二講 化工過程分析及流程設(shè)計-文庫吧
2024-12-28 04:05 本頁面
【正文】 置（有時是所有裝置）都設(shè)計成經(jīng)常地開車和停車。在一個正常的間歇操作循環(huán)中，各種設(shè)備充注了物料，在規(guī)定的周期內(nèi)完成各自預期的功能，然后停車、放料、清理，直到重復開始下一個周期。間歇操作的另一個特性是常?？梢栽趩我蝗萜鲀?nèi)完成幾項操作。 間歇過程是在一個空間，不同的時段從事不同的操作。 進料 1 催化劑 加熱 產(chǎn)物 1 產(chǎn)物 2 進料 2 反應(yīng)器 分離器 換熱器 混合器 …… 兩種過程的比較 連續(xù)過程 由于其操作穩(wěn)定、生產(chǎn)能力大而日益在化工過程中占主導地位。在連續(xù)過程中，由于過程中的物流是連續(xù)流動的，因此整個過程中的 存料量較小 ，也就意味著 設(shè)備的尺寸較小 ，節(jié)省了設(shè)備的投資。由于操作是在穩(wěn)定狀態(tài)下進行的，因此生產(chǎn) 效率較高 ， 生產(chǎn)能力較大 ，例如，連續(xù)型反應(yīng)器可以在轉(zhuǎn)化率高的操作條件下運行。另外，由于連續(xù)操作屬于 穩(wěn)態(tài)過程 ，因此理論上研究比較容易，也便于自動控制；而且由于過程中物料存量少，安全性也相應(yīng)提高。 但相對于間歇過程而言，連續(xù)過程對設(shè)備的可靠性要求高。一些易損設(shè)備，如壓縮機、泵等必須安裝備用件。 間歇或半連續(xù)過程 在精細化工、生物化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中作為主要過程存在。 它的一個顯著特點，就是具有 生產(chǎn)的靈活性 ，對于同一系列的生產(chǎn)設(shè)備，可利用它按市場需要生產(chǎn)多品種產(chǎn)品，那些高附加值、低產(chǎn)量或生產(chǎn)過程復雜、生產(chǎn)周期長，特別是有固相中間體的產(chǎn)品，最適合采用間歇過程生產(chǎn)。 從生產(chǎn)的發(fā)展趨勢來預測，在現(xiàn)在或?qū)恚g歇過程都將與連續(xù)過程長期并存下去。 兩種過程的組合 許多間歇過程中含有一臺或多臺連續(xù)操作的設(shè)備。例如，在一個流程中，經(jīng)常把幾臺間歇反應(yīng)器的產(chǎn)物暫時存儲起來，作為中間產(chǎn)物再送入一組連續(xù)操作的蒸餾塔內(nèi)?；蛘?，把各種少量生成的副產(chǎn)物累積起來，達到足夠量時，再用一臺間歇式蒸餾塔來分離產(chǎn)品。又如，固定床吸附過程，采用兩床或多床將間歇過程變?yōu)?“連續(xù) ”過程。 固定床吸附干燥流程圖 選擇原則 （ 1） 產(chǎn)率 生產(chǎn)能力大于 4500噸 /年的生產(chǎn)裝置采用連續(xù)過程，否則采用間歇過程 。 （ 2） 市場需求 短期的 ， 季節(jié)性產(chǎn)品適用間歇生產(chǎn)。 （ 3） 操作 反應(yīng)速度問題 …… （ 1）過程的選擇 在化 學工藝流程中，要想使原料通過該過程生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，需要將一個一個操作單元“藝術(shù)地”連接在一起，形成基本的操作工藝過程。 選擇什么樣的單元，怎樣將它們連接起來，怎樣表示這個過程？是本章要解決的問題。 1. 工藝流程的組織 第二節(jié) 化工過程的構(gòu)建 （ 2） 過程的條件 濃度 、 溫度 、 壓力 、 相態(tài) 、 停留時間 …… 的確定 。 考慮技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面 …… 如中間儲罐的尺寸的確定 。 （ 3） 過程的結(jié)構(gòu) 在基本流程的基礎(chǔ)上 ， 如何對過程進行優(yōu)化 ， 物料是否有再循環(huán) ？ 能量如何回收利用 ？ （ 4） 其它條件的選擇 可操作性 ， 安全性 ， 易控制性 。 在化工過程中 ， 原料通常不能一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品 ， 需要將總的轉(zhuǎn)化過程分解為一系列獨立的操作步驟 ， 這些步驟包括反應(yīng) 、 分離 、 混合 、 加熱 、 冷卻 、 壓力改變等 。 然后將這些步驟相互連接起來 ， 以實現(xiàn)總的轉(zhuǎn)變 。 嘗試以化學反應(yīng)為中心（起點）組織流程 含一個化學反應(yīng)的工藝過程 : 化學反應(yīng) 分離 原料 A、 B 產(chǎn)品 C 預處理 副產(chǎn)品或雜質(zhì) D、 E 能量的輸入 /輸出 化學反應(yīng)： A+B C+D+E 其中 C為目標產(chǎn)品， D和 E為副產(chǎn)品或雜質(zhì)。 考慮了未反應(yīng)原料循環(huán)的工藝過程 : 化學反應(yīng) 混合 分離 未反應(yīng)原料 A、 B循環(huán) 預處理 能量的輸入 /輸出 原料 A、 B 產(chǎn)品 C 副產(chǎn)品或雜質(zhì) D、 E 化學工藝流程模型： 第一步反應(yīng) 分離 原料 中間半成品 預處理 中間緩沖罐 中間緩沖罐 第一工藝過程 …… 第 n步反應(yīng) 分離 成品 預處理 第 n工藝過程 例 2：化工過程設(shè)計 以反應(yīng)器為核心開始設(shè)計。 反應(yīng)器將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品和副產(chǎn)品 反應(yīng)器 進料 AB 蒸汽 冷卻水 進料 +產(chǎn)品 +副產(chǎn)品 AB+C+DE 需要用分離系統(tǒng)來分離產(chǎn)品和循環(huán)利用未反應(yīng)的原料 反應(yīng)器 進料 AB 循環(huán) AB AB+C+DE C DE C+DE 進料 AB 反應(yīng)器 DE C 循環(huán) AB AB+C+DE 采用不同的分離系統(tǒng)會改變工藝過程 思考： 1. 如果 DE要進一步分離，該如何組織流程？ 2. 如果循環(huán) AB與進料 AB比例不一致，該如何處理？ 增加了熱集成的工藝 過程（ 1） 反應(yīng)器 進料 AB 蒸汽 冷卻水 冷卻水 蒸汽 蒸汽 循環(huán) AB DE C AB 反應(yīng)器 進料 AB 蒸汽 冷卻水 冷卻水 蒸汽 循環(huán) AB DE C 增加了熱集成的工藝過程（2） 2. 物料衡算與能量衡算 ? 在工藝流程確定后，需利用物理與化學的基本定律，對化工過程 單元 及 系統(tǒng) 的 物料 與 能量 平衡 進行 定量的計算 ，該過程稱為物料衡算與能量衡算。 ? 通過計算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗量，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備
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