【正文】 預(yù)熱器、壓縮機(jī)、高壓泵等；⑤反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備 反應(yīng)器；⑥反應(yīng)產(chǎn)物的分離設(shè)備 冷凝器、氣液分離器、旋風(fēng)分離器、蒸發(fā)器、蒸餾塔、吸收塔、解吸塔等；⑦主反應(yīng)產(chǎn)物的精制設(shè)備 精餾塔、干燥塔等；⑧反應(yīng)副產(chǎn)物回收處理設(shè)備；⑨催化劑處理設(shè)備；⑩反應(yīng)物、主產(chǎn)物、副產(chǎn)物、催化劑等貯存設(shè)備。未冷凝的產(chǎn)物氣進(jìn)一步吸收、解吸。 氣態(tài)反應(yīng)物和固體催化劑，需要有過(guò)濾分離等設(shè)備。 當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)，一般采用液態(tài)載熱體移除反應(yīng)放熱，需要有載熱體貯槽、輸送設(shè)備、冷卻器、調(diào)溫設(shè)備等。 2. 反應(yīng)過(guò)程主要設(shè)備 反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)器是主要設(shè) 備，也是工藝流程的中心設(shè)備。 當(dāng)液態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行氣相反應(yīng)時(shí)，一般需要有蒸發(fā)器。大型的要求生產(chǎn)能力大的以連續(xù)為有利，小批量的通常以間歇為主，有些反應(yīng)需要維持一定時(shí)間的，往往采用半連續(xù)的方式。假如這個(gè)連續(xù)過(guò)程很短，比如說(shuō)一個(gè)月，有一個(gè)“屈指可數(shù) 的反應(yīng)周期反應(yīng)時(shí)間，也稱為半連續(xù)操作。 間歇操作的優(yōu)點(diǎn)是投料容易準(zhǔn)確，反應(yīng)產(chǎn)物便于調(diào)控，對(duì)于生產(chǎn)小批量多品種 （ 比如同一種高分子樹脂需要有不同平均分子量的產(chǎn)品 ） 比較方便，對(duì)于復(fù)配型的精細(xì)化工產(chǎn)品也比較方便。 2． 間歇操作 整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程以反應(yīng)為標(biāo)志，包括從原料計(jì)量、加料，進(jìn) 入 反應(yīng)器、進(jìn)查一查 化工生產(chǎn)中溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)和液位調(diào)節(jié)的方法和儀表，你能夠熟練操作和使用嗎 ？ 行反應(yīng)，過(guò)濾，取出反應(yīng)產(chǎn)物、出料、清理反應(yīng)器等，是一個(gè)周期。 1． 連續(xù)操作 物料從進(jìn) 入 反應(yīng)器開始，一直到分離處理，產(chǎn)出精產(chǎn)品或粗產(chǎn)品的過(guò)程，是連續(xù)操作的，也就是說(shuō)，物料源源不斷地進(jìn)入反應(yīng)器，粗產(chǎn)品同時(shí)源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為連續(xù)操作。 此外，在化工生產(chǎn)中還有破碎、篩分、除塵等操作。此外，流動(dòng)物料的輸送，需要增加流體壓力以克服設(shè)備和管道的阻力。 調(diào)節(jié) 壓力操作，是能量交換的操作過(guò)程。 調(diào)節(jié) 溫度操作，是熱量交換的操作過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)的好壞，直接影響著生產(chǎn)的全過(guò)程。 廢渣也是二次再生資源，根據(jù)廢渣的種類、性質(zhì)回收其中的有用物質(zhì)和能量，實(shí)現(xiàn)綜合利用。 廢渣不僅占用大量的土地，而 且造成地表水、土壤和大氣環(huán)境的污染，必須凈化處理。常采用的方法如化學(xué)法沉淀、氧化還原法、生物脫氮、膜分離以及離子交換法等。 二級(jí)處理 主要采用生物法以及某些化學(xué)法分解或氧化降解有機(jī)物以及部分膠體污染物。一般根據(jù)廢水的性質(zhì)、數(shù)量以及要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，采用多種方法綜合處理。