化工过程开发导论及内容

B 应用研究（AR）
运用基础研究成果和相关知识，为创新新产品、新方法、新技术、新材料 的技术基础所进行的研究。例如新型反应器，反应过程强化，反应器的模 拟和放大，新型节能技术，“三废”处理新技术等。
C 技术开发研究（D）
应用基础研究与应用研究成果和相关知识，为创新新产品、新方法、新技 术、新材料以生产产品或完成工程任务为目的而进行的技术研究活动。 技术开发研究包括过程研究和工程研究。其中过程研究包括：小型工艺试 验、大型冷模试验、中试；工程研究包括：概念设计、经济评价和基础设 计。
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七、中试（Pilot plant）
是一次较大规模的对开发的技术方案作全面的试验考察 可作为基础设计的依据 内容：
检验小试确定的工艺方案和工艺条件 考察工艺系统连续运转的可靠性 考察设备放大效应的程度，分析产生的原因，寻找消除的方法 确定检测方法 考察物料对设备材质的腐蚀 提供一定量的产品供应用考察 考察“三废”的生产量、危害程度和治理方法 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
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循环经济与传统经济的比较
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绿色GDP
绿色GDP是在现行的GDP中对环境资源进行核算，从中扣除 环境成本和对环境资源的保护费用，同时考虑外部影响，包 括外部经济性和外部不经济性，依次来衡量扣除自然资源损 失后的真正的国民财富。绿色GDP推出具有重大意义。它比 较客观真实地反映了包括国内生产总值在内的一系列经济指 标，可避免人们对经济形势的盲目乐观，时刻给人们敲响警 钟。对我国而言，也可以促使政府实施可持续发展战略，而 不以牺牲环境为代价片面追求GDP的高增长。
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冷模试验：采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进 行试验，不发生化学反应，只单纯考察过程的物理规律。如传热 、传质及物料流动和混合规律 热模试验：用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，属于 综合性试验考察
考察内容：工艺条件的优化 具有工艺试验性质，便于测取工艺参数和发现放大效应
在化工过程开发中，如果不需要对工艺技术作全流程考察，往往用热模试验代 替中试来测取过程放大的技术信息。这样可以缩小中试规模和降低中试费用。
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化学工业 冶金工业 能源工业 材料工业 医药工业 食品工业 生态工业 生态农业
过程工业 （流程工业）
绿生 清 循 色态 洁 环 G工 生 经 D业
产济 P园
（资源，环境，能源） 三大瓶颈
由众多过程单 元组成的网络
工艺基础
单单 元元 设操
备作
过过 程程 优集
化成
输过 送程 机安
械全
动量传递 质量传递 热量传递 化学反应动力学 生物反应动力学 信息传递
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四、概念设计
概念设计时应注意的问题：
设计的重点应放在合理安排工艺流程上 应尽可能对已由实验室研究确定的技术路线从理论分 析和计算中寻找合理的技术依据 尽可能对全工艺流程系统作物料衡算和能量衡算，以 便提供估算投资和成本的所需数据
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五、技术经济评价
目的：对被开发项目的工艺技术方案进行科学论证，以便为该 方案的实施作出决策。
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过程工业现存的主要问题和制约因素
主要问题
资源能源浪费，环境污染严重 自主研发能力很弱，过程放大和量化设计水平低 产量和质量都不能满足需求 无法满足高新技术发展的需求，已严重影响到一些高技术的发展
制约因素
过程工业的研发投入不足，导致过程工业技术进步缓慢 区域和部门壁垒影响过程工业的资源优化配置和产业结构调整。 科研、设计、生产严重隔离，无法发挥集成优势，技术转移困难 企业管理粗放，经济增长质量不高
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基础研究
应用研究
开发研究
成果
新发现、新理论、 新规律与定律
表现形式
学术论文 或学术著作
原始创新性、 研究方法 科学性、完整性、
逻辑性
发明
专利 论文 著作
将实验室研究成果转化 为第一套工业装置
研究报告、论文、图纸 以及
装置、设备、产品等
技巧创新，局部、实用、 可行与可靠
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R&D/GDP：标志国家对科技的重视和依靠程度，也是一个 国家发达程度的表现。发达国家大多在2％～3％，而发展中 国家大多在1％以下。
技术可行性
社会需求
