化工基礎(chǔ)第一次作業(yè)

1、化工基礎(chǔ)第一次作業(yè)葛夢(mèng)漪008860411化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究與化工生產(chǎn)有何差別?為什么實(shí)驗(yàn)室研究成果一般不能作為放大成工業(yè)規(guī)模的設(shè)計(jì)依據(jù)?實(shí)驗(yàn)室研究成果與工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況差異有以下幾方面： 1、實(shí)驗(yàn)室研究一般為間歇操作；而工業(yè)生產(chǎn)則多數(shù)為包括若干分離步驟在內(nèi)的連續(xù)操作。關(guān)于連續(xù)化后可能出現(xiàn)的工藝技術(shù)問題，以及在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中各工藝步驟之間的配合問題，在實(shí)驗(yàn)室研究中難以了解； 2、實(shí)驗(yàn)室研究一般不考慮物料的綜合回收利用；而化工生產(chǎn)則多數(shù)應(yīng)考慮未轉(zhuǎn)化物料的返回利用。由于物料返回循環(huán)引起的雜質(zhì)積累對(duì)工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在實(shí)驗(yàn)室研究中無法了解； 3、由實(shí)驗(yàn)室研究所獲得的產(chǎn)品，往往是經(jīng)過精密控制

2、工藝條件、采用較純凈的化學(xué)試劑，并在嚴(yán)格物料配比的條件下制備的；而工業(yè)生產(chǎn)中的原料純度和工藝條件控制，都很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)室研究的精度水平，因此，實(shí)驗(yàn)室研究獲得的產(chǎn)品產(chǎn)率、質(zhì)量和其性能都不足以作為生產(chǎn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)；4、實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)備的容量很小，較難對(duì)大型工業(yè)設(shè)備中出現(xiàn)的傳熱、傳質(zhì)，以及物料的流動(dòng)與混合等工程因素作充分地考察； 5、實(shí)驗(yàn)室研究常用的設(shè)備多采用玻璃儀器，由于玻璃性脆，在其使用功能上往往受到限制，致使試驗(yàn)操作參數(shù)(如溫度和壓力)的變動(dòng)范圍受到限制，因此，在實(shí)驗(yàn)研究中確定的操作參數(shù)，未必是工業(yè)生產(chǎn)的最佳工藝條件； 6、在實(shí)驗(yàn)室研究中較少涉及設(shè)備腐蝕對(duì)生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量帶來的影響；而工業(yè)生產(chǎn)則必

3、須考慮設(shè)備材料被腐蝕及防腐蝕問題。 此外，工業(yè)生產(chǎn)還必須從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮原材料的品級(jí)及供應(yīng)渠道，產(chǎn)品質(zhì)量及市場(chǎng)銷售，能源供應(yīng)及消耗，建設(shè)投資和生產(chǎn)成本，以及“三廢”治理和環(huán)境保護(hù)等等。因此，將實(shí)驗(yàn)室研究成果直接用于大規(guī)模生產(chǎn)是不合適的。還必須在實(shí)驗(yàn)室研究成果的基礎(chǔ)上，采用不同形式的研究方法和手段考察實(shí)驗(yàn)室條件下未能獲得的各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息；同時(shí)還應(yīng)論證該研究結(jié)果放大成為工業(yè)規(guī)模的可行性。只有經(jīng)過科學(xué)論證，確認(rèn)其工藝技術(shù)路線在技術(shù)上的可靠性，在經(jīng)濟(jì)上的合理性，并能提供設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，才有條件去建立生產(chǎn)裝置。這種由實(shí)驗(yàn)室研究過渡到建立生產(chǎn)裝置的全過程，就是化工新產(chǎn)品、新工藝或新技術(shù)的開發(fā)過

