化工设计 第五章.ppt

化工设计 第五章
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要求（1）确定整个流程的组成
例如 合成氨生产工艺
造气
变换
铜洗
合成
煤或油
水蒸气
己内酰***生三废治理方法。
 (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）。
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二化工过程合成方法
（一）反应过程的合成
首先确定过程性质和输入、输出条件。
性质：连续或间歇（产量、市场需求、操作上特殊要求）
输入条件：进口的原料是否需经预处理（根据杂质的毒性、反应性、量）
输出：确定目的产品和流股数
（反应产品有6个去向：主产品、联产或副产品、低价值的燃料、排空、循环、有害物去三废处理）
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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
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反应器的选型
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：根据若干判据对各个供选择的方案进行淘汰。
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3反应器选型判据：
反应器类型（即反应介质的相态，此为最简单、首先使用的判据）
催化剂失活速度
由反应的浓度效应决定的混合要求
由反应的热负荷和温度效应决定热量传递和温度控制要求
相际传质和化学反应的相对速度
主要工艺参数选择（略）
A
B
C
判据
问题
结论
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（二）分离过程的合成
分离方案数
ABC
AB
C
A
B
ABC
BC
A
B
C
ABC
AB
BC
A
B
C
ABC
A
B
C
ABC
A
B
C
ABC
A
C
B
ABC
A
C
B
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1分离方法选择
探试规则：根据过去的经验和研究对象的热力学性质进行半定量分析所得的结论。
根据探试规则得出的结论不一定是最佳方案，但是它能大幅度减少可能的方案数，从而提高设计速度。
几个名词定义：
分配系数：在平衡状态下某组分在轻相与重相中分子分数的比
分离因子：两个组分分配系数的比例
质量分离剂和能量分离剂：加到分离单元，对所需要的分离做出贡献的组分
次序表：进料各组分按照分配系数递减的次序所排列的表
关键组分：决定分离要求的两个组分
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选择分离方法的探试规则：
（1）选择具有大的分离因子的分离过程
分子性质
受影响的分离过程
分子量
精馏、蒸发
分子形状
吸附、结晶
分子体积
吸附
偶极距、极性
萃取、吸附
分子电负荷
电除法、电除雾
化学活性
化学吸收、反应精馏
（2）尽量避免极端的过程条件
（3）当分离过程需要多个分离级时，应优先选择平衡分离过程而不选择速度控制过程。
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（4）当分离因子相同时，选择能量分离剂而不选择质量分离剂
（5）在选择分离方案时首先考虑采用精馏，精馏具有如下的优点：
a 精馏是一个使用能量分离剂的平衡过程
b 系统内不含固体物料，操作方便
c 有成熟的理论和实践
d 处理产品数量的范围宽
e 常常只需要能位等级很低的分离剂
例 ： 正丁烯、异丁烯混合物欲分离成纯物质，试根据分子性质选择分离方法