化工过程与开发设计总结

第一篇：化工过程与开发设计总结

第一章小结

1、实验室研究的结果是确定一种有希望的反应方法；化工过程开发的结果是实现工业化。

2、化工过程研究与开发的基本方法有实验研究方法和数学模型方法，数学模型方法放大是过程开发研究的方向。

3、化工过程开发包括过程研究及工程研究，研究中要经常交换信息，反复交替展开工作。

4、技术经济观点十分重要，但不是唯一，必须考虑社会效益。第三章 小结

绿色化学及其特点

绿色化学：即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生

特点：绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。绿色化学的核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。清洁生产的定义

清洁生产:是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险性。

概括地说，清洁生产就是低消耗、低污染、高产出，是实现经济效益、社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。

清洁生产的特点

①清洁生产是一项系统工程； ②重在预防和有效性； ③经济性良好； ④与企业发展相适应

第四章

4.4

实验研究的方法论 1 思想模型与理想实验方法 2 科学思维的逻辑方法 3 科学思维的非逻辑方法 4 创造性思维方法 5 数学方法 第五章

化工过程采用的模拟放大方法有：经验放大法、数学模拟法、部分解析法、相似放大法。

逐级经验放大法的基本特征：

①着眼于外部联系，不研究内部规律；

②着眼于综合研究，不试图进行过程分解；

③人为的规定了决策序列。

数学模型方法的一般步骤： ①实验室研究 ②大型冷模实验 ③小型试验

④建立反应器数学模型 ⑤中间试验

数学模型法的基本特征：

①着眼于过程的内部规律，对过程进行分解和综合；

②抓住主要矛盾，忽略次要因素，对过程进行简化； ③在反应工程理论和传递过程理论指导下建立数学模型； ④设计模型来源于实践，又为实践所检验。化学反应器选型原则

（1）工业生产对化学反应器的要求

①有较高的生产强度

②有利于反应选择性的提高

③有利于反应温度的控制

④有利于节能降耗

⑤有较大的操作弹性（2）反应器选型判据 ①确定反应类型

②确定催化剂的失活速度 ③确定反应器的混合要求

④确定热量传递和温度控制要求 ⑤确定反应过程的控制步骤 中间试验分类 1 微型中试 2 部分流程中试 3 全流程中试 4 全规模中试

第六章

技术经济评价的基本内容

1、社会评价

2、技术评价

3、经济评价

4、环境评价

生产能力和销售量

生产能力：即设计产量，一个生产装置在设计时预定的产量。

销售量：是指实际销售出来的产品的量。销售收入和产值

销售收入：是产品作为商品售出后所得的收入。

产值：是指产品的年产量与产品单价的乘积。固定资产投资额与总投资额

为增加固定资产而投入的资金，称为固定资产投资，即固定资金。

总投资额=固定资产投资+流动资金+建设期利息 利润与净利润

毛利（利润）=销售收入-总成本-增值税额

年利润总额=年产品销售收入-年产品销售税金及附加-年总成本费用

净利润=利润-所得税

增值税与所得税 增值税额=（销售收入-原辅材料所耗费用）×增值税率

所得税额=利润总额×所得税税率 时值与现值

时值：资金在使用过程中某一时刻的价值

现值: 按照“折现”的方法计算出来的资金金额。

（1）投资利润率

投资利润率=年利润总额/总投资（2）投资利税率

投资利税率=年利税总额（年平均利税总额）/项目总投资

（3）基准投资利润

第八章

非均相混合物分离方法（1）气固分离（2）液固分离

均相混合物的分离方法（1）液体混合物分离

（2）气体混合物分离

（3）固体混合物分离 原料与工艺路线的选择（1）原料路线的选择 ①技术可行性；

②供需可行性；

③经济合理性；

④资源利用的合理性。

（2）工艺路线的选择 ①原料供应的稳定性 ②经济合理性 ③技术的先进性 ④运行的合理性

以精馏为例说明探试法的应用

M1规则：在所有的分离方法中，优先采用能量分离剂的分离方法，尽量避免使用质量分离剂的方法；

M2规则：精馏分离过程尽量避免使用真空和制冷操作。

D1规则：产品集合中元素最少的分离序列最为有利。

S1规则：首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，S2规则：按组分间分离因子的大小顺序，逐个依次分离。最后处理难分离或分离要求高的组分。

C1规则：首先应分离出含量最多的组分，C2规则：如果组分间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则应选择塔顶和塔底产品等摩尔分离。如果不能进行等摩尔分离，则可选择最容易分离处为切割点。

化工过程开发与设计

化工过程开发是从一个化学新产品、新工艺概念的形成，通过实验室研究、中试放大、工艺设计、技术经济评价等环节，直至付诸工业化的全部过程。1.化工过程开发概论

科学：关于自然、社会和思维的知识体系。

技术：根据自然科学原理和生产实践经验发展成的各种工艺操作方法和技能。研究：钻研、反复探索

开发：开拓、发展、扩张的意思 方法：是解决问题的手段、途径等

1.1

收集材料方法（1）观察、测量（2）情报调研（3）实验、试验（4）模拟 1.1.2

搜集事实材料的方法

1、观察法

2、测量法

3、实验法

4、模拟法 1.1.3

思维加工方法

整理事实材料

建立系统理论

随即搜索性思维

数学处理

化学工艺：凡是运用化学方法改变物质组成、结构，合成新物质的生产过程和技术。化学工业：运用化学工艺生产化学品的产业部门。

化学工程：研究化学工业生产过程中的共同规律，解决规模放大，设计和生产操作的科学。化工过程研究与开发：从一个有关新产品、新技术或新工艺的概念的形成，到科研、设计、建设工厂，从实验室研究过渡到第一套工业规模生产装置，付诸实施的全部过程。化工过程研究与开发的目的：

①产品开发②工艺过程开发 ③工艺改进④应用开发

化工过程开发的基本内容：根据基础理论研究的成果和有关工程资料，按照科学的方法，寻求技术可靠、经济合理的途径来制备该化学品，然后进行扩大试验，评价过程的可行性，设计工业装置，实现工业化。

1.3.1 实验室研究与工业生产的不 ① 原料来源的影响 ② 杂质的积累

③ 传递规律变化 1.3.2 化工过程开发的特点

（1）原料、生产方法和产品的多样性和化工开发的多方案性

（2）化工过程开发要十分重视能量和资源的充分利用

（3）环境保护和过程安全是化工过程开发中必须重视的问题

（4）在化工过程开发中技术经济观点十分重要 1.3.3 放大是化工过程开发的核心 1.4 化工过程开发的基本方法 1.4.1 实验研究方法

1.4.2 数学模型方法

数学模型方法放大是过程开发研究中的一个重要方向。1.5 化工过程开发的主要步骤

化学实验

小型工艺实验

大型冷模实验

中间实验

概念设计

多级经济评价

基础设计 过程研究

工程研究

工程设计 第一章

化工过程开发概论

从以上案例中得到如下三点启迪： 产品的经济效益与社会效益是推进研究与开发的巨大动力；

逐级放大的开发过程，化工过程开发经历了实验室小试、模试、中试与工业规模四个阶段； 正确的理论指导是开发工作成功的捷径。小

结

了解化工过程开发的内容、特点、方法、步骤，掌握一些基本观点。

1、实验室研究的结果是确定一种有希望的反应方法；化工过程开发的结果是实现工业化。

2、化工过程研究与开发的基本方法有实验研究方法和数学模型方法，数学模型方法放大是过程开发研究的方向。

3、化工过程开发包括过程研究及工程研究，研究中要经常交换信息，反复交替展开工作。

4、技术经济观点十分重要，但不是唯一，必须考虑社会效益。

3、绿色化学与技术

3.1

绿色化学及其特点

绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

绿色化学即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。3.1

绿色化学及其特点

绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。绿色化学的核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。3.2.3 最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质 3.2.4 设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性 3.2.5 尽量不用辅助剂而须使用也应采用无毒无害物质

辅助物质可定义为能帮助处理和操作的化学品，但又不构成目标分子的物质。

选择环境友好的反应介质是绿色化学研究的一个重要方面。几种清洁的辅助剂

1.采用超临界流体2.水作溶剂3.固定化溶剂4.无溶剂反应 3.2.6 能量使用应最小并应考虑其对环境及经济的影响 3.2.7 最大限度地使用可更新原料 3.2.8 尽量避免不必要的衍生步骤

（1）保护基团（2）暂时改性（3）加入官能团提高反应选择性 3.2.9

催化试剂优于化学计量试剂

催化剂的作用：

1.提高选择性

2.降低能耗

催化剂的正确选择，对合成化学反应速度、反应的选择性和转化率，以及减少或消除产生副产物等有重要影响。无毒无害和高效催化剂的研究和开发是绿色化学的一个重要研究方向。3.2.10

化学品应设计成使用后容易降解为无害物质

3.2.11

分析方法应能实现在线监测并在有害物质形成前加以控制 3.2.12

化工过程物质的选择与使用应使化学事故的隐患最小 3.2 绿色化学原理

从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展； 从环境观点看，绿色化学是从源头消除污染； 从经济观点看，绿色化学合理利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。

3.3.4

可同时防止与解决污染问题的化学技术 3.3.5

无溶剂反应与无溶剂分离技术

无溶剂反应：熔融态反应、等离子气体反应、纯的固体支撑反应等。3.3.6

能源相关的研究 3.3.7

非共价键衍生物

3.3.8

无害介质水中的反应

3.3.9

超临界CO2作为绿色溶剂的利用 3.3.1 0

毒性与化学品设计中的计算机应用 3.3.11

可持续性分析

3.3.1 2

原子经济性反应的开发 3.4.1

生物工程技术

现代生物技术包括五大工程：（1）基因工程（遗传工程）（2）细胞工程（3）酶工程（4）微生物工程（发酵工程）（5）生物化学工程

（1）基因工程（遗传工程）将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程在20世纪取得了很大的进展： 一是转基因动植物，二是克隆技术

（2）细胞工程

按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种。

（3）酶工程

酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。

（4）微生物工程（发酵工程）

是利用微生物发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质，或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。

