化工生产技术Word格式文档下载.docx

化工生产技术Word格式文档下载.docx

《化工生产技术Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工生产技术Word格式文档下载.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

有个这一纲领性认识，就有了化工生产技术研究的方法和思路，并可以用来指导实践。

5.“化工生产技术”课程的性质、任务

“化工生产技术”是应用化工技术等化工技术专业学生的必修课。

本教材根据化工生产过程的内在关系、组织特点和工艺规律，阐述化工生产技术的基本知识和基本原理；

根据化工过程的特点，选择具有代表性的化工产品，介绍其工艺原理、生产方法、主要工艺条件和典型反应设备的基本结构与操作；

重点学习讨论化学反应部分的工艺原理、工艺条件、反应设备的结构特点以及工艺流程等；

对于物质和流量的回收及综合利用、环境保护、新工艺、新技术和新方法等，予以适当介绍。

通过本课程的学习，了解化工生产原料及主要化工产品，了解不同类型的化工生产技术的特点；

熟悉典型化学品的特性、合成原理和生产方法，理解化工工艺流程、工艺条件对生产得影响、典型化学反应器的基本结构和基本操作方法；

掌握化工生产技术的共性，包括基本概念、基本原理和基本工艺计算，具有化工生产的基本技能、分析和处理一般的工艺问题的基本能力。

学会如何把一个具有工艺条件的化学反应，通过工艺向工程的飞跃变成一个有具体生产设备组成的生产流程。

本教材强调理论联系实际，重视化工生产技术基本知识、基本原理和基本技能的培养；

重视分析和解决实际问题能力的培养；

注重安全生产意识、经济技术观点、环境生态意识和创新意识的培养；

为学生从事化工生产，具有实事求是的科学态度、良好的化工职业素质奠定基础。

6.化工生产工序

化工生产时将若干个单元反应过程、若干个化工单元操作，按照一定的规律组成生产系统，这个系统包括化学、物理的加工工序。

化学工序：

即以化学的方法改变物料化学性质的过程，也称单元反应过程。

化学反应千差万别，按其共同特点和规律可分为若干个单元反应过程。

例如：

磺化、硝化、氯化、酰化、烷基化、氧化、还原、裂解、缩合、水解等。

物理工序：

只改变物料的物理性质而不改变其化学性质的操作过程，也称化工单元操作。

流体的输送、传热、蒸馏、蒸发、干燥、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤、破碎等加工过程。

7.化工生产过程组成

化工产品种类繁多，性质各异。

不同的化学产品，其生产过程不尽相同；

同一产品，原料路线和加工方法不同，其生产过程也不尽相同。

但是，一个化工生产过程一般都包括：

原料的净化和预处理、化学反应过程、产品的分离与提纯、三废处理及综合利用等。

（1）生产原料的准备（原料工序）

包括反应所需的各种原、辅料的贮存、净化、干燥、加压和配制等操作。

（2）反应过程（反应工序）

以化学反应为主，同时换包括反应条件的准备，如原料的混合、预热、汽化，产物的冷凝或冷却以及输送等操作。

（3）产品的分离与提纯（分离工序）

反应后的物料是由主、副产物和未反应的原料形成的混合物，该供需时将未反应的原料、溶剂、主、副产物分离，对目的产物进行提纯精制。

（4）综合利用（回收工序）

对反应生成的副产物、未反应的原料、溶剂、催化剂等进行分离提纯、精制处理以利回收使用。

（5）三废处理（辅助工序）

化工生产过程中产生的废气、废水和废渣的处理，废热的回收利用等。

8.化学生产主要产品

化工产品是原料经化学反应转变而来，化学反应的多样性，决定了化工产品的多样性。

化工产品种类繁多，这里根据化工产品的类属给出化工生产的主要产品。

（1）无机化工主要产品

无机酸主要有硫酸、硝酸、盐酸等；

常用件类主要有“两碱（纯碱、烧碱）”；

化学肥料，主要有氮肥、磷肥、钾肥和复合肥等；

即“三酸、两碱”与化学肥料。

无机盐种类很多，主要有碳酸钙、硫酸铝、硝酸锌、硅酸钠、高氯酸钾、重铬酸钾等。

工业气体包括氧、氮、氢、氯、氨、氩、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等。

元素化合物主要有氧化物、过氧化物、卤化物、硫化物、碳化物、氰化物等；

单质主要有氧、硅、铝、铁、钾、钠、镁、磷、氟、溴、碘等。

（2）基本有机化工主要产品

以碳氧化物及其衍生物为主的通用型化工产品，如乙烯、丙乙烯、丁乙烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘（即“三烯、三苯、乙炔、萘”）、合成气等。

