第一章 化工开发.ppt

1、化学过程分析与开发，化学过程开发，教师：乐清华，第1章：概述，主要内容第1节：化学工业的基本特征第2节：化学过程开发研究的意义第3节：化学过程开发研究的部署，1。化学工业的组成。化学工业的地位和作用。化学工业的基本特征。第一部分：化学工业的基本特征，化学工业领域的构成，化学技术的研究内容，研究内容：以化学反应为手段创造新产品的生产技术和工艺。研究重点：原料路线、催化技术、反应机理和工艺路线。是关于个性的。化学工程研究内容：探索“三传一反”的一般规律，以创造新设备、新技术、优化设计、强化生产为目的的工程研究。研究重点：传递过程、热力学、反应工程、分离工程。它是针对共同的问题。20世纪90年代各国

2、工业增长率比较，第二，化学工业的地位和作用，1990-1999年国际国内生产总值平均增长率比较，2000年化学工业人均销售额比较，注： 2000年美国化学工业总销售额为3400亿元(24.3%)，平均为1360元/年。2000年，世界化学工业的总销售额为14，000亿元/年，2000年平均年销售额为67元，约为800亿元(5.7%)。化学反应具有巨大的发展潜力，创造新的物质，新材料的来源具有很强的渗透力，促进了相关产业的快速发展，增长率领先，化学工业是国民经济的支柱产业，化学工业在国民经济中占有重要地位。从全球化学工业的发展来看，根据英国化学工业协会对全球化学品的统计和预测，2000年世界化学

3、工业的总市场价值为1.7万亿美元，2010年将达到2.4万亿美元。从1991年到2000年，全球化学工业产值的增长率是全球产量的2.68倍。世界化工产能分布，化工、信息、航天、生活、轻工、食品、能源、环境、建筑、医药、材料、石油、煤炭、天然气、生物、岩盐、磷酸盐、硫磺、岩盐等。欧盟化学工业生产部门细目(*)，法国蓬皮杜艺术中心，化学工业与可持续发展，环境保护，能源节约，可持续发展的两个立足点，化学能源节约，一次能源：煤炭，石油，天然气，太阳能，风能，水能和地热能。二次能源：电力、燃油、天然气、核能等。欧洲共同体化学工业的能源消耗指数继续下降。根据对中国能源形势的分析，能源利用率很低。目前，中国

4、的能源强度为每千美元国内生产总值2.041吨标准煤，是日本的13.7倍，美国的4.6倍，印度的1.9倍，世界平均水平的4.71倍。根据中国能源形势分析，环境污染严重：酸雨占全国陆地面积的1/3，二氧化碳排放量超过8亿吨，仅次于美国。分析中国的能源形势，任务是艰巨的：专家预测，2050年中国可利用的一次能源总量将是31.08亿吨标准煤。如果中国在2050年进入中等发达国家，人均国内生产总值将达到5000-6000美元。根据15亿人口，能源强度必须降低到每千美元0.41吨标准煤。预计2050年中国一次能源形势，化学能源节约，和化学能源转换的桥梁。化学工业的节能途径。洁净煤技术洁净煤处理技术：选煤、

5、脱灰和脱硫洁净煤转化技术：煤汽化和液化。洁净煤燃烧技术：循环流化床烟气净化(脱硫脱硝)。IGCC联合循环发电技术。节能化学技术、节能化学技术、高效清洁发电技术IGCC联合循环发电：燃气轮机组工作传统的火力发电技术，燃煤锅炉燃烧高压汽轮机电气废气SO2，IGCC联合循环发电技术，煤气化净化燃气轮机余热锅炉高压汽轮机电力，电力，化工原料，硫磺，IGCC联合循环发电技术，IGCC发电技术的优势，大大提高了电厂的供电效率。传统发电效率：34%，IGCC发电效率：40-43%，大大减少了气体污染物的排放。煤气中99%以上的硫被去除，从而使排放的烟气对大气的污染最小化。IGCC联合循环发电技术的优势，煤耗

