化工过程与开发设计总结.docx
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化工过程与开发设计总结
化工过程与开发设计总结
1、实验室研究的结果是确定一种有希望的反应方法；化工过程开发的结果是实现工业化。
2、化工过程研究与开发的基本方法有实验研究方法和数学模型方法，数学模型方法放大是过程开发研究的方向。
3、化工过程开发包括过程研究及工程研究，研究中要经常交换信息，反复交替展开工作。
4、技术经济观点分重要，但不是唯一，必须考虑社会效益。
第三章小结绿色化学及其特点绿色化学：
即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生特点：
绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。
绿色化学的核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。
清洁生产的定义清洁生产:
是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险性。
概括地说，清洁生产就是低消耗、低污染、高产出，是实现经济效益、社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。
清洁生产的特点①清洁生产是一项系统工程；②重在预防和有效性；③经济性良好；④与企业发展相适应第四章
4、4实验研究的方法论1思想模型与理想实验方法2科学思维的逻辑方法3科学思维的非逻辑方法4创造性思维方法5数学方法第五章化工过程采用的模拟放大方法有：
经验放大法、数学模拟法、部分解析法、相似放大法。
逐级经验放大法的基本特征：
①着眼于外部联系，不研究内部规律；②着眼于综合研究，不试图进行过程分解；③人为的规定了决策序列。
数学模型方法的一般步骤：
①实验室研究②大型冷模实验③小型试验④建立反应器数学模型⑤中间试验数学模型法的基本特征：
①着眼于过程的内部规律，对过程进行分解和综合；②抓住主要矛盾，忽略次要因素，对过程进行简化；③在反应工程理论和传递过程理论指导下建立数学模型；④设计模型来源于实践，又为实践所检验。
化学反应器选型原则
（1）工业生产对化学反应器的要求①有较高的生产强度②有利于反应选择性的提高③有利于反应温度的控制④有利于节能降耗⑤有较大的操作弹性
（2）反应器选型判据①确定反应类型②确定催化剂的失活速度③确定反应器的混合要求④确定热量传递和温度控制要求⑤确定反应过程的控制步骤中间试验分类1微型中试2部分流程中试3全流程中试4全规模中试第六章技术经济评价的基本内容
1、社会评价
2、技术评价
3、经济评价
4、环境评价生产能力和销售量生产能力：
即设计产量，一个生产装置在设计时预定的产量。
销售量：
是指实际销售出来的产品的量。
销售收入和产值销售收入：
是产品作为商品售出后所得的收入。
产值：
是指产品的年产量与产品单价的乘积。
固定资产投资额与总投资额为增加固定资产而投入的资金，称为固定资产投资，即固定资金。
总投资额=固定资产投资+流动资金+建设期利息利润与净利润毛利（利润）=销售收入-总成本-增值税额年利润总额=年产品销售收入-年产品销售税金及附加-年总成本费用净利润=利润-所得税增值税与所得税增值税额=（销售收入-原辅材料所耗费用）增值税率所得税额=利润总额所得税税率时值与现值时值：
资金在使用过程中某一时刻的价值现值:
按照“折现”的方法计算出来的资金金额。
（1）投资利润率投资利润率=年利润总额/总投资
（2）投资利税率投资利税率=年利税总额（年平均利税总额）/项目总投资（3）基准投资利润第八章非均相混合物分离方法
（1）气固分离
（2）液固分离均相混合物的分离方法
（1）液体混合物分离
（2）气体混合物分离（3）固体混合物分离原料与工艺路线的选择
（1）原料路线的选择①技术可行性；②供需可行性；③经济合理性；④资源利用的合理性。