（5）生物化学工程

生物化学工程就是采用化学工程的技术和方法，设计制造最优化的生物发酵设备、生化反应器，以及与其配套的自动控制装置，还包括发酵产物、生化反应产物的分离提纯。

3.4.4

新型绿色催化技术 3.4.5

超临界流体技术

（1）超临界CO2技术

超临界CO2萃取的特点决定了其应用范围十分广阔 ,具体应用可以

分为以下几个方面：

a、从药用植物中萃取生物活性分子，生物碱萃取和分离；

b、用于类脂脂类回收，或从配糖和蛋白质中去除类脂脂类；

c、从多种植物中萃取抗癌物质，特别是从红豆杉树皮和枝叶中获得紫杉醇防治癌症；

d、维生素，主要是维生素E的萃取；

e、对各种活性物质（天然的或合成的）进行提纯，除去不需要分子（比如从蔬菜提取物中除掉杀虫剂）或“渣物”以获得提纯产品；

f、对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如百里香、蒜、洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。

（1）超临界水技术

最有应用前景的领域是废弃聚合物的资源以及有毒有害物质的处理。3.4.6

传统工艺中的新技术（1）电结晶（2）反应萃取（3）反应精馏 3.5.1、清洁生产的定义

清洁生产是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险性。

概括地说，清洁生产就是低消耗、低污染、高产出，是实现经济效益、社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。

3.5.2、清洁生产的内容

清洁生产主要体现在：

①尽量使用低污染、无污染的原料，替代有毒有害的原料；

②采用清洁高效的生产工艺，使物料能源高效益地转化成产品，减少有害于环境的废物量，对生产过程中排放的废物实行再利用，做到变废为宝、化害为利；

③向社会提供清洁的产品，这种产品从原材料提炼到产品最终的整个生命周期中，要求对人体和环境不产生污染危害或将有害影响减少到最低限度；

④在商品使用寿命终结后，能够便于回收利用，不对环境造成污染或潜在威胁；

⑤完善的企业管理，有保障清洁生产的规章制度和操作规程，并监督其实施。同时建设一个整洁、优美的厂容、厂貌；

⑥要求将环境因素纳入计划和所提供的服务中。3.5.3

清洁生产的特点

①清洁生产是一项系统工程； ②重在预防和有效性；

③经济性良好；④与企业发展相适应。

3.5.4 实施清洁生产的途径

①在产品设计和原料选择时以保护环境为目标，不生产 有毒有害的产品，不使用有毒有害的原料，以防止原料及产品对环境的危害；

②改革生产工艺，更新生产设备，尽可能提高每一道工序的原材料和能源的利用率，减少生产过程中资源的浪费和污染物的排放；

③建立生产闭合圈，废物循环利用； ④加强科学管理。小结

1、熟悉绿色化学的十二条原则及特点；

2、了解绿色化学的研究动向及绿色化学技术；

3、掌握清洁生产的定义、特点，了解其实施途径。4.2.2

实验

实验能将研究对象置于严格控制条件之下，把自然过程加以简化和纯化，排除各种偶然、次要因素和外界的干扰，使对象的某种属性或联系以纯粹的形式呈现出来；实验可以在特殊条件下强化研究对象，以揭示研究对象的变化规律或本质；实验可以通过一定手段，使对象的属性及其变化过程重复出现。实验可以模拟研究对象的运动过程，从而认识对象的性质，对那些无法进行直接实验的对象，运用模拟方法可间接进行实验研究。4.2.3

实验分类

（1）预实验（2）系统实验

严格按照“规划-实验及记录-分析整理-报告”的基本程序工作。

4.4.1 思想模型与理想实验方法

4.4.2 科学思维的逻辑方法

4.4.3 科学思维的非逻辑方法

4.4.4 创造性思维方法

4.4.5 数学方法

4.5.1

实验室常见事故的预防和处理

（1）火灾的预防和灭火

预防火灾的发生必须注意：

①实验装置安装一定要正确，操作必须规范；②在使用和处理易挥发、易燃溶剂时不可存放在敞口容器中，要远离火源；

③实验室内不能存放大量易燃物；

④要经常检查煤气开关、煤气橡皮管及煤气灯是否完好。

灭火应注意：

一旦失火，首先采取措施防止火势蔓延，应立即熄灭附近所有火源(如煤气灯)，切断电源，移开易燃易爆物品。并视火势大小，采取不同的扑灭方法。

(a)对在容器中(如烧杯、烧瓶，热水漏斗等)发生的局部小火，可用石棉网、表面皿或木块等盖灭。

(b)有机溶剂在桌面或地面上蔓延燃烧时，不得用水冲，可撒上细沙或用灭火毯扑灭。

(c)对钠、钾等金属着火，通常用干燥的细沙覆盖。严禁用水和CCl4灭火器，否则会导致猛烈的爆炸，也不能用CO2灭火器。

(d)若衣服着火，切勿慌张奔跑，以免风助火势。化纤织物最好立即脱除。一般小火可用湿抹布，灭火毯等包裹使火熄灭。若火势较大，可就近用水龙头浇灭。必要时可就地卧倒打滚，一方面防止火焰烧向头部，另外在地上压住着火处，使其熄火。

(e)在反应过程中，若因冲料、渗漏、油浴着火等引起反应体系着火时，情况比较危险，处理不当会加重火势。扑救时必须谨防冷水溅在着火处的玻璃仪器上，必须谨防灭火器材击破玻璃仪器，造成严重的泄漏而扩大火势。有效的扑灭方法是用几层灭火毯包住着火部位，隔绝空气使其熄灭，必要时在灭火毯上撒些细沙。若仍不奏效，必须使用灭火器，由火场的周围逐渐向中心处扑灭。

（2）爆炸事故的预防

①仪器装置应安装正确，常压或加热系统一定要与大气相通；

②在减压系统中严禁使用不耐压的仪器；

③在蒸馏醚类化合物之前，一定要检查并除去有机过氧化物后，再蒸馏，切勿蒸干；

④在使用易燃易爆物如氢气、乙炔等要特别小心，必须严格按照实验规定操作；

⑤有些化合物因反应过于激烈会使体系热量和气体体积突然猛增而发生爆炸，对这类反应，应严格控制加料速度，并采取有效的冷却措施，使反应缓慢进行。

（3）中毒事故的预防

一切有可能产生毒性蒸气的工作必须在通风橱中进行，并有良好的排风设备。不能用手直接接触药品，不能在实验室吃东西。从事有毒工作必须穿工作服，防护面具，处理完毕后方能离开。每次实验必须清洁消毒桌面，并彻底洗手等。（4）化学灼伤

①酸灼伤：皮肤灼伤可用5%的碳酸氢钠溶液洗涤，眼睛灼伤可用1%的碳酸氢钠溶液清洗；

②碱灼伤：皮肤灼伤用1-2%醋酸溶液洗涤，眼睛灼伤用1%硼酸溶液清洗。（5）割伤和烫伤

接装玻璃管时，注意割伤，带线手套，或用毛巾垫着操作。烫伤后切勿用水冲洗，一般可在伤口处擦烫伤膏或用浓锰酸钾溶液擦至皮肤变为棕色，再涂上凡士林或烫伤药膏。

4.5.2

实验室安全用电

（1）保护接地和保护接零

（2）实验室用电的导线选择

4.6.1

常用玻璃仪器及其清洗干燥

（1）实验室常用玻璃仪器（2）清洗仪器（3）仪器的干燥

4.6.2

加热与冷却

（1）空气浴加热

这种加热方式较猛烈，不十分均匀，因而不适合于低沸点易燃液体的回流操作，也不能用于减压蒸馏操作。

（2）水浴

与空气浴加热相比，水浴加热均匀，温度易控制，适合于低沸点物质回流加热。

（3）油浴

常用的油浴浴液有石蜡油、硅油、真空泵油或一些植物油。

（4）砂浴

通常将细砂装在铁盘中，把反应容器半埋在砂中，并保持其底部留有一层砂层，以防局部过热。

（5）致冷方法

可以将反应容器浸没在冷水中或冰水中； 如果水对反应无影响，还可以将冰块直接投入到反应容器中进行冷却。如果需要更低的温度(低于0℃)，可以采用冰—盐混合物作冷却剂。

4.6.3

干燥

干燥方法可分为物理方法和化学方法

常见的物理方法有风干、加热、吸附、分馏、共沸蒸馏、超临界干燥等，也可采用离子交换树脂或分子筛、硅胶除水。

化学方法除水主要是利用干燥剂与水分发生可逆或不可逆反应来除水。

液体有机化合物的干燥

选择合适干燥剂的原则是：不与被干燥化合物发生化学反应；不溶解于该化合物；吸水量较大，干燥速度较快，并且价格低廉。

固体化合物的干燥 ：自然晾干

烘干

干燥器中进行干燥

4.6.4 重结晶

重结晶就是用少量溶剂使含有杂质的晶体溶解，然后再进行蒸发和结晶。

进行重结晶最关键的是选择合适的溶剂。

进行重结晶的溶剂必须具备以下条件：

(1)不与被提纯物质起化学反应。

(2)在较高温度时被提纯物质的溶解度较大，而在室温或更低的温度时溶解度很小。

(3)对杂质的溶解度非常大或非常小（前一种情况是使杂质留在母液中，不随被提纯物晶体一同析出，后一种情况是使杂质在热过滤时被滤去）。

(4)溶剂容易蒸发，易与晶体分离除去。

(5)经济、安全、毒性小、易回收。重结晶的步骤：

（1）将需要纯化的固体溶解于沸腾或接近沸腾的适宜溶剂中；（2）将热溶液趁热抽滤，以除去不溶的杂质；（3）将滤液冷却，使结晶析出；

（4）滤出结晶，必要时用适宜的溶剂洗涤结晶。

注意事项：

（1）若使用易挥发的有机溶剂，一般都要采用回流装置如果所选溶剂是水，则可以不用回流装置。

（2）在采用易挥发溶剂时通常要加入过量的溶剂，以免在热过滤操作中，因溶剂迅速挥发导致晶体在过滤漏斗上析出。

（3）溶液中若含有色杂质，可以用活性炭来处理。

（4）热过滤操作是重结晶过程中的另一个重要的步骤。热过滤前，应将漏斗事先充分预热。热过滤时操作要迅速，以防止由于温度下降使晶体在漏斗上析出。

（5）热过滤后所得滤液应让其静置冷却结晶。如果滤液中已出现絮状结晶，可以适当加热使其溶解，然后自然冷却，这样可以获得较好的结晶。4.6.5

升华

利用升华不仅可以分离具有不同挥发度的固体混合物，而且还能除去难挥发的杂质。

升华的操作步骤：

将待升华物质研细后置放在蒸发皿中，然后用一张扎有许多小孔的滤纸覆盖在蒸发皿口上，并用一玻璃漏斗倒置在滤纸上面，在漏斗的颈部塞上一团疏松的棉花(参见图)。

注意事项：

(1)待升华物质要经充分干燥，否则在升华操作时部分有机物会与水蒸气一起挥发出来，影响分离效果。

(2)在蒸发皿上覆盖一层布满小孔的滤纸，主要是为了在蒸发皿上方形成一温差层，使逸出的蒸气容易凝结在玻璃漏斗壁上，提高物质升华的收率。必要时，可在玻璃漏斗外壁上敷上冷湿布，以助冷凝。

