化工过程开发复习

化工过程开发Development of Chemical Technological Process课程基本情况学分：2.0学时：32先修课程：四大基础化学、化工原理、反应工程、文献查阅、分离工程。

适用专业：化学工程与工艺教材：《化工过程开发概要》，武汉：武汉大学出版社，2002 ；《化工过程开发》，于遵宏等. 上海：华东理工大学出版社，1996 .课程分类：考查开课教研室：化工工艺教研室一、课程的性质与目的课程性质：新的化工产品或新的化工工艺经由实验室研究、放大试验到工业化生产的全过程为化工产品开发。

课程涉及合成、工艺、工程、设备、控制、经济、环保等多种学科知识。

内容实用性强，是学生从学习知识到应用知识的桥梁。

课程目的：学生了解新的化工产品开发的过程，掌握新的化工产品开发的方法和相关的知识。

二、课程的基本内容及要求基本内容第一章绪论第二章选题和立项第三章化工过程开发中的实验室工作第四章化工过程放大第五章反应器的类型和设计第六章化工过程开发实验中的数据处理第七章投资、成本、折旧和盈利第八章技术经济评价基本要求1.了解并掌握化工过程开发所涉及的基本观点、内容和步骤2.掌握以小试为重点的开发研究实验方法和中试放大的基本方法3.建立技术经济评价的思想4.初步掌握化工过程开发的数据处理方法第一章绪论五节内容第一节化工过程开发的基本内容一、化工过程及化工工艺（几个概念）过程：指相互关联的一系列活动或变化，是事物的发展，是事情经历的经过。

化工过程：指若干相互关联的化工单元操作以及所用设备组成的一个整体和它所完成的工作，即化学品的变化。

开发：任何一新的化工过程都具有创造性，其内在的客观规律，是科学存在的。

开发指人们对过去未能利用的东西加以利用，包括研究、改进和发展。

任何开发过程均带有研究、改进、使之得到发展、体现出价值的创造性活动。

化工过程开发：（书P1）指从一个有关新的化学产品、新技术或工艺的概念的形成，到科研、设计、建厂，从第一套工业规模生产装置，付诸实施的全过程。

化工过程开发的任务：开发满足国民经济的新产品、老产品生产工艺和设备的改造，促进化学工业的发展。

化工过程开发程序、方法：基础研究的成果、资料，按科学方法，寻求技术可靠、经济合理的途径，扩大实验，评价可行性，工业装置。

即基本内容工艺：系统应用知识和经验（软件）、设备（硬件）于工业生产实际，将原材料或半成品加工成产品的方法和技术。

制造工艺（只改变外形、物性，工件型job shop生产方式）、化工工艺，化学品生产方法的技术科学，物流型flow shop。

后者是化工过程的精髓？同一种化学品生产不同原料、路线、条件、方案，差异巨大，经济效益不同。

工程设计中设备的失误是局部的，工艺的失误是全局的。

工艺即工业艺术。

二、化工过程开发的内涵着重解决开发、放大、设计等工程技术问题。

与化学的研究有一定的区别，具有自己的特点（表1.1）我国96年以来，每年3万多项成果，20%转化，形成产业得到效益5%。

原因：直接应用技术不多，研究与市场脱节；技术不成熟，实验室到工业生产桥梁未架通。

三、化工过程开发与化学工业及国民经济各领域的关系化学工业发展速度快，产值占GDP10%，我国20%，在国民经济处中心地位。

表1.2 几种领域对化学工业产品的依赖关系启示：化学工业需向国民经济各部门提供更多的新产品，化学工业本身也需一些新产品（催化剂）、新技术、工艺、设备，满足高温高压、腐蚀，这些都需从实验室研究开始，化工过程开发任重道远。

第二节化工过程开发的重要性一、产品和生产工艺的生命周期任何产品对市场而言，都有生命周期，如同人、哺乳动物出生、生长。

衰老、死亡，也有产生、发展、淘汰的过程，如表从经济学领域观点，以销售额或利润与时间做图，关系为：图1.1典型产品的市场生命周期启示：市场竞争的加剧，产品生命周期有缩短的趋势。

产品需要更新，生产工艺同样。

只有坚持研究、开发，化学工业才有强大的生命力。

以下举例说明开发的重要性。

二、实例合成塑料的开发简史从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。

其发展历史可分为三个阶段：天然高分子加工阶段、合成树脂阶段、大发展阶段。

三、实例乙二醇生产工艺进展四、实例合成氨催化剂发展概况五、技术进步周期（图）启示：通过这些实例，无论化工产品、还是生产工艺都在不断发展中。

1991年Roth提出了技术进步周期的概念。

认为：一般来讲，技术进步周期经历一个S型的发展周期，如图1，技术通过长期开发，解决了难点，实现技术突破，取得渐进快速发展，很快在技术经济指标达到极限，进入成熟期，发展缓慢或停滞，完成了连续性进步周期。

这时技术进步只可能通过技术的非连续性转移到一个全新的、完全不同的知识基础上取得，如图2.启示：化学工业的百年发展，基础化工生产技术已非常成熟，未来的发展只有依靠非连续性技术进步，实现这种进步无疑需要开发者雄厚的知识基础和开拓能力。

在我国尤其这样，技术、设备依赖进口，加工国外的粗产品、半成品，下游产品国外控制，返销我国，需提搞产品的精细化率，提高科技工作者的素质。

第三节化工过程开发的必要性和艰巨性一、实验室研究与工艺生产的不同点（书P1，PPT表）过程开发往往从实验室开始，其结果只能说明方案的可行性，不能用于工业生产，因为二者有区别。

