化工基本生产技术-基本过程.ppt
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1、第二章 化工生产基本过程Basic Unit of Chemical Production,化学工业出版社,总教学目标,知识目标,能力目标,素质目标,化学工业出版社,知识目标,了解产品包装与储存方面的知识。,掌握原料的选用、储存、处理、混合与输送技术;,了解并熟悉各种类型反应器的结构特征、掌握其优缺点及适应范围并能够进行正确地操控;,掌握不同状态产物的分离与精制方法;,化学工业出版社,能力目标,能够根据产品的要求选用原料路线与生产路线;,能够操控反应设备,正确地使用反应器;,能够对所选用的原料进行预处理、混合与输送;,能够根据反应产物的状态选用单元操作过程,正确地操作单元过程设备;,能够正确地
2、选用产物储存设备和运输装置;,能够正确处置生产过程中所发生的安全事故。,化学工业出版社,对工作严格要求,一丝不苟,实事求是,不弄虚作假,严格交接班制度;,严格遵守装置的操作规程和操作方法,养成遵章守纪的良好习惯;,严格遵守工厂的规章制度,坚守岗位,保证装置或设备安全、优质、高效地运转;,具有团结协作的精神,遇事不推逶、不扯皮,努力作好本职工作。,素质目标,化学工业出版社,第三节 反应产物的分离与精制,第四节 产品的包装与储运,主要内容,第一节 原料,第二节 反应过程,化学工业出版社,第一节 原料,化学工业出版社,应用知识 1原料选用的方法和贮存;2原料预处理的单元操作技术;3原料输送设备的选用
3、与操作。技能目标 1能够根据生产要求和产品要求选用正确的化工原料;2能够根据化工原料的物理和化学性质,正确贮存化工原料,确保安全的前提下,减少化工原料在贮存过程中的损失;3根据化学反应单元对所选原料的要求,对于不符合反应要求的原料能够用正确的简单的方法处理;4能够选择正确的原料输送机械将原料输送入反应器。,化学工业出版社,主要内容,一、原料的选用与储存Selection,Use and Storing of Raw Material,二、原料的预处理Raw Material Pretreatment or Prehandling,三、原料输送Raw Material Transport,化学工
4、业出版社,一、原料的选用与储存,1.原料的选用 化工原料的选用,首先要考虑原料来源是否可靠;其次要考虑运输是否方便、安全;再者在确定原料后,要选择成本低廉、安全可靠的运输方式。所以原料的选用是一个复杂的系统工程,要从技术的、经济的、安全的、环保的等多方面综合考虑后,确定技术成熟、经济合理、来源可靠,而且环境友好,又符合国家能源政策的原料作为该生产装置的原料路线。,化学工业出版社,一、原料的选用与储存,项目:“30万吨甲醇项目的原料的选用”,项目:江苏恒成盛集团30万甲醇原料的选用条件:恒盛集团地处苏北东陇海铁路中部,有连霍高速、京沪高速从旁而过;苏北无石油和天然气,有渐渐枯竭煤矿资源,农业以小
5、麦、玉米、水稻为主;要求:根据以上条件,选用合成甲醇的原料,并说明你选用的理由;分组讨论,根据教学班的实际情况,每一小组不超过6个人,讨论过程要指派专人记录,教师要深入组内与学生一起讨论,并引导讨论。,化学工业出版社,2023年10月9日星期一,12,2.原料的储存,(1)适量,一、原料的选用与储存,在化工生产过程中,为了保证生产的正常进行,需要有一定的原料储存量。化工原料储存量既不能过多,也不能过少。过多的原料储存量,一是占用大量的流动资金,影响生产的发展;二是占用工厂的大量空间;三是有可能因为贮存过程不当而造成挥发、风化等形式的损耗和浪费;四是有时因为贮存过多而造成安全事故。同样,过少的储
6、存量,一旦遇到原料价格的波动或者运输障碍,会直接影响工厂的正常生产,有时还会导致停产。所以为了保证生产的正常进行,必须有一定的原料储存量。原料储存量的多少应视原料的供应情况确定。另外,原料贮存量的多少直接确定了贮存场所或贮存设备投资的多少,例如,液体贮存就包括单个设备的容积和相同设备的套数。,化学工业出版社,2023年10月9日星期一,13,2.原料的储存,(2)安全,一、原料的选用与储存,正确地储存原料也是减少原料的损耗、避免安全事故的发生,提高生产经济效益的重要方面。在过去或即使现在有些化工厂无论从工程设计、工程施工直到正常生产,都忽略了化工原料储存的环节,以至于化工原料在储存的过程中造成
