石油化工过程课件

过程工程导论

IntroductiontoProcessEngineering主讲：马紫峰(上海交通大学化学工程系)/过程工程导论

IntroductiontoProcess1从化学工程学到过程工程学FromChemicalEngineeringtoProcessEngineering?RawmaterialsIndustrialProcessesUsefulProduct矿物植物动物水大气石油炼制\煤气化\分离浸取\萃取\分离油脂加工\牛油脱脂电解\水热合成\水解空气分离燃料油\化学品\药品食用油\香料\药品润滑\护肤\药品氢气氮气\氧气何谓过程工业？从化学工程学到过程工程学RawmaterialsIndus2*第190次香山科学会议，2002，9从化学工程学到过程工程学FromChemicalEngineeringtoProcessEngineering?*第190次香山科学会议，2002，9从化学工程学到过程工3化学工业——过程工业

FromChemicalIndustrytoProcessIndustry化工过程化学反应---反应器物理过程—单元操作实例:VA生产分离提纯分离提纯甲基庚烯酮合成脱氢芳樟醇生产重排为柠檬醛异戊二烯氯化氢VA紫罗兰酮乙炔B胡萝卜素化学工业——过程工业

FromChemicalIndus4过程工业的基本特点工业生产使用的原材料主要是自然资源（矿物、生物质、空气和水等）；生产过程主要为连续化生产；原材料在生产过程中经历许多化学变化和物理变化；产量的增加主要依靠扩大工业生产规模来达成，或者说依靠“放大生产规模”（Scale-up）来达到；有相当高比例的过程工业产品作为产品工业的基础原料；过程工业的基本特点工业生产使用的原材料主要是自然资源（矿物、5利用化工与催化过程（催化裂化、催化重整）将石油炼制生产出各种燃料（汽油、柴油和煤油）去驱动汽车、飞机等交通工具炼油过程工业过程工业实例利用化工与催化过程（催化裂化、催化重整）将石油炼制生产出各种6氨合成过程解决了全世界粮食问题。催化过程设计是核心氨合成催化剂的研究与改进已经尝试10万多个配方，至今仍是工业催化界研究的方向之一氨合成过程解决了全世界粮食问题。催化过程设计是核心氨合成催化7生物医药产品生产离不开过程工业技术进步生物医药产品生产离不开过程工业技术进步8需求:推动化工学科与过程工业的发展源动力需求:推动化工学科与过程工业的发展源动力9化学工程与技术学科发展沿革工程学科支柱土木工程机械工程电机工程化学工程瓦特发明蒸汽机(1736-1819)伏特\法拉第\爱迪生(1800-)英国土木工程师学会成立(1750-)美国化学工程师学会成立(1908-)1921年，美国麻省理工(MIT)设立世界上第一个化工系，1922年，系主任A.D.Little在MIT尝试开设”工业化学”课程，将化学与机械、电工和土木等工程知识有机结合起来进行化工教育1922年，在美国化学工程师学会(AIChE)年会上，确立“单元操作”概念，提出“化学工程”的“独立宣言”（DeclarationofIndependence）化学工程与技术学科发展沿革工程学科支柱土木工程机械工程电机工10第一阶段，化学工业“初始条件”的建立（1780~1880）第二阶段，“化学工程学”的起源（1880~1910）第三阶段，“化学工程学”与“化学工程师”的定位（1910~1945）第四阶段，“化学工程学”的完善与化学工业持续发展期（1945~1970）第五阶段，从化学工程学到过程工程学：新挑战，新机遇（1970~）化工理论体系发展与化工教育发展历程第一阶段，化学工业“初始条件”的建立（1780~1880）化111881年，GerorgeE.Davis主持在英国成立了“化学工程师协会”1901年，英国出版了“化学工程手册”1908年，美国化学工程师学会（AIChE）成立1922年，在AIChE年会上，提出“化学工程独立宣言”（DeclarationofIndependenceforChemicalEngineering）,确立“UnitOperation”概念1923年，《PrinciplesofChemicalEngineering》（化工原理）出版，标志着化工学科理论体系的诞生“化学工程学”产生“化学工程不是化学、机械和土木工程的组合体，而是一门属于自己的科学，其基础就是那些单元操作。这些单元操作的合理排列及配合产生了工业规模的化学流程”————化学工程独立宣言1881年，GerorgeE.Davis主持在英国成立了12“三传一反”化工理论体系的建立1915年，A.D.Little提出单元操作概念，将复杂的化工生产过程归纳为有限的操作单元，如精馏、萃取、吸收和干燥等。1922年，在AIChE年会上，确立“UnitOperation”概念。1923年，MIT的W.H.Walker,W.K.Lewis,W.H.McAdams编写出版PrinciplesofChemicalEngineering,重点阐述了“单元操作”，被公认为化工学科体系第一阶段标志（Firstparadigm)1957年，随着石油炼制与化工技术发展，化学反应工程形成独立的理论，标志着化学工程学科第二个里程碑的诞生（Secondparadigm)1960年，R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot正式出版了《TransportPhenomena》（中译本在1990年由化工出版社出版），即从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中的共性科学问题，确立了动量传递、热量传递、质量传递和反应工程在化工学科中的基础理论地位，“三传一反”成为化工学科理论基石.