(3)为了达到良好的升华分离效果，最好采取砂浴或油浴而避免用明火直接加热，使加热温度控制在待纯化物质的三相点温度以下。如果加热温度高于三相点温度就会使不同挥发性的物质一同蒸发，从而降低分离效果。

4.6.6

蒸馏

蒸馏操作就是利用不同物质的沸点差异对液态混合物进行分离和纯化。

（1）普通蒸馏

有时，在有机反应结束后，需要对反应混合物直接蒸馏，此时，可以将三口烧瓶作蒸馏瓶组装成蒸馏装置直接进行蒸馏。注意事项：

①蒸馏烧瓶大小的选择依待蒸馏液体的量而定。通常，待蒸馏液体的体积约占蒸馏烧瓶体积的1/3～2/3。

②当待蒸馏液体的沸点在140℃以下时，应选用直形冷凝管；沸点在140℃以上时，就要选用空气冷凝管，若仍用直形冷凝管则易发生爆裂。

③如果蒸馏装置中所用的接引管无侧管，则接引管和接受瓶之间应留有空隙，以确保蒸馏装置与大气相通。否则，封闭体系受热后会引发事故。

④沸石是一种带多孔性的物质，如素瓷片或毛细管。当液体受热沸腾时，沸石内的小气泡就成为气化中心，使液体保持平稳沸腾。如果蒸馏已经开始，但忘了投沸石，此时千万不要直接投放沸石，以免引发暴沸。正确的做法是，先停止加热，待液体稍冷片刻后再补加沸石。

⑤蒸馏低沸点易燃液体(如乙醚)时，千万不可用明火加热，此时可用热水浴加热。在蒸馏沸点较高的液体时，可以用明火加热。明火加热时，烧瓶底部一定要置放石棉网，以防因烧瓶受热不匀而炸裂。

⑥无论何时，都不要使蒸馏烧瓶蒸干，以防意外。（2）水蒸气蒸馏

将水蒸气通入不溶于水（或难溶于水）的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出，这个操作过程称为水

水蒸气蒸馏常用于下列几种情况：

①在常压下蒸馏易发生分解的高沸点有机物；

②含有较多固体的混合物，而用一般蒸馏、萃取或过滤等方法难以分离；

③混合物中含有大量树脂状的物质或不挥发性杂质，采用蒸馏、萃取等方法也难以分离。

注意事项：

①水蒸气发生器与烧瓶之间的连接管路应尽可能短，以减少水蒸气在导人过程中的热损耗。

②导入水蒸气的玻璃管应尽量接近圆底烧瓶底部，以利提高蒸馏效率。

③在蒸馏过程中，如果有较多的水蒸气因冷凝而积聚在圆底烧瓶中，可以用小火隔着石棉网在圆底烧瓶底部加热。

④停止蒸馏时，一定要先打开T形管，然后停止加热。如果先停止加热，水蒸气发生器因冷却而产生负压，会使烧瓶内的混合液发生倒吸。

减压蒸馏尤其适合于蒸馏那些沸点高、热稳定性差的有机化合物。

（3）减压蒸馏

注意事项

①在减压蒸馏装置中，从克氏蒸馏头直插蒸馏瓶底的是末端如细针般的毛细管，它起到引入气化中心的作用，使蒸馏平稳。如果蒸馏瓶中装入磁力搅拌子，在减压蒸馏过程中，开启磁力搅拌器，也可保持平稳蒸馏，这样就不必安装毛细管。

②打开油泵后，要注意观察压力计。如果发现体系压力无多大变化，或系统不能达到油泵应该达到的真空度，那么就该检查系统是否漏气。如果是蒸馏装置漏气，可以在蒸馏装置的各个连接部位适当地涂一点真空脂，并通过旋转使磨口接头处吻合致密。若在气体吸收塔及压力计等其他相串连的接合部位漏气，可涂上少许熔化的石蜡，并用电吹风加热熔融(或涂上真空脂)。检查完毕，即可按实验方法所述程序开启油泵。

③减压蒸馏时，一定要采取油浴(或水浴)的方法进行均匀加热。一般浴温要高出待蒸馏物在减压时的沸点30℃左右。

④使用油泵时，应注意防护与保养，不可使水分、有机物质或酸性气体侵入泵内，否则会严重降低油泵的效率。

⑤图为封闭式水银压力计，常用于测量减压系统的真空度。其两臂汞面高度之差即为减压系统的真空度。使用时应当注意，当减压操作结束时，要小心旋开安全瓶上的双通旋塞，让气体慢慢进入系统，使压力计中的水银柱缓缓复原，以避免因系统内的压力突增使水银柱冲破玻璃管。

（4）共沸蒸馏

共沸蒸馏是指向被分离混合液中有目的的加入一种组分，此组分能与被分离混合物中的某一个或几个成分形成具有最低沸点的共沸物，从而使其它的成分的沸点增大，共沸物很容易从体系中蒸出来。（5）分子蒸馏

分子蒸馏的分离作用就是利用液体分子受热会从液面逸出,而不同种类分子逸出后其平均自由程不同这一性质来实现的。

分子蒸馏装置从结构上大致可分为3 大类:一是降膜式,二是刮膜式,三是离心式。

分子蒸馏技术的特点：

操作温度低

蒸馏压强低

受热时间短

分离程度高

分馏和精馏的区别：

在分馏操作中，分馏的分离要求一般并不严格（否则就是精馏了），分馏塔一般理论板数不多，操作时回流比也较小。

精馏塔一般以从塔顶或塔底分离得到较高质量的产品为目的，一般理论板数相对较多，操作时回流比也有严格要求。简单说，精馏一般是高收率地分离得到较高质量的产品的重要手段，而分馏一般是产品精制前的预处理工序，只有在产品质量要求不高或杂质与产品的沸点差很大的条件下，分馏才能作为得到产品的手段。

4.6.8

萃取

用溶剂从固体或液体混合物中提取所需要的物质，这一操作过程就称为萃取。

萃取是利用同一种物质在两种互不相溶的溶剂中具有不同溶解度的性质。

(1)液—液萃取

用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分。一般来讲，选择萃取剂的基本原则是：对被提取物质溶解度较大；与原溶剂不相混溶。

(2)液—固萃取

利用样品中被提取组分和杂质在同一溶剂中具有不同溶解度的性质进行提取和分离。

（3）超临界流体萃取

超临界流体萃取过程的实质是通过改变流体的密度以改变流体的溶解能力，从而实现物质的萃取和分离。

萃取过程之后，可以通过降低超临界流体的密度来选择性地使萃取物在分离器中分离出来。实施此分离，一般有三种调节方法：①恒压升温，②恒温降压，③降压升温。

4.6.9 离子交换分离法

定义：利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。原理：离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。

分离形式：柱分离，电渗析隔膜，离子交换色层，离子交换纤维薄层。

特点：吸附的选择性高，适应性强，处理对象广，分离容易，使用设备简单。

应用：离子交换法分离对象广，几乎所有无机离子以及许多结构复杂性质相似的有机化合物都适用。

离子交换剂的分类：无机及有机两大类。离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物，网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可被交换的活性基团。

离子交换树脂的分类：

最常用的分类是依据树脂离子交换功能团分类。主要可分为：

（1）强酸性阳离子交换树脂（2）弱酸性阳离子交换树脂

（3）强碱性阴离子交换树脂（4）弱碱性阴离子交换树脂

离子交换分离操作： 树脂的选择和处理——装柱——交换——洗脱——树脂再生

4.6.10 膜分离

“膜分离”的定义：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。

利用具有选择透过性的薄膜,以及外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分体系进行分离,分级,提纯或富集。“膜”的定义：

如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。

膜的种类繁多，大致可以按以下几方面对膜进行分类：

①从材料来源上，可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜；

②根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜；

③按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。

④根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体渗透膜等。

⑤根据固体膜的形状，可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔的核径蚀刻膜，简称核孔膜等。近几十年来，反渗透、超滤、微滤、电渗析、气体膜分离、无机膜分离、液膜分离等都取得很多新的进展。

各种膜分离过程简介

1)、反渗透

反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质。反渗透膜均用高分子材料制成，已从均质膜发展至非对称复合膜，膜的制备技术相对比较成熟。

2)超滤

应用孔径为10?到200?(1? ＝10-10m)的超过滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。

