第二章 化工生产基本过程

（3）经济
• 化工原料的储存，从经济性上考虑的一般原则是：能室外 储存不用室内储存，能堆放储存不用容器储存，能用非金 属容器贮存不用金属容器贮存，能用普通碳钢容器贮存不 用合金钢容器贮存，在保证原料贮存安全的前提下，尽量 节约贮存原料场地或设备的投资。除此之外，还要考虑原 料量的多少才能最终确定化工原料的储存方式。因为固体 原料储存时，所占空间的大小；气体物料或液体物料贮存 时，所需单个容器的容积和容器的数量，都直接确定了化 工原料贮存的安全性和经济性。
2、原料的储存
• （1）适量 • 在化工生产过程中，为了保证生产的正常进行，需要有一定的 原料储存量。化工原料储存量既不能过多，也不能过少。过多 的原料储存量，一是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用大量的流动资金，影响生产的发展； 二是占用工厂的大量空间；三是有可能因为贮存过程不当而造 成挥发、风化等形式的损耗和浪费；四是有时因为贮存过多而 造成安全事故。同样，过少的储存量，一旦遇到原料价格的波 动或者运输障碍，会直接影响工厂的正常生产，有时还会导致 停产。所以为了保证生产的正常进行，必须有一定的原料储存 量。原料储存量的多少应视原料的供应情况确定。另外，原料 贮存量的多少直接确定了贮存场所或贮存设备投资的多少，例 如，液体贮存就包括单个设备的容积和相同设备的套数。
一、反应器选型 (Selection and Use of Reactor Type) 二、反应条件的选择 （Selection of Reaction Condition） 三、反应条件的控制 （Control of Reaction Condition）
一、反应器选型 (Selection and Use of Reactor Type)
第二节 反应过程
(Reaction Process)
应用知识： 1．不同反应器的结构特征、优缺点以及适用范围； 2．反应影响因素分析的方法，选择反应条件的依据； 3．操控各反应条件的方法与技巧。 技能目标： 1．能根据反应类型和对反应的要求正确地选用化学 反应器； 2．能够分析简单化学反应的工艺影响因素，能够正 确地确定工艺条件； 3．能够正确地控制工艺条件。
• 液体化工原料的种类繁多，性质各异，如密度、黏度、毒性、 腐蚀性、易燃性与易爆性等各不相同，而且温度变化较大，从 低于-200℃到高达1000℃以上；压力从高度真空到100MPa；流 量从10-3m3/h到104m3/h以上，所以输送液体原料所用的流体输 送机械有多种形式，输送机械或管道的材质也是多种多样，但 工业上最常见的是离心泵。气体常用的输送机械是压缩机。
图2-6 流化床反应器
5、鼓泡塔式反应器
图2-7鼓泡塔式反应器
6．涓流床反应器
图2-8涓流床式反应器
7、浆态反应器
图2-9浆态反应器 1、原料气进口；2、产物出口；3、热介 质；4、气泡；5、催化剂+载体
8、板式塔、填充塔反应器
图2-10 板式塔与填充塔
二、反应条件的选择 （Selection of Reaction Condition）
• 固体原料的输送都是敞开输 送过程，有的利用皮带输送 机，如右上图，进行具有一 定斜坡高度的输送，如电解 食盐水溶液之前的粗盐的精 制，就是利用皮带输送机械 将工业粗盐从粗盐仓库输送 到具有一定高度的食盐溶解 槽中；
2.固体原料输送
有的利用平板车、手推车将 固体物料搬运到反应装置， 然后利用料斗或料桶通过手 提或电动葫卢提升到进料口 送入反应器中；还有的是通 过螺旋推进器连续不断地定 量的送入反应器中，如右下 图。由于固体物料的输送相 对于流体输送来说比较安全、 方便、快捷。
第二章 化工生产基本过程 Basic Unit of Chemical Production
三大目标：
知 识 目 标 素 质 目 标
能 力 目 标
知识目标：
•
能力目标：
素质目标：