经济可行性 工艺条件优化 设备性能要求 系统集成与优化设计 过程放大研究
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四、概念设计
工艺技术路线和工艺方法的说明
工艺流程简图
简单的物料/能量衡算
概
初步确定原材料和能耗指标
念
设
主要设备型式
计
预计“三废”排放量及毒害程度
估算投资和生产成本
小试存在的问题
对模型试验或中试提出的建议或设计
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第二节 化工发展简史
化工是化学工艺、化学工业与化学工程的简称。是一门研究物质和 能量的传递和转化的技术科学。 •A 化学工艺：化学工艺是以化学反应为手段，以创造新产品为目的的生产技术和过
程，研究重点是原料路线，催化技术、反应路线，工艺路线，针对的是个性问题；
•B 化学工业：是运用化学工艺生产化学品的工厂企业形成的产业部 类。
放大和优化
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一、立项前的可行性研究
发展生产和市场需要
发展生产：考察课题的新颖性、先进性和采用技术的成熟程度等 市场：成本和质量
合理的原料路线
原料供应来源稳定而充足，质量符合生产要求，价格合理，储运方便和安 全无毒等
能够生产出合格的产品
工艺技术路线的先进性和可靠性
较好的社会效益和经济效益
社会效益：对国民经济和地区经济发展的意义和作用
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过程开发工作框图
过程开发的起点是化学试验（应用研究成果）；成果是工 程设计。 开发工程包括过程研究与工程研究。 过程研究包含小型试验、大型冷模试验、中间试验三个环 节；工程研究包含概念设计、各级经济评价、基础设计三 个环节，通过开发研究工作，可基本回答由应用研究成果 过渡到第一套工业装置所面临的问题。
科学研究（R&D）
创造和应用知识的探索工作
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基础研究
应用研究
工程开发
三维一体的立体结构
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A 基础研究（BR）
没有特定的商业目的，以创新探索知识为目标的研究 ，称为基础研究。其核心是在高水平上创新。 如果有特定的目标，运用基础研究的方法进行的基础 研究，称为应用基础研究。
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科学研究（R&D）
第一套 生产装置
核心技术
产品 副产品 废弃物处理 经济效益
资料获取：文献或互联网调查，社会调研
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四、概念设计
概念设计又称“预设计”，是根据实验室取得的研究成果，并结 合收集的各种技术经济信息，对被开发过程的工业化方案提出一 个初步设想。
承前启后
前：检验基础研究成果是否符合 开发要求
后：提出具体开发研究内容
初步评价 中间评价 最终评价
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六、模型试验
模型试验一般都是对工业生产中的某些重要过程作放大的 工业模拟试验。多数情况下不涉及整个工艺流程和各工艺 步骤间的衔接。 模型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 研究的主要内容：最佳工艺条件、工程因素的影响；放大 效应；测定放大所需的有关数据或判据 考察的重点是工程和工艺问题 两者形式：冷模试验和热模试验
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第二章 化工过程开发程序和内容
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2.1 基本概念
科学与技术
科学是人对客观世界的认识，是反映客观世界和规律的知识 和知识体系，是一项与上述内容相关活动的事业。发现规律 ，形成理论。 技术的基本内容也是一种知识体系，包含硬件（如设备）和 软件（如工艺、方法）两方面，并通过社会协作完成既定的 目标。
4
第一讲 绪论
5
造成我国科技成果转化率较低的原因有两条： 一是科学研究及技术开发与市场脱节； 二是技术不成熟，从实验室研究到工业规模生产之间的桥 梁没有架通。
大学﹑研究院所 部门研究设计院
企业
三张皮 6
定义： 从实验室成果过渡到第一套工业装置的全部过程。
过程（流程）
过程工业
过程工程师
7
流程
{ Process 工艺方法 技术路线
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过程开发工作框图
与逐级经验放大方法相比，上述过程开发工作框图有如下 两大特点： （1）提出了过程研究与工程研究的框架与内涵，并十分重视
两者自始至终的结合，特别是早期的结合。 （2）体现了化学工程理论、方法论、工程经验对过程开发的
指导作用。重视实验方法在过程开发中的重要作用。工程 研究者及早介入过程研究，充分发挥工程经验的指导作用 。
业
11
53.1%
46.9%
过程工业在国民经济中的地位