超滤膜一般由高分子材料和无机材料制备，膜的结构均为非对称的。

3)微滤

微滤与超滤的基本原理相同，它是利用孔径大于0.02μm直到l0μm的多孔膜来过滤含有微粒或菌体的溶液。4)渗析

是利用多孔膜两侧溶液的浓度差使溶质从浓度高的一侧通过膜孔扩散到浓度低的一侧从而得到分离的过程。5)电渗析

是基于离子交换膜能选择性地使阴离子或阳离子通过的性质，在直流电场的作用下使阴阳离子分别透过相应的膜以达到从溶液中分离电解质的目的。6)气体膜分离

气体膜分离是利用气体组分在膜内溶解和扩散性能的不同，即渗透速率的不同来实现分离的技术 7)渗透汽化

渗透汽化也称渗透蒸发，它是利用膜对液体混合物中组分的溶解和扩散性能的不同来实现其分离的新型膜分离过程。8)其它膜分离过程

其它膜分离过程尚有：膜蒸馏、膜萃取、膜分相、支撑液膜、生物膜分离等。4.6.11 色谱法

色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。

（1）薄层色谱法

吸附薄层色谱法

原理：组分在薄层板上吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的过程。

利用吸附系数不等实现分离。

最理想的Rf值为0.4～0.5，良好的分离Rf值为0.15～0.75，如果Rf值小于0.15或大于0.75则分离不好，就要调换展开剂重新展开。

未知物与已知物（标准物质）在相同条件下进行展开比较Rf值可提供定性依据。

定量方法

间接定量：将薄层分离后物质斑点定量地洗脱下来，再对洗脱液定量。

直接定量

斑点面积测量——用透明纸覆盖在薄层表面，描出斑点界限，然后测量其面积。

目测法——比较系列标准与样品的斑点面积大小、颜色深浅，得到样品的含量范围。

薄层仪扫描定量（2）柱色谱（3）气相色谱

气固色谱固定相通常是具有一定活性的固体吸附剂细小颗粒，常见的有：活性炭，三氧化二铝，硅胶，分子筛，高分子多孔微球（GDX系列）等。

气液色谱固定相是以一种惰性固体微粒作支持剂（称其为担体或载体），在其表面涂敷上一高沸点的物质（其在色谱分离操作温度下呈液态，称其为固定液）而构成。

4.6.12 红外光谱

主要用来迅速鉴定有机化合物的官能团及通过与红外标准光谱对照来确定化合物的结构。

4.6.13 核磁共振谱

用于准确地测定分子中不同氢原子的位置及数目，并可对照核磁共振标准谱来确定化合物的结构。

4.6.14

催化剂反应性能的测试方法

催化剂反应性能测试目的：

①催化剂常规质量控制检验

②快速筛选大量催化剂 ③更详尽的比较几个催化剂 ④测定特定反应的机理 ⑤测定在特定催化剂上反应的详尽动力学⑥模拟工业反应条件下催化剂的连续长期运转 催化剂四个最重要性能：

①活性

②选择性

③寿命

④价格

催化剂活性测定的方法：

流动法

微量催化色谱法

流动法：流动法测定活性时，将反应物以一定的空速通过填充催化剂的反应器，然后分析反应后产物的组成，或者在某些情况下，分析一种反应物或一种反应产物。催化剂活性测定的方法：

微量催化色谱法：利用色谱分析法的原理研究催化剂的活性和催化反应动力学的方法。脉冲微量催化色谱法： 每隔一定时间向反应器中加入反应物，因而催化剂层中的化学反应是周期性的以脉冲的形式进行的，然后连接色谱仪进行分析。稳定流动微量催化色谱法：采用微型反应器的一般流动法的反应系统，反应器隔着取样器和分析系统相连。

除上述介绍的方法外，还有流动循环法、沸腾床技术和静态法等 4.6.15

X射线衍射技术

X射线是一种波长很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光，照相乳胶感光、气体电离。4.6.16 热分析技术

热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。

物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等。差热分析法（DTA）

应用范围：熔化及结晶转变、氧化还原反应、裂解反应等的分析研究，主要用于定性分析。

差示扫描量热法（DSC）

应用范围：分析研究范围与DTA大致相同，但能定量测定多种热力学和动力学参数，如比热、反应热、转变热、反应速度和高聚物结晶度等。热重法（TG）

应用范围：沸点、热分解反应过程分析与脱水量测定等，生成挥发性物质的固相反应分析、固体与气体反应分析等。4.6.17 电子显微镜法

电子显微镜基本分为两种类型：

透射电子显微镜，扫描电子显微镜。

透射电镜是透射成像，图像是二维的，靠欠焦形成一定的图像反差。

扫描电镜是反射成像，图像是三维的，有很好的立体感，但分辨率低于透射电镜，目前指标分辨率可以达到3个纳米。

4.6.18电子能谱法

电子能谱分析法是采用单色光源（如X射线、紫外光）或电子束去照射样品，使样品中电子受到激发而发射出来，然后测量这些电子的产额（强度）对其能量的分布，从中获得有关信息的一类分析方法。

4.6.19 常用测量技术

（1）温度测量

温度的测量方法分为接触式、非接触式测量。

实验室常用的有玻璃温度计、热电阻温度计、热电偶温度计等。

（2）压力测量

压力测量装置简称压力计或压力表，按转换原理的不同，可以分为液柱式压力计、弹性压力计和电气压力计等。

弹性压力计是利用弹性元件受压后所产生的弹性变形来测量压力。它包括弹簧管压力计、波纹管压力计和薄膜式压力计。

压力表量程应根据稳定压力为表量程上限的1/3-3/4来选择，交变压力不大于2/3量程上限来选择。

（3）气体流量的测量技术

①转子流量计

②皂膜流量计

③毛细管流量计

4.7 实验优选和数据处理

优化法：通过少量次数的实验并根据实验结果的比较，来迅速找出使某种指标最优的有关因素值的方法。

4.7.1 单因素实验优选

步骤：①确定评定结果好坏的方法和影响指标的主要因素；

②确定实验范围；

③进行实验；

④实验结果分析；

⑤进行下一轮实验，结果分析，直至得到满意结果；

⑥如果发现3-5个实验点对指标的改变并不大，可认为在实验范围内该因素不是主要影响因素，不必继续对该因素进行研究。

（1）平分法（中点取点）

作法：每次实验点都取在实验范围的中点，即中点取点法。

适用情况：适用于预先已了解所考察因素对指标的影响规律，能从一个试验的结果直接分析出该因素的值是取大了或取小了的情况。即每做一次实验，根据结果就可确定下次实验方向的情况，这无疑使平分法应用受到限制。

（2）黄金分割法（0.618法）

适用情况：实验中指标函数为单峰函数。

步骤：

①确定实验范围

②选实验点

③根据“留好去坏”的原则对实验结果进行比较，留下好点，从坏点处将实验范围去掉，从而缩小了实验范围；

④在新实验范围内按0.618、0.382的特殊位置再次安排实验点，重复上述过程，直至得到满意结果，找出最佳点。分数法具体作法分两种情况：

①所有可能进行的实验总次数m=Fn-1；则前两个实验点分别放在Fn-1和Fn-2位置上；此时，可在实验范围两端增加虚点，人为使实验个数达到Fn-1。分数法的特点：

1)具体搜索步骤与前述0.618法基本一致，所不同之处仅仅是选的实验点位置是分数，且要求预先给出实验总次数。

2)在实验点能取整数时，或由于某种条件限制只能做几次实验时，或由于某种原因，实验范围由一些不连续的、间隔不等的点组成或实验点只能取某些特定值时，利用分数法安排实验更为有利、方便。

3)适合于单峰函数

通过数学计算可知，经过同样次数的分割

后，分数法的缩减速度比0.618法快，当N很大时，分数法比0.618法效率高17%。

4.7.2 正交试验设计法

正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。

它是从试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。

正因为正交试验是用部分试验来代替全面试验的，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂

正交表的基本性质：（1）正交性

①任一列中，各水平都出现，且出现的次数相等

②任两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且出现的次数相等（2）代表性

①任一列的各水平都出现，使得部分试验中包括了所有因素的所有水平；

②任两列的所有水平组合都出现，使任意两因素间的试验组合为全面试验。（3）综合可比性

任一列的各水平出现的次数相等；任两列间所有水平组合出现次数相等，使得任一因素各水平的试验条件相同。这就保证了在每列因素各水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。正交表的选择原则：在能够安排下试验因素和交互作用的前提下，尽可能选用较小的正交表，以减少试验次数。

所谓表头设计，就是把试验因素和要考察的交互作用分别安排到正交表的各列中去的过程。在不考察交互作用时，各因素可随机安排在各列上；若考察交互作用，就应按所选正交表的交互作用列表安排各因素与交互作用，以防止设计“混杂”。小

结

一、了解实验室工作的一般程序及实验室研究的方法论。

二、掌握实验室常用的基础实验技术（原理）。

三、熟悉单因素实验优化及多因素实验优化中的正交实验设计及均匀试验设计。5

化工过程放大

一个新的化工过程能否在工业上得到实施、完成开发的时间长短、达到的水平如何，从技术上看，关键的问题依次是：（1）是否开发出高效催化剂；

（2）是否具有可靠的放大技术，特别是化学反应器的放大技术；（3）是否具有工业化过程要求的材料；（4）能否选购或制造出过程所需设备；（5）是否具有合适的计量与检测技术。

化工过程放大是科学理论与实践经验相结合，质和量相结合的工程科学问题。5.1.1 基本概念

在未充分认识放大规律之前，因过程规模变大所引起的指标不能重复的现象称为放大效应。

从小型装置过渡到大型装置，下列条件的差别非常重要：

①装置的形状； ②装备的几何尺寸

③操作模式； ④装置的结构与材料；⑤散热问题；⑥边壁和终端效应。

5.1.2 反应过程放大基本方法

化工过程采用的模拟放大方法有：经验放大法、数学模拟法、部分解析法、相似放大法。一般来讲，分离过程理论比较成熟，在取得可靠的平衡数据后，就可以用现有的数学模型直接放大到工业装置。而反应过程比较复杂，除化学反应的规律外，同时还受到传递过程因素的影响，故只有少数简单的可用数学模型法，现在大多还采用经验放大法和部分解析法。相似放大法主要应用在单元操作设备的放大中。5.1.2.1 逐级经验放大

是从实验室规模的小试开始，逐级放大到一定规模实验的研究，最后将模型研究结果放大到生产装置的规模。基本特征：

①着眼于外部联系，不研究内部规律；

②着眼于综合研究，不试图进行过程分解；

③人为的规定了决策序列。

5.1.2.2 数学模型方法

化工过程的数学模型可以将实验装置、中试装置，甚至大型生产装置的测试数据，通过数学回归，获得纯经验的数学关系，这就是经验模型；从化工过程的机理推导，并经实验验证的过程数学模型，即机理模型。如何对过程进行合理简化，是建立数学模型的关键问题。

