第二章 化工生产基本过程

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。
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。
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
•
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。
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。
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。
图2-6 流化床反应器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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）
• 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。
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。
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。
（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。
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，一是占用大量的流动资金，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。
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
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。
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)
• （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
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
• 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