过程工业是我国工业的重要组成部门，国家财税收入的主 要来源 过程工业的发展对解决我国供给短缺，加快工业化进程发 挥了不可替代的作用 我国过程工业尚有较大的发展空间，未来将继续保持较高 的增长速度 过程工业是资金密集型工业，发展速度与资金投入关系密 切 过程工业具有较高的劳动生产率，但经济效益却较低 过程工业的科技投入以技术改造为主，技术创新水平低于 装备工业
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循环经济
所谓循环经济，本质上是一种生态经济，它要求运用生态学规律 而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。循环经济倡导的 是一种与环境和谐的经济发展模式。它要求把经济活动组织成一 个“资源－产品－再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、 高利用、低排放。 “减量化(reduce)、再利用(reuse)、再循环 (recycle)”是循环经济最重要的实际操作原则(3R原则)。
设备流程图 方块流程图 概念流程图
8
原油加工概念流程图
9
原料
改变物理和化学性能 加工业
产品
10
国民经济结构
第 一 产 业
农
业
15.4%
第 二 产 业
工
业
44.4%
第 三 产 业
服 务 业
33.5%
采
掘
11.0%
能
源
10.2%
制 造 业
78.8%
第 四 产 业
其
它
6.7% 如建筑业
装
流
备
程
工
工
业
经济效益：项目的投资、盈利和投资回收期
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二、 实验室研究
目的：从试验中收集与过程开发有关的基础数据或技术信息
筛选技术路线和工艺方法
测定有关物性数据
测定反应动力学数据
基础研究
实
测定热力学参数
验
筛选分析方法
室
研制催化剂
研
究
小试
工艺路线 优化工艺条件
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三、收集资料
原料来源 能源种类 工艺技术 公用工程
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C 化学工程：以探求“三传一反”的共同规律为手段，以创造新 设备、新技术，优化设计、强化生产为目的的工程研究，研究 重点是传递过程、热力学、反应工程、分离工程，针对的是共 性问题；
D 化工过程：在化工生产中，从原料到产品，物流经过一系列 物理和化学加工处理步骤，人们称这一系列加工处理步骤为化 工过程。
2
教学目的和要求
在实验室开发研究阶段就应实行工艺研究与工程研究的早期结 合，联系生产实际，提高分析问题解决问题的能力和效率。 一种新产品、新工艺或新技术能否开发成功，除纯技术问题之 外，还涉及市场、经济、资源、环保、能源、投资条件等多侧 面的社会经济问题。尤其是国民经济可持续发展已成为世界经 济发展的主流，清洁生产，绿色能源、生态工业、循环经济等 绿色GDP已成为国家经济发展水平的最重要指标。
原料
预处理
循环 化学反应
化工生产流程模式
分离与提纯 废料
产品
19
20
原始时代
农业时代（炼金术）
物质
太阳能
工业时代
能量
煤，石油
信息时代
人工生态平衡
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资源
环境
能源
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过程开发工作框图
概念设计
工程研究
各级经济评价
基础设计
工程设计
化学试验
小试验
过程研究
大型冷模试验
中间试验
化学反应规律 传递规律 验证和修改数学模型
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教学目的和要求
➢ 因此遵循开发过程的有关规律，掌握开发研究的思维方法，对 增强主动性，减少盲目性是必要的，因此这是一门综合性的学 科基础课程。
➢ 如何缩短从实验室到工业化的开发周期，自觉运用化学工程理 论与方法，发挥数学模拟、计算机模拟技术与技术集成，加上 经验积累与综合判断能力，少走弯路是本课程的主要目的。
化工过程开发
1
教学目的和要求
本课程是研究实验室研究成果向社会生产力转化的共性规律与 步骤；各步骤所涉及的共性工程技术知识及其研究方法和设计 方法。 涉及化学工艺、化学工程、机械设备、调节控制、材料及防腐 、技术经济、环境污染、循环经济等；同时还包括实验研究、 设计方法、安装调试、生产运行等各个环节。故是一门综合工 程技术。
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我国现来自百度文库国家科技计划
火炬计划 星火计划 国家科技攻关计划 国家高技术研究发展计划(863计划) 国家基础研究重大计划(973计划) 重大产业化项目 重大项目
重要方向项目
科技部
发改委 中科院
33
2020/5/4
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2.2 化工过程开发步骤
➢ 立项前的可行性研究 ➢ 实验室研究 ➢ 收集资料 ➢ 概念设计 ➢ 技术经济评价 ➢ 模型试验 ➢ 中试 ➢ 基础设计 ➢ 工程设计 ➢ 建立生产装置