廢水不經(jīng)處理而排放，不僅浪費(fèi)水資源，而且污染環(huán)境。如在鉑催化劑存在下，通入空氣將含有丙烯腈和氫氰酸尾氣中的 腈 及氰化物除去，從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 工業(yè)上處理有害廢氣的方法主要有化學(xué)法、吸收控制法、吸附控制法以及稀釋控制法等。這是總的原則。 除了現(xiàn)場(chǎng)采樣之外，還可以采用“生物監(jiān)控 ，如在有廢氣排放地點(diǎn)養(yǎng)鳥，在處理過(guò)的污水中養(yǎng)魚等等。通過(guò)對(duì)工業(yè)污染源的監(jiān)控，可以有效地控制污染物的排放量，減少對(duì)環(huán)境的污染；隨時(shí)掌握污染物的性質(zhì)和數(shù)量，了解污染物對(duì)環(huán)境要素和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，預(yù)測(cè)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)，并借以調(diào)整企業(yè)生產(chǎn)排污情況，滿足環(huán)境保護(hù)的需要，同時(shí)為后續(xù)的三廢治理提供科學(xué)的依據(jù)。 ④反應(yīng)的轉(zhuǎn)化物和添加物 許多化工生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化物有時(shí)形成“爐渣 ” 或“釜渣”不被利用。同時(shí)，大量熱廢水排入水域，導(dǎo)致水體溫度上升，造成水中溶解氧的減少，降低水體自凈能力，使得一些毒物如氰化物、重金屬離子的毒性加劇。煙氣中除含有粉塵之外，還含有其它有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境危害極大。 ②原料不純 原料有時(shí)本身純度不夠，其中含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)因不需要參加反應(yīng)，在原料凈化過(guò)程中或反應(yīng)之后，最終也要排放掉。有些化工產(chǎn)品在使用過(guò)程中也會(huì)引起一些污染 ，甚至比生產(chǎn)本身所造成的污染更為嚴(yán)重、更為廣泛。 每一批產(chǎn)品都必須檢驗(yàn)，出具檢驗(yàn)合格證書，制定合格標(biāo)識(shí)，并有質(zhì)量監(jiān)控指標(biāo)、 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn)和主要指標(biāo)，注明產(chǎn)品生產(chǎn)日期、出廠日期、保質(zhì)期限、儲(chǔ)存運(yùn)輸和使用注意 事項(xiàng)等，隨產(chǎn)品送至用戶。另一條標(biāo)準(zhǔn)是使 用 標(biāo)準(zhǔn)，用戶對(duì)產(chǎn)品提出特殊要求，或者用戶是本企業(yè)集團(tuán)的另一個(gè)分廠或者是下一個(gè)工段。 （ 12） 盡量采用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備。 （ 9） 盡量把多種雜質(zhì)一次性除去，再研究從雜質(zhì)中回收有用副產(chǎn)物。 （ 6） 盡量選用簡(jiǎn)單的分離方法，能用機(jī)械分離的先用機(jī)械法。這第一步似乎浪費(fèi)了能量，但對(duì)流程和工藝有利。不能因?yàn)榭紤]能量的“合 理”，而犧牲了產(chǎn)品的收率。在熱能無(wú)法利用時(shí)就只能選擇速率差分離法。 分析分離所需的能量 消耗 ，最好能夠利用自然的能量。當(dāng)規(guī)模小于某種程度后，與規(guī)模相關(guān)的投資就成為定值。 2．確定可行的分離方法 充分了解被分離混合物中各組分在物理、化學(xué)以及生物學(xué)方面的性質(zhì)，避免在分離過(guò)程中產(chǎn)物的分解、聚合、變質(zhì)和被污染 ； 選擇合適的分離方法 ； 熱敏的產(chǎn)物不能過(guò)熱 ； 易聚合還要添加阻聚劑 ； 萬(wàn)不得已不要在分離流程中逗留太長(zhǎng)太久 。工業(yè)上多用空氣作干燥介質(zhì)，有時(shí)也用煙道氣或其它惰性氣體作干燥介質(zhì)。過(guò)濾結(jié)束后，要用水或其它溶劑沖洗濾餅，以使附著在濾渣顆粒表面的濾液和滯留在濾餅內(nèi)孔隙中的濾液溶到水中或其它溶劑中而被帶走，洗滌后濾餅經(jīng)加工后，可以得到較純凈的固體產(chǎn)物。