（2）工艺路线的选择①原料供应的稳定性②经济合理性③技术的先进性④运行的合理性以精馏为例说明探试法的应用M1规则：
在所有的分离方法中，优先采用能量分离剂的分离方法，尽量避免使用质量分离剂的方法；M2规则：
精馏分离过程尽量避免使用真空和制冷操作。
D1规则：
产品集合中元素最少的分离序列最为有利。
S1规则：
首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，S2规则：
按组分间分离因子的大小顺序，逐个依次分离。
最后处理难分离或分离要求高的组分。
C1规则：
首先应分离出含量最多的组分，C2规则：
如果组分间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则应选择塔顶和塔底产品等摩尔分离。
如果不能进行等摩尔分离，则可选择最容易分离处为切割点。
化工过程开发与设计化工过程开发是从一个化学新产品、新工艺概念的形成，通过实验室研究、中试放大、工艺设计、技术经济评价等环节，直至付诸工业化的全部过程。
1、化工过程开发概论科学：
关于自然、社会和思维的知识体系。
技术：
根据自然科学原理和生产实践经验发展成的各种工艺操作方法和技能。
研究：
钻研、反复探索开发：
开拓、发展、扩张的意思方法：
是解决问题的手段、途径等
1、1收集材料方法
（1）观察、测量
（2）情报调研（3）实验、试验（4）模拟
1、1、2搜集事实材料的方法
1、观察法
2、测量法
3、实验法
4、模拟法
1、1、3思维加工方法整理事实材料建立系统理论随即搜索性思维数学处理化学工艺：
凡是运用化学方法改变物质组成、结构，合成新物质的生产过程和技术。
化学工业：
运用化学工艺生产化学品的产业部门。
化学工程：
研究化学工业生产过程中的共同规律，解决规模放大，设计和生产操作的科学。
化工过程研究与开发：
从一个有关新产品、新技术或新工艺的概念的形成，到科研、设计、建设工厂，从实验室研究过渡到第一套工业规模生产装置，付诸实施的全部过程。
化工过程研究与开发的目的：
①产品开发②工艺过程开发③工艺改进④应用开发化工过程开发的基本内容：
根据基础理论研究的成果和有关工程资料，按照科学的方法，寻求技术可靠、经济合理的途径来制备该化学品，然后进行扩大试验，评价过程的可行性，设计工业装置，实现工业化。
1、3、1实验室研究与工业生产的不①原料来源的影响②杂质的积累③传递规律变化
1、3、2化工过程开发的特点
（1）原料、生产方法和产品的多样性和化工开发的多方案性
（2）化工过程开发要分重视能量和资源的充分利用（3）环境保护和过程安全是化工过程开发中必须重视的问题（4）在化工过程开发中技术经济观点分重要
1、3、3放大是化工过程开发的核心
1、4化工过程开发的基本方法
1、4、1实验研究方法
1、4、2数学模型方法数学模型方法放大是过程开发研究中的一个重要方向。
1、5化工过程开发的主要步骤化学实验小型工艺实验大型冷模实验中间实验概念设计多级经济评价基础设计过程研究工程研究工程设计第一章化工过程开发概论从以上案例中得到如下三点启迪：
产品的经济效益与社会效益是推进研究与开发的巨大动力；逐级放大的开发过程，化工过程开发经历了实验室小试、模试、中试与工业规模四个阶段；正确的理论指导是开发工作成功的捷径。
小结了解化工过程开发的内容、特点、方法、步骤，掌握一些基本观点。
1、实验室研究的结果是确定一种有希望的反应方法；化工过程开发的结果是实现工业化。
2、化工过程研究与开发的基本方法有实验研究方法和数学模型方法，数学模型方法放大是过程开发研究的方向。
3、化工过程开发包括过程研究及工程研究，研究中要经常交换信息，反复交替展开工作。
4、技术经济观点分重要，但不是唯一，必须考虑社会效益。
3、绿色化学与技术
3、1绿色化学及其特点绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。
