化工设计一节PPT课件
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课堂讨论；答疑（时间？）
教材
1. 《化工设计》.陈声宗 主编. 化学工 业出版社. 2008
2. 《化工设计》. 黄璐，王保国主编 . 化学工业出版社 .2000.
主要参考书:
1. 《高等学校毕业设计（论文）指导手册·化工卷》 国家教委高教司 高教出版社
2. 《化工设计》娄爱娟 华东理工大学出版社 3. 《化工设计》 王静康主编 化学工业出版社 4. 《化学过程设计》 倪进方主编 化学工业出版社 5. 《化工项目设计训练》 著 余立新等译 清华大学
化工设计
Design of Chemical Engineering
教师联系方式： 代伟 E-mail: daiwei@zjnu.cn Tel：
662452 办公室：8 幢 403
教学要求与安排
➢ 1. 学时: 讲课 36学时 ➢ 2. 成绩评定:
平时 30% 期末 70%
➢ 3. 学习方法: 预习、听讲、复习、作业；
2.进行产物分离 转化率66%，则必须进行产物分离。 而混合物的分离依据什么？依据混合物中各组分不同的性 质：沸点/挥发度/溶解度/颗粒度/重度…… 分离过程是一种由无序变有序过程，必须加入能量。
分离剂 (物质或能量)
原料物流 （一股或几股）
分离装置 产品 (组成不同的物流）
3.考虑能量的交换
无论是能量分离剂还是质量分离剂，都有能量的 输入\输出。
总图设计，….等
化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。
二、如何从一个化学反应变成一个工艺流程？
➢化工生产一般是一个含有化学反应、混合物 分离、能量交换的连续生产过程。
➢其中的核心是化学反应。因为化学反应必然 和混合物分离、能量交换和流体输送有关系。
例：
H2SO4
CH3COOH + C2H5OH
* 化工工程项目的可行性研究
化工厂设计：一.市场预测
（一）产品及需求分析：
1. 产品现有品种、型号、规格、质量标准情况和用途。 2. 产品国内、外市场供需情况的现状和主要消费去向。 3. 国内、外相同或可替代产品近几年已有的和在建的生产
化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联 系与区别
化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过 程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。
Chemical Design
英文中没有如此名词！
化工工艺设计（核心）
化工过程设计（核心）
化工厂设计
非工艺部分设计
公用工程设计、外管设计，…等 化工厂房建筑、结构设计
中间缓冲罐 ……
中间缓冲罐
预处理
来自百度文库
最终反应 第n工艺过程阶段
分离
中间半成品 成品
一个化工生产过程的若干个过程阶段
操作步骤：
(1) 在塔釜中加入酸醇比为2∶1(摩
尔比)的酸醇混合液,加入一定量催
化剂(浓硫酸)和带水剂。
(2)加热塔釜中溶液至沸腾,当蒸气 到塔顶时开冷凝水,保持全回流操 作。至塔顶温度稳定后,将酸醇比 为2∶1和含一定量催化剂(浓硫酸) 混合物料从塔上部进料,调节一定 的回流比,使反应生产的粗酯产品 从塔顶取出,并保持塔顶温度不变 。同时从塔的下部气相出料,经冷 凝进入分相器分水,有机相回流至 塔釜。每隔一定时间取塔顶粗酯 样分析其组成,塔釜液循环。 (3)按实验条件操作,待过程稳定后 以塔顶乙酸乙酯含量为考察指标, 研究各条件对过程的影响。
能量传递
换热设备的设计和选型。
注意：在工艺流程中，能量的变化并不改变物质 的量，所以在物料衡算中不出现换热设备。
4.注意过程的循环
反应产物与未反应原料或副产物分离后的去 向,形成了过程的循环。有了过程的循环，增加了 过程计算的难度。
未反应原料
原料
混合
反应
分离
产品
小 结：
原料
预处理 第一步反应 分离 第一工艺过程阶段
工业上采用四塔流程
Question：直接酯化法缺点？
乙酸乙酯其它生产方法
乙醛缩合法
2CH3CHO Al0(O2C02HC5 )3 CH3COOC2H5