如表：二、规模放大的必要性放大：实验室到工业化、小规模到大规模。

研究要考虑许多实验室规模无法考察的问题：原料来源、储存、运输、循环使用、加热、冷却、产品精制、热量回收、三废处理。

放大是研究的核心。

产品到市场，必须在研究达到一定规模后。

如电子级钛白粉，纯度99%不难达到。

其金属杂质影响元器件的性能，必须以kg级向厂家提供“大样”。

产品的规模效应三、化工过程开发的艰巨性综合技术：涉及化学基本原理、化学工程理论、化工机械设备、自控、材料与腐蚀、技术经济等领域；包括选题、实验、放大、设计、试生产各个环节。

投入、风险高：成功率10%，要求开发者洞察力、创造力，实现一个好的设想，要对科学（化学、热力学、动力学）、技术（工艺、设备）、经济（投资、成本）的可能性、合理性考核、实验，由于技术、经济原因，80-90%的项目在不同阶段放弃（必须达到一定的经济指标）。

世界各大公司R和D的投入一般为销售额5-10%，如：Du pont20世界30年代花费2700美元，历时2年开发尼龙66，带来上亿利润；1990年其销售额155.7亿美元，科技投入14.3亿，当年利润19.7亿。

Dow化学公司披露：20世纪50年代其研制新品需120万、2年；60年代400万、4年；70年代1000-1150万，6-8年；90年代2亿，约10年。

研究医药的Merck公司，新药投放市场需10年，3.95亿，70%收不回投资。

我国需加强。

早期投入为销售额的1%，到95年，高新企业占2.45%.单靠引进，得不到一流技术。

95年山东齐鲁引进丙烯腈项目，催化剂自主研发，有所作为。

第四节化工过程开发的主要步骤一、化工过程开发的三个阶段无固定模式1.探索研究开发源于某种idea,其来自科学概念的移植、文献信息的启示、实验室的偶然发现（峰、反常实验现象、意外发现都能启发灵感、形成创新概念、方案路线）。

如乙醇脱水制乙烯，在催化剂Al2O3上，乙醇要求95%，受70年代甲醇在HZSM-5（憎水性）生成混合烃的启发，可以实现乙醇脱水。

粗略、需完善2.过程研究：系统的实验室工作3.过程开发：设计、技术经济评价二、原化工部新技术开发管理条例第五节化工过程开发涉及的若干基本概念一、实验室研究、小试、模试、中试1.实验室研究可以是纯理论、应用基础或开发基础研究，与小试有区别是立项之前为收集资料、验证文献和设想所作的实验，间歇、欠系统、玻璃仪器。

目的：确定原料路线、探索反应可行性、观察现象、获感性认识及样品。

2.小试小型工业模拟试验（初步技术经济评价、正式立项后的系统工作）以工程的观点收集情报资料，进行目的明确，尽量结合工业生产实际（金属设备、工业原料、连续、模拟化工单元操作）的实验任务：a验证开发方案的可行性、完整性。

b测定收集物化数据。

C产品分析方法。

d整理最佳方案，完成概念设计2. 模试模型试验：对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。

设备：一般比实验室研究规模大并具有工业设备的仿真性质。

主要内容：考察化工过程运行的最佳条件；考察设备内传热、传质、物料流动与混合等工程因素对于化工过程的影响；观察设备放大后出现的放大效应；寻找产放大效应的原因，测定放大所需的有关数据或判据等等。

形式：热模、冷模4. 中试中试是‘”中间工厂试验”的简称，它是在小试或模试之后迸行的半工业化规模的模拟试验。

在化工过程开发中，是一次较大规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。

由于中试规模要比小试大得多．它对工业过程的模拟则较接近于真实，故中试结果可作为基础设计的依锯。

中试考察的内客主要有以下几项：（1）检验小试确定的工艺方案和工艺条件；（2）考察工艺系统连续运转的可靠性；（3）考察设备放大后所产生的放大效应的程度，分析产生的原因，寻找消除的办法；（4）确定检测方法；（5）考察物料对设备材质的腐蚀；（6）考察物料循环产生的微量杂质积累带来的影响；（7）提供一定量的产品供应用考察；（8）考察“三废’”的生成量、危害程度和治理方法；（9）为估算投资和成本，以及建立生产工作岗位的操作规程提供资料。

二、概念设计、基础设计、工程设计1. 概念设计定义：又称预设计、估量设计、设计研究等。

根据试验室研究结果，对预定规模的工业生产装置进行假想设计。

目的：在于对所要开发的工艺的技术成熟程度和经济合理性作出初步评价，确定开发研究的内容重点，并估计开发过程中的风险。

内容：包括设计规模和范围、原材料和成品规格、工艺流程图和简要说明、物料衡算和热量衡算、主要设备的关键尺寸和材质、主要技术经济指标、投资估算和产品成本估算、“三废”处理方法以及对试验研究的建议等。

设计所需要的数据来源：试验室研究报告、文献资料、现有类似产品生产的经验，以及根据热力学、动力学等理论或经验式、半经验式的计算结果等。

数据的取舍和估计，特别是工艺流程的构成和设备的选型：则要取决于概念设计负责人的技术水平、经验和判断力。

若在概念设计过程中，发现试验室研究结果中有较严重的缺陷或错误时，则要进行必要的补充试验。

2.基础设计定义：在最终评价得到肯定结论后，根据中试研究结果和所收集的资料，对工业生产方案和装置型式所作的原则性设计。

是研究开发工作成果的主要表现形式，也是研究开发单位向用户进行技术转让的主要技术文件，又是设计单位为用户进行工程设计的主要技术依据。

基础设计的内容和深度可由研究－开发单位与设计单位协商确定，通常有：带控制点流程图、物料流程图、物料衡算和热量衡算、设备一览表和设备简图、投资和成本估算等。