認識化工工藝

2013年

“中國石化-三井化學杯”

第七屆全國大學生化工設計競賽參賽指導講座（2）-------認識化學工藝、確定設計題目主講人：陳麗珍2013-6-5什么是化學工藝？化學工業(yè)化學工程化學工藝化工自動化技術過程控制及優(yōu)化環(huán)境問題經濟問題生產安全環(huán)境化工化工自動化化工過程模擬化工技術經濟化工安全化學工程研究：過程工業(yè)中有關化學過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律解決：過程及裝置的開發(fā)、設計、操作及優(yōu)化的理論和方法問題?；瘜W工藝即化工生產技術：指將原料物質主要經過化學反應轉變?yōu)楫a品的方法或過程或全部措施以產品為目標，研究化工生產過程，為化學工業(yè)提供技術先進經濟合理的方法、原理、設備和流程?；瘜W工藝（過程）一般包括三個步驟：原料處理---使原料符合反應要求的狀態(tài)和規(guī)格化學反應---獲得目的產物或混合物產品精制---將反應得到的混合物分離，除去副產物和雜質，以獲得符合組成規(guī)格的產品。環(huán)氧丙烷：由異丁烷或乙苯與丙烯進行共氧化反應，生成叔丁醇或苯乙烯，同時聯產環(huán)氧丙烷

Process個別生產的特殊性丙烯腈：丙烯氨氧化，反應溫度430～450℃、壓力0.16～0.18MPa（絕對壓力）丙烯酸：丙烯兩步氧化：丙烯---丙烯醛—丙烯酸化學工藝共性問題原料和生產方法的選擇流程組織所用設備（反應器、分離器、熱交換器等）的作用、結構和操作催化劑及其他物料的影響操作條件的確定生產控制產品規(guī)格及副產品的分離和利用安全技術和技術經濟參加化工設計競賽從何著手？第一步----確定設計題目：需要確定產品和產量。先看參賽要求：為某一石化/煤化總廠設計一座丙烯制基本有機化工原料的合成分廠，主要原料為丙烯—丙烯化工---烯烴化工—聚丙烯以外的注意結合國家政策（查資料）：化學工藝的主要發(fā)展趨勢：基礎化學工業(yè)生產的大型化，原料和副產物的充分利用，新原料路線和新催化劑（包括新反應）的采用，能源消耗的降低，環(huán)境污染的防止，生產控制自動化，生產的最優(yōu)化等。

為了確定產品，首先要了解在丙烯化工的狀況

1985年出版的《化工生產流程圖解》信息：一氯丙二醇過氧化氫異丙苯丙醛丙烯乙丙橡膠丙烯二聚體、三聚體、四聚體、聚丙烯異丙苯丙酮苯酚異丙醇丙二醇氯丙醇環(huán)氧丙烷烯丙醇聚醚甘油三甲基戊醇聚丙烯腈環(huán)氧氯丙烷辛烯醛丙烯酸酯丙烯異丁醇2-乙基己醇丁醛二氯丙醇丁醇烯丙基氯丙烯腈丙烯醛丙烯酸烯丙醇二羥基丙醛甘油異丁醛新戊醇苯乙烯苯乙烯十六碳醇1985~2013年有新開發(fā)的產品及路線嗎？一定有??？有哪些新的工藝路線?。坎槲墨I！上哪查？化工類書籍、圖書館、網站（CNKI）四氯化碳，過氯乙烯查閱文獻，了解丙烯為原料可能的產品及工藝路線，最后選擇確定一個產品。以丙烯酸為例，認識化學工藝：首先要大致了解丙烯酸的性質與用途：（1）性質丙烯酸---Acrylicacid，有機化合物，化學式：C3H4O2，是最簡單的不飽和羧酸，由一個乙烯基和一個羧基組成。純的丙烯酸是無色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味。它可與水、醇、醚和氯仿互溶，是由從煉油廠得到的丙烯制備的。密度1.051。熔點12℃。沸點139℃?；瘜W性質活潑。易聚合而成透明白色粉末。還原時生成丙酸。（2）用途主要用于生產丙烯酸酯，如甲酯、乙酯、丁酯和2-乙基己酯，還可作為丙烯酰胺的原料。丙烯酸和丙烯酸酯是生產其均聚物和共聚物的重要原料。以丙烯酸作第三單體可得羰基丁苯橡膠。丙烯酸還是水溶性聚合物的重要原料之一，與淀粉接枝共聚可制得超強性吸水劑。

