化工设计 第二章 工艺流程设计1

芳烃含量≤0.1 （wt%）; 凝固点 ≥6.0℃; 环烷烃 ≤1000mg/kg; 正烷烃(C7或C7以上) ≤50mg/kg
非挥发物 ≤10mg/kg; 总硫 ≤2mg/kg; 甲基环己烷 ≤300；
反应系统设计
反应方程式
+ 3H 2 + 2.135 x 10 KJ/Kmol
5
☆体积缩小、产生大量热的平衡反应
例：碳酸二甲酯
中文名称 结构式 外观与性状 危险标记 无色液体，有芳香气味 7（易燃液体） 碳酸二甲酯（碳酸甲酯）
主要用途
用作溶剂，用于有机合成
CH3-、CH3O-、-CO-、CH3O-CO-等官能团，化学活性高。 重要的有机合成中间体。 羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有机反应。 聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、甲胺基甲酸萘酯（西维因）、苯甲醚、呋喃唑酮等。
酸二甲酯（DMC）的工艺：

光气法；


酯交换法；
甲醇和二氧化碳直接合成法； 尿素醇解法。
1.光气法

光气法是最早的DMC合成方法，反应分两步进行， 氯甲酸甲酯为中间产物。
COCl2 CH3OH ClCOOCH3 HCl
ClCOOCH3 CH3OH (CH3O)2 CO HCl
确定生产 工艺流程一般要经过三个阶段。 1.搜集资料，调查研究 2.落实设备 3.全面对比
全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项： ① 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； ② 产品的质量情况； ③ 生产能力及产品规格； ④ 原材料、能量消耗情况； ⑤ 建设费用及产品成本； ⑥ 三废的产生及治理情况； ⑦ 其他特殊情况。
二、工艺流程设计方法

工艺流程四部分: 一般的工作方法:
原料预处理、反应、产物后处理（分离净化）和三废处理。

(1) 以反应过程为中心; (2) 原料预处理过程; (3) 产物的后处理;
产 物 包 括
副产物
过剩组分
杂质 产物的集聚
三、工艺流程设计方案比较
比较判断依据：
产物收率，原材料单耗，能量消耗，产品成本，
第二章 工艺流程设计
主讲：代 伟
化工原料
单元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作
产品
化工原料：一种或几种 单元操作：物理或化学，单元设备， 用管道将这些单元设备连接起来，便于物料从一 个单元设备进到另一个单元设备。为了使物料便于控 制，要在设备和管道的相应位置安装一些测量、输
送、显示和控制元件。这些设备、连接管路和相应
的控制元件一起就组成了化工工艺流程。
环节（工作、 活动、工艺环 节、加工环节、 子程序等）
检测点或决策点
开始/停止
时序（先后顺 序、流向）
2.工艺物料流程图（简称物流图）： 反映物料和热量衡算结果，使设计流程化。列入初步设
计阶段的设计文件。

A. 图形
设备的示意图和流程线。


B. 标注
设备的位号，名称及特性数据等。
C.物料平衡表 物料代号，物料名称，组分，流 量，压力，温度，状态及来源去向等。 D.标题栏 包括图名，图号，设计阶段等

3.带控制点工艺流程图：
列入初步设计阶段的设计文件
4.工艺流程草（简）图：
是一个半图解式的工艺流程图，带有示意的性质，不 列入设计文件。
5.管道和仪表布置图：
反映工艺流程设计，设备设计，管道布置设计，自控 仪表设计综合成果。列入施工图设计阶段的设计文件中。
氨水中和法脱硫的工艺流程P24

LD143催化剂：
规格： 外观 球形Ф2～4mm 组成 载有镍的氧化铝 含镍量 ≥ 14.35%(wt) 表观密度 0.87g/cm3 抗碎强度 ≥ 10kg 孔容 0.45±0.06cm3/g 比表面 223（210±23）m2/g 应用： 后反应器 固定床
规格：



外观为黑色均匀液体 含镍量≥ 1.6%（wt） 转化率(10小时)≥99.5% 选择性(10小时)≥99.8% 应用： 主反应器 鼓泡床

氨水中和法脱硫的工艺流程
半水煤气
氨 水
返
回
氨水中和法脱硫的工艺流程
半水煤气
氨 水
返
回
氨水中和法脱硫的工艺流程
半水煤气
氨 水
返
回
例：氢氧化钠（电解食盐水）
冷水计量罐

