第5章化工工艺流程设计.pptx

第5章?? 化工工艺流程设计;5.1 工艺流程设计的目的和任务;要求：（1）确定整个流程的组成及其结构 例如 合成氨生产工艺;(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;(3) 确定操作条件 ⅰ）反应器操作参数的确定 1）温度 a 可逆反应的平衡（吸热或放热） 如：EB ? Sty + H2 +△H （吸热反应） 采用二段反应，温度序列为先低后高（存在温度效应相反的两个副反应） b 考虑反应的选择性（按主付反应活化能的大小） 如 : A P A S 如果E1为主反应的活化能，且 E1﹥E2 则高温有利于主反应 ;; C6H6: Tb=353.1k C6H12 : Tb=353.9k 苯与环己烷很难分离，因此采取氢气过量，苯完全反应。 c 反应的浓度效应（浓度对主付反应速率的影响） d 分离循环费用 4）反应的转化率 a 转化率和所需反应时间的关系 b 各种转化率下的产品分布 c 反应系统和分离系统的设备价格 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）; a 尽量避免真空操作（增加真空泵和塔径） b 常压下能用普通冷却水冷却，就不宜采取加压 c 对于P﹥1.6MPa时，究竟采用低压冷冻，还是高压冷却，需作方案比较。 2）回流比 a 对于价格高昂的公用工程，取常规R/Rmin(1.11～1.24)的范围低限。 b 若回收的冷量或热量可利用，取常规R/Rmin的高限。 c 对于产品纯度极高的精密精馏，取较大R/Rmin值（因为 R/Rmin较小，塔板数急剧增加） 3）产品纯度和回收率 （正确选定产品的纯度有重大的经济意义）;(4) 确定控制方案 a 离心泵的流量控制;; C 两个液相的界面控制(液-液分离）;d 塔压调节; (5) 确定过程的综合平衡 (6) 确定三废治理方法  (7) 制定安全生产措施  (8) 其他实际要求（清洗、冷凝 水回用、副产物的利用等） ;5.2 化工过程合成方法;工艺流程的组织（过程合成）;原料预处理阶段： ◆以物理方法为主，但不排除化学方法。 ◆可能要用到一些分离的单元操作。 ◆可能牵涉到“三废”处理。 ◆可能有副产品产出。;二、什么是流程组织;3、流程组织的依据; 如何从过程开发实验结果出发，结合化工专家哪些原则性的实践经验，来进行设计过程的流程组织呢？;6、从经济角度，节省流程的固定投资，减少流程的操作费用；;四、流程组织的具体任务;化工流程设计方法;（2）建立并优化一个可简化的流程 建立超结构：包含所有可行的过程操作和所有可行的、相互影响的最优设计备选流程 将设计问题转变为数学问题，进行优化求解。 优点： 能同时考虑多种不同的设计方案 能快速、高效地获得设计方案 缺点： 如果初始超结构不包括最佳流程，则该方法无法找到最佳流程 寻找全局最优值非常困难 决策过程中排除了设计工程师的作用;甲苯脱烷基制苯的初始流程;优化后的流程;（一）原料的预处理;原料预处理的几种通常形式：;提示：;（二）反应过程的合成;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 →二甲苯 乙苯、二乙苯→甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、杂环化合物 各类副产物中，除杂环化合物在高温下聚合，其他副产物的生成都为可逆反应。 乙烷、乙烯→放空或排至燃料气管网 苯、甲苯→循环 乙苯→主产品（出反应器） 二乙苯、三乙苯、异丙苯、正丁苯→循环 杂环化合物→低值副产品;反应过程需要确定的参数;1 反应路径的确定; 1） 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） 2） 反应器选型的方法 形态分析法：对一个问题的各个部分的所有可能方案进行分析和评价，用逻辑结构代替随机的想法，从而筛选出最佳方案。 过程分为二步 分支：找出所有可供选择的方案。 收敛：根据若干判据对各