化学工程与工艺专业暑期认识实习报告.doc

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认

识

实

习

报

告

班级：

化工1001班

学号：

2010011015

姓名：

李泽洲

实习工厂简介

东方化工厂始建于1978年，位于北京市东南通州区张家湾镇--京津公路北侧的古运河畔。

厂区占地面积128万平方米，现有员工1847人，现有固定资产原值48亿元。

1984年，我国第一套由日本引进的丙烯酸及其酯类装置在这里建成投产，从此结束了国内该产品长期依赖进口的局面。

进入90年代，工厂又扩大规模，陆续引进第二和第三套丙烯酸及酯类装置，使其近二十个产品在同类产品中名列前茅，享誉海内外，成为我国目前规模最大、品种最全、质量最优的丙烯酸及酯类产品的生产、科研、开发基地。

1994年，以乙烯、环氧乙烷为主导产品的石化装置的建成投产，又为企业发展注入新的活力。

从1993年起，东方化工厂先后与美国和法国合资，建成了二个合资工厂：

国内最大的丙烯酸树脂工厂和先进的表面活性剂工厂。

2002年12月26日，北京东方石油化工有限公司正式揭牌成立，与中国石油化工集团进行大规模的资产重组完成。

从此东方化工厂作为北京东方石油化工有限公司的龙头，正式并入中石化。

东方化工厂主要有丙烯酸（及酯）、乙烯、环氧乙烷三大系列产品，产品种类达数十种，年总物流量百万吨。

丙烯酸及其酯类产品广泛用于建材、纺织、涂料、粘合剂、水处理、卫生材料、农业等10多个行业，应用开发前景极好。

东方化工厂非常重视产品质量，"云燕"牌丙烯酸及酯类产品荣获国家金质奖章，成为国家出口免检产品，畅销全国，远销亚、欧、美三大洲。

上机学习部分

一、化工单元设备学习

（1）管道、管件、阀门以及管道连接方式

管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。

管道分为铸铁管、有缝钢管、无缝钢管和不锈钢管四种类型。

管件是管道系统中起延长管路、改变流向、汇合和分流、改变管径和堵塞管道等作用的零部件的统称。

包括管箍、对丝、活接头、弯头（45°、90°、180°）、三通管、四通管、大小头、丝堵、法兰和盲板等（如图一所示）。

阀门是流体输送系统中的控制部件，就有截止、调节、倒流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等作用。

其种类有：

截止阀、闸阀和球阀（如图二、三、四所示）

管道连接方式：

包括承接式连接、螺纹连接、焊接连接和法兰连接。

（2）离心泵种类、结构及其性能参数

离心泵种类繁多，功用各有优缺。

在工业生产过程，选择恰当的离心泵，往往可以达到事半功倍的效果。

按照结构上的差异，离心泵可分为普通离心泵、磁力离心泵、屏蔽离心泵、高速离心泵、往复泵、隔膜泵和齿轮泵等。

下面将着重学习普通离心泵、磁力离心泵、往复泵以及齿轮泵。

（3）换热设备

换热设备是是热量从热流体传递到冷流体的设备。

换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中。

在现代炼油厂中，换热器占全部工艺设备投资的40%以上；而在海水淡化工业生产中，几乎全部设备都是由换热器组成的。

换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。

根据不同的实用目的，换热器可以分为四类：

加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器。

其种类大致有：

列管式换热器、板式换热器和夹套换热器等其他换热器。

下面主要介绍列管式换热器中的固定管板式列管换热器。

固定管板式列管换热器主要由外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等零部件组成。

管外走一种流体，管内走另一种流体，通过关闭进行传热。

衡量一台换热设备的好坏的标准是传热效率的高低、流体阻力的大小、强度是否足够、结构是否合理、设备是否安全可靠、设备是否节省材料、制造、运行成本的高低以及制造、安装、检修是否方便。

（4）塔设备

塔设备是具有一定形状（截面大多数是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。

该设备被用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工业中的热量传递和质量传递的过程。

要求设备所采用的材料必须对被处理的物料具有耐腐蚀性能，并按其所能承受的压力进行设计。

根据其结构，塔设备可分为板式塔和填料塔两类，主要应用于蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作。

板式精馏塔与填料精馏塔外部构成基本相同，均具有原料罐、原料泵、冷凝器、回流罐、回流泵、顶采泵、再沸器以及底采泵。

其工作原理是：

蒸气由塔底进入，蒸发出的气相与下降液进行逆行接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。

由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体，其中一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。