“三传一反”化工理论体系的建立1915年，A.D.Litt13传递现象----化工理论基础1960年，R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot出版了《TransportPhenomena》（中译本在1990年出版），从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中的共性科学问题1969年3W出版了《动量、热量和质量传递原理》（已经出第四版）传递现象----化工理论基础1960年，R.B.Bird,14我国化学工业发展先驱1917年范旭东与侯德榜在天津塘沽创办的永利碱厂，它是亚洲第一座苏尔维法氨碱厂，是我国化学工业策源地1941年侯德榜博士发明了将合成氨与氨碱法联合制碱的新工艺——候氏碱法我国化学工业发展先驱1917年范旭东与侯德榜在天津塘沽创办的15我国化学工程与技术学科发展先驱陈世璋（北大教授）俞同奎（北大教授）1922年陈世璋、俞同奎在北京创立中华化学工业会。1923年9月8日成立了中华化学工业会上海分部（现上海市化学化工学会）我国化学工程与技术学科发展先驱陈世璋（北大教授）俞同奎（北大16根据学以致用之本意，不欲专以学术相号召，成在促进化学界与实业界之联系，以振兴吾国之化学工业——中华化学工业会宗旨根据学以致用之本意，不欲专以学术相号召，成在促进化学界与实业17以中国科学院“化工冶金研究所”更名为“过程工程研究所”为契机，把“化学工程学”拓展到“过程工程学”显得更为迫切。香山科学会议讨论了化学工程向过程工程发展的趋势，以及过程工程、过程工业、产品工程的内涵,明确了过程工程的研究对象具有多尺度特征、研究内容分别向大尺度(宏观巨系统)和小尺度(纳-微尺度)扩展。以郭慕孙、李静海和袁权等为代表的中国化学工程学带头人推动着“过程工程学”的发展。KaM.Ng,JinhaiLi,M.S.Kuo,AIChEJournal,2005,51(10):2620-2627以中国科学院“化工冶金研究所”更名为“过程工程研究所”为契机18ClassificationofProcessingIndustriesinChinaFoodprocessingFoodproductsPaperandpaperproductsPrintingPetroleumprocessingandcokingChemicalrawmaterialsandproductsPharmaceuticalsChemicalfibersRubbersPlasticsNon-metallicmineralsFerrousmetalsmeltingandcalenderingNon-ferrousmetalmetallurgyandcalenderingMetalsurfacefinishing&thermaltreatmentMetalcastingPowdermetallurgyInsulatorsIntegratedcircuitsElectroniccomponentsTobaccoprocessingRawfiberprocessingCottondyeingWooldyeingandfinishingSilkdyeingElectricpowergenerationGasfromcoalDrinkingwaterIndustrieswithProcessEngineeringProcessingIndustriesKaM.Ng,JinhaiLi,M.S.Kuo,AIChEJournal,2005,51(10):2620-2627ClassificationofProcessingI19过程工程：新的挑战，新的机遇进入21世纪，经济全球化和互联网技术（IT技术）让世界成为一个“地球村”。随着能源、资源和环境问题加剧，如何建立和谐的ET(Energy&EnvironmentalTechnology，能源与环境技术)社会，成为全球关注的焦点。在未来IT和ET交织发展进程中，化学工程师的作用是什么？化学工程学科的价值在哪里？21世纪的化学工程研究必须：（1）面向化学(包括生物)转化为基础的各种过程工业；（2）面向以化学工程为核心科学的制造业，适应可持续发展的要求；（3）面向以人为重点消费者的产品的研究与开发，适应用户不断增长的需求。过程工程：新的挑战，新的机遇进入21世纪，经济全球化和互联网20化学工程学科的定位化工是：能源工业发展的核心，新材料的基础，生物与环境工程产业的有效手段，现代农业与食品产业的先导，信息产业的支撑化学工程学科的定位化工是：能源工业发展的核心，新材料的基础，21产品工程：是过程工业发展的理念和导向用户需求产品性能配方设计分子设计工艺与过程设计生产最终产品工程向科学靠拢,通过多学科交叉达到知识创新产品工程：是过程工业发展的理念和导向用户需求产品性能配方设计22化学产品是汽车工业发展的基础汽车燃料生产（汽油、柴油、润滑油和代用清洁燃料）汽车车身材料制造（钢板、塑料和玻璃）车身装饰材料（涂料、皮革）新型动力系统（燃料电池、动力电池）化学产品是汽车工业发展的基础汽车燃料生产（汽油、柴油、润滑油23本课程学习目的《过程工程导论》目的是了解过程工业的基本特征，熟悉过程工程的本质与理论基础在传递现象、单元操作及化学反应工程理论的学习基础上，用化工系统方法论，学习过程工业分析与集成方法，阐述过程工业设计与开发程序，启迪研究与开发思路。通过学习与实际应用案例的分析与研讨，了解过程工业的基本特征，熟悉化学反应器的结构，能够灵活运用化工基础知识，根据各单元操作的技术特点，进行“工业过程与设备”的设计与设备选型，以适应指定反应体系，满足规模化生产工艺要求。在科学研究中提高工业化意识，与工程技术人员建立共同语言，指导科研选题和研究路线的确定。本课程学习目的《过程工程导论》目的是了解过程工业的基本特征，24相关专著和教材ElementsofChemicalProcessEngineering