这些产品是以石油、煤、天然气、等为原料，可生产初步化学加工制造的有机化工基本产品。

有这些基本产品出发，经过进一步的化学加工，可生产出种类繁多、品种各异、用途广泛的有机化工产品。

例如，醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、酐、酰胺、腈以及胺等重要的基本有机化工产品。

基本有机化工产品主要用于生产制造塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、黏合剂、精细化工产品及其中间体的原料，也可以直接作为溶剂、吸收剂、萃取剂、冷冻剂、麻醉剂、消毒剂等。

基本有机化工产品的用量和生产能力都很大。

例如乙烯，2000年中国年产量达470.0万t，消耗量为1115.0万t。

（3）高分子化工主要产品

高分子化工产品是通过聚合反应获得的相对分子质量高达

的高分子化合物。

按用途分，高分子化工产品有塑性、合成橡胶以及橡胶制品、合成纤维、涂料和黏合剂等；

按功能分，有通用、特种高分子化工产品。

通用高分子化工产品产量较大、应用广泛，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，涤纶、腈纶、锦纶，丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等。

（4）精细化工主要产品

（5）生物化工主要产品

9.原料预处理的原则

（1）必须满足工艺要求

（2）简单可靠的预处理工艺

（3）充分利用反应和分离过程的余热及能量

（4）尽量不要产生新的污染，不要造成损失。

（5）尽量研究和采用先进技术

（6）投资节省，设备维护简便

（7）尽量有原料生产厂家精制

10.分离方法

（1）气体的产物

①气体的净制

②从气体产物中分离出要用的物质

（2）液体产物的分离

①从液体产物中除去固体颗粒

②从不互溶的液体中除去其中一种液体

③溶液增浓

④将互溶的液体分离成不同组分

⑤将液体产物全部或部分变为固体

（3）固体产物的分离

①固液分离

②固体的干燥

11.分离流程方案选择

（1）明确分离目标

（2）确定可行的分离方法

（3）确定分离流程经验规则和注意事项

①反应产物有固体物的，不论它们是目的产物还是废弃物，一般要率先分离出来，以免使管道设备堵塞，流程不顺。

②反应产物中对目的产物尤其是有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。

通常在经济产品的收率是最终的砝码，因为最终的产品利润最大。

不能因为考虑能量的“合理”，而牺牲了产品的收率。

③首先分离反应产物中对后续工艺有害的物质。

比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合、会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。

然后再降温从低沸物到高沸物地分离。

第一步似乎浪费了能量，但对流程和工艺有利。

④尽量优先把产物中未反应原料分出来，循环数用，如果原料宝贵更应如此。

⑤最难分离的组分或要求特高的产物应从分离系统中先选出粗产物，在设计精制分离方案。

不要希望过早地分离出来，更不主张一次分离就得倒高纯产物。

⑥尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。

一般是机械法——物理法——物理化学法——化学法的顺序，无论从操作和能量上都是合理的。

⑦一般情况下，或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。

⑧一般情况下，分离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。

⑨尽量把多种杂质一次性除去，在研究从杂质中回收有用副产物。

12.化工三废的来源

（1）化工生产的原料、中间体、半成品或成品。

①化学反应不完全

②原料不纯

③跑、冒、滴、漏

（2）化工生产过程中排放的废弃物

①燃料燃烧

②冷却水

③副反应

④反应的转化物和添加物

⑤分离过程

13.主要设备选择

（1）反应器的选择

①反应动力学要求

②热量传递的要求

③质量传递过程与流体动力学过程的要求

④工程控制的要求

⑤机械工程要求

⑥技术经济管理的要求

（2）精馏设备的选择

①能力大、效率高、结构简单

②可靠性好

③满足工艺要求

④塔板压力降要小

14.T90-2脱硫反应方程式

·

脱H2S的化学吸收反应

催化氧化析硫反应

脱有机硫的化学吸收反应

有机硫化物的催化氧化反应

副反应

若气体中含有HCN，则有如下反应：

15.交换工艺流程

来自压缩二段出口的半水煤气进入饱和塔底部与顶部喷淋而下的热水逆流接触，将气体温度提高到118～140℃，并饱和一定量的蒸汽从塔顶出来进入汽水分离器（2#系统直接进入主热交），在此与外来蒸汽混合后，进入热交F1与中变炉出口变换气换热，预热至300℃左右，经中变电炉（2#系统中变电炉设置在旁路上）进入中变炉一段、二段与触媒进行反应，CO降至5～8％；

