化工生产过程.docx

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化工生产过程

化工生产过程

知识目标

了解化工生产工序及化工生产过程的组成、操作方式；

了解化工生产原料路线的选择及原料预处理方案；

了解化工反应过程的操作分类；了解产物分离方法及分离方案的选择;

理解固体催化剂特性及使用；理解产物分离流程方案的选择；

掌握工业生产对催化剂的要求；

掌握化工生产过程的组织及化工生产流程方案选择。

能力目标

具有初步的化工生产原料路线的选择能力；

具有对化工生产过程进行分析评价的初步能力。

第一节概述

化工（化学工业）是生产化学产品的工业，简单地说，就是利用一系列化学反应将自然界存

在的天然资源转变成我们所需要的各种各样的新物质的加工过程。

在这一加工过程中，原料

转化成产品需通过各种设备，经过一系列的化学和物理的加工程序，最终才能转化成合格的

产品，此即为化工生产过程（简称化工过程）。

因此，化工生产过程是若干个加工程序（简

称工序）的有机组合，而每一个加工工序又由若干个（组）设备组合而成。

一、化工生产工序

化工生产是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。

例如：

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。

二、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，同时还包括反应条件的准备如原料的混合、预热、气化，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，该工序是将未反应的原料、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。

未反应物循环

图1-1化工生产过程的组成

化工生产过程的组成如图1-1所示。

为保证化工生产的正常运行，还需要动力供给、机械维修、仪器仪表、分析检验、安全和环

境保护、管理等保障和辅助系统。

第二节化工生产原料准备过程

生产化工产品的起始物料称为化工原料。

化工原料的共同特点，就是原料的部分原子必须进入到化工产品当中。

一种原料经过不同的化学反应可以得到不同的产品；不同的原料经过不

同的化学反应也可以得到同一种产品。

这一点决定了化学工业的丰富多彩和强大的生命力。

原料在化工产品生产中是牵一毫而动全身的一环，在产品生产成本中原料费所占的比例很高，

有时高达60〜70%。

一、化工原料及产品

（一）化工原料

1、化工基础原料

基础原料是指用来加工化工基本原料和产品的天然资源。

通常是指石油、天然气、煤和生物

质以及空气、水、盐、矿物质和金属矿等自然资源。

这些天然资源来源丰富，价格低廉，但经过一系列化学加工以后，就可得到很多、很有价值

的、更方便利用的化工基本原料和化工产品。

石油、天然气、煤都是矿物能源，对化学工业有双重意义，既是原料，又是能源。

现代化学工业发展初期，基础原料以煤为基础，二次大战结束后，科学技术得到了空前的发展，化学反应技术也得到了很大的发展，自20世纪50年代中期以来，石油和天然气逐渐取代了煤，成为化学工业的主要基础原料。