7、原料的流失,甚至燃烧、爆炸事故的发生,给人们的生命财产造成了不必要的损失。所以,在化工生产过程中必须重视化工原料的储存,以防止流失或安全事故的发生。,化学工业出版社,2023年10月9日星期一,14,2.原料的储存,一、原料的选用与储存,化工原料的储存,从经济性上考虑的一般原则是:能室外储存不用室内储存,能堆放储存不用容器储存,能用非金属容器贮存不用金属容器贮存,能用普通碳钢容器贮存不用合金钢容器贮存,在保证原料贮存安全的前提下,尽量节约贮存原料场地或设备的投资。除此之外,还要考虑原料量的多少才能最终确定化工原料的储存方式。因为固体原料储存时,所占空间的大小;气体物料或液体物料贮存时,所需单个
8、容器的容积和容器的数量,都直接确定了化工原料贮存的安全性和经济性。,(3)经济,化学工业出版社,一、原料的选用与储存,2.原料的储存,项目:如何贮原料,要求:根据适量、安全、经济的原则进行讨论,包括周转量、贮存方法和注意事项。任务1:如何贮存有机化工原料要求:根据有机化工原料的特点,易燃、易爆、有毒、有害、易挥发的角度去讨论,是否能举出一些实例说明适量、安全、经济的原则。任务2:如何贮存无机化工原料要求:根据无机化工原料的特点,特别是有腐蚀性的物料,应该如何贮存才能保证安全、经济。,化学工业出版社,(1)气固相反应,(2)气液相反应,(3)液液相反应,(4)气液固相反,二、原料的预处理,注意:
9、应该类型反应对原料的要求,主要考虑参加反应的物料特性;,1.化学反应类型,化学工业出版社,一类是直接参与气固相反应的固体物料的规格要求;一类是先溶解于溶剂中参与的液相或气液相反应;,反应对原料纯度的要求;,反应对原料纯度的要求;,固体物料,液体物料,气体物料,要求,二、原料的预处理,2.对原料规格的要求,化学工业出版社,二、原料的预处理,3.原料的混合,定义:原料的混合(Mixing of raw material)是指参加化学反应的两种或两种以上的物料在进入反应器之前需要按比例进行的混合,以保证反应的正常进行。方式:化工原料的混合有的是在混合器中混合好后进入反应器;有的是在反应器中进行混合,
10、混合后直接升温反应。气固相反应的气体反应物料一般在混合器中进行混合。混合时,对于有氧参加的化学反应各反应物的量按爆炸极限的要求进行计量混合;无氧参加的化学反应各反应物料一般是以化学计量比为基础,经具体的工艺研究确定各物料实际量进行混合。气液相反应,反应物料有的是气体,有的是液体,当反应体系是液相,原料的混合根据工艺要求直接进入反应器进行混合。对于液液相反应,反应物料可能是液体,也可能是固体。是液体的直接按照计量要求投入反应器中,通过机械搅拌或鼓泡搅拌使其混合均匀后参与反应,而不需要事先混合。当反应物料是固体的,如焙烧反应,一般是用螺旋推进器送入焙烧炉;若是液相反应,有的是按照计量比投入反应器的
11、溶剂中,加热溶解,然后进行反应,也有的是先熔化成液体再按要求投入反应器进行反应。,化学工业出版社,三、原料输送,1.原料输送定义,原料输送是指利用输送机械将原料从储存区输送到计量罐或者反应器让其参与化学反应的过程。根据原料的状态,可分为固体原料输送和流体原料输送,流体原料输送又可分为液体原料输送和气体原料输送。,化学工业出版社,三、原料输送,2.固体原料输送,固体原料的输送都是敞开输送过程,有的利用皮带输送机,如右上图,进行具有一定斜坡高度的输送,如电解食盐水溶液之前的粗盐的精制,就是利用皮带输送机械将工业粗盐从粗盐仓库输送到具有一定高度的食盐溶解槽中;,化学工业出版社,三、原料输送,2.固体
12、原料输送,有的利用平板车、手推车将固体物料搬运到反应装置,然后利用料斗或料桶通过手提或电动葫卢提升到进料口送入反应器中;还有的是通过螺旋推进器连续不断地定量的送入反应器中,如右下图。由于固体物料的输送相对于流体输送来说比较安全、方便、快捷,所以本节不作为重点介绍。下面着重介绍流体的输送过程。,化学工业出版社,三、原料输送,3.流体输送,IS型离心泵和压缩机组,无论是气体或是液体的输送总 是以一定的流速或流量沿着管 道从一处送往另一处,它属于流体动力过程的单元操作过程。作为化工生产处理的物料(包括原料、中间产物、产品和载体等)多数为流体,按工艺要求如何在原料贮罐和化学反应设备之间把这些物料安全的
