化工工藝流程設(shè)計

1、第五章 化工工藝流程設(shè)計 一. 工藝流程設(shè)計的目的和義務(wù) 目的：用圖解方式來表達(dá)整個消費工藝過程 義務(wù)：1確定消費工藝流程中各個過程的 詳細(xì)內(nèi)容、順序和組織方式。 2繪制工藝流程圖。 .要求1確定整個流程的組成 例如 合成氨消費工藝造氣變換銅洗合成煤或油水蒸氣 己內(nèi)酰胺消費工藝加氫氧化羥胺肟化 重排苯H2O2H2硝酸.(2) 確定各個過程或工序的組成 例如 合成氨工藝中的變換工段變換反響： CO + H2O CO2 + H2水洗 CO2 + H2O H2CO3堿洗 CO2 + NaOH Na2CO3 + H2O變換反響水洗堿洗H2, N2, COCO2及少量惰性氣體.(3) 確定操作條件。 反

2、響器操作參數(shù)確實定 1溫度 a 可逆反響的平衡吸熱或放熱 如：EB Sty + H2 +H采用二段反響，溫度序列為先低后高 b 思索反響的選擇性按主付反響活化能的大小 如 A P A S 假設(shè)E1為主反響的活化能，且 E1E2 那么高溫有利于主反響 E1E2. c 溫度的限制條件材質(zhì)和催化劑的要求 2壓力 a 反響速度 b 反響物料的相態(tài)如氣相烴化和液相烴化 c 后續(xù)分別的要求希望水冷后就產(chǎn)生氣液兩相 3組成 a 某一反響物要求很高的轉(zhuǎn)化率 例如 CO + Cl2 COCl光氣 二異氰酸酯的原料 要求不含氯，Cl2的轉(zhuǎn)化率100%，采取CO過量 b 產(chǎn)物與反響物分別困難 如C6H6苯 + H2

3、 C6H12環(huán)己烷. C6H6: Tb=353.1k C6H12 : Tb=353.9k苯與環(huán)己烷很難分別，因此采取氫氣過量，苯完全反響。 c 反響的濃度效應(yīng)濃度對主付反響速率的影響 d 分別循環(huán)費用 4反響的轉(zhuǎn)化率 a 轉(zhuǎn)化率和所需反響時間的關(guān)系 b 各種轉(zhuǎn)化率下的產(chǎn)品分布 c 反響系統(tǒng)和分別系統(tǒng)的設(shè)備價錢精餾塔工藝參數(shù)確實定 1塔壓本質(zhì)上是塔頂塔釜溫度選取的問題. a 盡量防止真空操作添加真空泵和塔徑 b 常壓下能用普通冷卻水冷卻，就不宜采取加壓 c 對于P1.6MPa時，終究采用低壓冷凍，還是高壓冷卻，需 作方案比較。 2回流比 a 對于價錢高昂的公用工程，取常規(guī)R/Rmin(1.111

4、.24)的范 圍低限 。 b 假設(shè)回收的冷量或熱量可利用，取常規(guī)R/Rmin的高限。 c 對于產(chǎn)品純度極高的精細(xì)精餾，取較大R/Rmin值由于 R/Rmin較小，塔板數(shù)急劇添加 3產(chǎn)品純度和回收率 正確選定產(chǎn)品的純度有艱苦的經(jīng)濟(jì)意義.(4) 確定控制方案。 a 離心泵的流量控制FRCPIFRCPI. b 液位控制溢流控制液面LIC出料控制液面LICFC進(jìn)料控制液面. C 兩個液相的界面控制(液-液分別LICLIC臥式容器界面控制.d塔壓調(diào)理PIC. (5) 確定過程的綜合平衡 (6) 確定三廢治理方法。 (7) 制定平安消費措施。 (8) 其他實踐要求清洗、冷凝 水回用、副產(chǎn)物的利用等。.二化