乙酸/乙烯加成酯化法
CH2 CH2 CH3COOH Cat.CH3COOC2H5
乙醇直接脱氢一步法制乙酸乙酯
2CH3CH 2OH Cu/CR2O 3 CH3COOCH 2CH3 2H 2
出版社
*综述：什么是化工设计？
一、定义： 以化工厂或化工生产装置的建设为目的
的，在确保技术、经济、环境和安全可靠性 的前提下，设计最佳原料和工艺技术路线， 通过工艺软件的模拟分析，确定优化的工艺 流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专 业内容。
目的：使新建工厂或装置具有技术先进，生 产安全可靠，经济效益和环境效益优良。
CH3COOC2H5 + H2O
反应条件：有催化剂，强酸（一般采用硫酸）。
可逆反应，反应平衡常数≈4，即在等物质量的情 况下反应，66%的乙酸转化为乙酸乙酯。
反应温度：对反应平衡常数几乎无影响，但对反 应速度有影响。温度升高，反应速度加快。
根据这些条件，如何来设计工艺过程？
1.确定反应形式：
➢气相、液相？ ➢根据反应速度，温度高，反应快？气相的可能性？ ➢液相的条件下，温度最高是沸腾状态。 ➢由于催化剂的存在，腐蚀问题突出，如何解决？ （材质；结构；……） ➢确定反应温度范围。100 -110℃。
乙醇直接脱氢一步法制乙酸乙酯
主要反应： 2CH3CH2OH(乙醇)CH3COOCH2CH5(乙酸乙酯)+H2(氢气) CH3CH2OH(乙醇)CH3CHO(乙醛)+H2(氢气) 2CH3CH2OH(乙醇)CH3CHOCH2CH3(乙醚)+H2O(水) (OH)CH2CHO(半缩醛)CH3CH=CHCHO(巴豆醛)+H2O(水) CH3CH=CHCHO(巴豆醛)+2H2(氢气)CH3CH2CH2CH2OH(正丁醇) CH3COCH2CH3(2-丁酮)+H2(氢气)CH3CH(OH)CH2CH3(2-丁醇)
未反应原料
原料
混合
反应
分离
产品
三、如何将工艺过程从概念变成现实？(工艺到工厂）
化工厂：
工艺设计和非工艺设计 1. 化工工艺设计 2. 2. 总图运输设计 3. 3. 土建设计 4. 公用工程（供电，供热，供排水，采
暖通风）设计 5. 5. 自动控制设计 6. 6. 机修，电修等辅助车间设计 7. 7. 外管设计 8. 8. 工程概算与预算
教材
1. 《化工设计》.陈声宗 主编. 化学工 业出版社. 2008
2. 《化工设计》. 黄璐，王保国主编 . 化学工业出版社 .2000.
主要参考书:
1. 《高等学校毕业设计（论文）指导手册·化工卷》 国家教委高教司 高教出版社
2. 《化工设计》娄爱娟 华东理工大学出版社 3. 《化工设计》 王静康主编 化学工业出版社 4. 《化学过程设计》 倪进方主编 化学工业出版社 5. 《化工项目设计训练》 著 余立新等译 清华大学
化工设计
Design of Chemical Engineering
教师联系方式： 代伟 E-mail: daiwei@zjnu.cn Tel：
662452 办公室：8 幢 403
教学要求与安排
➢ 1. 学时: 讲课 36学时 ➢ 2. 成绩评定:
平时 30% 期末 70%
➢ 3. 学习方法: 预习、听讲、复习、作业；
2.进行产物分离 转化率66%，则必须进行产物分离。 而混合物的分离依据什么？依据混合物中各组分不同的性 质：沸点/挥发度/溶解度/颗粒度/重度…… 分离过程是一种由无序变有序过程，必须加入能量。
分离剂 (物质或能量)
原料物流 （一股或几股）
分离装置 产品 (组成不同的物流）
3.考虑能量的交换
无论是能量分离剂还是质量分离剂，都有能量的 输入\输出。
总图设计，….等
化工过程设计是针对化工工艺设计的深入、配套与完善。
二、如何从一个化学反应变成一个工艺流程？
➢化工生产一般是一个含有化学反应、混合物 分离、能量交换的连续生产过程。
➢其中的核心是化学反应。因为化学反应必然 和混合物分离、能量交换和流体输送有关系。
例：
H2SO4
CH3COOH + C2H5OH
* 化工工程项目的可行性研究
化工厂设计：一.市场预测
（一）产品及需求分析：
1. 产品现有品种、型号、规格、质量标准情况和用途。 2. 产品国内、外市场供需情况的现状和主要消费去向。 3. 国内、外相同或可替代产品近几年已有的和在建的生产