出中变炉经F1换热降温，进入第一调温水加F2（一段冷却器），进一步降低温度后进入低变炉一段反应，在此CO进一步得到降低；

出来进入第二调温水加F3（二段冷却器），换热降温后进入低变炉二段进行最终反应；

出来进入第三调温水加F4回收余热，降低变换气温度，然后进入热水塔底部，与顶部喷淋而下的热水逆流接触，回收蒸汽和显热，降低变换气温度至110℃以下；

出来进入软水预热器F5，进一步换热降温；

接着进入循环水冷却器F6，降温至40℃，最后送往变脱。

气体自下部进入变换气脱硫塔，与顶部喷淋下来的脱硫液逆流接触，脱去H2S，净化后气体经过除沫器后从塔顶出来，经出口气体分离器分离水及杂质后送至压缩机三入（2#直接送大变压吸附）。

变换热水塔出口热水经热水泵加压送往F4，与低变出口气体换热后进入F3，吸收低变一段出口气体的部分热量后再进入F2，与热交F1出口气体换热，温度达到150℃左右，最后热水进入饱和塔顶部喷淋而下，与半水煤气逆流接触，热水经过水封回到热水塔进行循环使用。

在变脱塔内吸收H2S后的脱硫液，从塔底部出来，经调节阀减压至氧化再生槽喷射器，负吸空气使溶液得到再生，再生的溶液经液位调节器进入贫液槽，然后经贫液泵送至变脱塔顶部，与从塔底来的气体逆流接触吸收H2S后，再从塔底出来，如此循环使用。

再生槽内溶液氧化，浮出硫泡沫，经溢流至泡沫槽，由泡沫泵送至半脱熔硫釜熔硫。

16.二氧化碳精脱硫工艺流程

自CO2压缩二出来的CO2气体，经顶部依次进入氧化铁脱硫槽，脱出CO2气体中的H2S，从底部出来到水洗塔，气体经软水洗涤后进入加热器，与尿素来的0.3MPa蒸汽换热，将气体温度提高至70℃～130℃，然后从顶部进入水解槽进一步反应将COS转化成H2S，从底部出来后进入冷却器将气体温度降至35℃以下，从顶部进入活性炭脱硫槽，最后脱除气体中的H2S+COS+CS2，从底部出来后进入过滤器，分离气体中的粉尘、水分，最后送入CO2压缩三入。