5、工過程合成方法一反響過程的合成首先確定過程性質(zhì)和輸入、輸出條件。性質(zhì)：延續(xù)或間歇產(chǎn)量、市場需求、操作上特殊要求輸入條件：進(jìn)口的原料能否需經(jīng)預(yù)處置根據(jù)雜質(zhì)的毒性、反響性、量輸出：確定目的產(chǎn)品和流股數(shù)反響產(chǎn)品有6個去向：主產(chǎn)品、聯(lián)產(chǎn)或副產(chǎn)品、低價值的燃料、排空、循環(huán)、有害物去三廢處置.例 乙苯反響器內(nèi)的反響如下 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、異丙苯、雜環(huán)化合物各類副產(chǎn)物中，除雜環(huán)化合物在高溫下聚合，其他副產(chǎn)物的生成都為可逆反響。乙烷、乙烯放空或排至燃料氣管網(wǎng)苯、甲苯循環(huán)乙苯主產(chǎn)品出反響器二乙苯、三乙苯、異丙苯

6、、正丁苯循環(huán)雜環(huán)化合物低值副產(chǎn)品.反響器的選型1反響器的分類外形：管式、釜式、塔式換熱方式：等溫、絕熱、非等溫非絕熱反響物系的相態(tài)：均相、非均相氣固、氣液、氣液固2反響器選型的方法形狀分析法：對一個問題的各個部分的一切能夠方案進(jìn)展分析和評價，用邏輯構(gòu)造替代隨機(jī)的想法，從而挑選出最正確方案。過程分為二步 分支：找出一切可供選擇的方案。 收斂：根據(jù)假設(shè)干判據(jù)對各個供選擇的方案進(jìn)展淘汰。.3反響器選型判據(jù)：反響器類型即反響介質(zhì)的相態(tài)，此為最簡單、首先運用的判據(jù)催化劑失活速度由反響的濃度效應(yīng)決議的混合要求由反響的熱負(fù)荷和溫度效應(yīng)決議熱量傳送和溫度控制要求相際傳質(zhì)和化學(xué)反響的相對速度主要工藝參數(shù)選擇略A

7、BC判據(jù)問題結(jié)論.二分別過程的合成分別方案數(shù)ABCABCABABCBCABCABCABBCABCABCABCABCABCABCACBABCACB.1分別方法選擇探試規(guī)那么：根據(jù)過去的閱歷和研討對象的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)展半定量分析所得的結(jié)論。根據(jù)探試規(guī)那么得出的結(jié)論不一定是最正確方案，但是它能大幅度減少能夠的方案數(shù)，從而提高設(shè)計速度。幾個名詞定義：分配系數(shù)：在平衡形狀下某組分在輕相與重相中分子分?jǐn)?shù)的比分別因子：兩個組分分配系數(shù)的比例質(zhì)量分別劑和能量分別劑：加到分別單元，對所需求的分別做出奉獻(xiàn)的組分次序表：進(jìn)料各組分按照分配系數(shù)遞減的次序所陳列的表關(guān)鍵組分：決議分別要求的兩個組分.選擇分別方法的探試規(guī)那

8、么：1選擇具有大的分別因子的分別過程分子性質(zhì)受影響的分離過程分子量精餾、蒸發(fā)分子形狀吸附、結(jié)晶分子體積吸附偶極距、極性萃取、吸附分子電負(fù)荷電除法、電除霧化學(xué)活性化學(xué)吸收、反應(yīng)精餾2盡量防止極端的過程條件3當(dāng)分別過程需求多個分別級時，應(yīng)優(yōu)先選擇平衡分別過程而不選擇速度控制過程。.4當(dāng)分別因子一樣時，選擇能量分別劑而不選擇質(zhì)量分別劑5在選擇分別方案時首先思索采用精餾，精餾具有如下的優(yōu)點： a 精餾是一個運用能量分別劑的平衡過程 b 系統(tǒng)內(nèi)不含固體物料，操作方便 c 有成熟的實際和實際 d 處置產(chǎn)品數(shù)量的范圍寬 e 經(jīng)常只需求能位等級很低的分別劑 例 ： 正丁烯、異丁烯混合物欲分別成純物質(zhì)，試根據(jù)分

