工艺过程分析与组织6学时

工艺过程的分析与组织1.工艺过程的分析与组织3.1化学反响平衡的分析3.2化学反响速度的分析3.3工业催化剂3.4影响反响过程的根本因素的分析3.5工艺过程组织分析2.⒈掌握温度、压力等因素对化学平衡、化学反应速率的影响方式；掌握依据各影响因素确定化工生产条件的方法;并通过实例加以说明。⒉熟悉化工催化剂的类型、作用及化工生产对催化剂的要求。⒊理解化工过程组织原那么及方法；了解化工生产过程的表示方式。工艺过程的分析与组织--教学根本要求3.思考问题⒈何为化工生产问题？何为化工生产过程由哪几局部组成？⒉化工生产过程需解决哪些实际问题？⒊化工生产在哪些设备内完成，它们需满足什么条件才能完成生产？⒋如何用直观的表述化工生产过程？⒌如何实现清洁生产？衡量化工生产的指标有哪些？工艺过程的分析与组织4.一、概述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。其核心是工艺过程。而工艺过程中主要是反响过程的条件。工艺过程指的是化工原料加工成化工产品的生产程序，该程序由假设干工艺车间及其工段、生产岗位组成。工艺过程的分析与组织5.①工艺过程讨论的内容：投料方式、工艺流程的组织、化工设备的选择。工艺过程的分析与组织一、概述化工生产过程的主要内容②生产辅助部门由化工设备和仪表控制系统组成，工艺人员要使用这些设备和仪表来完成生产任务，保证它们的正常使用，必须配备维护、修理〔机修〕部门及保证设备运转的动力部门等。这些部门还包括：生产技术、质量检查、机械动力、平安、环境保护、供给及销售部门。6.确定化工生产过程首先应对产品的生产原理有一定的认识。如化学反响过程，其化学反应根底是实现产品生产的理论依据。涉及化学反响平衡、反响速率、催化剂的选用，运用热力学、动力学的分析——过程条件确实定。工艺过程的分析与组织一、概述7.说明：化工生产过程的中心环节是化学反响，只有通过化学反响，原料才能变成目的产物。而化学反响是一个非常复杂的过程，对某一产品生产而言，存在主、副反响。假设要实现消耗最少的原料生产到更多的目的产物，首先要了解通过控制哪些根本因素可以保证实现化工产工艺过程的分析与组织一、概述品工业化的最正确效果，明确这些外界条件对化学反响过程的影响规律，从而找出最正确生产条件范围并实现最正确控制。要找最正确生产条件范围必须了解影响反响过程的因素。化工生产的开展趋势:清洁生产。8.清洁生产⒈概念1996年联合国环境规划署定义为：清洁生产是指将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和效劳中，以期增加生态效率并减少对人类和环境的风险。工艺过程的分析与组织?中国21世纪议程?的定义是：清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施，实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产中。9.