將溶液中的固體溶質(zhì)分離出來(lái)的方法稱為結(jié)晶。 （ 4） 將互溶的液體分離成不同組分 如果液體產(chǎn)物是互溶的兩種液體或多種液體，若要將它們分成單獨(dú)的或幾組物質(zhì)，需要用精餾、萃取等方法 。另外，也可以用吸附法從水溶液中除去少量油，或從油中脫除少量的水。 除去液體產(chǎn)物中少量固體顆粒的方法 包括過(guò)濾和澄清、結(jié)晶和重結(jié)晶、吸附和吸收、膜透析和超濾等 凈制方法。液體本身 既有完全互溶的溶液，又有互不溶解的液體混合物，還有溶質(zhì)分散在液相主體中的乳液。選擇不同的吸收劑和不同的操作條件，可使氣體產(chǎn)物中某組分被吸收而進(jìn) 入 溶 液，從而使氣體產(chǎn)物中不同組分分離。氣相均一系的分離方法為冷凝、吸收和吸附。 產(chǎn)物的分離和提純是化工生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以由產(chǎn)物中分離出所需要的產(chǎn)品，并進(jìn)一步提純至一定產(chǎn)品的規(guī)格，還可以使未反應(yīng)的物料得以循環(huán)利用。 判斷在規(guī)定的條件下 反應(yīng)過(guò)程 可能達(dá)到的最高產(chǎn)率，需要借助于熱力學(xué)化學(xué)平衡的理論；而為了判斷在適當(dāng)尺寸的反應(yīng)器中實(shí)際能達(dá)到的產(chǎn)率，則必須依賴于化學(xué)反應(yīng)的速度，即化學(xué)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)。 連續(xù)過(guò)程 與間歇過(guò)程相反，連續(xù)過(guò)程是均勻加入原料，連續(xù)取出產(chǎn)品，設(shè)備內(nèi)各處的物系參數(shù)不隨時(shí)間而變，是一種穩(wěn)態(tài)的操作過(guò)程。 壓力狀況 常壓、負(fù)壓和加壓過(guò)程。 反應(yīng)分子數(shù) 動(dòng)力學(xué)角度 分為 單分子反應(yīng)、雙分子反應(yīng)和個(gè)別的三分子反應(yīng) 反應(yīng)級(jí)數(shù) 動(dòng)力 學(xué)角度 分為 零級(jí)反應(yīng)、一級(jí)反應(yīng)、二級(jí)反應(yīng)和分?jǐn)?shù)級(jí)反應(yīng)等 反應(yīng)熱效應(yīng) 吸熱反應(yīng) 兩類反應(yīng)的熱特性不同，所以，反應(yīng)過(guò)程要求的溫度條件完全不同，使用的反應(yīng)器類型也不同。 反應(yīng)過(guò)程的分類 情況如 表 11： 表 11 反應(yīng)過(guò)程的分類情況 分類依據(jù) 類別 特點(diǎn) 反應(yīng)的特性 反應(yīng)機(jī)理 簡(jiǎn)單反應(yīng) 同一組反應(yīng)物只生成一種特定生成物的反應(yīng)，它不存在反應(yīng)選擇性問(wèn)題 復(fù)雜反應(yīng) 由一組特定反應(yīng)物同時(shí)或接連進(jìn)行幾個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程。 第三節(jié) 化工生產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程 化工生產(chǎn)過(guò)程包括物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)查一查 催化劑 在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中的重要性表現(xiàn)在哪些方面？ 去 反 應(yīng) 器 初級(jí)原料 一級(jí)處理 （達(dá)到化學(xué)要求） 二級(jí)處理 （達(dá)到物理要求） 三級(jí)處理 （達(dá)到加料要求） 原料質(zhì)量指標(biāo) 原料 全分析 原料 配比要求 圖 12 原料路線方案方框圖 鍵。況且脫除雜質(zhì)可能是用一些化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就有可能產(chǎn)生水或其它需要物理方法處理的物質(zhì)。 三 、 原料預(yù)處理 方案的 制定 了解反應(yīng)對(duì)原料的物理的和化學(xué)的要求，提出相當(dāng)具體的指標(biāo) ， 是 確定 原料預(yù)處理 方案的依據(jù) ， 原料預(yù)處理方案確定的另一個(gè)重要資料是原料本身的情況。 