严格遵守装置的操 作规程和操作方法， 养成遵章守纪的良 好习惯； 严格遵守工厂的规 章制度，坚守岗位， 保证装置或设备安 全、优质、高效地 运转； 对工作严格要求， 一丝不苟，实事求 是，不弄虚作假， 严格交接班制度； 具有团结协作的精 神，遇事不推逶、 不扯皮，努力作好 本职工作。
3.流体输送
• 无论是气体或是液体的输送总是以一定的流速或流量沿 着管道从一处送往另一处，它属于流体动力过程的单元 操作过程。作为化工生产处理的物料（包括原料、中间 产物、产品和载体等）多数为流体，按工艺要求如何在 原料贮罐和化学反应设备之间把这些物料安全的输送， 是实现化工安全生产的重要环节。
3.流体输送
注意：
• 当送料点流体的位能足够高时，所要求的流体输送量能自行的
流至位能较低的反应器中，否则就需要补充能量以才能满足输 送的要求。补充能量的方式对于液体和气体是不同的。液体可
以采用压送、抽吸和泵送的方式；气体采用鼓风机和压缩机。
液体的压送适应于那些挥发性较大、沸点较低、易于发生燃烧 爆炸的物质，这类物质是无法用抽吸或泵送的方式输送。抽吸 的方式适应于那些物质沸点较高、挥发性相对较小；泵送一般 适应于水溶液，或有机液体。
• 四是考虑原料气压缩功的消耗
3、原料配比的选择
• （1）对于有氧参加的化学反应的原料配比－
• 考虑爆炸极限，什么是爆炸极限？爆炸极限与哪些因素有关？
• （2）对于无氧参加的化学反应的原料配比－首先考虑以化学计量比 为基础，然后再考虑其它因素，如原料的价格、产物的分离难易程 度等，才能确定一个适当的原料配比。
• （1）固体物料：一类是直接参与气固相反应的固体物料 的规格要求（为增大反应接触面积需有一定粒度）；一类 是先溶解于溶剂中参与的液相或气液相反应(破碎成小块 物料，增大溶解速度，并加热）； • 肺沉着病 • （2）液体物料：反应对原料纯度的要求； • （3）气体物料：反应对原料纯度的要求； • 吸收方法脱除有害杂质
2、压力的选择
• 压力的选择一般要考虑四个方面的因素： • 一是反应压力的增加使反应在热力学上是否有利，主要是考虑反应 前后有体积变化的气相或气固相反应； • 二是要考虑增加压力确实能够提高设备的生产能力，但是对设备材 质的强度要求提高，设备的投资费用也相应的增加，也就是说设备 生产能力的增加所创造的经济效益是否能超过设备投资费用的增加 所造成生产成本的增加； • 三是要考虑整个系统的压力关系，需要负压操作时，就要选择机械 真空装置、水流喷射装置或蒸汽喷射装置实现真空操作；需要加压 操作时，对于来料系统不能满足该反应压力要求的，则需要加压设 备。
三、原料输送 (Raw Material Transport)
三、原料输送
• 1.原料输送定义：
• 原料输送是指利用输送机械将原料从储存区输送到计量罐 或者反应器让其参与化学反应的过程。根据原料的状态， 可分为固体原料输送和流体原料输送，流体原料输送又可 分为液体原料输送和气体原料输送。
2.固体原料输送
一、原料的选用与储存 (Selection, Use and Storing of Raw Material)
一、原料的选用与储存 • 1、原料的选用
化工原料的选用，首先要考虑原料来源是否可靠； 其次要考虑运输是否方便、安全；再者在确定原料后， 要选择成本低廉、安全可靠的运输方式。所以原料的 选用是一个复杂的系统工程，要从技术的、经济的、 安全的、环保的等多方面综合考虑后，确定技术成熟、 经济合理、来源可靠，而且环境友好，又符合国家能 源政策的原料作为该生产装置的原料路线。
二、反应条件的选择
• 1、反应温度的选择
• （1）理论分析，即满足反应热力学和动力分析要求 • －是放热还吸热；热效应的大小；转折温度；阿累 • 尼乌斯方程和反应速率方程式； • （2）催化剂性能要求－活性温度范围；
• （3）向反应器的供热能力或从反应器中移热能力
• －即放热或吸热速率与移热或供热速率的平衡问题 • －热点温度以及工程问题； • （4）设备材质要求－即材质的强度随温度的升高 • 而下降。
一、反应器选型
图2-3管式反应器 a．多管式反应器装置图； b.多管式反应器结构示意图
• 1、管式反应器（tubular reactor） • 管式反应器的结构特性、优缺点及适用范围