化工设计、化工厂设计、化工过程设计、化工工艺设计四个名词之间的联 系与区别
化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、化工过 程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。
Chemical Design
英文中没有如此名词！
化工工艺设计（核心）
化工过程设计（核心）
化工厂设计
非工艺部分设计
公用工程设计、外管设计，…等 化工厂房建筑、结构设计
中间缓冲罐 ……
中间缓冲罐
预处理
来自百度文库
最终反应 第n工艺过程阶段
分离
中间半成品 成品
一个化工生产过程的若干个过程阶段
操作步骤：
(1) 在塔釜中加入酸醇比为2∶1(摩
尔比)的酸醇混合液,加入一定量催
化剂(浓硫酸)和带水剂。
(2)加热塔釜中溶液至沸腾,当蒸气 到塔顶时开冷凝水,保持全回流操 作。至塔顶温度稳定后,将酸醇比 为2∶1和含一定量催化剂(浓硫酸) 混合物料从塔上部进料,调节一定 的回流比,使反应生产的粗酯产品 从塔顶取出,并保持塔顶温度不变 。同时从塔的下部气相出料,经冷 凝进入分相器分水,有机相回流至 塔釜。每隔一定时间取塔顶粗酯 样分析其组成,塔釜液循环。 (3)按实验条件操作,待过程稳定后 以塔顶乙酸乙酯含量为考察指标, 研究各条件对过程的影响。
能量传递
换热设备的设计和选型。
注意：在工艺流程中，能量的变化并不改变物质 的量，所以在物料衡算中不出现换热设备。
4.注意过程的循环
反应产物与未反应原料或副产物分离后的去 向,形成了过程的循环。有了过程的循环，增加了 过程计算的难度。
未反应原料
原料
混合
反应
分离
产品
小 结：
原料
预处理 第一步反应 分离 第一工艺过程阶段
工业上采用四塔流程
Question：直接酯化法缺点？
乙酸乙酯其它生产方法
乙醛缩合法
2CH3CHO Al0(O2C02HC5 )3 CH3COOC2H5
乙酸/乙烯加成酯化法
CH2 CH2 CH3COOH Cat.CH3COOC2H5
乙醇直接脱氢一步法制乙酸乙酯
2CH3CH 2OH Cu/CR2O 3 CH3COOCH 2CH3 2H 2
出版社
*综述：什么是化工设计？
一、定义： 以化工厂或化工生产装置的建设为目的
的，在确保技术、经济、环境和安全可靠性 的前提下，设计最佳原料和工艺技术路线， 通过工艺软件的模拟分析，确定优化的工艺 流程、工艺条件、设备选型及其他非工艺专 业内容。
目的：使新建工厂或装置具有技术先进，生 产安全可靠，经济效益和环境效益优良。
CH3COOC2H5 + H2O
反应条件：有催化剂，强酸（一般采用硫酸）。
可逆反应，反应平衡常数≈4，即在等物质量的情 况下反应，66%的乙酸转化为乙酸乙酯。
反应温度：对反应平衡常数几乎无影响，但对反 应速度有影响。温度升高，反应速度加快。
根据这些条件，如何来设计工艺过程？
1.确定反应形式：
➢气相、液相？ ➢根据反应速度，温度高，反应快？气相的可能性？ ➢液相的条件下，温度最高是沸腾状态。 ➢由于催化剂的存在，腐蚀问题突出，如何解决？ （材质；结构；……） ➢确定反应温度范围。100 -110℃。
乙醇直接脱氢一步法制乙酸乙酯
主要反应： 2CH3CH2OH(乙醇)CH3COOCH2CH5(乙酸乙酯)+H2(氢气) CH3CH2OH(乙醇)CH3CHO(乙醛)+H2(氢气) 2CH3CH2OH(乙醇)CH3CHOCH2CH3(乙醚)+H2O(水) (OH)CH2CHO(半缩醛)CH3CH=CHCHO(巴豆醛)+H2O(水) CH3CH=CHCHO(巴豆醛)+2H2(氢气)CH3CH2CH2CH2OH(正丁醇) CH3COCH2CH3(2-丁酮)+H2(氢气)CH3CH(OH)CH2CH3(2-丁醇)
未反应原料
原料
混合
反应
分离
产品
三、如何将工艺过程从概念变成现实？(工艺到工厂）
化工厂：
工艺设计和非工艺设计 1. 化工工艺设计 2. 2. 总图运输设计 3. 3. 土建设计 4. 公用工程（供电，供热，供排水，采
暖通风）设计 5. 5. 自动控制设计 6. 6. 机修，电修等辅助车间设计 7. 7. 外管设计 8. 8. 工程概算与预算