byD.S.J.Jones,October1997FoodProcessEngineering:TheoryandLaboratoryExperiments

byShriK.Sharma,StevenJ.Mulvaney,SyedS.H.Rizvi,November1999ChemicalMicroProcessEngineering:ProcessingandPlants

byVolkerHessel,May2005

ChemicalMicroProcessEngineering:Fundamentals,ModellingandReactions

byVolkerHessel,April2004

Ullmann'sProcessesandProcessEngineering,3Volumes

byWiley-VCH(Editor),April2004

马紫峰主编，《过程工程导论》，化学工业出版社，2009年1月相关专著和教材ElementsofChemicalPr25ElementsofChemicalProcessEngineeringBasicProcessEngineeringPrinciples.CommonSystemsinChemicalProcesses.Equipment—Vessels.Pumps.Compressors.HeatExchangers.FiredHeaters.ProcessStudiesandEconomicAnalysis.TheProcessEngineers'RolesinProjectManagement.ElementsofChemicalProcessE26FoodProcessEngineering:

TheoryandLaboratoryExperimentsCompletestep-by-stepproceduresforlaboratoryexperimentThoroughdescriptionofnecessaryequipment,includingproperoperatingproceduresWork-outexamplesprovidedforimportantcalculations(e.g.,Poissonratio,flexmodulus,lethalrate,etc.)SeveralcomputersimulationtestsprovidedandinformationonuseofcomputerspreadsheetsisalsoprovidedEachexperimentisprecededbyquestionsandobjectives;eachexperimentfollowedbydataanalysisandinterpretationforacompletetreatmentFoodProcessEngineering:

The27过程工程导论

IntroductiontoProcessEngineering主讲：马紫峰(上海交通大学化学工程系)/过程工程导论

IntroductiontoProcess28从化学工程学到过程工程学FromChemicalEngineeringtoProcessEngineering?RawmaterialsIndustrialProcessesUsefulProduct矿物植物动物水大气石油炼制\煤气化\分离浸取\萃取\分离油脂加工\牛油脱脂电解\水热合成\水解空气分离燃料油\化学品\药品食用油\香料\药品润滑\护肤\药品氢气氮气\氧气何谓过程工业？从化学工程学到过程工程学RawmaterialsIndus29*第190次香山科学会议，2002，9从化学工程学到过程工程学FromChemicalEngineeringtoProcessEngineering?*第190次香山科学会议，2002，9从化学工程学到过程工30化学工业——过程工业

FromChemicalIndustrytoProcessIndustry化工过程化学反应---反应器物理过程—单元操作实例:VA生产分离提纯分离提纯甲基庚烯酮合成脱氢芳樟醇生产重排为柠檬醛异戊二烯氯化氢VA紫罗兰酮乙炔B胡萝卜素化学工业——过程工业