数学模型方法的一般步骤：

①实验室研究（研究化学反应特征）

主要任务：测定反应动力学、热力学的特征规律及其参数； 研究目的：掌握过程的内在规律；

要尽可能的排除外界因素对研究对象的影响。②大型冷模实验（研究传递过程的特征）

冷模实验：在没有化学反应参与的情况下，专门考察设备内物料的流动与混合，以及传热、传质等物理过程规律的实验。

目的：是研究化学反应属性，了解反应器形式和结构对于反应过程的影响。③小型试验

目的：考察物理过程对化学反应的影响、工业原料的影响及工艺条件框架等。

④建立反应器数学模型

当可用数学方法将两种规律予以综合，就形成数学模型 ⑤中间试验（检验数学模型的等效性）

按上述步骤取得的数学模型是否能够模拟实际生产过程，还有待于通过实践检验。因此应建立试装置进行中试，以检验数学模型与实际过程的等效性。数学模型法的基本特征：

①着眼于过程的内部规律，对过程进行分解和综合；

②抓住主要矛盾，忽略次要因素，对过程进行简化； ③在反应工程理论和传递过程理论指导下建立数学模型； ④设计模型来源于实践，又为实践所检验。

与逐级经验放大法相比，数学模型法有许多优点：可以实现高倍数放大，缩短开发周期，减少人力和物力的消耗，但建立可靠的数学模型比较困难。该方法的科学性和优点决定了它是今后化工过程开发技术发展的方向。5.2.1 传递过程

5.2.1.1 动量传递过程——返混和不均匀流动返混：在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合。不均匀流动：是流体流动时呈现的速度分布不均匀。返混的特点：

（1）返混是不同时刻进入反应器的物料间的混合，它起因于空间的反向运动和不均匀流动。

（2）返混造成两种后果

①改变了反应器内的浓度分布； ②造成物料的停留时间分布；（3）返混的利弊取决于反应的动力学特征。

（4）限制返混的措施主要是分割——横向分割和纵向分割。

5.2.1.2

质量传递过程 传质的特点：

（1）传质是非均相反应过程伴生的现象，起因于反应物从非反应相向反应相的传递。（2）传质造成的后果是：实际反应场所的反应物浓度下降，产物浓度上升，与返混的后果有相同之处。

（3）传质影响的表示方法（4）传质影响程度 5.2.1.3

热量传递过程 传热的特点：

（1）传热是由反应热效应派生出来的问题，（2）传热问题有尺度之分——分为颗粒尺度上的传热和反应器尺度上的传热。

（3）在放热反应中，由于放热曲线的非线性，造成反应器的多态操作问题。如飞温、着火、熄火现象，使传热问题的影响更为严重。

（4）反应放热时，定态温度有稳定与不稳定之分。（5）反应放热强弱的判据因问题而异。5.2.2 冷模实验

冷模实验 ：利用空气、水和砂等惰性物料替代 化学物料在实验装置或工业装置上进行的实验

冷模实验的优点：（1）直观、经济。

（2）实验条件容易满足，并且容易控制。

（3）可进行在真实条件下不便或不可能进行的 类比实验，减少实验的危险性。5.2.2.1 冷模实验的理论基础（1）相似现象

相似是指模型与原型之间相对应的物理量之间的相似

①几何相似在设备上或工程上的几何相似是指模型和原型的几何形状和内部结构相似。

②时间相似：是指在几何相似的两个体系中相对应的时间间隔应互相成比例，且比值相等。相似是指模型与原型之间相对应的物理量之间的相似

③运动相似：是指几何相似的两个体系中对应点上物质运动的速度（或加速度）应成比例且比例相等。④动力相似：是指几何相似的两个体系中在对应时刻和对应点上受力的方向一致，其大小应互成比例。相似是指模型与原型之间相对应的物理量之间的相似

⑤热（温度）相似：几何相似的两个体系中在对应时刻和对应点上的温度都成比例。⑥化学相似：几何相似的两个体系中在对应点的化学物质的浓度相同。（2）相似理论 ①相似第一定律：彼此相似的现象必定具有数值相同的相似特征数。这是彼此相似现象具有的重要性质。

②相似第二定律：对于同一物理现象，如果单值条件相似，而且由单值量所组成的相似特征数在数值上相等，则其现象相似。③相似第三定律（π定理）：

设一物理过程有N个物理量，其中有K个物理量 的量纲是相互独立的，那么这N个物理量可表示成相似特征数π

1、π

2、„„πn-k之间的函数关系，即有：

f（π

1、π

2、„„πn-k）=0（3）相似特征数

相似特征数是当两体系相似时，对应点上必须具有的、数值相等的、单值条件相似的并有一定物理意义的数组。

5.3 化学反应器

5.3.1 化学反应器的基本概念 5.3.1.1 化学反应器的类型

（1）管式反应器（2）釜式反应器（3）塔式反应器（4）固定床反应器（5）流化床反应器（6）移动床反应器

换热式固定

床反应器(列管式)自热式固定

床反应器 流态化的形成

流化床反应器的结构

1-加料口2-气固分离装置3-壳体4-换热器5-内部构件6-卸料口7-气体分布装置 5.3.1.2 化学反应器的操作方式（1）间歇操作

间歇反应过程是一个非定态的过程，反应器内物料的组成随时间而变，这是间歇过程的基本 特征。

需要对间歇反应器进行设计计算，计算的目的：确定达到一定的反应率时需要的反应时间。间歇反应适用于反应速率比较慢的化学反应，以及产量少的化学品。对于那些产量少但产品品种多的企业尤为适用。

但是间歇操作，需要的辅助时间比较多，如加料、出料、清洗等，劳动强度大，每一批生产的产品质量不易稳定。（2）连续操作

连续操作具有产品质量稳定，劳动生产率高，便于实现机械化和自动化等优点。但连续操作系统一旦建成，要改变产品品种是十分困难的事。有时甚至要较大幅度地改变产品产量也不易办到。

（3）半连续操作

①将两种或两种以上的反应物、或其中的一些组分一次性放入反应器中，然后将某一种反应物连续加入反应器。

②将反应物料一次性加入反应器，在反应过程中将某个产物连续取出。5.3.1.3 化学反应器的工艺条件 5.3.2 化学反应器的选型 5.3.2.1 化学反应器选型原则

（1）工业生产对化学反应器的要求

①有较高的生产强度

②有利于反应选择性的提高

③有利于反应温度的控制

④有利于节能降耗

⑤有较大的操作弹性（2）反应器选型判据

①确定反应类型

②确定催化剂的失活速度

③确定反应器的混合要求

④确定热量传递和温度控制要求⑤确定反应过程的控制步骤 5.3.2.2 反应器主要工艺条件选择（1）温度

①反应平衡的温度效应与标准反应热

②反应速率的温度效应与反应活化能

③温度的限制条件（2）压力

①压力对反应平衡的影响

②压力对反应速度的影响

③压力对后续分离系统的影响（3）浓度

①某一反应物要求有很高的转化率

②反应物和产物分离困难

③反应选择性的浓度效应

④浓度对分离循环费用的影响反应时间和转化率、催化剂 5.4 中间试验

5.4.1 中间试验的目的和作用 5.4.1.1 中间试验的目的

①检验与修改在小型工艺试验与冷模试验结果基础上形成的化学反应与传递过程综合模型，考察实验室研究结果在工业规模下实现的技术及经济可行性。

②考察工业因素对过程设备的影响，发现和解决实际生产条件下可能发生的各种问题。③消除设计人员面临的种种不确定性，为设计工业装置提供所必须的、可靠的工艺数据和化学工程数据。

5.4.1.2 中间试验的作用

①考察过程放大中的问题，特别是反应过程的“放大效应”的问题。②验证原料预处理方案，考核杂质积累对过程的影响。

③验证反应产物的后处理方案的可行性、分离技术和设备型式的适用性。④考核反应器型式与设备材料的适用性。

⑤考察过程长期连续运行的可能性、安全性、研究生产控制方法，验证“三废”处理和排放问题。

⑥检验是否有被忽视或被误解的重要因素，研究一些由于各种因素没有条件在实验室进行研究的课题。

⑦如果以产品为目的的话，应提供少量供质量评价和市场试销的产品。

⑧提供新过程的开工和操作经验，考察调节与控制系统的功能，节省生产装置的开工费用。

5.4.2 中间试验分类 5.4.2.1 微型中试 5.4.2.2 部分流程中试 5.4.2.3 全流程中试 5.4.2.4 全规模中试 5.4.3.1 中试指导思想 5.4.3.2 中试装置的规模