⒉清洁生产的目标

⑴通过资源的综合利用，或缺资源的高效利用或代用，二次资源的利用及节能、降耗、节水、合理利用自然资源，减缓资源的耗竭；⑵减少废物和污染物的生成和排放，促进工业产品的生产、消费过程与环境相容，降低工业活动对人类和环境的风险。工艺过程的分析与组织清洁生产10.⒊清洁生产的内容⑴清洁的能源。常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发和利用；节能技术和节能措施的采用等。⑵清洁的生产过程。在设计时充分考虑少用或不用有毒有害的原料；消除有毒有害的中间产品；减少或消除生产过程的各种危险因素；采用少废、无废的工艺；选择高效的设备加强物料的再循环；简便、可靠的操作和控制；完善的管理等。工艺过程的分析与组织清洁生产⑶清洁的产品。产品在使用过程中及使用后不含有危害人体健康和生态环境的因素；易于回收、复用和再生；合理包装；合理的使用功能和使用寿命；产品报废后易于处理、易降解等。11.⒋实现清洁生产的途径工艺过程的分析与组织清洁生产的实施，首先必须技术上可行；其次要到达节能、降耗、减污的目标，满足环境保护法规的要求；第三是在经济上能够获利，充分表达经济效益、环境效益、社会效益的高度统一。⑴资源的合理利用；⑵改变工艺和设备；⑶组织厂内物料循环；⑷改进产品体系；⑸加强管理；⑹必要的末端处理。清洁生产12.问题思考1.要实现清洁生产〔绿色生产〕，必须从上述六个途径着手考虑，但具体实施时如何做？—提高反响的进行程度，即控制反响条件，使反响向生成物的方向进行；提高反响进行的速度，同时使反响在较适宜的条件下平安进行；防止不必要的过程〔或设备〕及物料〔各种物料〕的浪费，使过程优化。工艺过程的分析与组织13.2.要使反响向生成物方向进行，该如何做？要从改变化学平衡方向的因素着手考虑—温度、压力、反响物及生成物的浓度工艺过程的分析与组织问题思考14.3.要使在较适宜的条件下平安进行，如何做？工艺过程的分析与组织问题思考依据反响特点，选用适宜结构的反响设备和控制方案，保证反响顺利〔平安〕进行。控制反响在平安情况下进行的速度，必须综合考虑反响类型〔可逆？放吸热？均非相？催化？〕、设备及控制方案等。15.4.要使生产过程符合清洁生产的要求，除了从生产条件、设备结构及控制方案等方面考虑外，还必须做哪些工作？工艺过程的分析与组织问题思考

生产过程的合理安排。即生产过程要做到科学、简洁、合理，也即是采用节能、降耗、减污的生产流程。16.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析1、化学反响可能性分析判断反响可能性的意义：在确定化工工艺路线，首先应确定在热力学上是否合理，即对有无可能性做出判断，以防止徒劳无功，浪费人力、物力，假设反响能进行，即可进一步根据热力学方法计算出反响能进行到什么程度，可到达的最大转化率是多少，最后结合热力学和动力学分析确定反响应维持在哪些适宜的工艺条件下进行，加快主反响的速度，减少有害的副反响，使可能性变成有现实意义的工业生产。对于一个反响体系，可以用反响的标准吉氏函数变化值ΔG0来判断反响进行的可能性。17.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析1、化学反响可能性分析化学反响的自由能举例说明反应应能自发进行0反应0反应应不可能进行0ΔG0T<=>处于动态平衡18.正构烷烃于1000K裂解时一次反响的△G0和△H0△G0和△H0的大小各说明了什么问题？144.4129.5131.0130.88.87-9.54-5.94-8.08CnH2n+2脱氢反响△H0△G0反响CnH2n+H2⑴工艺过程的分析与组织242HHC+263HHC+284HHC+2105HHC+19.78.366.588.665.475.290.166.675.577.088.8-53.89-68.99-42.34-69.08-61.13-42.72-70.08-60.08-60.38-45.27C3H8C2H4+CH4C4H10C3H6+CH4⑵C4H10C2H4+C2H6⑶C5H12C4H8+CH4C5H12C3H6+C2H6C5H12C2H4+C3H8C6H14C5H10+CH4⑷C6H14C4H8+C2H6C6H14C3H6+C3H8⑸C6H14C2H4+C4H10断链反应△H0△G0

