化工工艺课件

化工工艺

1.绪论

1.3 化工原料与产品

1.3.1 原料

定义：化工生产中全部或部分转化为产品的物质。主要有：

(1) 空气：包括N

2、O

2

和惰性气体。

(2) 水：最廉价的原料。

(3) 矿物：煤、石油、硫铁矿、盐、石灰石、氟磷灰石、各

种有色金属矿等。

(4) 生物原料：粮食、树木、农产品废弃物等。

1.3.2 产品

定义：化工原料经过单元过程和单元操作而制得的可作为生

产资料或生活资料的成品物质都是产品。

生产出次要的、有一定价值的产品叫叫副产品。

例如：三酸二碱、化肥、农药、塑料、油品、化纤、涂

料、药物等。

1.4 化工过程分析

1.4.1 工艺过程的选择与确定

(1) 化工过程化学过程一般分为三个步骤。

a) 原料处理净化、浓缩、混合、粉碎等。

b) 化学反应获得产品的关键步骤。将原料转化为产品，应注重产率。

c) 产品精制将得到的混合物产物进行分离和提纯,注重纯度。

一般讲，a)和c)主要是物理过程，称为〝单元操作〞；b)是化学变化过程, 称之为〝单元过程〞。

分离、提纯工程在化工生产中占有非常重要的地位，占总投资的50~80%。

(2) 过程的选择工艺路线有多条，如何选择应考虑：

a) 技术上的可行性

实验室研究结果≠可以用来设计生产过程，因为放大会带来许多误差，必须逐步放大和完善。

b) 经济上的合理性

要进行成本核算，一定要有利润，否则不能生产。核算成本一定要全面。例如：原料费(包括运费)、动力费、工资、设备折旧、维修、管理费、财务费用(利息等)、增值税(增值部分17%)、所得税等。企业规模、管理水平不一样，各项所占比例也不一样。化工业前2项为主要成本，~70~80%。

(3) 过程的确立

过程的确立还需考虑以下因素：

a) 生产装置规模及工艺的先进性。

b) 原材料的来源及质量的稳定性。

c) 质量指标、收率、销售数量及价格。

d) 运行的可靠性、安全性、运转周期、开停车方法、失控的对策、公共工程（水、电、汽）的要求。

e) 腐蚀及设备材料选择。

f) 三废排放和治理方法。

思考题

1. 什么叫〝单元过程〞？什么叫〝单元操作〞？

2. 化工生产的最基本原料有哪些？

3. 化工生产的成本组的主要项目有哪些？

4. 在选择化工产品工艺路线时，必须从哪几个主要方面考虑问题？

5. 一个化学生产过程，可分为哪几个主要步骤？

6. 一个化学生产过程的考核指标有哪几个？具体含义如何？

3.合成气

煤气化有5个过程：

(1)上吹空气提高氧化层温度：

C + O

2 = CO

2

＋Q。

同时将炉顶部吹空气放空；

(2) 一次上吹气化剂气化反应：

C + H

2O = CO + H

2

在还原层： C + CO

2

= 2CO

得合成气。氧化层温度降低，高温层向上移动。

(3)一次下吹制气一次上吹气化剂，进行制气。同时高温层向下移动。使燃料层温度分布趋于平衡。

(4) 二次从下吹制气将炉底的下吹煤气排净，为下次上吹空气做准备(煤气与空气混合易爆炸)。

(5) 空气吹净此阶段将部分吹风气回收，作为半水煤气中氮的主要

来源。

上述5个过程，采用阀门联动系统，如p30的图3－2所示。每个循环

过程约3min。间歇式固定床煤气发生炉所得半水煤气(CO+ H

2)/N

2

只有1.43，离合

成氨所需的 H

2/N

2

=3.1~3.2相距甚远，因此在提高燃料层温度的吹风阶段，应将吹

风气放空。

气化装置还有流化床气化炉和气流床气化炉,其结构见p31－32的图3－3和图3－4。生产甲醇的复合化学生产流程及气化炉激冷流程如图3－5和图3－6所示。（自学）

3.1.2 蒸汽转化

主原料是天然气或石脑油等轻质烃类与水蒸气，是世界上主要的技术路线。由于该法要用催化剂，为防止催化剂中毒，在制合成气之前, 天然气或石脑油必须先行脱硫（如何脱硫,后面再述）。

工业上一般采二段转化(见p36图3－7)。

(1) 一段转化：主要目的是产生CO和H

2

。

C

n H

m

+ nH

2

O= nCO +(n + m/2)H

2

和 CH

4 + H

2

O = CO + 3H

2

－206.2kJ/mol

蒸汽转化反应是强吸热反应，温度升高有利于正向反应。副反应：

CO+ H

2O = CO

2

+ H

2

副反应是放热反应，升高温度可降低副反应的进行。因此,反应在催化剂存在下，在500~1000o C，才能获得满意的反应速度。催化剂是技术关键之一。镍是最有效的、高活性的催化剂。以NiO状态存在，含量10~25%。MgO为助催化剂，

Al

2O

3

、CaO、K

2

O等为载体。

在温度为800~820o C、压力2.5~3.5MPa、H

2

O/C = 3.5时，转化气组成

为(体积%)：CH

4 10%、CO 10%、CO

2

10%、H

2

69%、N

2

1%。还达不到合成氨等的

要求。

(2) 二段转化

二段转化的主要目的是将 CH

4从8~10%降至0.2~0.5%，同时引入N

2

，使

H 2/N

2

=3。达到合成氨的要求。二段转化的主要反应是：

H

2 + O

2

= H

2

O

CO + 1/2 O

2 = CO

2

CH

4 + O

2

= CO +3H

2

(甲烷转化)

二段转化时，首先是一段转化气与空气混合燃烧，可达1200o C。然后在镍催化下进行甲烷转化。其反应吸热，所以，转化炉出口气体温度降至900~1000o C。

(3) 连续蒸汽转化流程实例