二、生产工艺学习

（1）合成氨工业简介

1、氨的基本性质及其用途

氨（Ammonia），分子式为NH3，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。

极易溶于水，常温常压下，1体积水可溶解700体积氨，并且溶解时放出大量热，挥发性很强，汽化热较大。

其相对分子质量为17.03。

沸点为-33.35℃，冰点为-77.7℃.标况下NH3（g）密度为0.7714Kg／m3，液氨密度为681.8Kg／m3（0.1Mpa、-33.35℃）

氨是可燃性气体，着火点为630℃。

其与空气在一定比例内混合可形成爆炸性气体，其爆炸范围是5.5%~28%，与氧气在一定比例内混合也可形成爆炸性气体，其爆炸范围是13.5%~28%。

氨气具有较强的毒性和刺激性，当其在空气中含量高达0.5%~1%时，可引起窒息。

氨水可以腐蚀铜、银、锌等金属，但液氨、干燥的氨气无腐蚀性，因此运输时氨常以这两种状态存在。

氨的化学性质十分活泼：

①氨与酸或酸酐反应生成铵盐；

②氨与二氧化碳在一定条件下可制得尿素；

③在铂做催化剂的条件下，氨气可发生氧化最终生成硝酸；

④高温下，氨气可发生分解反应生成氢气和氮气；

⑤氨气与一氧化碳、甲烷或氧气可生成氢氰酸。

氨的用途广泛，它不仅是氮肥工业的原料，而且也是化学工业的重要原料。

在无机化工中，它被用于制备硝酸、纯碱和含氮无机盐；在有机工业中，由它可以得到各种含氮中间体；在制药工业中，它可用于制备磺胺类药物、维生素和氨基酸；在化纤工业中，它又可用于制造人造丝等；在国防工业中，它是三硝基甲苯、硝化甘油和硝化纤维的原料。

除此之外，它还是工业中常用的冷冻剂。

2、合成氨工业工艺总述

原料

焦炭、煤、天然气、炼厂气、石脑油、重油等

氢气和氮气，制备方法为向氢气中直接加入空气或先将氢气进行氧氮分离，再将氮气加入氢气中

原料气制备

氨

原料气压缩后进入合成塔反应生成氨

压缩与合成

气体精制

酸脱工序

变换工序

硫会生成硫化氢和二氧化硫而使催化剂中毒

脱硫工序

CO与水蒸气反应生成氢气和CO2，继续制氢，脱除CO2

除去CO2

除去少量的CO2

氨

压缩与合成

气体精制

酸脱工序

脱硫除尘

煤气化

煤、水、空气

以上图示表示的是合成氨工业的工艺总述，以下以煤为原料作为

实例来进一步了解合成氨工艺流程。

以下是以重油为原料的实例来辅助理解合成氨工艺流程。

氨

压缩与合成

低温甲烷洗

部分氧化

水蒸气、重油

氧氮分离

空气

碳黑清除

碳黑

变换工序

液氨洗

氧

氮

3、氨合成工序工艺流程

世界每年合成氨产量已达到一亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其他化工产品的原料。

德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成方法。

为解决反应过程中氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应的气体和新鲜氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式如下：

N2+3H2---2NH3，该反应为可逆反应，影响反应速率和平衡的主要因素有：

温度、压力、催化剂、惰性气体含量和氢氮比。

合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。

经过近一个世纪的研究和改进，合成氨技术已趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本组成部分组成，即原料气制备、原料气净化以及氨合成过程。

（1）合成氨的工艺流程

原料气制备：

将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法的制取原料气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化的方法制取原料气。

原料气净化：

对原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

①CO变换过程：

在合成氨生产中，原料气中常含有12%~40%的一氧化碳。

去除CO的变换反应是：

CO+H20==H2+CO2;△H=-41.2KJ/mol

由于反应是强放热反应，必须分段进行以回收利用反应热，并控制好变换段出口残余CO含量。

第一步是高温变换，使大部分的CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。

因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续的脱碳过程创造条件。

②脱硫脱碳过程：

粗原料气中常含有一些硫和碳的氧化物，为了防止催化剂中毒，必须在合成氨工序之前加以脱除。

工业脱硫方法种类很多，通常采用物理或化学吸收的方法，常用的方法有低温甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法等。

粗原料气经CO变换后，仍常含有CO2、CO和CH4等成分，其中CO2含量最多。

而CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。

因此CO2的脱除可谓是一举两得!

工业中一般采用溶液吸收法脱除CO2。

根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。

一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法等；一类是化学吸收法，如热钾碱法等。

③气体精制过程：

气体精制过程是原料气的最终净化过程，以保证CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3，避免其对催化剂的毒害。

目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。

深冷分离法主要是液氮洗法，是指在深度冷冻（＜-100℃）条件下用也液氮吸收CO，而且也能够脱除甲烷和大部分氩，常与低温甲醇洗结合。

甲烷化法是在催化剂存在下使少量的CO、CO2与H2生成CH4和H20的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量（体积分数）一般应小于0.7%。

甲烷化法反应如下：

CO+3H2==CH4+H20;△H=-206.2KJ/mol

CO2+4H2==CH4+2H20;△H=-165.1KJ/mol

（2）催化剂的中毒

催化剂的催化能力一般称为催化活性。

许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期，并在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。

活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。

催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。

一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。

中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。

例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。

但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。

相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。

催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。

催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。

工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物。

造气工程