绿色化学即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。
3、1绿色化学及其特点绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。
绿色化学的核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。
3、2、3最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质
3、2、4设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性
3、2、5尽量不用辅助剂而须使用也应采用无毒无害物质辅助物质可定义为能帮助处理和操作的化学品，但又不构成目标分子的物质。
选择环境友好的反应介质是绿色化学研究的一个重要方面。
几种清洁的辅助剂
1、采用超临界流体
2、水作溶剂
3、固定化溶剂
4、无溶剂反应
3、2、6能量使用应最小并应考虑其对环境及经济的影响
3、2、7最大限度地使用可更新原料
3、2、8尽量避免不必要的衍生步骤
（1）保护基团
（2）暂时改性（3）加入官能团提高反应选择性
3、2、9催化试剂优于化学计量试剂催化剂的作用：
1、提高选择性
2、降低能耗催化剂的正确选择，对合成化学反应速度、反应的选择性和转化率，以及减少或消除产生副产物等有重要影响。
无毒无害和高效催化剂的研究和开发是绿色化学的一个重要研究方向。
3、2、10化学品应设计成使用后容易降解为无害物质
3、2、11分析方法应能实现在线监测并在有害物质形成前加以控制
3、2、12化工过程物质的选择与使用应使化学事故的隐患最小
3、2绿色化学原理从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，绿色化学是从源头消除污染；从经济观点看，绿色化学合理利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。
3、
3、4可同时防止与解决污染问题的化学技术
3、3、5无溶剂反应与无溶剂分离技术无溶剂反应：
熔融态反应、等离子气体反应、纯的固体支撑反应等。
3、
3、6能源相关的研究
3、
3、7非共价键衍生物
3、
3、8无害介质水中的反应
3、
3、9超临界CO2作为绿色溶剂的利用
3、
3、10毒性与化学品设计中的计算机应用
3、
3、11可持续性分析
3、
3、12原子经济性反应的开发
3、4、1生物工程技术现代生物技术包括五大工程：
（1）基因工程（遗传工程）
（2）细胞工程（3）酶工程（4）微生物工程（发酵工程）（5）生物化学工程
（1）基因工程（遗传工程）将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。
基因工程在20世纪取得了很大的进展：
一是转基因动植物，二是克隆技术
（2）细胞工程按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种。
（3）酶工程酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。
（4）微生物工程（发酵工程）是利用微生物发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质，或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。
（5）生物化学工程生物化学工程就是采用化学工程的技术和方法，设计制造最优化的生物发酵设备、生化反应器，以及与其配套的自动控制装置，还包括发酵产物、生化反应产物的分离提纯。
3、
4、4新型绿色催化技术
3、4、5超临界流体技术
（1）超临界CO2技术超临界CO2萃取的特点决定了其应用范围分广阔,具体应用可以分为以下几个方面：
a、从药用植物中萃取生物活性分子，生物碱萃取和分离；
b、用于类脂脂类回收，或从配糖和蛋白质中去除类脂脂类；