6、减少8%，废渣排放量减少40%，副产品是纯硫。用水量减少30-50%，可在缺水地区开发。清洁气体可用作生产化学产品的化学原料。化学环保，令人震惊的环境污染！沙尘暴、SO2、CO2排放、蓝藻和固体废物。2003年，中国生活垃圾清除量达到1.5亿吨，年均增长率为7-10%。处理率远低于标准，垃圾围城现象普遍，化学环境得到保护。中国人均水资源不足世界平均水平的1/4，水质污染严重。目前，中国60%的城市不同程度缺水，108个城市严重缺水，饮用水水源水质差，约30%的人口无法获得安全饮用水。各种水质类别在中国七大水系中的比例，全国环境污染指数分布，化学环境保护，被动环境保护：罚款，关闭，不捕鱼，伐木和

7、转让。积极的环境保护：清洁生产、消除污染源、开发替代品、植树造林、人工养殖和开发绿色化学产品。绿色化学的十二条原则，摘自波利亚科夫等著。艾尔。科学，2002，297，607-810。1。应优先考虑从源头上防止废物的产生，而不是在废物产生后进行处置；2.设计的合成方法应最大限度地将反应中使用的材料转化为目标产物；3.在任何可行的情况下，所设计的合成方法应采用并产生对人体健康和环境非常有毒甚至无毒的物质；绿色化学的十二条原则，摘自波利亚科夫等著。艾尔。科学，2002，297，607-810。4.化工产品的设计应考虑保持高效率和降低毒性；5.尽量不要使用辅助物质(如溶剂、沉淀剂等)。)，并在必须使用

8、无害物质时尽量使用它们；6.充分了解能源需求对环境和经济的影响，并将其降至最低。合成反应在常温常压下进行；绿色化学的十二条原则，摘自波利亚科夫等著。艾尔。科学，2002，297，607-810。7.只要技术上和经济上可行，所用的原料或原材料应该是可回收的，而不是纯粹消耗的；8.尽量避免不必要的化学衍生物(如基团封闭、保护/去保护、化学/物理过程中的临时修饰)；9.催化剂(尽可能有选择性)优于化学计量试剂；绿色化学的十二条原则，摘自波利亚科夫等著。艾尔。科学，2002，297，607-810。10。设计的化学产品在完成使用后不应留在环境中，而应分解成无害的降解产物；11.开发新的分析方法，以便在

9、有害物质形成之前进行实时检测和控制；12.合理选择化学过程中使用的物质及其形式，以避免或尽量减少化学事故，包括泄漏、爆炸和火灾。化学环境保护，化学催化剂技术重心转移：化学催化获得有用产品，环境催化消除有害物质，化学环境保护，催化剂用途在世界市场的分布：化学研发目标，向多尺度综合研究(时间和空间尺度)发展，现代集约化工艺(1个装置)，传统常规工艺(11个装置和设备)，乙酸，甲醇，催化剂乙酸甲酯，3R，绿色化学和化学工业：从传统工艺向集约化耦合工艺发展；3.化学工业的基本特征；1.化工原料、工艺和产品的多方案；p1a1，p2a，pa2p3a3、3。化学工业的基本特征。2.化学技术渗透力强化学生物化

10、学材料、微电子化学能源、化学食品、化学环境和化学工业、化学原料、工艺、产品多方案、案例1:对二氯苯生产(PDCB)结晶母液(77% PDCB、33%ODCB) (96-98%PDCB)(含80%ODCB母液)通过苯Cl2与氯苯(氯苯、二氯苯、三氯苯)混合蒸馏分离。传统工艺：催化剂FeO、化工原料、工艺及多种产品通过33，360苯Cl2与二氯苯混合反应分离晶体(99.5%PDCB)的新工艺取消了精馏工艺，新工艺33，360催化剂33，360分子筛、80-90% PDCB 10-20% ODCB、化工原料、工艺及多方案产品。案例二：醋酸生产反应：乙烯氧气乙醛醋酸主要原料：乙烯，传统工艺：乙烯氧化法