FromChemicalIndus31过程工业的基本特点工业生产使用的原材料主要是自然资源（矿物、生物质、空气和水等）；生产过程主要为连续化生产；原材料在生产过程中经历许多化学变化和物理变化；产量的增加主要依靠扩大工业生产规模来达成，或者说依靠“放大生产规模”（Scale-up）来达到；有相当高比例的过程工业产品作为产品工业的基础原料；过程工业的基本特点工业生产使用的原材料主要是自然资源（矿物、32利用化工与催化过程（催化裂化、催化重整）将石油炼制生产出各种燃料（汽油、柴油和煤油）去驱动汽车、飞机等交通工具炼油过程工业过程工业实例利用化工与催化过程（催化裂化、催化重整）将石油炼制生产出各种33氨合成过程解决了全世界粮食问题。催化过程设计是核心氨合成催化剂的研究与改进已经尝试10万多个配方，至今仍是工业催化界研究的方向之一氨合成过程解决了全世界粮食问题。催化过程设计是核心氨合成催化34生物医药产品生产离不开过程工业技术进步生物医药产品生产离不开过程工业技术进步35需求:推动化工学科与过程工业的发展源动力需求:推动化工学科与过程工业的发展源动力36化学工程与技术学科发展沿革工程学科支柱土木工程机械工程电机工程化学工程瓦特发明蒸汽机(1736-1819)伏特\法拉第\爱迪生(1800-)英国土木工程师学会成立(1750-)美国化学工程师学会成立(1908-)1921年，美国麻省理工(MIT)设立世界上第一个化工系，1922年，系主任A.D.Little在MIT尝试开设”工业化学”课程，将化学与机械、电工和土木等工程知识有机结合起来进行化工教育1922年，在美国化学工程师学会(AIChE)年会上，确立“单元操作”概念，提出“化学工程”的“独立宣言”（DeclarationofIndependence）化学工程与技术学科发展沿革工程学科支柱土木工程机械工程电机工37第一阶段，化学工业“初始条件”的建立（1780~1880）第二阶段，“化学工程学”的起源（1880~1910）第三阶段，“化学工程学”与“化学工程师”的定位（1910~1945）第四阶段，“化学工程学”的完善与化学工业持续发展期（1945~1970）第五阶段，从化学工程学到过程工程学：新挑战，新机遇（1970~）化工理论体系发展与化工教育发展历程第一阶段，化学工业“初始条件”的建立（1780~1880）化381881年，GerorgeE.Davis主持在英国成立了“化学工程师协会”1901年，英国出版了“化学工程手册”1908年，美国化学工程师学会（AIChE）成立1922年，在AIChE年会上，提出“化学工程独立宣言”（DeclarationofIndependenceforChemicalEngineering）,确立“UnitOperation”概念1923年，《PrinciplesofChemicalEngineering》（化工原理）出版，标志着化工学科理论体系的诞生“化学工程学”产生“化学工程不是化学、机械和土木工程的组合体，而是一门属于自己的科学，其基础就是那些单元操作。这些单元操作的合理排列及配合产生了工业规模的化学流程”————化学工程独立宣言1881年，GerorgeE.Davis主持在英国成立了39“三传一反”化工理论体系的建立1915年，A.D.Little提出单元操作概念，将复杂的化工生产过程归纳为有限的操作单元，如精馏、萃取、吸收和干燥等。1922年，在AIChE年会上，确立“UnitOperation”概念。1923年，MIT的W.H.Walker,W.K.Lewis,W.H.McAdams编写出版PrinciplesofChemicalEngineering,重点阐述了“单元操作”，被公认为化工学科体系第一阶段标志（Firstparadigm)1957年，随着石油炼制与化工技术发展，化学反应工程形成独立的理论，标志着化学工程学科第二个里程碑的诞生（Secondparadigm)1960年，R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot正式出版了《TransportPhenomena》（中译本在1990年由化工出版社出版），即从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中的共性科学问题，确立了动量传递、热量传递、质量传递和反应工程在化工学科中的基础理论地位，“三传一反”成为化工学科理论基石.“三传一反”化工理论体系的建立1915年，A.D.Litt40传递现象----化工理论基础1960年，R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot出版了《TransportPhenomena》（中译本在1990年出版），从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中的共性科学问题1969年3W出版了《动量、热量和质量传递原理》（已经出第四版）传递现象----化工理论基础1960年，R.B.Bird,41我国化学工业发展先驱1917年范旭东与侯德榜在天津塘沽创办的永利碱厂，它是亚洲第一座苏尔维法氨碱厂，是我国化学工业策源地1941年侯德榜博士发明了将合成氨与氨碱法联合制碱的新工艺——候氏碱法我国化学工业发展先驱1917年范旭东与侯德榜在天津塘沽创办的42我国化学工程与技术学科发展先驱陈世璋（北大教授）俞同奎（北大教授）1922年陈世璋、俞同奎在北京创立中华化学工业会。