17.循环水纤维过滤器流程

该设备的结构特点是：

在过滤器的滤层上端设有可改变纤维密度的调节装置。

运行时，水从上至下通过滤层。

此时，纤维密度调节装置推动纤维向下运动，滤层被加压后，密度逐渐加大，使滤层沿水流动方向的截面逐渐缩小，相应的滤层孔隙直径逐渐减小，实现了深层过滤。

当滤层被污染需再清洗再生时，清洗水从下至上通过滤层。

这时，纤维密度调节装置自动将纤维滤层拉开处于放松状态，达到理想的清洗效果。

18.工艺指标

（1）变换部分

系统进口压力≤0.95MPa

蒸汽压力1.0～1.38MPa

变换炉触媒层温度根据其活性调整

中变炉触媒热点温度波动范围±

10℃

低变炉触媒热点温度波动范围±

低变进口气体温度≥160℃

中串低饱和塔出口煤气温度≥118℃

变换气中CO含量（不联醇）≤1.5％（联醇根据甲醇负荷定）

变换出口温度≤40℃

饱和热水塔总固体≤500ppm

变换F6的液位5％～45％

（2）变脱部分

系统进口压力≤0.85MPa

系统压差≤0.05MPa

贫液泵出口压力≥1.2MPa

变换气温度≤40℃（冬季），≤50℃（夏季）脱硫液温度≤40℃

变脱塔出口硫化氢含量≤10mg/Nm3

总碱28～40g/L

PH值8.5～8.9

悬浮硫≤1.0g/L

T90-230～50ppm

变脱塔液位30～80％

贫液槽30～80％

再生槽液位硫泡沫处于溢流状态

贫液泵电机电流≤289A

泡沫泵电机电流≤29.4A

（3）二氧化碳精脱硫部分

压力≤10MPa

空速1000～2000h－1

入口H2S≤50g/m3出口H2S﹤0.05g/m3

温度5～80℃

（4）纤维过滤器

处理水210t/h，旁路过滤最大操作压力≤0.6MPa使用时进出口压差＜0.2MPa

清洗空气压0.05～0.1MPa

反洗时间20～40min/次

19.化工生产过程工艺参数的确定

（1）温度

①反应方程和化学平衡

②反应特性

③温度的限制条件

（2）压力

②反应速率

③后续分离系统的要求

④压力的限制因素

（3）原料配比

①某一反应物要求有很高的转化率可提高其反应速率

②反应物和产物分离

③分离循环费用

（4）反应时间和转化率

①转化率和所需反应时间的关系。

②各种转化率下的产品分布

③计算产品和原料分离回收所需的各种物性数据。

④各种物料主、副产品和公用工程的价格。

⑤反应系统和分离系统的设备价格。

⑥反应时间和化学平衡的关系。

⑦反应时间和反应速率的关系。

⑧回收的物能消耗。

（5）催化剂

20.合成氨工艺操作条件

（1）氨合成催化剂

①催化剂组成

②催化剂的还原和活性保持

（2）温度

（3）压力

（4）空间速率

（5）合成塔进口气体组成

21.合成尿素总反应式

由液氨与二氧化碳气体直接合成尿素的总反应式为：

2NH3（液）+CO2（气）⇄CO（NH2）2（液）+H2O（液）+Q

这是一个可逆的放热反应

22.合成尿素的两个步骤

合成尿素分两步进行：

第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为：

2NH3（液）+CO2（气）⇄NH2COONH4（液）+Q1

第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为（合成尿素过程中的控制反应）：

NH2COONH4（液）⇄CO（NH2）2（液）+H2O（液）-Q2

23.使甲铵液处于液相状态的条件

使甲铵液处于液相状态的条件：

温度必须高于甲铵液熔点（154℃）；

压力必须高于甲铵液平衡压力。

24.尿素反应进行程度的表示方法

以尿素的产率表示尿素的反应进行程度，由于尿素的生产都采用过剩氨，因此用二氧化碳转化率（XCO2）来表示尿素的产率。

XCO2=

转化成尿素的CO2

×

100％＝

反应液中尿素的重量％×

0.733×

100CO2的总量尿素的重量％×

0.733+CO2的重量％

25.反应温度对二氧化碳转化率的影响

反应温度对二氧化碳转化率的影响：

二氧化碳平衡转化率随反应温度升高而逐渐增大，在温度为190～200℃之间出现一个最高值，而后二氧化碳平衡转化率随着反应温度的上升而下降，因为甲铵脱水生成尿素的反应是合成尿素过程的控制反应，此反应吸热，因而提高反应温度对生成尿素有利，但二氧化碳平衡转化率在190～200℃后随着反应温度的升高而降低的原因，是由于甲铵离解平衡常数上升，在尿素合成反应中起主导作用，使甲铵的平衡浓度下降，导致合成效率下降。

26.氨碳比对二氧化碳转化率的影响

氨碳比对二氧化碳转化率的影响：

在水碳比一定时，氨碳比越高，CO2转化率增加；

当氨碳比（NH3/CO2）=2时XCO2为40％；

当氨碳比（NH3/CO2）=3时XCO2为54％，当氨碳比（NH3/CO2）=4时XCO2为67.5％。

27.水碳比对二氧化碳转化率的影响

增加了水即增加了生成物的浓度，不利于尿素的生成。

因此水碳比的增高，将使CO2转化率下降；

在尿素生产过程中，水碳比（H2O/CO2）增加0.1，二氧化碳转化率则降低1％。

28.压力对二氧化碳转化率的影响

压力对二氧化碳转化率的影响：

在合成尿素的过程中，压力不是一个独立的变数，它是依赖于温度，氨碳比及水碳比而定。

合成尿素的操作压力一般较平衡压力稍高。

所谓平衡压力即反应达到气液相之间的物理平衡，也达到了化学平衡，此时物系的压力。

若操作压力低于平衡压力，不但氨从液相中逸出，使液相中过剩氨降低，同时会使甲铵分解，从而降低了CO2转化率。

29.影响合成尿素的反应速度的因素

合成尿素的反应速度常用单位时间内所能达到的CO2转化率表示（即尿素生成速度），其影响因素如下：

温度的影响：

在多数温度下，对于相同的反应时间，随着温度的增加，CO2转化率也增加。

温度超过200℃时，反应速度变慢，CO2转化率反而下降。

过剩氨的影响：

由于过剩氨的存在，降低了甲铵的熔点，温度为150℃时，虽然低于甲铵的熔点，但一开始物系便为液相反应速度就较快。

在相同温度下，有过剩氨时反应速度较大，而且CO2转化率也较高。

液体动力学条件的影响：

在工业上尿素合成塔内物料由于温度、比重的不同产生了返混现象。

返混的结果，使合成塔上部尿素含量较多的物料与底部尿素含量较少的物料混合，这不仅降低了出口物料中尿素的浓度，而且由于顶部生成物（尿素和水）返回底部，使反应速度降低。