9、子性質(zhì)選擇分別方法 解：由于正丁烯與異丁烯為同分異構(gòu)體，分子體積、偶極距和極性差別很小，估計精餾、萃取、吸收等過程都不能有效將該混合物分別，只能根據(jù)反響活性的差別進(jìn)展分別。利用水與異丁烯反響的特點進(jìn)展分別。.2分別序列確實定探試合成法、調(diào)優(yōu)合成法、最優(yōu)化算法合成法探試法有以下幾條原那么： a 應(yīng)把關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度最接近于1的最困難分別放在最后。 b 根據(jù)汽液平衡常數(shù)的大小進(jìn)展陳列，把輕組分逐個脫除，即采取順序流程。 c 應(yīng)首先把混合物分成分子數(shù)接近的兩股流。 d 對于回收率要求高的分別應(yīng)放在最后。 e 對于容易呵斥系統(tǒng)腐蝕或結(jié)焦的組分應(yīng)首先除去，以降低后續(xù)設(shè)備的材質(zhì)要求，堅持穩(wěn)定操作。.3

10、塔型的選擇板式塔的適用場所：1大直徑2液體負(fù)荷特別小泡罩塔3臟的物系，須定期清理4有多股側(cè)線進(jìn)出料5反響精餾，需求一定的停留時間填料塔的適用場所1要求低阻力2熱敏物質(zhì)持液量少，停留時間短3發(fā)泡系統(tǒng)4腐蝕性介質(zhì).例 環(huán)氧丙烷過程概念設(shè)計1過程簡介主反響 Cl2 + H2O HCl + HClO HClO + C3H6 ClC3H6OH副反響 C3H6 + Cl2 C3H6Cl2 ClC3H6OH + C3H6 + Cl2 HCl+ (C3H6Cl)2O 二氯異丙基醚)皂化反響 2ClC3H6OH + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O + 2C3H6O.氣體循環(huán)緊縮機(jī)反響器溶氯器氯氣丙烯出料

11、放空2現(xiàn)有消費安裝情況.3 過程分析和實驗1二氯丙烷由氯氣與丙烯在氣相中直接反響的產(chǎn)物2二氯異丙基醚是串聯(lián)副產(chǎn)物要抑制付反響，提高反響的選擇性，須阻止氯氣與丙烯接觸，降低主產(chǎn)品氯丙醇的濃度。.C3H6Cl2水反響器反響器反響器循環(huán)泵循環(huán)泵循環(huán)泵出料放空放空放空4 小試流程.5 對小試數(shù)據(jù)的初步評價知條件1氣相法丙烯選擇性86% 液相法-94%2皂化反響選擇性99%3精餾塔PO回收率99.5%4循環(huán)氣組成C3H6 30%, C3H8 70%5丙烯進(jìn)料組成C3H6 99.5% C3H8 0.5%6循環(huán)比循環(huán)氣比丙烯進(jìn)料7.57丙烯價錢3900元/噸8氯價錢800元/噸9電價錢0.65元/kw.h.

12、以100kmol丙烯進(jìn)料計，可對兩種工藝的可變本錢進(jìn)展計算，結(jié)果如下：氣相法液相法單耗單價費用單耗單價費用丙烯0.865639003376.60.79239003088.8氯氣1.4488001158.41.3258001060電力417.40.65271.3116.70.6574.4合計4806.34223.2對多數(shù)化工產(chǎn)品，可變本錢占消費本錢80%左右，投資折舊約占10%，且兩工藝的皂化工段一樣，因此液相法比氣相法總消費本錢低10%以上，經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)勢。.6 流程和工藝參數(shù)的改良概念設(shè)計的義務(wù)之二，調(diào)查小試數(shù)據(jù)能否齊全，流程、工藝參數(shù)能否可改良。1壓力： 加壓，利于溶氯2溫度： 提溫對反響無