4、程，統(tǒng)稱為“化工過程開發(fā)”2由化學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究成果過渡到工業(yè)生產(chǎn)，應(yīng)經(jīng)過哪些開發(fā)步驟?這些步驟在化工過程開發(fā)中各有什么作用?化工過程開發(fā)步驟 1、實(shí)驗(yàn)室研究 2、收集資料 3、概念設(shè)計(jì) 4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 5、模型試驗(yàn) 6、中試 7、基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 8、工程設(shè)計(jì) 9、建立生產(chǎn)裝置1， 通?；み^程開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室研究有兩項(xiàng)內(nèi)容，即針對(duì)開發(fā)項(xiàng)目所作的基礎(chǔ)研究部分和小試。它不同于純基礎(chǔ)理論研究，而是指開發(fā)研究中，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的篩選技術(shù)路線和工藝方法，測(cè)定有關(guān)物性數(shù)據(jù)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)參數(shù)，篩選分析方法和研制催化劑等等。這些研究工作是化工過程開發(fā)的基礎(chǔ)。其研究目的是根據(jù)技術(shù)開發(fā)的要求，從試驗(yàn)中收集與過程開發(fā)有關(guān)

5、的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或技術(shù)信息。在工藝條件試驗(yàn)中，可以考察影響過程的因素，從中找出概念設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)或判據(jù)。小試的規(guī)模雖然與工業(yè)生產(chǎn)相距甚遠(yuǎn)，但一般都對(duì)已確定的工藝方法和路線作了模擬試驗(yàn)。從試驗(yàn)的指導(dǎo)思想看，已從實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的要求出發(fā)，將技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)引入試驗(yàn)考察之中。這種試驗(yàn)所取得的研究成果，對(duì)于指導(dǎo)今后的開發(fā)研究工作將具有重要作用。2， 化工過程開發(fā)所需要的資料是十分廣泛的。除了過程放大和設(shè)計(jì)裝置所需的數(shù)據(jù)和判據(jù)外；還有圍繞工藝過程評(píng)價(jià)或項(xiàng)目評(píng)估所需要的原料、產(chǎn)品、能源、市場(chǎng)、交通、環(huán)保，以及地理環(huán)境條件等多種信息。3， 概念設(shè)計(jì)又稱“預(yù)設(shè)計(jì)”，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室取得的研究成果，并結(jié)合收集的各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息，

6、對(duì)被開發(fā)過程的工業(yè)化方案提出一個(gè)初步設(shè)想。其目的是承前啟后，既檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室研究成果是否符合技術(shù)開發(fā)的要求，又對(duì)以后開發(fā)步驟的研究或設(shè)計(jì)工作提供指導(dǎo)。概念設(shè)計(jì)是在開發(fā)初期提出的。由于此時(shí)掌握的技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息尚不夠充分和準(zhǔn)確，還不能依此設(shè)計(jì)作為建立生產(chǎn)裝置的依據(jù)，但設(shè)計(jì)的內(nèi)容已涉及工業(yè)化實(shí)施過程中和實(shí)施以后的許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，對(duì)以后的深入研究和設(shè)計(jì)都有指導(dǎo)意義。4， 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的目的是對(duì)被開發(fā)項(xiàng)目的工藝技術(shù)方案進(jìn)行科學(xué)論證，以便為該方案的實(shí)施作出決策。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)在化工過程開發(fā)中是很重要的。通過評(píng)價(jià)可以形成正確的設(shè)計(jì)思想，并可發(fā)現(xiàn)開發(fā)研究和設(shè)計(jì)工作的不足，尤其是當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)開發(fā)項(xiàng)目的技術(shù)方案提出質(zhì)疑