1923年9月8日成立了中华化学工业会上海分部（现上海市化学化工学会）我国化学工程与技术学科发展先驱陈世璋（北大教授）俞同奎（北大43根据学以致用之本意，不欲专以学术相号召，成在促进化学界与实业界之联系，以振兴吾国之化学工业——中华化学工业会宗旨根据学以致用之本意，不欲专以学术相号召，成在促进化学界与实业44以中国科学院“化工冶金研究所”更名为“过程工程研究所”为契机，把“化学工程学”拓展到“过程工程学”显得更为迫切。香山科学会议讨论了化学工程向过程工程发展的趋势，以及过程工程、过程工业、产品工程的内涵,明确了过程工程的研究对象具有多尺度特征、研究内容分别向大尺度(宏观巨系统)和小尺度(纳-微尺度)扩展。以郭慕孙、李静海和袁权等为代表的中国化学工程学带头人推动着“过程工程学”的发展。KaM.Ng,JinhaiLi,M.S.Kuo,AIChEJournal,2005,51(10):2620-2627以中国科学院“化工冶金研究所”更名为“过程工程研究所”为契机45ClassificationofProcessingIndustriesinChinaFoodprocessingFoodproductsPaperandpaperproductsPrintingPetroleumprocessingandcokingChemicalrawmaterialsandproductsPharmaceuticalsChemicalfibersRubbersPlasticsNon-metallicmineralsFerrousmetalsmeltingandcalenderingNon-ferrousmetalmetallurgyandcalenderingMetalsurfacefinishing&thermaltreatmentMetalcastingPowdermetallurgyInsulatorsIntegratedcircuitsElectroniccomponentsTobaccoprocessingRawfiberprocessingCottondyeingWooldyeingandfinishingSilkdyeingElectricpowergenerationGasfromcoalDrinkingwaterIndustrieswithProcessEngineeringProcessingIndustriesKaM.Ng,JinhaiLi,M.S.Kuo,AIChEJournal,2005,51(10):2620-2627ClassificationofProcessingI46过程工程：新的挑战，新的机遇进入21世纪，经济全球化和互联网技术（IT技术）让世界成为一个“地球村”。随着能源、资源和环境问题加剧，如何建立和谐的ET(Energy&EnvironmentalTechnology，能源与环境技术)社会，成为全球关注的焦点。在未来IT和ET交织发展进程中，化学工程师的作用是什么？化学工程学科的价值在哪里？21世纪的化学工程研究必须：（1）面向化学(包括生物)转化为基础的各种过程工业；（2）面向以化学工程为核心科学的制造业，适应可持续发展的要求；（3）面向以人为重点消费者的产品的研究与开发，适应用户不断增长的需求。过程工程：新的挑战，新的机遇进入21世纪，经济全球化和互联网47化学工程学科的定位化工是：能源工业发展的核心，新材料的基础，生物与环境工程产业的有效手段，现代农业与食品产业的先导，信息产业的支撑化学工程学科的定位化工是：能源工业发展的核心，新材料的基础，48产品工程：是过程工业发展的理念和导向用户需求产品性能配方设计分子设计工艺与过程设计生产最终产品工程向科学靠拢,通过多学科交叉达到知识创新产品工程：是过程工业发展的理念和导向用户需求产品性能配方设计49化学产品是汽车工业发展的基础汽车燃料生产（汽油、柴油、润滑油和代用清洁燃料）汽车车身材料制造（钢板、塑料和玻璃）车身装饰材料（涂料、皮革）新型动力系统（燃料电池、动力电池）化学产品是汽车工业发展的基础汽车燃料生产（汽油、柴油、润滑油50本课程学习目的《过程工程导论》目的是了解过程工业的基本特征，熟悉过程工程的本质与理论基础在传递现象、单元操作及化学反应工程理论的学习基础上，用化工系统方法论，学习过程工业分析与集成方法，阐述过程工业设计与开发程序，启迪研究与开发思路。通过学习与实际应用案例的分析与研讨，了解过程工业的基本特征，熟悉化学反应器的结构，能够灵活运用化工基础知识，根据各单元操作的技术特点，进行“工业过程与设备”的设计与设备选型，以适应指定反应体系，满足规模化生产工艺要求。在科学研究中提高工业化意识，与工程技术人员建立共同语言，指导科研选题和研究路线的确定。本课程学习目的《过程工程导论》目的是了解过程工业的基本特征，51相关专著和教材ElementsofChemicalProcessEngineering

byD.S.J.Jones,October1997FoodProcessEngineering:TheoryandLaboratoryExpe