接著了解丙烯酸的市場狀況及主要生產方法。

依然是查文獻獲取信息：從該文獻獲得的信息：2011~2013年我國可能新建成總產量為240萬噸/年的生產線，其中最大的一個項目產量為48萬噸，其它的產量大多在12~16萬噸/年。丙烯氧化生產丙烯酸的方法：含有丙烯、水蒸汽和空氣的反應原料在催化條件下轉化為丙烯醛以及部分丙烯酸、乙醛和CO，丙烯醛進一步轉化為丙烯酸，后者經吸收、蒸餾可得到粗丙烯酸(也稱酯化級丙烯)，粗丙烯酸進一步精制可得到高純丙烯酸和聚合用純丙烯酸。反應原理：+341kJ+254kJ原料丙烯（摩爾純度95%以上），水蒸汽、和經預熱的空氣混合后進入第一反應器，以熔鹽加熱，溫度保持在330~370℃，在催化劑存在下，丙烯被氧化成丙烯醛。反應氣體直接進入第二反應器，反應溫度為260~300℃，丙烯醛被氧化成丙烯酸。反應氣體在離開第二反應器后進入急冷塔冷凝，獲得20%左右的丙烯酸水溶液。由于丙烯酸與水能形成共沸物，所以采用溶劑萃取法提濃。丙烯酸水溶液經輕組分塔將不冷凝物除去后，送入萃取塔，在那里，用溶劑將丙烯酸從水中萃取出來。用蒸餾法從丙烯酸中分出溶劑，然后返回萃取塔。丙烯酸用一組蒸餾塔提純，除去低沸物和高沸副產物，最后得到高濃度的丙烯酸。文獻信息：日本三菱化學1973年建成的生產線，兩臺串聯的固定床反應器中分別采用Mo—Bi系和Mo—V系催化劑，壽命均為6年。文獻還有另外的一些技術改進信息?！痘どa流程圖解》丙烯酸制法：百度百科上查到的信息：除美國索亥俄法采用流化床外，其他都采用列管式固定床。

固定床法：第一反應器進料丙烯含量為4%～7%，水蒸氣20%～50%，其余為空氣，空速1300～2600h－1，反應溫度320～340℃，壓力0.1～0.3MPa；第二反應器空速為1800～3600h－1，反應溫度280～300℃，壓力0.1～0.2MPa，丙烯和丙烯醛的轉化率都在95%以上，丙烯酸的選擇性以丙烯計為85%～90%。

工藝過程為：使丙烯、水蒸氣與經過預熱的空氣混合后進入第一反應器。丙烯被氧化成丙烯醛。再進入第二反應器反應，得到丙烯酸。第一、第二反應器均為列管式反應器，用熔鹽作熱載體，從第二反應器出來的反應氣與原料空氣換熱后進入急冷塔，與塔頂加入的水逆向接觸，獲得含量為20%～30%的丙烯酸水溶液。該水溶液進入萃取塔，以乙酸丁酯或二甲苯為萃取劑，使水與丙烯酸分離。富含水的萃取液從萃取塔塔頂出來，進入溶劑回收塔，將萃取劑從塔頂蒸出，送回萃取塔循環(huán)使用。塔底排出廢水。（續(xù)上頁）萃取塔中的萃余液進入溶劑蒸餾塔。從塔頂蒸出溶劑（萃取劑），送回萃取塔循環(huán)使用；塔底得到粗丙烯酸，再經脫去輕組分和重組分后得到丙烯酸產品。丙烯經氣相接觸氧化反應制造丙烯酸過程中，除產物丙烯酸外，還存有微量丙烯醛、乙酸、戊酮酸、蟻酸以及其他醛類雜質。醛類是丙烯氧化副產物或由于丙烯原料中含有的雜質氧化而生成的，如乙醛、甲醛、苯甲醛、糠醛、丙烯醛等，含有這些副產物的反應氣體，經冷卻、抽提蒸餾后，殘留于丙烯酸產品中。采用常規(guī)方法精制的丙烯酸產品中，仍含有約（50～500）×10－6的醛物質。

典型的工藝流程圖題目確定之后，根據任務要求逐步完成各項工作項目可行性論證工藝流程設計設備選型及典型設備設計車間設備布置設計工廠總體布置設計經濟分析與評價成果整理與提交：

1）項目可行性報告2）初步設計說明書（包括設備一覽表、物料平衡表等各種相關表格）3）典型設備（標準設備和非標設備）設計計算說明書（若采用相關專業(yè)軟件進行設備計算和分析，則提供計算結果和源程序）4）PFD和PID圖（可以分多張A3圖繪制）5）車間設備平立面布置圖6）分廠平面布置總圖（可以補充提供三維視圖或漫游軟件）7）主要設備工藝條件圖8）工藝流程的模擬及流程優(yōu)化計算軟件9）若進行能量集成與節(jié)能技術運用，則提供相關的結果（若采用專業(yè)軟件計算，則提供相關軟件的源程序）10）若采用專業(yè)軟件進行過程成本的估算和經濟分析評價，則提供相關的軟件源程序除期刊文獻外的其它參考資料：

化工建設項目可研規(guī)定內容和深度要求HG-T20688-2000化工工廠初步設計文件內容深度規(guī)定各類參考書：《化工工藝設計手冊（第四版）》《化工設計》化學化工數據手冊設備設計類手冊其它相關書籍化工設計規(guī)范性、標準性、綜合性強

化工設計是把一項化工過程從設想變成現實的一個建設環(huán)節(jié)，需要根據一個化學反應或過程設計出一個生產流程，并研究流程的合理性、先進性、可靠性和經濟可行性，再根據工藝流程以及條件選擇合適的生產設備、管道及儀表等，進行合理的工廠布局設計以滿足生產的需要，最終使