认识化工工艺

2013年

“中国石化-三井化学杯”

第七届全国大学生化工设计竞赛参赛指导讲座（2）-------认识化学工艺、确定设计题目主讲人：陈丽珍2013-6-5什么是化学工艺？化学工业化学工程化学工艺化工自动化技术过程控制及优化环境问题经济问题生产安全环境化工化工自动化化工过程模拟化工技术经济化工安全化学工程研究：过程工业中有关化学过程和物理过程的一般原理和共性规律解决：过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。化学工艺即化工生产技术：指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法或过程或全部措施以产品为目标，研究化工生产过程，为化学工业提供技术先进经济合理的方法、原理、设备和流程。化学工艺（过程）一般包括三个步骤：原料处理---使原料符合反应要求的状态和规格化学反应---获得目的产物或混合物产品精制---将反应得到的混合物分离，除去副产物和杂质，以获得符合组成规格的产品。环氧丙烷：由异丁烷或乙苯与丙烯进行共氧化反应，生成叔丁醇或苯乙烯，同时联产环氧丙烷

Process个别生产的特殊性丙烯腈：丙烯氨氧化，反应温度430～450℃、压力0.16～0.18MPa（绝对压力）丙烯酸：丙烯两步氧化：丙烯---丙烯醛—丙烯酸化学工艺共性问题原料和生产方法的选择流程组织所用设备（反应器、分离器、热交换器等）的作用、结构和操作催化剂及其他物料的影响操作条件的确定生产控制产品规格及副产品的分离和利用安全技术和技术经济参加化工设计竞赛从何着手？第一步----确定设计题目：需要确定产品和产量。先看参赛要求：为某一石化/煤化总厂设计一座丙烯制基本有机化工原料的合成分厂，主要原料为丙烯—丙烯化工---烯烃化工—聚丙烯以外的注意结合国家政策（查资料）：化学工艺的主要发展趋势：基础化学工业生产的大型化，原料和副产物的充分利用，新原料路线和新催化剂（包括新反应）的采用，能源消耗的降低，环境污染的防止，生产控制自动化，生产的最优化等。

为了确定产品，首先要了解在丙烯化工的状况

1985年出版的《化工生产流程图解》信息：一氯丙二醇过氧化氢异丙苯丙醛丙烯乙丙橡胶丙烯二聚体、三聚体、四聚体、聚丙烯异丙苯丙酮苯酚异丙醇丙二醇氯丙醇环氧丙烷烯丙醇聚醚甘油三甲基戊醇聚丙烯腈环氧氯丙烷辛烯醛丙烯酸酯丙烯异丁醇2-乙基己醇丁醛二氯丙醇丁醇烯丙基氯丙烯腈丙烯醛丙烯酸烯丙醇二羟基丙醛甘油异丁醛新戊醇苯乙烯苯乙烯十六碳醇1985~2013年有新开发的产品及路线吗？一定有！？有哪些新的工艺路线啊？查文献！上哪查？化工类书籍、图书馆、网站（CNKI）四氯化碳，过氯乙烯查阅文献，了解丙烯为原料可能的产品及工艺路线，最后选择确定一个产品。以丙烯酸为例，认识化学工艺：首先要大致了解丙烯酸的性质与用途：（1）性质丙烯酸---Acrylicacid，有机化合物，化学式：C3H4O2，是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶，是由从炼油厂得到的丙烯制备的。密度1.051。熔点12℃。沸点139℃。化学性质活泼。易聚合而成透明白色粉末。还原时生成丙酸。（2）用途主要用于生产丙烯酸酯，如甲酯、乙酯、丁酯和2-乙基己酯，还可作为丙烯酰胺的原料。丙烯酸和丙烯酸酯是生产其均聚物和共聚物的重要原料。以丙烯酸作第三单体可得羰基丁苯橡胶。丙烯酸还是水溶性聚合物的重要原料之一，与淀粉接枝共聚可制得超强性吸水剂。

