的百分数就称为总转化率。,31,【例3-1】乙炔与醋酸气相合成醋酸乙烯，图3-1所示为原料乙炔的循环过程。在连续生产过程中，已知每小时流经各物料线的物料中所含乙炔的量各为：A点600kg，B点5000kg，C点4450kg，D点4400kg，E点50kg。求原料乙炔的单程转化率和总转化率。,32,解 在该反应器中每小时内参加反应的乙炔量为550kg，所以该反应系统中乙炔的单程转化率总转化率,33,实际转化率是在化学反应体系中，某一种原料在一定条件下参加各种主、副反应总的转化结果。更具体地说，单程转化率是表示某种原料在反应器中参与化学变化的那一部分物料量的多少，反映出原料通过反应器之后，产生化学变化的程度。而总转化率反映了生产过程中某一种原料经循环使用等工艺措施之后，参与化学变化的利用程度。但是，不论是单程转化率还是总转化率，由于都是某一种原料参加主、副反应的总效果，因此，它们都不能真正说明原料参与主反应而生成目的产物的有效利用程度，用其衡量反应效果时有一定的局限性。在两种以上原料参与的化学反应过程中，各种原料参与主、副反应的情况和数量各不相同，因而各自的转化率数值也不一样。此外，一般情况下没有特别说明的转化率数值多指单程转化率。,34,三、产率、选择性和收率一般说来，产率指的是化学反应过程中得到目的产品的百分数，收率则泛指一般的反应过程及非反应过程中得到目的产品的百分数。常用的产率指标为理论产率。理论产率是以产品的理论产量为基础来计算的产率，即化学反应过程中实际所得目的产品量占理论产量的百分数。一般情况下，实际得到的目的产品数量只会比理论产量小，因此理论产率总是小于100。根据计算目的产品理论产量的基准不同，理论产率又有两种不同的表示方法。,35,目的产品的理论产量以参加反应的某种原料量为基准来计算的理论产率，这种理论产率又称为选择性，用“S”表示。选择性即参加主反应而生成目的产物所消耗的某种原料量在全部转化了的该种原料量中所占的百分数。从选择性可以看出，反应过程的各种主、副反应中主反应所占的百分数。选择性愈高，说明反应过程的副反应愈少，当然这种原料的有效利用率也就愈高。,36,目的产品的理论产量以通入反应器的某种原料量为基准来计算的理论产率。这种理论产率又称为单程收率，简称收率，用“Y”表示。收率是指反应过程中生成目的产品消耗的某种原料量占通入反应器该种原料总量的百分数。收率高说明单位时间得到的目的产品产量大，即设备生产能力也大。,37,理论产率是实际生产中得到产品的程度，与达平衡态时的平衡产率不同。对于一些非反应的生产工序，如分离、精制等，由于在生产过程中也会有物料损失，致使产品的收率下降。所以对由几个工序组成的化工生产过程，可以分别用阶段收率的概念来表示各工序产品的变化情况，而整个生产过程可以用总收率来表示其实际效果。非反应工序的阶段收率是实际得到的目的产品量占投入该工序的此种产品总量的百分率，而总收率为各阶段收率的乘积。,38,【例3-2】已知丙烯氧化法生产丙烯酸的一段反应器，原料丙烯投料量为600kgh，出料中有丙烯醛640kgh，另有未反应的丙烯25kgh，试计算原料丙烯的转化率、选择性及丙烯醛的收率。解 反应器物料变化如图3-2所示,39,丙烯氧化生成丙烯醛的化学反应方程式：丙烯转化率,40,丙烯的选择性 丙烯醛的收率,41,四、化学反应效果与化工生产效果单程转化率和选择性都只是从某一个方面说明化学反应进行的程度。转化率愈高，说明反应进行得愈彻底，未反应原料量的减少可以减轻分离、精制和原料循环的负担，一定程度上可以降低设备投资和操作费用，同时也提高了设备的生产能力。但是随着单程转化率的升高，原料浓度下降，主反应推动力下降，反应速率会减慢，若再提高转化率，所需时间会过长，随之副反应也会增多，致使选择性下降。所以单纯的转化率高，反应效果不一定就好。,42,选择性愈高，说明消耗于副反应的原料量愈少，原料的有效利用率愈高，反应效果好。但如果仅仅是选择性高而经过反应器后的原料参加反应的量太少，则设备的利用率太低，生产能力也不高，故也不经济合理。所以必须综合考虑单程转化率和选择性，二者都比较适宜时，才能求得较好的反应效果，才能作为确定合理的工艺控制指标的依据。,43,总的说来，收率是单程转化率和选择性相乘的结果，可以综合单程转化率和选择性的效果，收率高反映了设备生产能力大，未反应原料的循环量适当，原材料的消耗也可少一些，说明效果比较好，生产过程也比较经济合理，因此生产上总是力求达到最高的收率。化学反应是化工生产过程的核心，好的化学反应效果是取得良好的化工生产效果的主要基础。除此以外，还应管理好每一个生产环节，减少物料损失，节约能量，以求得高产、低耗的最佳生产效果。