13、利，但利于皂化，可省換熱器3丙烯由并聯(lián)改為串聯(lián)，加強(qiáng)傳質(zhì)。4溶氯填料塔改為放射溶氯，降低造價。5加壓下溶氯實驗常壓下氯丙醇、鹽酸水溶液的氯溶解度偏向較小，加壓后能夠偏向較大。需求研討人員補充實驗6材質(zhì)實驗尤其溫度對腐蝕的影響.7 中試安裝設(shè)計概念設(shè)計義務(wù)之三，研討有無必要建立中試安裝，確定中試的規(guī)模、范圍及中試處理的問題和獲得的數(shù)據(jù)。1必要性氣體分布器孔徑增大，傳質(zhì)情況發(fā)生變化新資料氟塑料、新設(shè)備放射溶氯實驗2中試安裝的地點3中試安裝的流程可用單個循環(huán)反響間歇操作4中試規(guī)模. 三. 工藝流程圖設(shè)計的根本步驟 1. 作工藝流程草圖或表示圖方框圖。 2. 作工藝物料流程圖物料衡算圖。 3. 作帶控

14、制點的工藝流程圖。.1將各設(shè)備的簡單外形按工藝流程順 序展如今同 一平面上2配以銜接主、輔線，管件、閥件、儀表控 制點等符號3注寫設(shè)備位號及稱號。4注寫代號、符號及其他標(biāo)注的闡明5填寫標(biāo)題欄，注寫圖名、圖號。.環(huán)己酮肟溶解槽環(huán)己酮肟中間槽重排反響器熟化反響器正己烷濃硫酸正己烷蒸汽反響式環(huán)己酮肟濃硫酸己內(nèi)酰胺 -H.M01V02V03P01P02P03R01R02E01 V02 P01 M01 V03 P02 R01 E01 P03 R02 環(huán)己酮肟中間槽 環(huán)己酮肟進(jìn)料泵 混合器 環(huán)己酮肟溶解槽 循環(huán)泵 反響器 冷卻器 循環(huán)泵 熟化反響器. V02 P01 M01 V03 P02 R01 E01

15、 P03 R02 環(huán)己酮肟中間槽 環(huán)己酮肟進(jìn)料泵 混合器 環(huán)己酮肟溶解槽 循環(huán)泵 反響器 冷卻器 循環(huán)泵 熟化反響器正己烷蒸汽P-03FICLICTICFICP-01P-02CWE01R02R01V03V02CWR07060102050304M0107正己烷正己烷蒸汽環(huán)己酮肟酸團(tuán)R03. 01 02 03 04 05 06Kg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wtKg/h%wt環(huán)己酮肟90.0099.9790.0015.0六氫苯甲酸0.100.020.100.0286.7123.1185.8317.720.020.00苯甲酸0.040.010.040.01三氧化硫4

16、1.6711.1241.268.52硫酸105.728.21104.6621.60亞硝基硫酸正己烷510.099.98510.084.9868.5118.2887.9818.16490.52100.00己內(nèi)酰胺60.0016.01149.130.78副產(chǎn)0.030.030.030.0011.893.1716.253.15六氫苯甲酰胺0.340.090.340.07合計90.03100.0510.10100.0600.1100.0374.8100.0484.46100.0490.5100.0溫度9837.039.3071.071.071.0熱容kj/kg/c2.152.302.312.012.5

17、41.86密度kg/cm3966.1648.0668.51061.01270.0粘度mpa.s4.350.260.873.10263.00.01物料平衡表.四.設(shè)備、管道及其他部件的表示方法 1. 設(shè)備的表示方法(1) 設(shè)備的形狀：設(shè)備簡單的外形輪廓。(2) 設(shè)備的線條：b/3細(xì)線，b = 0.9mm。(3) 設(shè)備的大小：相對比例。(4) 設(shè)備的位置：相對高度。(5) 設(shè)備的簡化處置。.2. 管道的表示方法 工藝物料管道 工藝物料埋地管道 輔料及公用管道 輔料及公用埋地管道 儀表管道 保溫管道 電伴熱管道 蒸汽伴熱管道 夾套管道 .管道的標(biāo)注方法PL-T1301-80-B2A-H 保溫等級 管道等級 公稱直徑 管段代號介質(zhì)代號. 管道等級闡明： 把管道按不同材質(zhì)、壓力、溫度等要求分成不同等級，編入同一等級的管道運用一樣的材質(zhì)、型號或方式的管子和附件，這樣可以一致各種管道的設(shè)計要求，而且可以用最簡約的方式在圖紙上表