c、从多种植物中萃取抗癌物质，特别是从红豆杉树皮和枝叶中获得紫杉醇防治癌症；
d、维生素，主要是维生素E的萃取；
e、对各种活性物质（天然的或合成的）进行提纯，除去不需要分子（比如从蔬菜提取物中除掉杀虫剂）或“渣物”以获得提纯产品； f、对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如百里香、蒜、洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。
（1）超临界水技术最有应用前景的领域是废弃聚合物的资源以及有毒有害物质的处理。
3、4、6传统工艺中的新技术
（1）电结晶
（2）反应萃取（3）反应精馏
3、5、1、清洁生产的定义清洁生产是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险性。
概括地说，清洁生产就是低消耗、低污染、高产出，是实现经济效益、社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。
3、5、2、清洁生产的内容清洁生产主要体现在：
①尽量使用低污染、无污染的原料，替代有毒有害的原料；②采用清洁高效的生产工艺，使物料能源高效益地转化成产品，减少有害于环境的废物量，对生产过程中排放的废物实行再利用，做到变废为宝、化害为利；③向社会提供清洁的产品，这种产品从原材料提炼到产品最终的整个生命周期中，要求对人体和环境不产生污染危害或将有害影响减少到最低限度；④在商品使用寿命终结后，能够便于回收利用，不对环境造成污染或潜在威胁；⑤完善的企业管理，有保障清洁生产的规章制度和操作规程，并监督其实施。
同时建设一个整洁、优美的厂容、厂貌；⑥要求将环境因素纳入计划和所提供的服务中。
3、5、3清洁生产的特点①清洁生产是一项系统工程；②重在预防和有效性；③经济性良好；④与企业发展相适应。
3、5、4实施清洁生产的途径①在产品设计和原料选择时以保护环境为目标，不生产有毒有害的产品，不使用有毒有害的原料，以防止原料及产品对环境的危害；②改革生产工艺，更新生产设备，尽可能提高每一道工序的原材料和能源的利用率，减少生产过程中资源的浪费和污染物的排放；③建立生产闭合圈，废物循环利用；④加强科学管理。
小结
1、熟悉绿色化学的二条原则及特点；
2、了解绿色化学的研究动向及绿色化学技术；
3、掌握清洁生产的定义、特点，了解其实施途径。
4、2、2实验实验能将研究对象置于严格控制条件之下，把自然过程加以简化和纯化，排除各种偶然、次要因素和外界的干扰，使对象的某种属性或联系以纯粹的形式呈现出来；实验可以在特殊条件下强化研究对象，以揭示研究对象的变化规律或本质；实验可以通过一定手段，使对象的属性及其变化过程重复出现。
实验可以模拟研究对象的运动过程，从而认识对象的性质，对那些无法进行直接实验的对象，运用模拟方法可间接进行实验研究。
4、2、3实验分类
（1）预实验
（2）系统实验严格按照“规划-实验及记录-分析整理-报告”的基本程序工作。
4、4、1思想模型与理想实验方法
4、4、2科学思维的逻辑方法
4、4、3科学思维的非逻辑方法
4、4、4创造性思维方法
4、4、5数学方法
4、5、1实验室常见事故的预防和处理
（1）火灾的预防和灭火预防火灾的发生必须注意：
①实验装置安装一定要正确，操作必须规范；②在使用和处理易挥发、易燃溶剂时不可存放在敞口容器中，要远离火源；③实验室内不能存放大量易燃物；④要经常检查煤气开关、煤气橡皮管及煤气灯是否完好。
灭火应注意：
一旦失火，首先采取措施防止火势蔓延，应立即熄灭附近所有火源（如煤气灯），切断电源，移开易燃易爆物品。
并视火势大小，采取不同的扑灭方法。
（a）
对在容器中（如烧杯、烧瓶，热水漏斗等）发生的局部小火，可用石棉网、表面皿或木块等盖灭。
（b）
有机溶剂在桌面或地面上蔓延燃烧时，不得用水冲，可撒上细沙或用灭火毯扑灭。
（c）
对钠、钾等金属着火，通常用干燥的细沙覆盖。