提高化学反应效果的途径与化学反应器的结构是否合理、操作水平的高低和工艺参数温度、压力、原料配比、空间速度的选择是否适宜等因素有关。,44,第三节 工艺技术经济指标,工艺技术管理工作的目标除了保证完成目的产品的产量和质量，还要努力降低消耗，因此各化工企业都根据产品设计数据和本企业的条件在工艺技术规程中规定了各种原材料的消耗定额，作为本企业的工艺技术经济指标。所谓消耗定额指的是生产单位产品所消耗的各种原料及辅助材料水、燃料、电力和蒸汽量等。在消耗定额的各个内容中，公用工程的消耗均影响产品成本，应努力减少消耗。然而最重要的是原料的消耗定额，因为原料成本在大部分化学过程中占产品成本的6070。所以降低产品的成本，原料通常是最关键的因素之一。,45,一、原料消耗定额如果将初始物料（一般不是100的纯物质）转化为具有一定纯度要求的最终产品，按化学反应方程式的化学计量为基础计算的消耗定额，称为理论消耗定额，用“A理”表示。它是生产单位目的产品时，必须消耗原料量的理论值，因此实际过程的原料消耗量绝不可能低于理论消耗定额。,46,在实际生产过程中，由于有副反应发生，会多消耗一部分原料，在所有各个加工环节中也免不了损失一些物料（如随废气、废液、废渣带走的物料，设备及阀门等跑、冒、滴、漏损失的物料，由于生产工艺不合理而未能回收的物料以及由于操作事故而造成的物料损失等），因此，与理论消耗定额相比，自然要多消耗一些原料量。如果将原料损耗均计算在内，得出的原料消耗定额称为实际消耗定额，用“A实”表示。理论消耗定额与实际消耗定额之间的关系为：（A理A实）1001-原料损失率式中，为原料利用率，是指生产过程中原料真正应用于生产目的产品的原料量占投入原料量的百分数，说明原料有效利用的程度。原料损失率指的是在投入原料中，由于上述原因无效多消耗的那一部分原料占投入原料的百分率。,47,【例3-3】用原料生石灰、焦炭生产工业碳化钙（电石），已知原料和成品的组成如表3-1所示，生产“工业碳化钙实际原料消耗为：生石灰710，焦炭536。试计算生产工业碳化钙的原料消耗定额及原料利用率。,表3-1 原料和成品的组成,48,解 生成碳化钙的化学反应方程式为：以1t工业碳化钙成品为计算基准，已知A实生石灰710kg生石灰t工业碳化钙，A实焦炭 536kg焦炭t工业碳化钙根据反应式化学计量关系，1t工业碳化钙成品应消耗 CaO：1000X0.78X5664682.5（kg）C：1000X0.78X3X1264=438.75（kg）,49,即，A理生石灰682.50.965707.25（kg生石灰t工业碳化钙）A理焦炭438.750.89492.98（kg焦炭t工业碳化钙）所以，生石灰的原料利用率为：生石灰（707.25710）10099.61焦炭的原料利用率为：焦炭（492.98536）10091.97,50,【例3-4】乙醛氧化法生产醋酸，已知原料投料量为纯度99.4的乙醛500kgh，得到的产物为纯度98的醋酸580kgh，试计算原料乙醛的理论消耗定额、实际消耗定额以及原料利用率。,51,解 乙醛氧化法生产醋酸的化学反应方程式为：原料乙醛的理论消耗定额、实际消耗定额以及原料利用率为：A理（1000X0.98X44）（60X0.994）723（kg原料乙醛t成品醋酸）A实（1000X 500）580862.06（kg原料乙醛t成品醋酸）=（723862.06）X100=83.87,52,生产一种目的产品，若有两种以上的原料，则每一种原料都有各自不同的消耗定额数据。对某一种原料，有时因为初始原料的组成情况不同，其消耗定额也不等，差别可能还会比较大。因此，在选择原料品种时，还要考虑原料的运输费用，以及不同类型原料的消耗定额的估算等，选择一个最经济的方案。,53,二、公用工程的消耗定额公用工程指的是化工厂必不可少的供水、供热、冷冻、供电和供气等条件。,54,除生活用水外，化工生产中所用的大量工业用水主要有两种：工艺用水（原料用水和产品处理用水）和非工艺用水。生活用水应使用经过净化处理的自来水。工艺用水直接与产品等物料接触，对水质要求比较高，有明确的规定指标，否则杂质带入生产物料系统会影响产品质量。具体指标要根据目的产品及其生产工艺要求来制定，如水的浑浊度、总硬度、铁离子、氯离子等。工艺用水一般要经过比较复杂的处理，如过滤、软化、离子交换、脱盐等。非工艺用水在化工厂工业用水中占主要部分，冷却水的水质也应有一定要求，如硬度、Fe2+、Cl-、SO2-、pH值、悬浮物等，以免产生水垢、泥渣沉积或腐蚀管道，促使生物或微生物生长等。此外对冷却水的温度要求应尽可能低一些。为了节约工业用水，化工厂应尽可能循环使用冷却水，冷却水在冷却塔中一般可降低温度510而重复使用。