第二章 工艺流程设计

CO2 + NaOH→Na2CO3 + H2O
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(3) 确定操作条件
1）温度； 2）压力； 3）组成； 4）反应的转化率
ⅰ）反应器操作参数的确定
ⅱ）精馏塔工艺参数的确定
1）塔压(实质上是塔顶塔釜温度选取的问题)； 2）回流比； 3）产品纯度和回收率；
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(2) 原料预处理过程 纯化 预热（冷） 提纯精制
混合
配制
汽化
干燥
压缩
粉碎
筛分
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(3) 产物后处理

产物处理(分离净化) 产品处理(作为下一工序原料进行筛选、包装、灌装、

1．先进性 先进性是指在化工设计过程中技术上的先进程
度和经济上的合理可行。
例1：美国20世纪50年代为了搞“继电器接点电路合成研究”， 曾联合几家实验室研究了5 年、耗资50万美元，完成后发表 成果时，才发现该项目早已被其他人完成； 例2：二十世纪80年代，上海某保温瓶厂研究以镁代银涂层， 花了十年时间才试验成功，然而国外早在1930年就有该项目 的专利报道。
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资料收集与整理的内容主要包括以下几个方面：
①国内外各种生产方法及工艺流程，生产现状与发展规划； ②原料来源、产品特点及应用情况；
③试验研究技术报告；
④综合利用及三废处理情况； ⑤生产技术的先进程度（水平），生产连续化、自动化程度；
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lurgi公司醇解工艺：
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连续脱甘油工艺（CD Process）：
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(4). 三废处理
• 三废：废气、废液、废渣;
• 所含有害物质在排放前应该达到排放标准；
• 尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决， 《工业三废处理新工艺新技术与检测控制标 准规范及环境影响评价实用手册》 不允许投产
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(2）现有生产装置情况
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②产品的质量指标及产品规格情况； ③生产能力及工艺技术情况； 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安全生产与劳动保护措施; ⑧其他特殊情况
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2.1.3 工艺流程设计的任务


(1) 确定整个流程的组成
例如 合成氨生产工艺：
己内酰胺生产工艺：
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(2) 确定各个过程或工序的组成
例如: 合成氨工艺中的变换工段：
变换反应：CO + H2O→CO2 + H2 水洗： CO2 + H2O H2CO3
碱洗：
的表示方法、管道的表示方法、阀门与管件的表 示方法、仪表控制点的表示方法；

掌握工艺流程图、设备图的绘制方法及阅读。
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化工设计
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§2-1 工艺流程设计概述
• 工艺流程设计的原则
• 工艺流程选择的任务
• 生产方法和工艺流程设计的步骤
• 工艺流程设计的方法
第二章
工艺流程设计
•工艺流程设计概述 •工艺流程图 •化工典型设备的自控流程
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学习目的和要求：
★ 目的：
用图解形式来表达整个生产工艺过程. ★ 要求：

熟悉工艺流程选择的原则及其设计方法； 掌握工艺流程图包括的内容：比例与图幅、设备

(2) 落实设备—设备类型与制造厂商
（分为三种类型：国内已有定型产品；需要进口； 国内需重新设计制造）

(3) 全面对比—对调研结果进行全面分析对比
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全面分析对比的主要内容：

①几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势；
补充硫酸 回收硫酸
硝酸
粗硝基物去精制
接真空
配 酸 釜 冷却水
连 续 分 离 器 氯苯 水蒸汽
冷凝器
冷却水
硝 化 釜 冷却水
萃 取 罐
-分离-萃取-浓缩工艺方案
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例2-2 生物柴油原理
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化工设计
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2.1.1 生产方法和工艺流程选择的原则

现代化工的“三大支柱”：化工工艺、自
动控制、材料，决定了化工装臵的先进性、
可靠性、经济性和可行性.
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2.1.1 生产方法和工艺流程选择的原则
⑥安全技术、劳动保护与卫生措施；
⑦生产设备的大型化及制造、运输情况； ⑧基本建设投资和产品生产成本，车间（装臵）占地面积； ⑨水、电、汽、燃料的用量及供应，主要基建材料的用 量及供应； ⑩厂址、地质、水文、气象等资料，工厂环境与周围的情况。
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首先确定过程的操作方式和输入、输出条件： 1)操作方式：
连续或间歇（产量、市场需求、操作上特殊要求）

2)输入、输出条件
输入条件：进口的原料是否需经预处理（根据杂质的 毒性、反应性、量）
输出：确定目的产品和流股数 （反应产品有6个去向：主产品、联产或副产品、低价 值的燃料、排空、循环、有害物去三废处理）
计量、贮存、输送等)


未反应物循环利用(返回反应过程或加工成副产物)
副产物处理（设计制备、包装、贮运等）
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例2-1 用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯
已知原始数据：混酸组成(摩尔分数,下同)为HNO347%、 H2SO4 49%、H2O 4%；氯苯与混酸中HNO3的摩尔比为1:1.1;

3)能量供给、移出方式
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例乙苯反应器内的反应如下：
乙烯+苯→乙苯
乙苯+乙烯→二乙苯
二乙苯+苯→乙苯
二乙苯+乙烯→三乙苯 三乙苯+苯→乙苯，二乙苯 乙苯、二乙苯→甲苯、二甲苯、正丁苯、 异丙苯、 杂环化合物
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1．确定生产流程中各个生产过程的具体内容、 顺序和组合方式 (1) 确定整个流程的组成；
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(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。

2．绘制工艺流程图
化工设计
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Design of Chemical Engineering
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化工设计
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3．合理性


①中国人民的消费水平及各种化工产品的消费趋势；
②中国化工机械设备及电气仪表的制造能力； ③中国化工生产所用的化工原材料及设备用金属 材料的供应情况； ④中国环境保护的有关规定和化工生产中三废排 放情况；


硝化温度80℃;硝化时间3h;硝化废酸中含硝酸＜1.6%,含
混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。试用方案比 较的方法，确定硝化及后处理工艺流程。
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化工设计
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硫酸 水
硝酸
配 酸 釜 冷却水 氯苯 水蒸汽 硝 化 釜 冷却水 连 续 分 离 器
⑤劳动就业与化工生产自动化水平的关系； ⑥资金筹措和外汇贮备情况。
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2.1.2 生产方法和工艺流程设计的步骤 3 • (1) 搜集资料，调查研究 （技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工 程单耗、产品质量、三废治理以及各种技术 路线的发展情况与动向等）
4) 反应器的选型：

反应器的分类
形状：管式、釜式、塔式 换热方式：等温、绝热、非等温非绝热 反应物系的相态：均相、非均相（气固、气液、气液固）

反应器选型的判据
反应器类型（即反应介质的相态，此为最简单、首先使用 的判据）； 催化剂失活速度； 由反应的浓度效应决定的混合要求； 由反应的热负荷和温度效应决定热量传递和温度控制要求； 相际传质和化学反应的相对速度。
粗硝基物去精制
分离废酸出售
A、硝化-分离工艺方案
化工设计
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硫酸 水
硝酸
粗硝基物去精制
配 酸 釜 冷却水