（1）反应过程的特点

（2）中试装置规模应适应多方面要求

（3）关键设备必备的条件

（4）市场需求量

5.4.3.3

中试装置的完整性

（1）下列情况需进行全流程中试

①需要在小试的基础上对整个工艺过程进行综合研究 ②需要提供一定批量的样品进行应用试验

③物料循环对生产的影响不可预测，而且对生产的影响大（2）化学反应过程要进行中试

（3）凡新物系分离、新分离方法和设备使用等要进行中试（4）考察再循环过程对生产影响时要进行中试

5.4.3.4 运行周期 5.4.3.5 测试深度

5.4.3.6 中试装置的运行可靠性和安全性

小

结

1、了解反应过程放大的基本概念、反应过程放大的方法，掌握数学模型方法和逐级经验放大法的基本步骤，了解其特征。

2、掌握反应过程中出现的三种传递现象，了解其特点，了解冷模实验的理论基础。

3、了解化学反应器的类型、操作方式，掌握反应器的选型原则。

4、了解中间试验的目的、作用，掌握中间试验分类，了解中间试验要注意的问题

工程经济

6.1

评价的基本内容、方法和步骤

6.1.1 评价的基本内容

6.1.1.1 社会评价

1、政策和法律评价

2、劳动力结构和社会公益评价

3、社会效益评价

4、对人类生理和心理的影响

6.1.1.2 技术评价

1、技术可靠性评价

2、技术先进性

①新产品的技术性能和技术参数比现有产品提高的程度；

②在产品中或产品生产过程中新技术和新材料的含量；

③新产品在国内和国际同类产品中的水平；

④还体现在原材料和能量消耗低，产品质量好，劳动生产率高，生产周期短等。

3、技术适用性

①产品的功能应与其结构匹配；

②产品的技术参数应与企业的技术能力及市场需求的技术层次相匹配；

③产品的技术参数应与配套产品的技术参数相匹配；

④是在现有的时间、空间和环境下方案实施的可能性。

6.1.1.3 经济评价

6.1.1.4 环境评价

（1）项目“三废”的污染程度

（2）项目“三废”的危害性

（3）项目“三废”治理的有效性

（4）项目“三废”治理的代价

6.1.2 评价的方法和步骤

6.1.2.1 评价的方法

综合评分法的方法和步骤：

1、建立评价指标体系

①技术因素②经济因素③市场因素④时间因素⑤社会因素

2、确定因素指标的权重

3、确定评分标准

4、确定评价人员和权重 6.2 项目的投资估算 6.3 产品成本估算 6.4 经济评价要点

6.4.1.1 生产能力和销售量

生产能力：即设计产量，一个生产装置在设计时预定的产量。

销售量：是指实际销售出来的产品的量。6.4.1.2 销售收入和产值

销售收入：是产品作为商品售出后所得的收入。

产值：是指产品的年产量与产品单价的乘积。

6.4.1.3 固定资产投资额与总投资额

为增加固定资产而投入的资金，称为固定资产投资，即固定资金。

总投资额=固定资产投资+流动资金+建设期利息+投资方向调节税

6.4.1.4 增值税与所得税

增值税额=（销售收入-原辅材料所耗费用）×增值税率

所得税额=利润总额×所得税税率 6.4.1.5 利润与净利润

毛利（利润）=销售收入-总成本-增值税额

年利润总额=年产品销售收入-年产品销售税金及附加-年总成本费用

净利润=利润-所得税

6.4.1.7 时值与现值

时值：资金在使用过程中某一时刻的价值

按照“折现”的方法计算出来的资金金额称为现值。

6.4.2 经济评价要点

6.4.2.1 静态评价方法和动态评价方法（1）投资利润率

投资利润率=年利润总额/总投资（2）投资利税率 投资利税率=年利税总额（年平均利税总额）/项目总投资

（3）基准投资利润率（4）投资回收期

投资回收期=项目总投资额/年平均利润额

固定投资回收期=项目固定资产投资额/年平均利润总额 6.4.2.5 敏感性分析 小

结

1、技术经济评价的基本内容；

2、项目总投资包括哪些内容；

3、技术经济评价中的主要概念；

4、了解产品成本估算方法及项目的投资估算。8

过程分析与合成化学反应过程研究的目的在于使化工生产中的反应过程最优化。

化学反应过程的最优问题，实际上应达到两个目标：

一是最优化的经济目标

二是最优化的技术目标

应当指出：每一个单元设备最优，并不能保证整个系统达到最优。

8.1 单元操作的知识

8.1.1 物料输送、混合、粉碎的方法

（1）流体输送（2）流体混合（3）固体输送（4）固体粉碎（5）固体混合 8.1.2 改变物料温度的方法 8.1.3 非均相混合物分离方法（1）气固分离（2）液固分离 8.1.4 均相混合物的分离方法

（1）液体混合物分离（2）气体混合物分离（3）固体混合物分离 选用分离方法的原则：

1、选用分离方法时，应考虑生产产品的产值和产品的精细化程度；

2、在选择分离方法时，应尽可能先把物料中的固体除尽，也应尽可能避免在分离过程中加入其他物质；

3、尽可能先分离出容易导致副反应和特别有害的物质；

4、技术上的可靠性和经济上的合理性是主要原则。

分析确定操作单元的具体设备和工艺条件，综合确定总体结构。

8.2.1 分析与综合的基本概念 8.2 分析与综合8.2.2 比较方案筛选

8.2.2.1 原料与工艺路线的选择（1）原料路线的选择

①技术可行性； ②供需可行性；③经济合理性； ④资源利用的合理性。

（2）工艺路线的选择 原料的预处理

①原料中含有使催化剂中毒的杂质，必须先除去； ②原料中含有的杂质参加化学反应，为了避免原料消耗和不污染产品，也为了减轻后处理分离的负担，一般都先除去；

③原料中的杂质若不参与化学反应，则应根据这些杂质与原料或产品的分离难易程度来决定是否需要在预处理中先分离； ④原料中杂质含量较大时，即使这些杂质与产品的分离比它们与原料的分离容易，有时也需要进行预处理，因为大量的杂质会影响系统的生产能力和热平衡，也增加了系统内物料流动的阻力。

8.2.2.2 加工工艺选择

（1）牛奶浓缩（2）难分离物系分离

8.2.2.3 生产规模的选择 8.3 化工过程合成 8.3.1 探试法

以精馏为例说明探试法的应用

M1规则：在所有的分离方法中，优先采用能量分离剂的分离方法，尽量避免使用质量分离剂的方法；

M2规则：精馏分离过程尽量避免使用真空和制冷操作。

D1规则：产品集合中元素最少的分离序列最为有利。

S1规则：首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，S2规则：按组分间分离因子的大小顺序，逐个依次分离。最后处理难分离或分离要求高的组分。

C1规则：首先应分离出含量最多的组分，C2规则：如果组分间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则应选择塔顶和塔底产品等摩尔分离。如果不能进行等摩尔分离，则可选择最容易分离处为切割点。

第二篇：浅谈化工过程开发

浅谈化工过程开发

摘要：长期以来，就化学工业来说，试验成果不能迅速产业化，就技术而论，对以化学反应为特征的项目来说，认识化工过程开发和放大技术以实现规模生产是关键，也是我们和发达国家的重要差距。本文对化工过程开发及放大技术做了初步的介绍和阐述。

关键词：化工过程开发；放大技术；规模生产

引言

随着对新型工业化发展道路认识的不断提高，科技领先，拥有自己的知识产权，已愈来愈成为我国工业企业提高竞争力的必由之路。科教兴国、科教兴市、科技兴司、科技兴厂也逐步成为人们的共识。因此，如何有效地抓好科研，抓好化工过程开发，就成为我们今后长时期的重要课题。化工过程开发的定义

化工过程开发是一种综合性的工程技术，主要是放大和优化两项工作。它包括：立项前的可行性研究，实验室小试，放大模型试验、中试，技术经济评价，设计生产装置，安装、调试、开车等多个步骤。

由实验室研究过渡到建立生产装置的全过程，就是化工新产品、新工艺或新技术的开发过程，统称为“化工过程开发”。是从立项前的可行性研究开始的，经过试验研究、设计、建立生产装置、开车调试到正常生产的整个过程。涉及化学，化学工艺，化学工程，化工机械，测量与控制，经济分析，系统优化等多种学科。因此必须把整个开发过程看作一个系统，使系统内各个相互联系和相互作用的要素协调配合，才能合理而有效地完成化工过程开发任务。化工过程开发步骤

2.1 实验室研究

基础研究：指在实验室进行的筛选技术路线和工艺方案，测定有关物性数据及反应热、动力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等。

小试：在基础研究的基础上，在实验室建立小型实验装置进行工艺模拟试验，主要任务是优化工艺条件。

2.2 收集资料

包括过程放大和设计装置所需的数据和判据，以及围绕工艺过程评价或项 目评估所需要的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境等多种信息。

例：ε-己内酰胺（简称己内酰胺）是生产锦纶6纤维和尼龙6工程塑料的单体，广泛应用于纺织面料、地毯、汽车部件、包装薄膜等制造业，在我国经济发展中是一种紧缺的重要化工原料。自202_年以来已连续四年进口数量超过300kt，产品自给率仅约35%，并且需求仍在不断增长。目前，中国已成为世界上己内酰胺消费增长最快的国家，预计未来年增长率为7.1%左右。

己内酰胺生产有以苯酚、甲苯和苯为原料的不同工艺路线。由于石油化工工业的发展，提供大量价廉的苯，采用苯为原料成为占主导地位的生产工艺。巴陵分公司的己内酰胺生产就采用苯为原料，苯法生产己内酰胺的流程框图如下所示：

2.3 概念设计

它是根据实验室研究成果和收集的技术经济资料，对被开发过程的工业化方案提出的初步设想。目的在于检验实验室研究成果是否符合技术开发的要求，对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。

主要内容：

* 工艺路线和工艺方法的说明；

* 工艺流程简图；

* 简单的物料衡算和能量衡算；

* 原材料及其消耗指标；

* 主要设备型式；

* 预计的“三废”；

* 排放量及毒害性；

* 投资成本估算；

* 中试研究的建议。

例：环己酮氨氧化制环己酮肟新工艺

以环己酮、氨和双氧水为原料，使用新型钛硅分子筛（HTS）催化剂，在连续式搅拌釜中一步“原子经济”合成环己酮肟，并采用膜分离技术实现催化剂与产物的分离，环己酮转化率和选择性好。与现有装置相比，省掉氨氧化、NOX吸收、Pd/C催化剂加氢等工序；不需要循环压缩机、空压机等大型辅助设备，设备投资和能耗大大降低；反应条件温和、运行成本低、产品质量好、环境友好。7万吨/年工业装置已建成投产，投资为引进的21.1%，每吨己内酰胺可变成本降低644元。

环己酮肟三级重排

建成环己酮肟三级重排反应和静态混合新工艺，达到进一步降低酸肟比，提高重排液质量，减少发烟硫酸和液氨的消耗，降低生产成本。已在10~12万吨/年的生产负荷下连续运转。

2.4 技术经济评价

它是对开发项目进行技术可靠性和经济合理性的考察，以便对技术方案和开发工作进行决策。

技术经济评价贯穿于开发过程的始终。

（1）初步评价

是在选题或确定开发项目时决定取舍所进行的评价。

（2）中间评价

是在开发过程中，对开发研究的各个阶段结果作出评价，通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及在经济上的合理性。

（3）最终评价

是在技术开发工作后期进行的评价。目的是为项目的投资建设作出决策。评价的依据是开发研究报告、市场研究报告等技术经济资料。若评价结论肯定，即可投资进行建设。

2.5 模型试验

一般是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟试验。所用设备一般比实验室规模大并且具有工业设备的仿真性质。主要研究内容：考察各种工程因素对过程的作用及其规律，观察放大效应和分析、寻找产生放大效应的原因。模型试验方式：

* 冷模试验：

采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，发生化学反应，单纯考察过程的物理规律。

* 热模试验：

用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，在试验设备内化学反应和物理过程同时发生，属综合性试验考察，主要是工艺的优化。

利用的新催化材料有非晶态合金；新反应工程有超临界CO2反应工程再生Pd/C催化剂、磁稳定床反应器；新反应有非晶态合金对苯甲酸加氢中微量CO的甲烷化、六氢苯甲酸-环己酮肟联产己内酰胺组合反应、己内酰胺加氢精制代替KMnO4氧化精制。取得再创新的成果有：