严禁用水和CCl4灭火器，否则会导致猛烈的爆炸，也不能用CO2灭火器。
（d）
若衣服着火，切勿慌张奔跑，以免风助火势。
化纤织物最好立即脱除。
一般小火可用湿抹布，灭火毯等包裹使火熄灭。
若火势较大，可就近用水龙头浇灭。
必要时可就地卧倒打滚，一方面防止火焰烧向头部，另外在地上压住着火处，使其熄火。
（e）
在反应过程中，若因冲料、渗漏、油浴着火等引起反应体系着火时，情况比较危险，处理不当会加重火势。
扑救时必须谨防冷水溅在着火处的玻璃仪器上，必须谨防灭火器材击破玻璃仪器，造成严重的泄漏而扩大火势。
有效的扑灭方法是用几层灭火毯包住着火部位，隔绝空气使其熄灭，必要时在灭火毯上撒些细沙。
若仍不奏效，必须使用灭火器，由火场的周围逐渐向中心处扑灭。
（2）爆炸事故的预防①仪器装置应安装正确，常压或加热系统一定要与大气相通；②在减压系统中严禁使用不耐压的仪器；③在蒸馏醚类化合物之前，一定要检查并除去有机过氧化物后，再蒸馏，切勿蒸干；④在使用易燃易爆物如氢气、乙炔等要特别小心，必须严格按照实验规定操作；⑤有些化合物因反应过于激烈会使体系热量和气体体积突然猛增而发生爆炸，对这类反应，应严格控制加料速度，并采取有效的冷却措施，使反应缓慢进行。
（3）中毒事故的预防一切有可能产生毒性蒸气的工作必须在通风橱中进行，并有良好的排风设备。
不能用手直接接触药品，不能在实验室吃东西。
从事有毒工作必须穿工作服，防护面具，处理完毕后方能离开。
每次实验必须清洁消毒桌面，并彻底洗手等。
（4）化学灼伤①酸灼伤：
皮肤灼伤可用5%的碳酸氢钠溶液洗涤，眼睛灼伤可用1%的碳酸氢钠溶液清洗；②碱灼伤：
皮肤灼伤用1-2%醋酸溶液洗涤，眼睛灼伤用1%硼酸溶液清洗。
（5）割伤和烫伤接装玻璃管时，注意割伤，带线手套，或用毛巾垫着操作。
烫伤后切勿用水冲洗，一般可在伤口处擦烫伤膏或用浓锰酸钾溶液擦至皮肤变为棕色，再涂上凡士林或烫伤药膏。
4、5、2实验室安全用电
（1）保护接地和保护接零
（2）实验室用电的导线选择
4、6、1常用玻璃仪器及其清洗干燥
（1）实验室常用玻璃仪器
（2）清洗仪器（3）仪器的干燥
4、6、2加热与冷却
（1）空气浴加热这种加热方式较猛烈，不分均匀，因而不适合于低沸点易燃液体的回流操作，也不能用于减压蒸馏操作。
（2）水浴与空气浴加热相比，水浴加热均匀，温度易控制，适合于低沸点物质回流加热。
（3）油浴常用的油浴浴液有石蜡油、硅油、真空泵油或一些植物油。
（4）砂浴通常将细砂装在铁盘中，把反应容器半埋在砂中，并保持其底部留有一层砂层，以防局部过热。
（5）致冷方法可以将反应容器浸没在冷水中或冰水中；如果水对反应无影响，还可以将冰块直接投入到反应容器中进行冷却。
如果需要更低的温度（低于0℃），可以采用冰液萃取用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分。
一般来讲，选择萃取剂的基本原则是：
对被提取物质溶解度较大；与原溶剂不相混溶。
（2）液—比较系列标准与样品的斑点面积大小、颜色深浅，得到样品的含量范围。
薄层仪扫描定量
（2）柱色谱（3）气相色谱气固色谱固定相通常是具有一定活性的固体吸附剂细小颗粒，常见的有：
活性炭，三氧化二铝，硅胶，分子筛，高分子多孔微球（GDX系列）等。
气液色谱固定相是以一种惰性固体微粒作支持剂（称其为担体或载体），在其表面涂敷上一高沸点的物质（其在色谱分离操作温度下呈液态，称其为固定液）而构成。
4、6、12红外光谱主要用来迅速鉴定有机化合物的官能团及通过与红外标准光谱对照来确定化合物的结构。
4、6、13核磁共振谱用于准确地测定分子中不同氢原子的位置及数目，并可对照核磁共振标准谱来确定化合物的结构。
4、6、14催化剂反应性能的测试方法催化剂反应性能测试目的：
①催化剂常规质量控制检验②快速筛选大量催化剂③更详尽的比较几个催化剂④测定特定反应的机理⑤测定在特定催化剂
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