因此在直径大，高径比小的合成塔中，必须考虑防止返混现象。

为了防止返混现象，一般在合成塔内装置若干筛板。

物料经筛板时由于断面缩小，流速加大，增加了湍动状态，增加了氨和二氧化碳的接触面积，加快了反应速度，因此增加了筛板后，提高了二氧化碳转化率。

30.合成尿素工艺条件的选择

合成塔操作主要工艺指标是：

压力、温度、进料物料中的氨碳比与水碳比等。

压力：

操作压力的选择是以合成塔顶物料平衡压力为基准，且高于平衡压力的20％，即196～200kg/cm2；

温度：

合成塔温度的选择是以材料耐腐蚀能力作主要因素来考虑，在加氧的情况下操作温度是185～190℃；

氨碳比：

氨碳比的选择在考虑循环回收系统设备大小及合成塔最佳温度下的自热平衡，一般氨碳比选择为3.4～4.2；

水碳比：

进合成塔水碳比取决于回收甲铵液所带入的水量，水碳比增高，二氧化碳转化率下降，水碳比控制不当就会出现操作上的“恶性循环”，一般水碳比选择为0.5～0.75。

1.8合成塔原始开车要升压到80～100kg/cm2的原因

因投料时塔内温度有150℃，纯甲铵在150℃时的离解压力约为70个大气压，为了不使甲铵液分解，使合成塔的实际操作压力大于甲铵液的离解压力，这就是投料前合成塔要升压至80～100kg/cm2的原因。

所以合成塔原始开车投料前，升温至150℃是为了使液氨与二氧化碳气体反应得到液态甲铵；

升压至80～100kg/cm2是为了使液态甲铵不分解。

31..中压分解吸收原理

在尿素合成反应液中，未反应的氨和二氧化碳可看成是由两部分构成：

一部分是过剩氨，另一部分是未转化未尿素的氨基甲酸铵。

二氧化碳和氨的溶解是放热和体积缩小的过程。

所以，当温度升高和压力下降时溶解度减小。

所以对合成反应液采用降压和加热的处理方法，有利于把游离氨和二氧化碳分离出来，另外减压加压也有利于甲铵的分解。

一段分解气用稀氨水和二甲液吸收，冷凝地道氨基甲酸铵和气氨，而从吸收原理考虑，提高压力有利于吸收的进行和气氨的冷凝，但不利于一段的分解。

因而中压压力选择要考虑气氨在氨冷凝器冷凝的条件下与一段分解压力相适应。

32.从甲铵液中分离未转化物的方法

从合成塔出来的合成液中有未被转化成尿素的甲铵和过剩氨。

甲铵的生成反应是放热和体积减少的过程，如果减压，加热合成液中未转化的甲铵向分解成气体氨和二氧化碳的方向进行。

降低压力，提高溶液的温度，溶液中氨和二氧化碳气体溶解度会大大降低。

所以从合成液中分离出来转化物的操作需要采用减压加热，既有利于甲铵的分解，也有利于使溶解在合成液中的过剩氨和二氧化碳气体蒸馏出来。

33.分解温度对甲铵分解率和氨的蒸出率的影响

在中压分解系统中，甲铵分解率随温度的增长速度大于总氨蒸出率随温度的增长速度，这是因为合成液中的过剩氨是物理性溶解，而甲铵是化合物存在于合成液中，过剩氨在合成塔减压后虽然温度很低也能大量蒸出，这说明过剩氨的蒸出率受压力的影响比温度大。

而甲铵的分解，只要温度达到甲铵在此压力下的离解温度，甲铵就会大量分解。

如果压力低，但没有达到甲铵分解温度，甲铵分解量少，这就表明甲铵的分解率受温度的影响比压力大。

34.分解压力对甲铵分解率和氨的蒸出率的影响

分解温度一定时，分解压力的降低，甲铵分解率和氨的蒸出率都升高。

但氨的蒸出率明显高于甲铵的分解率，这说明分解压力对氨的蒸出率的影响比对甲铵分