接着了解丙烯酸的市场状况及主要生产方法。

依然是查文献获取信息：从该文献获得的信息：2011~2013年我国可能新建成总产量为240万吨/年的生产线，其中最大的一个项目产量为48万吨，其它的产量大多在12~16万吨/年。丙烯氧化生产丙烯酸的方法：含有丙烯、水蒸汽和空气的反应原料在催化条件下转化为丙烯醛以及部分丙烯酸、乙醛和CO，丙烯醛进一步转化为丙烯酸，后者经吸收、蒸馏可得到粗丙烯酸(也称酯化级丙烯)，粗丙烯酸进一步精制可得到高纯丙烯酸和聚合用纯丙烯酸。反应原理：+341kJ+254kJ原料丙烯（摩尔纯度95%以上），水蒸汽、和经预热的空气混合后进入第一反应器，以熔盐加热，温度保持在330~370℃，在催化剂存在下，丙烯被氧化成丙烯醛。反应气体直接进入第二反应器，反应温度为260~300℃，丙烯醛被氧化成丙烯酸。反应气体在离开第二反应器后进入急冷塔冷凝，获得20%左右的丙烯酸水溶液。由于丙烯酸与水能形成共沸物，所以采用溶剂萃取法提浓。丙烯酸水溶液经轻组分塔将不冷凝物除去后，送入萃取塔，在那里，用溶剂将丙烯酸从水中萃取出来。用蒸馏法从丙烯酸中分出溶剂，然后返回萃取塔。丙烯酸用一组蒸馏塔提纯，除去低沸物和高沸副产物，最后得到高浓度的丙烯酸。文献信息：日本三菱化学1973年建成的生产线，两台串联的固定床反应器中分别采用Mo—Bi系和Mo—V系催化剂，寿命均为6年。文献还有另外的一些技术改进信息。《化工生产流程图解》丙烯酸制法：百度百科上查到的信息：除美国索亥俄法采用流化床外，其他都采用列管式固定床。

固定床法：第一反应器进料丙烯含量为4%～7%，水蒸气20%～50%，其余为空气，空速1300～2600h－1，反应温度320～340℃，压力0.1～0.3MPa；第二反应器空速为1800～3600h－1，反应温度280～300℃，压力0.1～0.2MPa，丙烯和丙烯醛的转化率都在95%以上，丙烯酸的选择性以丙烯计为85%～90%。

工艺过程为：使丙烯、水蒸气与经过预热的空气混合后进入第一反应器。丙烯被氧化成丙烯醛。再进入第二反应器反应，得到丙烯酸。第一、第二反应器均为列管式反应器，用熔盐作热载体，从第二反应器出来的反应气与原料空气换热后进入急冷塔，与塔顶加入的水逆向接触，获得含量为20%～30%的丙烯酸水溶液。该水溶液进入萃取塔，以乙酸丁酯或二甲苯为萃取剂，使水与丙烯酸分离。富含水的萃取液从萃取塔塔顶出来，进入溶剂回收塔，将萃取剂从塔顶蒸出，送回萃取塔循环使用。塔底排出废水。（续上页）萃取塔中的萃余液进入溶剂蒸馏塔。从塔顶蒸出溶剂（萃取剂），送回萃取塔循环使用；塔底得到粗丙烯酸，再经脱去轻组分和重组分后得到丙烯酸产品。丙烯经气相接触氧化反应制造丙烯酸过程中，除产物丙烯酸外，还存有微量丙烯醛、乙酸、戊酮酸、蚁酸以及其他醛类杂质。醛类是丙烯氧化副产物或由于丙烯原料中含有的杂质氧化而生成的，如乙醛、甲醛、苯甲醛、糠醛、丙烯醛等，含有这些副产物的反应气体，经冷却、抽提蒸馏后，残留于丙烯酸产品中。采用常规方法精制的丙烯酸产品中，仍含有约（50～500）×10－6的醛物质。

典型的工艺流程图题目确定之后，根据任务要求逐步完成各项工作项目可行性论证工艺流程设计设备选型及典型设备设计车间设备布置设计工厂总体布置设计经济分析与评价成果整理与提交：

1）项目可行性报告2）初步设计说明书（包括设备一览表、物料平衡表等各种相关表格）3）典型设备（标准设备和非标设备）设计计算说明书（若采用相关专业软件进行设备计算和分析，则提供计算结果和源程序）4）PFD和PID图（可以分多张A3图绘制）5）车间设备平立面布置图6）分厂平面布置总图（可以补充提供三维视图或漫游软件）7）主要设备工艺条件图8）工艺流程的模拟及流程优化计算软件9）若进行能量集成与节能技术运用，则提供相关的结果（若采用专业软件计算，则提供相关软件的源程序）10）若采用专业软件进行过程成本的估算和经济分析评价，则提供相关的软件源程序除期刊文献外的其它参考资料：

化工建设项目可研规定内容和深度要求HG-T20688-2000化工工厂初步设计文件内容深度规定各类参考书：《化工工艺设计手册（第四版）》《化工设计》化学化工数据手册设备设计类手册其它相关书籍化工设计规范性、标准性、综合性强

化工设计是把一项化工过程从设想变成现实的一个建设环节，需要根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济可行性，再根据工艺流程以及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的需要，最终使