反应CnH2n+CmH2m+2

Cn+mH2(n+m)+工艺过程的分析与组织20.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析1、化学反响可能性分析由上述分析可知，正构烷烃在1000K时的脱氢和断链反响中，乙烷脱氢不能自发进行；端断链比中间断链容易，故正构烷烃的一次反响产物有：氢气、甲烷及烯烃〔主要是乙烯、丙烯等〕。21.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析1、化学反响可能性分析说明:假设ΔG0绝对值较小，那么不管其符号如何，都不能作出任何有关过程方向的结论，反响到底向何方向进行要依据所创造的反响条件。22.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析2、化学反响限度的分析说明：一般地，生产一种化工产品时，在生成目的产品的主反响进行的同时，总是有假设干个副反响〔平行反响、连串反响〕等，形成一个化学反响系统。了解其中各化学反响竞争的情况，尤其是主反响和不希望发生的副反响进行的难易程度，以及这些反响进行的有利条件和不利条件，才能结合各反响的热力学、动力学根底，寻找出相对有利于主反响的进行而不利于副反响进行的工艺条件，并作为工业生产过程工艺条件控制的目标，从而取得良好的反响效果，得到更多的产品。23.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析2、化学反响限度的分析任何化学反响几乎都不能进行到底而存在着平衡关系，平衡状态的组成说明了反响进行的限度。平衡转化率和平衡产率是反响进行的最大限度。实际生产追求的是转化率要高，也即是反响要尽可能向生成物的方向进行。24.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析2、化学反响限度的分析反响也可以用△G0的大小来判断反响进行的难易程度。当△G0<0时，KP值为一较大的数值。平衡时产物量大大地超过反响物的量，说明反响向正反响进行的可能性很大。除了与反响物的性质有关外，反之，△G0>0时，KP值为一较小的数值。即平衡时产物的量远比反响物为小，说明反响向正方向自发进行的可能性相当小。故△G0值越小说明反响越易进行。在同一化学反响系统中，主、副反响在同一条件下进行化学反响，所以可以根据同一条件下，各主、副反响的ΔG0值的大小来判断各反响的难易程度，条件变化，难易程度的差距也会随之变化。25.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析2、化学反响限度的分析ΔG0>0说明反响不能自发进行，但实际能否发生，还与反响的条件有关，因可通过改变条件使原本不能自发进行的反响可以自发进行，或进行的程度较高。26.工艺过程的分析与组织二、化学反响平衡分析3、化学反响平衡移动的分析对于可逆的化学反响在一定的条件下，无论怎样开始，最终均会到达在该条件下的平衡状态，在平衡状态下，其各物质的量浓度不再随时间发生改变。要想增加生成物的浓度或降低反响物的浓度，必须打破现有的平衡，使平衡向生成物的方向移动。

使化学平衡发生移动的条件主要有：反应温度、反应压力、反应物或生成物的浓度等。例如：CO+H2OCO2+H2△H0298＜0

分析反响向生成CO2方向移动的有利条件。27.工艺过程的分析与组织三、化学反响速率分析1、影响化学反响速度的因素温度对任何类型的化学反响速率均有影响；压力对有气体参与的反响速率有影响；浓度对有液体、气体参与的反响速率有影响；固体颗粒度对有固体参与反响速率有影响；催化剂对须催化剂参与的反响速率有影响；搅拌速度对液固相反响的反响速率有影响。还有其它的因素吗？28.工艺过程的分析与组织三、化学反响速率分析2、各因素对化学反响速度影响⑴温度对化学反响速率的影响⑵压力对化学反响速率的影响⑶浓度对化学反响速率的影响逐个分析29.工艺过程的分析与组织三、化学反响速率分析2、各因素对化学反响速度影响⑷固体颗粒度对化学反响速率的影响⑸搅拌速度对化学反响速率的影响⑹催化剂对化学反响速率的影响逐个分析30.①作用：改变反响速率；降低反响的活化能，改变反响的途径。如环氧乙烷的生产，传统的是氯乙醇法，现多用直接法→即银催化法．工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

31.②分类ⅰ按状态分为：固体类液体类气体类ⅱ工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

酶催化〕(生物催化多相催化均相催化类分按催化作用32.③液体催化剂的应用工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