處理工藝，提高處理能力。因?yàn)楫吘故窃系念A(yù)處理，不必小題大作。主要有乙醇、丁醇、丙酮、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸、維生素、抗生素、生物農(nóng)藥、飼料蛋白、酶制劑等。 4．精細(xì)化工的主要產(chǎn)品 精細(xì)化工產(chǎn)品是一類加工程度深、純度高、生產(chǎn)批量小、附加值高，其自身具有某種特定功能或能增進(jìn) （ 賦予 ） 產(chǎn)品特定功能的化學(xué)品，也稱作精細(xì)化學(xué)品或?qū)Ｓ没瘜W(xué)品。按用途分，高分子化工產(chǎn)品有塑料、合成橡膠以及橡膠制品、合成纖維、涂料和粘合劑等；按功能分，有通用、特種高分子化工產(chǎn)品。 基本有機(jī)化工產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)制造塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料、粘合劑、精細(xì)化工產(chǎn)品及其中間體的原料，也可以直接作為溶劑、吸收劑、萃取劑、冷凍劑、麻醉劑、消毒劑等。 2．基本有機(jī)化工主要產(chǎn)品 以碳?xì)浠衔锛捌溲苌餅橹鞯耐ㄓ眯突ぎa(chǎn)品，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘 （ 即“三烯、三苯、乙炔、萘” ） 、合成氣等。 1．無(wú)機(jī)化工主要產(chǎn)品 無(wú)機(jī)酸主要有硫酸、硝酸、鹽酸等；常用堿類主要有“兩堿 （ 純堿、燒堿 ） ”；化學(xué)肥料，主要有氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)混肥等；即“三酸、兩堿 ” 與化學(xué)肥料。將這些副產(chǎn)物進(jìn)行回收，提 供給其他生產(chǎn)過(guò)程或部門，我們稱這樣的產(chǎn)品為化工副產(chǎn)品。中間產(chǎn)品一般不能直接應(yīng)用，需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工才能變成可直接利用的產(chǎn)品?；ぎa(chǎn)品中一般都含有原料中的部分原子。 輔助材料 在化工企業(yè)生產(chǎn)中，除必須消耗原料來(lái)生產(chǎn)目的產(chǎn)品外，還要消耗一些輔助材料，通常我們將這些材料與原料一起統(tǒng)稱為原材料。通常是指低碳原子的烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴和合成氣、三酸 （鹽酸、硫酸、硝酸） 、二堿 （氫氧化鈉、碳酸鈉） 、無(wú)機(jī)鹽等。 石油、天然氣、煤都是礦物能源，對(duì)化學(xué)工業(yè)有雙重意義，既是原料，又是能源。 原料在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中是牽一毫而動(dòng)全身的一環(huán) ， 在產(chǎn)品生產(chǎn)成本中原料費(fèi)所占的比例很高，有時(shí)高達(dá) 60～ 70％。 第二節(jié) 化工生產(chǎn)原 料 準(zhǔn)備過(guò)程 生產(chǎn)化工產(chǎn)品的起始物料稱為化工原 料 。 （回收工序） 對(duì)反應(yīng)生成的副產(chǎn)物、未反應(yīng)的原料、溶劑、催化劑等進(jìn)行分離提純、精制處理以利回收使用。 （原料工序）。例如 ： 流體的輸送、傳熱、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、過(guò)濾、破碎等加工過(guò)程。 化學(xué)工序：即以化學(xué)的方法改變物料化學(xué)性質(zhì)的過(guò)程，也稱 單元 反應(yīng)過(guò)程。 第一章 化工生產(chǎn)過(guò)程 第一節(jié) 概 述 化工（化學(xué)工業(yè)）是生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是利用一系列化學(xué)反應(yīng)將自然界存在的天然資源轉(zhuǎn)變成我們所需要的各種各樣的新物質(zhì)的加工過(guò)程。 能力目標(biāo) ? 具有初步的化工生產(chǎn)原料路線的 選擇能力 ； ? 