 在己内酰胺苯甲酸加氢装置上使用非晶态镍甲烷化助剂有效解决了CO

在Pd表面的吸附而引起的Pd催化剂的可逆失活。同时采用超临界CO2再生失活后Pd/C催化剂，大大减少了贵金属Pd的消耗和装置中藏量。 成功开发出拥有自主知识产权的六氢苯甲酸－环己酮肟联产己内酰胺组

合工艺技术，使用甲苯法工艺酰胺化反应液中11%浓度的SO3进行苯法生产的环己酮肟Beckmann重排。组合工艺可使副产硫铵数量由原来的3.8吨/吨己内酰胺降低至1.6吨/吨己内酰胺以下，成为目前己内酰胺工艺中副产硫胺最少的技术。

 以磁稳定床己内酰胺加氢精制新技术替代高锰酸钾氧化精制工艺。从源

头根治了KMnO4氧化中的MnO2废渣、废水等引起的环境污染，还降低了己内酰胺产品损失。

2.6 中试（中间试验工厂）

它是在小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟试验。是一次较大 规模的对开发的技术方案作较全面的试验考察。其结果可作为基础设计的依据。

2.7 基础设计

它是在最终评价获得肯定结论后，根据中试研究结果及有关资料，对工业生产方案及生产装置所进行的原则设计。

内容：

* 生产装置说明；

* 工艺流程及流程叙述；

* 物料衡算及能量衡算；

* 设备型式和规格明细表；

* “三废”排放及治理；

* 检测方法和检测仪表等。

2.8 过程设计（施工图设计）

是依据基础设计编制的，用于指导过程实施的最终技术文件。

2.9 建立生产装置

依据过程设计的图纸和文件，购进和制作设备，安装生产装置，按工艺要 求进行调试、开车和试生产。

石化纤利用上述成果已完成己内酰胺装置由6.5万吨/年扩建到16万吨/年的工艺包设计，工程总投资仅为4亿元，而原引进5万吨/年装置总投资为35亿元。利润预计将增加1亿元/年。

从以上两个案例的开发中，还可以看到：

1.中国科技人员有信心、有志愿、有能力去走科技自主创新之路，也有我国走自主创新的独特途径和优势。

2.在自主创新过程中，各尽所能、发挥优势、团结协作、克服失败挫折、坚持到底，才能取得最后胜利。结束语

化工过程开发及放大虽然步骤繁多，内容丰富，遍布于整个开发生产过程中，但还是有规律可循的，如何根据存在的潜力，根据工艺过程的具体条件，提出开发过程优化和放大达到降低产品成本和生产工序等目的，对提高产品的竞争力具有重要的意义。参考文献

[1] 洁修等编,工过程开发概要.[J].等教育出版社,1991年

[2] 于遵宏编, 化工过程开发.[J].理工大学出版社,1996年

[3] 陆震维编译,化工过程开发.[J].化学工业出版社,1984年

[4] 汉大学主编, 化工过程开发概要.[J].教育出版社202_年

第三篇：化工开发与设计小结范文

第一章小结

1、实验室研究的结果是确定一种有希望的反应方法；化工过程开发的结果是实现工业化。

2、化工过程研究与开发的基本方法有实验研究方法和数学模型方法，数学模型方法放大是过程开发研究的方向。

3、化工过程开发包括过程研究及工程研究，研究中要经常交换信息，反复交替展开工作。

4、技术经济观点十分重要，但不是唯一，必须考虑社会效益。第三章 小结

1、绿色化学的定义及特点；

2、了解绿色化学的研究动向及绿色化学技术；

3、掌握清洁生产的定义、特点，了解其实施途径。

绿色化学及其特点

绿色化学：即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生

特点：绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。

绿色化学的核心是利用化学原理从根本上减少或消除化学工业对环境的污染。

清洁生产的定义

清洁生产:是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险性。

概括地说，清洁生产就是低消耗、低污染、高产出，是实现经济效益、社会效益与环境效益相统一的工业生产模式。清洁生产的特点

①清洁生产是一项系统工程； ②重在预防和有效性； ③经济性良好； ④与企业发展相适应 第四章

一、了解实验室工作的一般程序及实验室研究的方法论。

二、掌握实验室常用的基础实验技术（原理）。

三、熟悉单因素实验优化及多因素实验优化中的正交实验设计及均匀试验设计。

4.3 实验研究工作进行程序

严格按照“规划-实验及记录-分析整理-报告”的基本程序工作。

4.4 实验研究的方法论 思想模型与理想实验方法 2 科学思维的逻辑方法 3 科学思维的非逻辑方法 4 创造性思维方法 5 数学方法

第五章

1、了解反应过程放大的基本概念、反应过程放大的方法，掌握数学模型方法和逐级经验放大法的基本步骤，了解其特征。

2、掌握反应过程中出现的三种传递现象，了解其特点，了解冷模实验的理论基础。

3、了解化学反应器的类型、操作方式，掌握反应器的选型原则。

4、了解中间试验的目的、作用，掌握中间试验分类，了解中间试验要注意的问题。

化工过程采用的模拟放大方法有：经验放大法、数学模拟法、部分解析法、相似放大法。逐级经验放大法的基本特征：

①着眼于外部联系，不研究内部规律； ②着眼于综合研究，不试图进行过程分解；

③人为的规定了决策序列。数学模型方法的一般步骤： ①实验室研究 ②大型冷模实验 ③小型试验

④建立反应器数学模型 ⑤中间试验

数学模型法的基本特征：

①着眼于过程的内部规律，对过程进行分解和综合； ②抓住主要矛盾，忽略次要因素，对过程进行简化； ③在反应工程理论和传递过程理论指导下建立数学模型；

④设计模型来源于实践，又为实践所检验。化学反应器选型原则

（1）工业生产对化学反应器的要求

①有较高的生产强度 ②有利于反应选择性的提高

③有利于反应温度的控制

④有利于节能降耗

⑤有较大的操作弹性（2）反应器选型判据

①确定反应类型 ②确定催化剂的失活速度 ③确定反应器的混合要求 ④确定热量传递和温度控制要求 ⑤确定反应过程的控制步骤 中间试验分类 1 微型中试 2 部分流程中试 3 全流程中试 4 全规模中试 第六章

1、技术经济评价的基本内容；

2、项目总投资包括哪些内容；

3、技术经济评价中的主要概念；

4、了解产品成本估算方法及项目的投资估算 技术经济评价的基本内容

1、社会评价

2、技术评价

3、经济评价

4、环境评价 生产能力和销售量

生产能力：即设计产量，一个生产装置在设计时预定的产量。

销售量：是指实际销售出来的产品的量。销售收入和产值

销售收入：是产品作为商品售出后所得的收入。

产值：是指产品的年产量与产品单价的乘积。固定资产投资额与总投资额

为增加固定资产而投入的资金，称为固定资产投资，即固定资金。

总投资额=固定资产投资+流动资金+建设期利息 利润与净利润

毛利（利润）=销售收入-总成本-增值税额

年利润总额=年产品销售收入-年产品销售税金及附加-年总成本费用

净利润=利润-所得税 增值税与所得税

增值税额=（销售收入-原辅材料所耗费用）×增值税率

所得税额=利润总额×所得税税率 时值与现值

时值：资金在使用过程中某一时刻的价值 现值: 按照“折现”的方法计算出来的资金金额。（1）投资利润率

投资利润率=年利润总额/总投资（2）投资利税率

投资利税率=年利税总额（年平均利税总额）/项目总投资（3）基准投资利润率 第八章

1、了解非均相混合物及均相混合物的分离方法；

2、掌握原料路线及工艺路线的选择；

3、掌握精馏分离序列的选择。非均相混合物分离方法（1）气固分离（2）液固分离 均相混合物的分离方法

（1）液体混合物分离

（2）气体混合物分离

（3）固体混合物分离 原料与工艺路线的选择（1）原料路线的选择 ①技术可行性； ②供需可行性； ③经济合理性； ④资源利用的合理性。（2）工艺路线的选择 ①原料供应的稳定性 ②经济合理性 ③技术的先进性 ④运行的合理性

以精馏为例说明探试法的应用

M1规则：在所有的分离方法中，优先采用能量分离剂的分离方法，尽量避免使用质量分离剂的方法；

M2规则：精馏分离过程尽量避免使用真空和制冷操作。D1规则：产品集合中元素最少的分离序列最为有利。S1规则：首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，S2规则：按组分间分离因子的大小顺序，逐个依次分离。最后处理难分离或分离要求高的组分。

C1规则：首先应分离出含量最多的组分，C2规则：如果组分间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则应选择塔顶和塔底产品等摩尔分离。如果不能进行等摩尔分离，则可选择最容易分离处为切割点。

第四篇：化工过程设计作业

化工学院 202_级 生物工程1班 李轩 3012207252 天津市南港化工生态园区的构建方案

目

录

一.设计项目简介 二.设计内容分析

1.年生产能力1750万吨石油炼制 2.乙烯生产能力123万吨 3.聚乙烯(PE)生产能力16万吨

4.聚丙烯6万吨

5.环氧乙烷/乙二醇生产能力3.3/6.3万吨/年 6.对苯二甲酸生产能力30万吨/年 7.纯苯14万吨

8.聚碳酸酯工程塑料（PC）生产能力20万吨 三.合成工艺流程分析和选择及草图绘制 四.安全性与生态性分析

五.物质集成链、能量链与产品链和资源设备信息共享 六.系统稳定与区域整合一.设计项目简介

天津市南港工业区是以发展石油化工、冶金及重型装备制造产业为主导，以承接重大产业项目为重点，以现代港口物流业为支撑，建成综合性、一体化的现代工业港区。南港工业区化工生态工业园的设计生产能力为：  年炼油生产能力1750万吨  乙烯生产能力123万吨  聚乙烯生产能力16万吨  聚丙烯6万吨

 环氧乙烷/乙二醇生产能力3.3/6.3万吨  对苯二甲酸生产能力30万吨  纯苯14万吨

 聚碳酸酯工程塑料（PC）生产能力20万吨

结合化工过程设计概论课程所讲内容，提出南港化工生态工业园区（优化的产业链、能量链与产品链）的构建方案，以尽可能达到节能降耗减排（二氧化碳等废气）、原子经济性（变废为宝、循环利用等）、零排放（环境友好）目标。二.设计内容分析