液体催化剂一般是先配置成高浓度的催化剂溶液，后按反响需要适宜的用量配比参加到反响体系中，溶解均匀而起到加速化学反响的作用。液体催化剂常用于有机合成反响中，多为气液或液液反响体系。如以乙烯为原料制备乙醛；由乙醛制备乙酸均采用液体催化剂。乙烯→乙醛：PdCl2-CuCl2-HCl乙醛→乙酸：Mn(Ac)233.④固体催化剂的构成及作用构成：活性组分，助催化剂，载体ⅰ活性组分:即是主催化剂局部。在化学反应中改变化学反响速率的的成分。ⅱ载体的作用☆节省催化剂有效组分的用量；☆使催化剂有效组分分散，增大接触外表，使活性中心的排布更为恰当。充分发挥其催化活性。☆提高催化剂的机械强度，导热性。ⅲ助剂的作用

☆提高催化活性；

☆提高选择性；

☆延长催化剂的使用期限工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

34.⑤催化剂的特性比外表积、空隙率、孔隙率、孔结构⑥工业生产对催化剂的要求活性好；选择性好；导热性能好；机械强度高；使用寿命长；价廉易得。工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

35.⑦催化剂的使用ⅰ催化剂的活性〔见插图1〕；ⅱ催化剂活性衰退的原因☆中毒及碳化沉淀永久中毒，暂时中毒☆化学结构的浓度☆催化剂成分的改变及损失〔常见催化剂的毒物如附表所示〕ⅲ催化剂的再生ⅳ使用☆使用时本卷须知☆催化剂的装填☆活性的保持工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

36.图1催化剂的影响工艺过程的分析与组织四、工业催化剂

观察变化特点37.图2催化剂的活性与反响时间的关系示意图工艺过程的分析与组织催化剂活性反应时间活性稳定期成熟期衰老期四、工业催化剂

观察变化特点38.砷化合物氧化V2O5V2O3有机碱、碳、烃类、水、重金属裂化硅胶、铝胶CH4C2H6氧化Ag硫化物费歇合成汽油SeTeBiH2O磷化合物加氢PH3O2COH2OC2H2硫化物合成氨Bi氧化TeNH3SSeTe磷化合物加氢裂化CoC2H2H2SPH3