但随着人类技术的进步和生活水平的提高，人类对于自然的开采也日益无节制，到20世纪

想一想

在人类可持续发展中，化学工业面临的

90年代，资源的枯竭问题已经成为威胁人类发展的重要问题，可持续发展成为21世纪人类发展的

必由之路，化学工业也同样面临着一次新的革命，那就是如何利用有限的资源创造出更多的产品，为推动人类发展做出更多的贡献。

2、化工基本原料

基本原料是指自然界不存在，需经一定加工得到的原料。

通常是指低碳原子的烷烃、烯烃、

查一查

石油、天然气、煤的用途和化工利用途

炔烃、芳香烃和合成气、三酸（盐酸、硫酸、硝酸）、二碱（氢氧化钠、碳酸钠）、无机盐等。

如常用的乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、甲烷、一氧化碳、氢气、氯气、氨气等。

这些基本原料都是通过石油、天然气、煤等基础原料经过一定的途径生产而来。

由化工基本原料出发，可以合成一系列化工中间产品和最终产品。

3、辅助材料

在化工企业生产中，除必须消耗原料来生产目的产品外，还要消耗一些辅助材料，通常我们

将这些材料与原料一起统称为原材料。

辅助材料是相对于原料而言的，

它是反应过程中辅助

原料的成分，可能在反应过程中进入产品，也可能不进入产品中，这是和原料的最本质区别。

化工生产中常用的辅助材料有助剂、添加剂、溶剂、催化剂等。

（二）化工产品

1化工产品概念

原料经过化学变化和一系列加工过程所得到的目的产物称为化工产品。

化工产品中一般都含

有原料中的部分原子。

一种物质是化工原料还是化工产品不是绝对的，

要根据实际生产过程

的需要具体确定。

有时是原料，有时又是产品。

化工生产过程中所得到的目的产物在很多情况下是作为下一个工序的原料，

我们把这种产物

称为中间产品。

中间产品一般不能直接应用，需经过进一步加工才能变成可直接利用的产品。

化工企业所生产的产品，大多属于中间产品。

一套生产装置在生产过程中可以冋时得到两种或两种以上的目的产物，

我们将这两种或两种

以上的目的产物互称为联产品。

由于化学反应的多样性和复杂性，一个化工生产过程在得到目的产物的同时，往往会伴随着

生成几种非目的产物，即副产物。

将这些副产物进行回收，提供给其他生产过程或部门，我

们称这样的产品为化工副产品。

化工生产过程中副产物非常多而且复杂，

如何进行有效回收，

是降低产品成本和减少环境污染非常重要的问题，必须引起我们的重视。

观察与思考

2.化工生产主要产品

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

;化学肥料，主

无机酸主要有硫酸、硝酸、盐酸等；常用碱类主要有“两碱（纯碱、烧碱）

要有氮肥、磷肥、钾肥和复混肥等；即“三酸、两碱”与化学肥料。

无机盐其种类很多，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氢化合物及其衍生物为主的通用型化工产品，如乙烯、丙烯、丁二烯、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，经过初步化学加工制造的有机化工基本产品。

由这些基本产品出发，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、粘合剂、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，消费量为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104〜106的高分子化合物。

按用

途分，高分子化工产品有塑料、合成橡胶以及橡胶制品、合成纤维、涂料和粘合剂等；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。

特种高分子化工产品具有耐高温特性，如在苛刻条件下作为结构材料的聚碳酸酯、聚芳醚、聚砜、聚芳酰胺、有机硅树脂以及氟树脂等，具有光电、磁等物理性能的功能高分子产品，如感光高分子材料、光导纤维以及光、电或热致变色的高分子材料、高分子分离膜、高分子液晶、仿生高分子、生物降解高分子材料、催化剂、试剂以及医用高分子化工产品等。

高分子化工产品是一类发展迅速、用途广泛的新型材料。

4．精细化工的主要产品精细化工产品是一类加工程度深、纯度高、生产批量小、附加值高，其自身具有某种特定功能或能增进（赋予）产品特定功能的化学品，也称作精细化学品或专用化学品。

1986年，我国暂定农药、染料、颜料、涂料（含油漆和油墨）、粘合剂、食品和饲料添加剂、催化剂和各种助剂、化学原药和日用化学品、试剂和高纯物、功能高分子材料（包括功能膜、

偏光材料等）、信息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能接收电磁波的化学品）等类产品为精细化工产品。

香精和香料、精细陶瓷、医药制剂、酶制剂、功能咼分子材料、电子信息材料、生物医药、

生物农药等也属精细化学品的范畴。

5.生物化工的主要产品

生物化工产品是指采用生物技术生产的化工产品。

主要有乙醇、丁醇、丙酮、柠檬酸、孚L酸、

做一做

葡萄糖酸、维生素、抗生素、生物农药、饲料蛋白、酶制剂等。

二、原料预处理的原则

原料预处理或原料准备过程是工艺流程的一个组成部分。

因此原料预处理应符合以下原则：

1•必须满足工艺要求

主要是满足反应的要求，比如通常气固相反应，为了增大接触面积，固相的粒度应尽量小，但太小可能夹带严重，所以在工程上要寻找一个最佳的范围以满足工艺要求。

2.简便可靠的预处理工艺

通常对于原料的某一种预处理要求，有不止一种可供选用的方案，一般不主张搞得太繁杂，

步骤不宜多，应简练实用可靠，不主张使用复杂的大型的化工单元过程。

因为毕竟是原料的

预处理，不必小题大作。

3.充分利用反应和分离过程的余热及能量

许多反应往往是放热的，一般分离过程常有精馏，塔顶冷凝器需要换热冷却，这些能量的充分利用，是原料预处理的一个可资利用的环节。

4.尽量不要产生新的污染，不要造成损失

原料预处理，有的可能出现一些废弃物，在方案研究时，应尽量减少在原料过程中的"三废”，一旦有不可避免的“三废”应研究处理方案，不要留尾巴，并防止泄漏，防止被破坏，防止不必要的损失。

5.尽量研究和采用先进技术

任何原料能不处理而直接使用当然最好，在研究中，应尽量采用先进技术，淘汰落后的处理

工艺，提高处理能力。

6.投资节省，设备维护简便

原料处理的设备台件数应尽量少，流程应尽量短，在满足工艺要求的前提下，设备应尽量简

化，通用化，落实到装置的投资上，要尽量节省。

7.尽量分工由生产厂家精制

原料对于生产原料的厂家来说，就是他们的产品，产品在生产过程中加以精制、净化。

比使用厂家另砌炉灶进行

是确定原料预处理方案的依

如果供