2、釜式反应器
a.外型结构图 图2-4釜式反应器
b.结构示意图
3、固定床式反应器
图2-5 固定床式反应器
4、流化床反应器
（2）安全
• 正确地储存原料也是减少原料的损耗、避免安全事故 的发生，提高生产经济效益的重要方面。在过去或即 使现在有些化工厂无论从工程设计、工程施工直到正 常生产，都忽略了化工原料储存的环节，以至于化工 原料在储存的过程中造成原料的流失，甚至燃烧、爆 炸事故的发生，给人们的生命财产造成了不必要的损 失。所以，在化工生产过程中必须重视化工原料的储 存，以防止流失或安全事故的发生。
第一节 原料 第二节 反应过程 第三节 反应产物的分离与精制
第四节 产品的包装与储运
第一节 原料
(Raw Material)
应用知识：
1．原料选用的方法和贮存； 2．原料预处理的单元操作技术； 3．原料输送设备的选用与操作。
技能目标：
1．能够根据生产要求和产品要求选用正确的化工原料；
2．能够根据化工原料的物理和化学性质，正确贮存化工原 料，确保安全的前提下，减少化工原料在贮存过程中的损失； 3．根据化学反应单元对所选原料的要求，对于不符合反应 要求的原料能够用正确的简单的方法处理；
•
掌握原料的选用、 • 储存、处理、混 合与输送技术； • 了解并熟悉各种 类型反应器的结 • 构特征、掌握其 优缺点及适应范 • 围并能够进行正 确地操控； 掌握不同状态产 物的分离与精制 方法； 了解产品包装与 储存方面的知识。
•
•
•
•
能够根据产品的要求 • 选用原料路线与生产 路线； 能够对所选用的原料 进行预处理、混合与 • 输送； 能够操控反应设备， 正确地使用反应器； 能够根据反应产物的 状态选用单元操作过 • 程，正确地操作单元 过程设备； 能够正确地选用产物 储存设备和运输装置；• 能够正确处置生产过 程中所发生的安全事 故。
4．能够选择正确的原料输送机械将原料输送入反应器。
一、原料的选用与储存 (Selection, Use and Storing of Raw Material) 二、原料的预处理 (Raw Material Pretreatment or Prehandling) 三、原料输送 (Raw Material Transport)
4、空间速度和接触时间
• （1）空速 是指单位时间内，单位体积的催化剂上所通过反应物的 ： 体积（在标准状态下）单位为标准米3/(米3催化剂· 小时)，简写成[h1]。空间速度简称空速，常用 SV表示
3、原料的混合
• 定义：原料的混合（Mixing of raw material）是指参加 化学反应的两种或两种以上的物料在进入反应器之前需要 按比例进行的混合，以保证反应的正常进行。
3、原料的混合
方式：化工原料的混合有的是在混合器中混合好后进入反应器； 有的是在反应器中进行混合，混合后直接升温反应。气固相反应的 气体反应物料一般在混合器中进行混合。混合时，对于有氧参加的 化学反应各反应物的量按爆炸极限的要求进行计量混合；无氧参加 的化学反应各反应物料一般是以化学计量比为基础，经具体的工艺 研究确定各物料实际量进行混合。气液相反应，反应物料有的是气 体，有的是液体，当反应体系是液相，原料的混合根据工艺要求直 接进入反应器进行混合。对于液液相反应，反应物料可能是液体， 也可能是固体。是液体的直接按照计量要求投入反应器中，通过机 械搅拌或鼓泡搅拌使其混合均匀后参与反应，而不需要事先混合。 当反应物料是固体的，如焙烧反应，一般是用螺旋推进器送入焙烧 炉；若是液相反应，有的是按照计量比投入反应器的溶剂中，加热 溶解，然后进行反应，也有的是先熔化成液体再按要求投入反应器 进行反应。
二、原料的预处理 (Raw Material Pretreatment or Prehandling)
二、原料的预处理
• 1、化学反应类型
• （1）气固相反应； • （2）气液相反应；
• （3）液液相反应；
• （4）气液固相反应 • 应该类型反应对原料的要求，主要考虑参加反应的物料 特性；
2、对原料规格的要求