银、砷的化合物、氧化铁氧化RuRhHgPbNH3O2CO(453K)加氢PdCuSSeTeAsSbBiZn化合物、卤化物脱水NiPt催化剂毒物反应类型催化剂常见催化剂的毒物表工艺过程的分析与组织39.工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素说明：化工生产过程的中心环节是化学反响，只有通过化学反响，原料才能变成目的产物。而化工生产逐求的目标是在可以控制的反响速度下，使原料的转化率尽可能高，即实现消耗尽可能少的原料得到更多的目的产品。假设要实现上述目标，必须要了解通过控制哪些因素可以保证实现化工产品工业化的最正确效果，明确这些外界条件对化学反响过程的影响规律，从而找出最正确工艺条件范围并实现最正确控制。为到达这些目的，必须明白化工生产反响过程最优化控制的目标是什么？40.工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素1、反响过程工艺条件优化的目标说明：化工生产中的损失有化学损失〔因副反响造成的损失〕和物理损失〔因别离回收造成的损失〕。实际生产中，以目的产物浓度最大为优化目标最佳点的方法称为化学上的最正确点。41.工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素1、反响过程工艺条件优化的目标实际生产中，以目的产物收率最大为优化目标的最正确点称为工艺上的最正确点。实际生产中，以目的产物本钱最低为优化目标最正确点称为设计中的最正确点。42.工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素1、反响过程工艺条件优化的目标说明：以上三个最正确点分别以目的产物不同的标准为优化目标，各有其不同的含义。从经济观点讲，本钱最低应是最终目标，而对已有的装置中分析影响反响过程的因素时，以目的产物总收率最大为优化目标来寻找反响过程的最正确工艺条件就能符合工艺管理的要求。43.分析：影响反响过程的进行而能否到达工艺上最正确点的因素很多，如反响设备的结构、催化剂的性能和用量、反响过程的工艺参数〔温度、压力、原料配比及原料纯度、停留时间等〕。虽然各产品的反响过程各有自己的特点，工艺过程差异很大，但每个因素对反响的影响均有共同之处。工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素44.五影响反响过程的因素化学平衡-温度、压力、浓度化学反响速率-温度、压力、浓度、颗粒度、催化剂、搅拌速度等。生产的平安性-温度、压力、原料及生产方法的选用、设备的材质〔耐压能力〕、操作方式等生产的经济性-原料及生产方法的选用、生产过程的安排及工艺条件的合理性等工艺过程的分析与组织45.⑴温度的影响分析结论：适宜温度范围的选择首先是根据催化剂的使用条件，在其活性起始温度和终极温度之间。再结合操作压力、空间速度、原料配比和平安生产的要求以及反响效果等项，综合选择，并经过实验和生产实际的验证最后确定。工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素2、影响反响过程的根本因素分析46.⑵压力的影响适宜的操作压力应根据该反响使用催化剂的性能要求，以及化学平衡和化学反响速率随压力变化规律来确定。假设反响必要进行加压，多高压力适宜，要结合必要条件和加压的利弊作经济效果的比较，还要考虑物料体系有无爆炸危险，最后确定生产是在平安确有保证的条件下进行，即为适宜。工艺过程的分析与组织五、影响反响过程的因素47.工艺过程的分析与组织⑶原料配比适宜的原料配比范围应根据反应物的性能〔是否有爆炸性、挥发性等〕、反响的热力学和动力学特证、以及催化剂性能、反响效果、经济衡算结果等综合分析后予以确定。五、影响反响过程的因素48.工艺过程的分析与组织⑷停留时间适宜的停留时间应根据反响到达适当高的转化率、高的选择性等所需时间以及催化剂的性能来决定。化工反响过程的影响因素还有哪些？如液固反响的搅拌速度；有固体参与反响时颗粒度。五、影响反响过程的因素49.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析1、工艺过程的操作方式⑴间歇操作概念:生产操作一开始，将原料一次投入系统，直到操作结束之后，立即将产物全部一次取出。特点：生产过程简单，投资费用低；生产过程中变换条件方便，生产的灵活性比较大，产品的投产比较容易。

缺点：间歇操作存在加料、出料和清洗等非生产时间，设备利用率不高，生产能力的提高受到限制；间歇操作过程实现自动化程度比较低，工艺参数的控制不严格，产品质量波动较大；此外劳动强度较大。

该操作适用于小批量、多品种的生产。50.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析1、工艺过程的操作方式⑵连续操作

概念：物料连续不断地流过生产装置，送进系统的原料和从系统取出的产品总物料量相等特点：生产系统与外界有物料不断地交换，连续进料、连续出料，且进出物料量相等。

连续操作适用于技术成熟地大规模工业生产51.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析1、工艺过程的操作方式⑶半连续〔半间歇〕操作概念：操作过程一次投入原料，而连续不断地从系统取出产品；或连续不断地投料，在操作一定时间后取出产品；或一种物料分批参加，另一原料连续参加。具体地视工艺需要来定选择何种操作方式。52.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析2、工艺过程的组成⑴化工生产过程是将假设干个单元反响过程，假设干个化工单元操作按照一定的规律组成生产系统。这个系统包括:①化学工序:磺化、硝化、酰化、烷基化等；②物理工序:流体的输送、传热、蒸馏等。53.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析2、工艺过程的组成⑵化工生产过程一般由以下工序构成①生产原料的准备〔原料工序〕②反响过程〔反响工序，它是化工生产过程的核心〕③产品的别离和提纯〔别离工序，主要用于反响原料的净化、产品的别离和提纯〕④综合利用〔回收工序〕⑤三废处理〔辅助工序〕54.