配食盐水是生产的第一步， 如果在实验室配制如图1。若 这个过程形成工业化过程， 则如图2。
蒸汽
盐
中间储槽
盐
盐液泵 冷凝水 排污
图1
图2
主 要 内 容
1
工艺流程及设计概述 工艺流程图 化工设备典型自控流程 流程的组织与分析
2
3 4
第一节 工艺流程设计概述
一、生产工艺流程选择的原则
1.苯进料泵 2.氢气压缩机 3.主反应器 4.环己烷循环泵 5.锅炉给水换热器 6.汽包 7.后反应器 8.锅炉给水预热器 9.中温冷却器 10.第一分离器 11.第二分离器 12.尾气换热器 13.低温冷却器
第三节
2.1 工艺流程图（工程语言）定义
工艺流程图
是一种示意性的图样，它以形象的图形、符号、代号表示出化工
第二节
工艺流程设计
一、流程设计的任务
一是确定流程各生产过程的具体内容、顺序和 组合方式； 二是绘制工艺流程图. 按步骤逐步解决以下问题: (1) 确定整个流程的组成 (2) 确定每个过程或工序的组成 (3) 确定操作条件 (4) 控制方案的确定 (5) 合理利用原料及能量 (6) 制定三废的治理方法 (7) 制定安全生产措施
cat
+ CH3OCOCH3
3.甲醇与CO2反应直接合成法

二氧化碳与甲醇直接合成DMC，反应式为：

优点：在合成化学、碳资源利用和环境保护方面 均具有重大意义。 缺点：该反应属于平衡反应，平衡偏向左侧，因 此，如何提高转化率是研究关键。

4.尿素醇解法


优点：该反应采用液相合成工艺在高压釜内进行，具有原 料廉价易得、工艺简单、操作条件温和、并且避免其它路 线需要分离甲醇－DMC－水的复杂体系的特点。 缺点：目前该方法存在着平衡转化率低、均相催化剂难以 分离回收等问题。所以此法目前仍处于研究探索阶段。
设备、管路附件和仪表自控等，用于表达生产过程中物料的流动 顺序和生产操作顺序。
工艺流程图的分类：
化工工艺流程图
1.方框流程图
4.设备布置图
2.工艺物料流程图 3.带控制点工艺流程图
5.管路布置图
（管段图，管架图，管件图）
1.方框流程图： 在工艺路线选定后，工艺流程进行概念性设计时 完成的一种流程图，不编入设计文件。 方框流程图的部分图形与符号示例
3
AlCl3 80 C, 20~30 分钟
o
再经过一系列分离操作，最后可得纯度为95%以上的环己烷。
苯加氢法：
以镍为催化剂，于150～250℃和23～53大气压，苯加氢生成环己烷：
+ 3H2
Ni
o 150~250 气 压 C, 23~53 大
此法生产环己烷产率接近100%，且产品纯度很高，是目前生产环 己烷的主要方法。
产量与进料
◆环己烷产量： X 吨/年； ◆苯进料量： Y kmol/h ； ◆氢气进料量：氢：X1 kmol/h，氮：X2kmol/h, 甲烷：X3kmol/h； ◆苯进料条件： 3500KPa, 40℃, 液相； ◆氢气进料条件：2910KPa, 65℃, 气相
催化剂
均相催化剂(ZieglarNatta金属络合物)：
1．先进性 技术上的先进和经济上的合理可行 2．可靠性 所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。 3．结合国情 不能单纯从技术观点考虑问题，应从国情出发考虑各 种具体问题。 全面衡量、综合考虑、全面分析、反复对比后选出优点 较多、符合国情、切实可行的技术路线和工艺流程。
二、生产工艺流程确定的步骤
产品用途：
环己烷是用于生产环己醇、环己酮和己二 酸的原料，也可用作有机溶剂等。
●环己酮进一步生产己内酰胺、聚酰胺6纤维（尼龙6) ●尼龙6具有广泛用途. 民用：可纯纺和混纺作衣料、针织品、 地毯等；工业：作轮胎的帘子线、帐篷、绳索、降落伞等。
生产方式的选择
石油馏分分离法：

粗汽油中约含5~15%的环己烷，其65.6~85.3℃馏分，主要含环己烷及 甲基环戊烷。在80℃及三氯化铝催化剂存在下，甲基环戊烷异构化为 环己烷： CH
工程投资，环保，安全，占地面积等。
比较前提：
操作参数温度，压力，流速，流量等原始 信息（保障产品生产）－－不可变更。
通过工程手段。
三、工艺流程设计的基本方法——方案比较
苯加氢生产环己烷
生产工艺流程设计
设计任务
设计项目： 环己烷合成过程设计 产品名称： 环己烷 产品规格： 如 （纯度99.9%） 生产能力： X吨/年
(5) (12)
12
(17)
尾气
(18)
2 7
(11) (13)
氢气
(1)
蒸汽 2
(3)
3
(25) (27) (6)
13 低温水 9
(20) (19)
6
(9) (26) (4)
循环水
(21)
(22)
10
11
(14)
5
(8) (7)
8
(24)
锅炉给水
(23) (15)
苯
(2)
1
4
(10)
环己烷
(16)
总反应：COCl2 2CH3OH (CH3O)2 CO 2HCl
2.酯交换法