11、，化工原料，工艺流程，多方案产品，反应路线：H 2 CO甲醇CO醋酸主要原料：合成气CO，H 2(合成气可由天然气、煤和石脑油转化而来)，新工艺：羰基合成法，化工原料，工艺流程，多方案产品，化工技术渗透性强， 生物反应器的设计扩大了大规模微生物和细胞培养技术(反应器内搅拌、供氧、酶固定化技术)、生物产品分离纯化技术，生物分离的特点：产品浓度低，1-3%； 该产品对温度敏感，容易失活；共存蛋白质，化学技术在生物领域的渗透，生物制品提取技术的进展，双水相萃取：以水溶性聚合物为萃取剂，以盐为相分离剂，提高萃取率，克服乳化。固定床萃取：萃取液固定在多孔介质中，控制乳化现象。生物制品萃取技术进展，相转移

12、萃取：利用具有临界混溶点的体系，通过调节温度和组成来改变相态并进行萃取。预分散萃取：萃取剂制成高度分散的水包油乳液，负载在涂有皂膜的微小气泡上，随气泡上浮，通过发酵液完成萃取。功能生物降解、超吸水、电流变、导电聚合物等。材料包括超细和超纯硅、超细二氧化钛、碳酸钙和硫酸钡。材料的特殊加工化学气相沉积技术实现了微电子元件的“切割”和光纤的高速拉伸涂覆。第二节：化工过程开发的意义、过程开发的必要性、选题的基本原则、案例分析及启示、过程开发的必要性、过程开发：促进化工新技术和新设备产业化的技术活动。发展目标：实验室成果产业化生产设备的发展路线：工艺开发的技术必要性，规模与运行状态的区别。实验室设备：小

13、、间歇、隔离运行，受设备和环境因素影响小，接近理想状态。工业化设备：大规模、连续、协调的工作程序，具有显著影响的工程因素(传热、传质、混合、流动)，原材料的差异性实验室研究：材料纯净、成分稳定。工业生产：原料来源、物料循环、杂质积累、工艺开发的技术必要性、工艺开发的技术必要性、设备差异实验室：玻璃器皿，很难考察腐蚀的影响。工业设备：设备腐蚀通常是致命的。聚焦差异实验室：聚焦核心技术的创新与发展。工业生产：注重成本、能耗和环保。(三废”处理及副产品综合利用)、工艺开发的经济必要性、原料来源与技术路线的匹配、产品质量与用户需求的匹配、供应渠道和销售渠道的能源状况和消耗定额的预测、化工工艺开发的选题

14、原则、对国家发展战略的关注、企业的技术需求、市场产品需求以及国家的长期或短期发展规划。关注国际学术界的创新热点。关注企业核心技术和生产瓶颈。注重环境保护和资源利用。需求之一：从国家发展战略来看，销售人员发现新材料或产品有潜在市场，但目前没有制造商。新型催化剂可以有效降低现有产品的生产成本，提高产品的市场竞争力。企业的产品供求是不平衡的，因此有必要消化过剩库存。由于产品效率不高，企业存在生存危机，因此需要挖掘潜力，寻求新的出路。第二种需求：从企业或市场出发，用逆向设计的思想方法开发化工流程，达到目标，即从分析客户需求开始，首先是产品设计，然后是流程设计，最后回答需要进行什么样的研究。思维、选择、

15、研究和开发，确定技术发展路线的基本原则，技术与经济相结合的原则由于技术的积累，一个课题往往有多种可供选择的研究方案，研究人员必须根据研究对象的特点，利用技术和经济两个杠杆对方案进行筛选和评价，以确定研究工作的最佳切入点。确定技术发展路线的基本原则，过程与工程相结合的原则将反应过程的技术特征与反应器的工程特征有机地结合起来，有助于研究者找到有效的研究方法，获得有益的启示，产生新的技术路线。案例1:企业的生存问题，一个小型石灰生产企业因为产品价值低、销售不佳而濒临破产。厂长寻求化学专家的帮助来寻找出路。专家建议，在做出决定之前，应详细调查200平方公里周边地区饮料和啤酒的市场需求和生产情况。我可以问一下：专家们想问什么方法来拯救这个小工厂？你为什么提出这个建议？专家们的意图是，如果周边地区有饮料和啤酒的市场需求和生产厂家，我们可以考虑从石灰窑尾气中回收CO2，生产高纯度液态CO2，并出售给饮料啤酒生产厂家盈利。专家的意图能够实现的前提，1 .周边地区有足够的饮料和啤酒消费需求(决定产量)；2.周围有饮料啤酒的制造商，但没有液态CO2的制