7、時(shí)，必須將質(zhì)疑返回到前一步驟重新研究，待取得補(bǔ)充數(shù)據(jù)或判據(jù)，并依此對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行修正后，再重新評(píng)價(jià)。只有通過反復(fù)評(píng)價(jià)，才能確保技術(shù)方案的科學(xué)性和合理性。5， 模型試驗(yàn)一般都是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的某些重要過程作放大的工業(yè)模擬試驗(yàn)。多數(shù)情況下不涉及整個(gè)工藝流程和各工藝步驟間的銜接。模型試驗(yàn)設(shè)備一般比實(shí)驗(yàn)室研究規(guī)模大并具有工業(yè)設(shè)備的仿真性質(zhì)。從總體看，模型試驗(yàn)考察的重點(diǎn)是工藝和工程問題。模型試驗(yàn)有冷模試驗(yàn)和熱模試驗(yàn)兩種形式。冷模試驗(yàn)有利于尋找產(chǎn)生放大效應(yīng)的原因，熱模試驗(yàn)有利于便于測(cè)取工藝參數(shù)和發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)。6， 中試是“中間工廠試驗(yàn)”的簡(jiǎn)稱，它是在小試或模型試驗(yàn)之后進(jìn)行的半工業(yè)化規(guī)模的模擬試驗(yàn)。在化工過程

8、開發(fā)中，是一次較大規(guī)模的對(duì)開發(fā)的技術(shù)方案作較全面的試驗(yàn)考察。由于中試規(guī)模要比小試大得多，它對(duì)工業(yè)過程的模擬則較接近于真實(shí)，故中試結(jié)果可作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù)。中試是化工過程開發(fā)研究階段耗資最大的步驟，也是最重要的步驟。作為化工過程開發(fā)的研究成果，如果沒有經(jīng)過中試檢驗(yàn)，通常都不能作為工業(yè)化生產(chǎn)的依據(jù)。7， 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是在最終評(píng)價(jià)取得肯定結(jié)論之后，根據(jù)中試研究結(jié)果和所收集的資料，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)方案及生產(chǎn)裝置型式所作的原則性設(shè)計(jì)。它是開發(fā)研究成果的一種表現(xiàn)形式，并為進(jìn)一步作工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，這些問題都應(yīng)返回中試再進(jìn)行研究，然后把再研究的正確結(jié)果返回基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。一旦形成了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之后，

9、其內(nèi)容都應(yīng)為經(jīng)過了充分的研究和評(píng)價(jià)論證，并已確定的正確結(jié)果。因?yàn)榈酱藭r(shí)為止，化工過程開發(fā)的研究工作已基本結(jié)束，由基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所體現(xiàn)的工藝技術(shù)方案，應(yīng)為指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和建立生產(chǎn)裝置的主要依據(jù)。8， 工程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)單位往往稱之為“施工圖設(shè)計(jì)”，它是依據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來編制有關(guān)工程實(shí)施的技術(shù)文件。其內(nèi)容除基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所有內(nèi)容外，還應(yīng)增加說明設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)說明書，詳細(xì)的定型設(shè)備型號(hào)、規(guī)格、零部件及材質(zhì)的明細(xì)表，非定型設(shè)備加工制造的圖紙和裝配圖，指導(dǎo)裝置安裝的詳細(xì)工藝流程圖，帶控制點(diǎn)的流程圖和管線圖，設(shè)備的平面布置圖和立面布置圖等等。此外，也有詳細(xì)的消耗定額、投資和成本概算，“三廢”排放量和非排放點(diǎn)說明等文件。工程設(shè)計(jì)

10、一般是由工程設(shè)計(jì)人員來編制的。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，工程技術(shù)人員應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的研究有較深刻的了解，通常應(yīng)參加設(shè)計(jì)項(xiàng)目的中試和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，否則容易造成研究與設(shè)計(jì)工作脫節(jié)。9， 建立生產(chǎn)裝置包括了依據(jù)上述設(shè)計(jì)文件和圖紙，購(gòu)進(jìn)和制作設(shè)備，安裝生產(chǎn)裝置，按工藝要求進(jìn)行調(diào)試、開車和試生產(chǎn)。其中調(diào)試也是一種試驗(yàn)過程，通過調(diào)試可以調(diào)整工藝參數(shù)，同時(shí)還可以修改和驗(yàn)證其數(shù)學(xué)模型。對(duì)于新建的生產(chǎn)裝置，只有經(jīng)過調(diào)試和試生產(chǎn)之后，才能逐步轉(zhuǎn)入正常的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)；而化工過程開發(fā)的任務(wù)只有到此才算全面完成。3在化工過程開發(fā)程序中，為什么在小試與中試之后，分別加入概念設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，它們的作用何在?如果在小試之后直接進(jìn)人中試，或者在