13、输送,是实现化工安全生产的重要环节。,化学工业出版社,三、原料输送,3.流体输送,IS型离心泵和压缩机组,液体化工原料的种类繁多,性质各异,如密度、黏度、毒性、腐蚀性、易燃性与易爆性等各不相同,而且温度变化较大,从低于-200到高达1000以上;压力从高度真空到100MPa;流量从10-3m3/h到104m3/h以上,所以输送液体原料所用的流体输送机械有多种形式,输送机械或管道的材质也是多种多样,但工业上最常见的是离心泵。气体常用的输送机械是压缩机。,化学工业出版社,三、原料输送,注意,当送料点流体的位能足够高时,所要求的流体输送量能自行的流至位能较低的反应器中,否则就需要补充能量以才能满足输
14、送的要求。补充能量的方式对于液体和气体是不同的。液体可以采用压送、抽吸和泵送的方式;气体采用鼓风机和压缩机。液体的压送适应于那些挥发性较大、沸点较低、易于发生燃烧爆炸的物质,这类物质是无法用抽吸或泵送的方式输送。抽吸的方式适应于那些物质沸点较高、挥发性相对较小;泵送一般适应于水溶液,或有机液体。,化学工业出版社,第二节 反应过程(Reaction Process),化学工业出版社,应用知识:1不同反应器的结构特征、优缺点以及适用范围;2反应影响因素分析的方法,选择反应条件的依据;3操控各反应条件的方法与技巧。技能目标:1能根据反应类型和对反应的要求正确地选用化学反应器;2能够分析简单化学反应的
15、工艺影响因素,能够正确地确定工艺条件;3能够正确地控制工艺条件。,化学工业出版社,一,二,三,一、反应器选型(Selection and Use of Reactor Type),二、反应条件的选择(Selection of Reaction Condition),三、反应条件的控制(Control of Reaction Condition),主要内容,化学工业出版社,一、反应器选型(Selection and Use of Reactor Type),化学工业出版社,一、反应器选型,1.管式反应器(tubular reactor),注意 管式反应器的结构特性、优缺点及适用范围,图2-3 管
16、式反应器 a多管式反应器装置图;b.多管式反应器结构示意图,化学工业出版社,一、反应器选型,2.釜式反应器,a.外型结构图 b.结构示意图图2-4釜式反应器,化学工业出版社,一、反应器选型,3.固定床式反应器,图2-5 固定床式反应器,化学工业出版社,一、反应器选型,4.流化床式反应器,图2-6 流化床反应器,化学工业出版社,一、反应器选型,5.鼓泡塔式反应器,图2-7鼓泡塔式反应器,化学工业出版社,一、反应器选型,6.涓流床反应器,图2-8涓流床式反应器,化学工业出版社,一、反应器选型,6.浆态反应器,图2-9浆态反应器1.原料气进口;2.产物出口;3.热介质;4.气泡;5.催化剂+载体,化
17、学工业出版社,图2-10 板式塔与填充塔,一、反应器选型,7.板式塔、填充塔反应器,化学工业出版社,二、反应条件的选择(Selection of Reaction Condition),化学工业出版社,二、反应条件的选择,1.反应温度的选择;(1)理论分析,即满足反应热力学和动力分析要求是放热还吸热;热效应的大小;转折温度;阿累尼乌斯方程和反应速率方程式;(2)催化剂性能要求活性温度范围;(3)向反应器的供热能力或从反应器中移热的能力即放热或吸热速率与移热或供热速率的平衡问题热点温度以及工程问题;(4)设备材质要求即材质的强度随温度的升高而下降。,以下教学内容均采用分组讨论、互动式的教学方式,
18、化学工业出版社,二、反应条件的选择,以下教学内容均采用分组讨论、互动式的教学方式,化学工业出版社,2023年10月9日星期一,40,2.压力的选择,一是反应压力的增加使反应在热力学上是否有利,主要是考虑反应前后有体积变化的气相或气固相反应,二是要考虑增加压力确实能够提高设备的生产能力,但是对设备材质的强度要求提高,设备的投资费用也相应的增加,也就是说设备生产能力的增加所创造的经济效益是否能超过设备投资费用的增加所造成生产成本的增;,三是要考虑整个系统的压力关系,需要负压操作时,就要选择机械真空装置、水流喷射装置或蒸汽喷射装置实现真空操作;,需要加压操作时,对于来料系统不能满足该反应压力要求的,
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