化学反响设备(核心)反响原理反响条件分析分析分析化工生产过程的设计是以化学反响为核心,依据生产原理所需条件,分析到达条件所需经历的过程(单元操作过程)以及产品的提纯过程。工艺过程的分析与组织如SO2催化氧化制SO355.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析3、工艺流程反映了由假设干个单元过程〔反响过程、别离过程及动量热量的传递过程〕按一定顺序组合起来，完成从原料变成目的产品的全过程。并以图解的形式表示出整个生产过程的全貌。具体可分三种表示形式。①生产工艺流程图②物料流程图③带控制点的工艺流程图56.①生产工艺流程图〔例如〕57.②物料流程图〔例如〕58.③带控制点的工艺流程图59.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析4、主要设备的选择⑴设备的分类：定型设备、非定型设备⑵设备的选择与计算要充分考虑工艺上的特点，尽量选用先进设备并力求降低投资，节省用料。同时，还必须满足容易制造维修，便于工业上实现生产连续化和自动化，减少工人劳动强度，平安可靠，没有污染等要求。60.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析4、主要设备的选择⑶主要设备的选择①反响器是用来完成化学反响过程的设备。因反响千差万别，其条件也有很多不同，对反响设备的结构要求更是多种多样。一般应根据所要完成的化学过程的特点，分析过程具体条件对工艺提出的要求来选择反响器的。反响器须依据以下工艺要求来进行：Ⅰ、反响动力学要求-保证原料经化学反响要达到一定的转化率和有适宜的反响时间。依次由生产力确定反响器的容积及各项工艺尺寸。另动力学对设备的类型、操作方式、设备的台数均有影响。Ⅱ、热量传递的要求-必须及时移走反响放出的热量或补充反响需要的热量。故须有传热装置和适宜的传热方式，同时辅以可靠的温度测量控制系统，以对反响温度实施有效地检测和控制。Ⅲ、质量传递过程与流体流动过程要求：为保证反响和热量传递正常进行，反响系统的物料流动要满足湍动状态。这样也可以保证物料内物质质量的传递。61.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析4、主要设备的选择⑶主要设备的选择Ⅳ、工程控制的要求-化工生产一定要保证稳定、可靠、平安地进行。其反响器同样如此。故反响器除必备的物料进出口外，还有为便于操作和检修的临时装备〔如人孔、备用接管口〕另因操作失误等引起事故时的紧急处理设施等故对反响器的结构要求必须十分重视平安操作和尽可能采用自动控制方案，以使操作更稳定可靠。目前有很多化工反响器都已采用计算机控制。Ⅴ、机械工程的要求-一是保证反响器在操作条件下有足够的强度和传热面积，便于制造；二是要求反响器所用的材料必须对反响介质具有稳定性，不参与反响，不污染物料，也不被反应物料污染。Ⅵ、技术经济管理的要求-反响器的结构是否合理，最终表达在经济效果上。设备结构简单、便于安装和检修，有利于工艺条件的控制，最终能到达设备投资少，保证工艺生产符合优质、高产、低耗的要求。总之，反响器的选择应结合各类反响器的性能、特点，根据具体产品的生产工艺需要，综合上述各条要求进行选择。62.工艺过程的分析与组织六、工艺过程的组织与分析4、主要设备的选择⑶主要设备的选择②精馏设备的选型在选择精馏塔时要注意以下几方面的要求：Ⅰ、能力大、效率高。结构简单，便于制造和维修，还可降低本钱；Ⅱ、可靠性好，可保证设备长期运转不出故障。因此，设备的机械性能一定要好，同时设备要具有足够的操作弹性，以便处理量或气液比发生变化时，仍能保持较高的效率，并稳定生产。Ⅲ、满足工艺要求依据别离物料的性质及分离要求，可采用不同的精馏方式〔加压、减压或特殊精馏〕和塔板结构、塔板材料等，总之要依据工艺条件、别离物料的性质及别离要求来定。Ⅳ、塔板压降要小塔板压降要适宜。过高会引起塔釜温度过高而引起物料变质；过低会引起再沸器加热温差过小，不便于传热。上述条件不可能同时满足，须依据塔设备在工艺流程中的地位和特点，注意满足工艺要求，同时结合各类塔设备的特