11、中試之后直接進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，會(huì)給化工過程開發(fā)帶來哪些弊端?概念設(shè)計(jì)既檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室研究成果是否符合技術(shù)開發(fā)的要求，又對(duì)以后開發(fā)步驟的研究或設(shè)計(jì)工作提供指導(dǎo)。尤其是可以考察小試存在的問題。把小試和概念設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)，反映了研究人員在實(shí)驗(yàn)室研究時(shí)，已開始構(gòu)思項(xiàng)目的技術(shù)方案，從而可以避免在實(shí)驗(yàn)室研究中最容易出現(xiàn)不結(jié)合實(shí)際的單純理想狀態(tài)的考察。在化工過程開發(fā)之初，就緊密聯(lián)系開發(fā)目標(biāo)來考察技術(shù)方案的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性，既保障了開發(fā)項(xiàng)目的試驗(yàn)研究是為了提供過程開發(fā)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息這一目的來完成，又較容易從試驗(yàn)研究中逐漸形成正確的工藝技術(shù)方案。實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)室研究工作完成之后，所作的概念設(shè)計(jì)可以看成是對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究工

12、作的總結(jié)和鑒定。一份正確的概念設(shè)計(jì)，對(duì)于指導(dǎo)以后的過程研究和工程研究都是十分有意義的。如果在小試完成之后，不經(jīng)過概念設(shè)計(jì)即轉(zhuǎn)人中試，而且只把中試作為測(cè)取放大數(shù)據(jù)的手段，交由別的人員來完成，這樣就往往因小試研究成果未經(jīng)概念設(shè)計(jì)的嚴(yán)格檢驗(yàn)而容易造成失誤。如果把中試裝置的設(shè)計(jì)建立在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，因?yàn)楦拍钤O(shè)計(jì)既保證了小試的完整與正確，又避免了中試因小試不足而造成的失敗。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是在最終評(píng)價(jià)取得肯定結(jié)論之后，根據(jù)中試研究結(jié)果和所收集的資料，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)方案及生產(chǎn)裝置型式所作的原則性設(shè)計(jì)，并為進(jìn)一步作工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。把中試和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，由研究人員參與這一工作，這樣一來就使得中試的任務(wù)不僅僅是取得

13、中試結(jié)果，更重要的是用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來檢驗(yàn)中試結(jié)果。如果從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)中試提供的數(shù)據(jù)不全和不準(zhǔn)確，則應(yīng)將發(fā)現(xiàn)的問題返回中試，重新進(jìn)行研究，直到取得滿意結(jié)果為止。依照這樣的開發(fā)程序，不僅保證了中試結(jié)果的科學(xué)可靠；而且也保證了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的正確和完整。無疑對(duì)提高以后工程設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，避免造成裝置建設(shè)時(shí)的失誤和浪費(fèi)是非常有益的。在中試之后直接進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，把中試成果當(dāng)成成熟的工藝技術(shù)，并據(jù)此作工業(yè)裝置設(shè)計(jì)，這樣的開發(fā)程序是有缺陷的。因?yàn)橹性嚦晒唇?jīng)檢驗(yàn)。如果中試設(shè)計(jì)不當(dāng)或不夠完整，就會(huì)造成工業(yè)裝置設(shè)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在實(shí)際的化工過程開發(fā)中，這樣的失誤并不少見。4化工過程開發(fā)中的“放大效應(yīng)”指什么?在什么情況下最易產(chǎn)生放大效應(yīng)，應(yīng)如何克服放大效應(yīng)?放大效應(yīng)是指化工過程放大之后，表現(xiàn)于相同條件下在大小兩個(gè)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行同一過程的結(jié)果不同。例如化學(xué)反應(yīng)器放大后與放大前相比較，在相同的反應(yīng)條件之下，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、收率、產(chǎn)品質(zhì)量都可能不同，這種現(xiàn)象就稱之為“放大效應(yīng)”。由于化工過