具有對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)的初步能力。 一、 化工生產(chǎn)工序 化工生產(chǎn)是將若干個(gè)單元反應(yīng)過(guò)程、若干個(gè)化工單元操作，按照一 定的規(guī)律組成生產(chǎn)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包括化學(xué)、物理的加工工序。 物理工序：只改變物料的物理性質(zhì)而不改變其化學(xué)性質(zhì) 的操作過(guò)程 ，也稱化工單元操作。但是，一個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程，一般都包括：原料的凈化和預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、產(chǎn)品的分離與提純、三廢處理及綜合利用等。 （分離工序） 反應(yīng)后的物料是由主、副產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料形成的混合物，該工序是將未反 應(yīng)的原料、溶劑、主、副產(chǎn)物分離，對(duì)目的產(chǎn)物進(jìn)行提純精制。 為保證化工生產(chǎn)的正常運(yùn)行，還需要?jiǎng)恿┙o、機(jī)械維修、儀器儀表、分析檢驗(yàn)、安全和環(huán)境保護(hù)、管理等保障和輔助系統(tǒng)。這一點(diǎn)決定了化學(xué)工業(yè)的豐富多彩和強(qiáng)大的生命力。 這些天然資源來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，但經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)加工 以后，就可得到很多、很有價(jià)值的、更方便利用的化工基本原料和化工產(chǎn)品。 化工 基本原料 基本原料是指自然界不存在，需經(jīng)一定加工得到的原料。 由化工基本原料出發(fā)，可以合成一系列化 工中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品。 （二） 化工產(chǎn)品 1． 化工產(chǎn)品概念 原料經(jīng)過(guò)化學(xué)變化和一系列加工過(guò)程所得到的目的產(chǎn)物稱為化工產(chǎn)品。 化工生產(chǎn)過(guò)程中所得到的目的產(chǎn)物在很多情況下是作為下一個(gè)工序的原料，我們把這種產(chǎn)物稱為中間產(chǎn)品。 由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性，一個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程在得到目的產(chǎn)物的同時(shí)，往往會(huì)伴隨著生成幾種非目的產(chǎn)物，即副產(chǎn)物?；ぎa(chǎn)品 種類繁多， 這里根據(jù)化工產(chǎn)品的類屬給出化工生產(chǎn)的主要產(chǎn)品。 元素化合物主要有氧化物、過(guò)氧化物、鹵化物、硫化物、碳化物、氰化物等；單質(zhì)主要有氧、硅、鋁、鐵、鉀、鈉、鎂、磷、氟、溴、碘等。例如，醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯、酐、酰胺、腈以及胺等重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品。 3．高分子化工主要產(chǎn)品 高分子化工產(chǎn)品是通過(guò)聚合反應(yīng)獲得的相 對(duì)分子質(zhì)量高達(dá) 104～ 106 的高分子化合物。 觀察與思考 看一看國(guó)民經(jīng)濟(jì)各 個(gè) 部門的發(fā)展，看一看人 們 的吃、穿、住、行， 你能 感受到 化學(xué)化工的重要性嗎？ 高分子化工產(chǎn)品是一類發(fā)展迅速、用途廣泛的新型材料。 5．生物化工的主要產(chǎn)品 生物化工產(chǎn)品是指采用生物技術(shù)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品。 2． 簡(jiǎn)便可靠的預(yù)處理工藝 通常對(duì)于原料的某一種預(yù)處理要求，有不止一種可供選用的方案，一般不主張搞得太繁雜，步驟不宜多，應(yīng)簡(jiǎn)練實(shí)用可靠，不主張使用復(fù)雜的大型的化工單元過(guò)程。