,55,供热条件在化工生产中也是不可缺少的，如用来加速化学反应，进行蒸发、蒸馏、干燥或物料预热等操作。根据工艺生产温度要求和加热方法的不同，正确选择热源，充分利用热能，对生产过程的技术经济指标有很大影响。化工厂使用最广的热载体是饱和水蒸气，具有使用方便、加热均匀、快速和易控制的优点。中压蒸汽（4MPa）加热可达250，而加热在200以下多用低压蒸汽（1MPa）。其他热载体还可用高温载热体，如：联苯（26.5）和联苯醚（73.5）的混合物（熔点12、常压下沸点258，370时饱和蒸汽压约为0.7MPa），用来加热160370间的物料，温度较低时用液态联苯混合物，温度高时用联苯混合物的蒸汽。但联苯和联苯醚有一定的毒性，有污染，因此应尽量采用一些高温导热油来取代此类热载体。当加热温度在350500范围可用熔盐混合物HTS（NaNO2 40，KNO3 53，NaNO3 7，熔点142）。这些中间热载体可以用直接热源烟道气或电加热升温后，再用于加热物料。,56,化工厂为了将物料温度降到比水和周围空气温度更低或是在此温度下移出热量，需要冷冻系统提供低温冷却介质（载冷剂）。常用的载冷剂有四种：低温水（使用温度5）；盐水（0-15 常用NaCl水溶液，0-45常用CaCl2水溶液）；有机物（乙醇、乙二醇、丙醇、F-11等）适用于更低的温度范围，但由于F-11等种类的氟氯烃（氟里昂）会对环境保护带来很大危害，所以已被逐步淘汰；另一种常用的载冷剂是氨。,57,化工车间用电一般最高为6kV，中小型电机只有380V，而车间用电通常由工厂变电所或由供电网直接供电，输电网输送的都是高压电，一般为10、35、60、110、154、220、330kV，必须变压后才能使用，因此车间内部或附近通常设有变电室，将电压降低后分配给各用电设备。根据化工生产的特点，为了保证安全生产，对供电的可靠性有不同的要求，对特殊不能停电的生产过程还应有备用电源设施。根据化工过程易燃、易爆介质较多的特点，电气设备及电机等均有防爆和防静电措施，建筑物应有避雷措施。,58,此外，一般化工车间还需配有空气和氮气的气源。作为氧化剂使用的空气是工艺用空气，除尘、净制要求比较高，以免将杂质带入反应系统。一般的非工艺用空气只需简单除去机械杂质和灰尘，经压缩后即可供给车间作吹净、置换设备等使用。氮气是惰性气体，可作设备的物料置换、保压等安全措施使用。,59,各化工产品的工艺技术规程对所需使用的公用工程也与原料消耗定额一样要规定每一项目的消耗定额指标，以限制公用工程的使用量。化工企业的原材料消耗定额数据是根据理论消耗定额，参考同类型生产工厂的消耗定额数据，考虑本企业生产过程的实际情况（工艺允许的物料损失和生产中应该能达到的水平等）估算出来而编入工艺技术规程中作为本企业的控制指标。,60,各企业对每年各种原材料的消耗量变化以及历史最低消耗均要有记载。根据设备实际运转情况、技术管理水平、工艺过程的改造结果等，对本企业可达到的消耗定额标准在修订工艺技术规程时，要做符合实际的修订。化工企业工艺技术管理人员贯彻工艺技术规程的一项重要工作是定期（一般是每月）对产品的产量、各种原料、辅助材料、公用工程的用量、积存情况等全面进行工艺核算，进而计算出本月的产品产量、各种原材料的消耗量以及按单位产品计算的消耗量，最后与规程规定的消耗定额数据比较其经济效果。如果消耗量高于消耗定额指标，必须分析原因，提出改进措施，降低消耗。,61,降低消耗的措施有：选择性能优良的催化剂，工艺参数（反应温度、压力、停留时间等反应条件及非反应过程各项操作条件）控制在适宜范围，减少副反应，提高选择性和生产强度；提高生产技术管理水平，加强设备维修，减少泄漏；加强生产操作人员的责任心，减少物料浪费现象和防止出现生产事故。,62,复习思考题3-1 化工生产过程的组成主要有哪些内容?3-2 化工企业的生产工艺管理体系包括哪些管理部门?它们各有何职责?3-3 化工生产过程工艺管理主要应贯彻执行哪些工艺文件?分别说明它们的性质和作用。在化工生产中贯彻执行工艺文件有何意义?3-4 技术改革与产品更新在化工生产中有何意义?3-5 试述单程转化率、总转化率及平衡转化率的含义、性质与区别，它们在化工生产中各有何意义?3-6 收率与平衡产率有何区别?选择性和单程收率两个指标在化工生产中各有什么意义?3-7 如何用转化率、产率的指标来衡量化学反应的效果?3-8 通过哪些途径可以提高化学反应的效果?3-9 什么是原材料消耗定额?降低消耗定额在化工生产中有何意义?3-10 原料消耗定额、原料利用率和原料损失率之间有何关系?采取哪些措施可以降低原料消耗定额?3-11 化工厂常用的公用工程包括哪些种类?,