不难看出，南港区化工项目是以石油炼制和石油化工为主导的，而且石油化工的原料主要是石油炼制过程中所得到的石油馏分和炼厂气。那么我们就应该从石油炼制为起点，将炼油厂和石油化工厂进行联合，组成石油、化工联合工业园区，利用燃油厂

提供的馏分油、炼厂气为原料，生产各种基本有机化工产品和三大合成材料。

1.年生产能力1750万吨石油炼制

在不同的地域出产的原油中，各组烃类含量相差较大，在同一种原油中，各组烃类在各个馏分中的分布也有很大差异。并且原油的组成和性质对石油化工生产影响很大，对于以烯烃及其衍生物为主要产品的生产，应尽量选用富含直链烷烃的烷基原油作原料，而不宜用环烷基原油。我国所产石油大多属于直链烷烃石油，对于提高烯烃及其衍生物生产率大有裨益。⑴原油一次加工 ①原油预处理

原油中含有少量的泥沙和铁锈等固体杂质以及水和各种油溶性盐等。为了减少石油炼制过程中的能量消耗，稳定蒸馏塔内蒸馏操作减轻对钢质蒸馏塔的腐蚀及管路的结盐堵塞，并减少二次加工过程的影响，必须对原油进行脱盐脱水预处理。②原油的常压蒸馏

在常压下，将原有预热至200—240℃后送入初馏塔，塔顶蒸出大部分轻汽油，塔底油送至常压加热炉加热至360—370℃进入常压塔。常压塔塔顶汽油馏分与初馏塔的轻汽油合并，称为直馏汽油，可作为催化重整生产芳烃的原料，也是裂解制取乙烯的重要原料。从常压塔侧线出抽出其他不同沸点范围的馏分：航空煤油馏分，轻柴油馏分，重柴油馏分。

③原油的减压蒸馏

常压塔底产物是常压重油。要想从重油中分离出裂化原料和润滑油馏分等各种高沸点馏分，且不破坏产品的质量和收率，就必须对其进行减压蒸馏，是高沸点馏分在较低的温度下汽化，以避免高沸点馏分的分解。⑵原油二次加工

原油的二次加工有催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、烷基化、油品加氢精制、电化学精制以及润滑油加工装置等。其目的在于提高轻质油收率，提高油品质量，增加油品品种以及提高炼油厂的经济效益。通过二次加工，主要可获得各种小分子烃类。原油常、减压蒸馏工艺流程如图1所示。

⑶原油三次加工

三次加工主要是件炼厂气进一步加工生产高辛烷值汽油和各种化学品的过程，包括石油烃烷基化、异构化、烯烃叠合等。

因此，我们可以考虑将炼油产和石油化工厂联合，组成石油化工联合企业，利用燃油厂提供的馏分油、炼厂气为原料，生产各种基本有机化工产品和三大合成材料。⑷分析

通过上面的分析，我们可以考虑使原油依次经过初馏塔、常压加热炉、常压塔、减压加热炉、减压塔，依次完成对原油的预处理、常压蒸馏和减压蒸馏，并对各馏分进行相应的产品化处理，得到直馏汽油、石脑油、航空煤油、轻柴油、重柴油、及减压渣油。其中石脑油引到石油化工厂进行脱硫、催化重整后，可分离得到苯、甲苯、二甲苯、氢气以及重整汽油直馏煤油和直馏柴油的部分流股引出进行裂解后，也可得到苯、甲苯、二甲苯以及小分子烯烃，在后续生产过程中作为原料使用。另外，通过对其他馏分如减压柴油、炼厂气等的二次加工可以得到各种所需的烃类产品。

⒉乙烯生产能力123万吨

乙烯可通过直馏汽油、直馏煤油等馏分的裂解、分离处理得到。考虑到要达到123万吨/年的乙烯生产能力，以及16万吨的聚乙烯生产能力，这意味着必须要达到乙烯的实际生产能力要达到139万吨/年。这是一个非常大的产量，而且是在1750万吨/年的炼油能力基础上实现的。因此，可将减压柴油进行加氢处理，然后再催化裂解生产乙烯。

另外，聚丙烯生产过程中所要用到的原料丙烯也可通过与乙

烯生产类似的途径制得，只是在分离过程中的分离条件略有区别。

烃类裂解是石油系原料中的较大分子的烃类在高温下发生断链反应和脱氢反应生成较小分子的乙烯和丙烯的过程。它包括脱氢、断链、异构化、脱氢环化、芳构化、脱烷基化、聚合、缩合和焦化等诸多反应，十分复杂，所以裂解是许多化学反应的综合过程。一般通过烃类裂解过程的一次反应高温裂解实现乙烯和丙烯的生产，主要包括烷烃的断链反应、脱氢反应，烯烃的断链反应，以及环烷烃的开环裂解反应。3.聚乙烯(PE)生产能力16万吨

聚乙烯树脂(PE)是通用合成树脂中产量最大的品种，在工业、农业、包装以及日常工业中具有广泛的用途。近年来，在各工艺技术并存的同时，新技术不断涌现。PE主要合成工艺比较详见表 1。

表1列出了4种有竞争力的PE生产工艺——高压法、淤浆法、溶液法及气相法。综合比较看出:高压法需特别技术与设备，操作压力高(150～400MPa)，投资大,近年来尽管LDPE市场受LLDPE冲击,但LDPE以其透光性、柔软性及加工性好仍具有一定竞争力,其工艺技术仍在开发之中。淤浆法和溶液法都使用溶剂,生产成本高,生产能力受到限制。淤浆聚合中的一些低密度聚合物在溶剂中溶解度大,溶胀后使反应体系粘度增大,导致操作困难溶液法生产高分子量产品时溶液粘度增大,搅拌困难，限制

了生产能力的提高。气相流化床工艺由于不受溶液法中粘度的限制和淤浆法中溶解度的限制、投资和操作费用低、原料及公用工程消耗低、产品范围广、操作弹性大等优点而发展迅速,目前新建装置约70%采用气相法工艺。这是PE工艺的发展方向。

流化床工艺可生产HDPE和LLDPE,尤其是LLDPE在主链旁生成短支链,结晶度比LDPE高,填补了HDPE和LDPE之间的性能空白带,LLDPE与LDPE相比有优异的抗刺穿性、抗冲击性及抗拉伸性能，可广泛用于薄膜,如包装、衬里膜及农膜。另外LLDPE比LDPE抗撕裂强度高,可用于模塑及管材等领域故LLDPE在近20年来消费量增长迅速。气相流化床工艺可生产熔融流动指数(MFI从<0.001直到>100)和密度(890～970kg/m3)范围非常宽的产品，从70年代初开始迅速成为PE主导工艺，目前(202_年),单线最大生产能力已达0.45Mt/a。因此从上述PE工艺比较看出,气相流化床工艺是PE工艺中最具竞争力的生产工艺，也是未来的发展方向，加之采用茂金属催化剂，其市场竞争力将更强。综合上述分析,我们可以将聚乙烯生产工艺确定为采用茂金属催化剂催化的气相流化床工艺。4.聚丙烯6万吨

聚丙烯树脂是全球发展最快的热塑性树脂之一，全球消费量目前仅次于线形低密度聚乙烯(LLDPE)。不断增加的市场需求不但加快了PP装置的投资建设也推动了PP技术的开发这些开发主要集中于新催化剂、新工艺和新产品的研究。

⑴催化剂技术进展发挥先导作用 ①传统催化剂

传统的聚丙烯催化剂如Ziegler-Natta催化剂一直在不断发展。Z/N催化剂近期的主要发展是拓宽Z/N催化剂体系的产品范围和开发给电子体系。主要表现在如下方面：能够在反应器中不经减黏裂化得到高熔融流动指数(MFR)的产品;通过改进催化剂，提高聚合物的结晶性和等规度;生产刚性更好的产品;降低产品的热封温度;改进光学性能;采用两段聚合双峰树脂生产技术使聚丙烯树脂的分子量分布更宽，使产品具有最优的刚性和抗冲击性能的综合性能;用两个均聚反应器组成的反应器体系可以生产分散度为3.2～10的产品;产品的挠曲模量可以达到2300MPa以上。

另外，传统Z/N催化剂和茂金属的混合催化剂体系也将有所发展，目前的主要发展是在单个反应器中生产双峰分布或多峰分布的树脂，工艺更容易控制，分子量分布更稳定共聚产品的柔韧性更好。②茂金属催化剂

茂金属催化剂是20世纪90年代以来最受关注的烯烃聚合催化剂。茂金属催化剂的工业化为生产物理机械性能明显改进的聚丙烯树脂创造了条件如可生产超刚性等规聚丙烯、高透明的间规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯的共混物及超高性能的聚丙烯抗冲共聚物。

③非茂金属单活性中心催化剂

近几年才开始发展的非茂金属单活性中心催化剂由于具有合成相对简单,产率高且有利于降低催化剂成本，可以生产多种聚烯烃产品的特点，预计将是今后若干年的研究热点。⑵聚合工艺向简化流程方向发展

自1957年聚丙烯商业化投产以来，聚丙烯催化剂和工艺技术的进步及产品应用的不断开发，使聚丙烯成为全世界范围内最有活力的聚合物之一。在70～80年代开发了高活性和高等规度的催化剂，使聚丙烯工艺技术得到很大发展,简化了流程，省去了脱除催化剂残渣和副产品无规聚合物等工序。同时催化剂和工艺技术等各方面的改进使装置的投资和生产成本不断下降,企业效益不断改善,世界上许多聚丙烯工业公司都发展了自己的专有技术。PP生产工艺主要分为淤浆法，本体法、气相法及液相本体和气相相结合的工艺。在20世纪80年代前，占主导地位的PP工艺是溶剂淤浆聚合工艺，但目前溶剂淤浆法由于工艺长,操作复杂和能耗高等原因已被逐渐淘汰，而气相和本体法显现了旺盛的生命力。近几年新上的PP装置几乎90％以上都是气相和本体聚合工艺,而这些气相和本体聚合工艺新的发展趋势就是大型化,目前各工艺大都接近40×10t/a的生产能力;另一个就是不断优化工艺流程、设备布置和控制系统使工艺投资更低、产品质量更好,产品单耗和能耗更低。

下面表2是对几种典型工艺及其最新进展进行分析。

生产装置大型化减低能耗和最大限度生产高性能化的产品,是PP成套技术的发展方向。因此考虑到提高生产能力，进一步减低PP产品的能耗和单耗,降低生产成本,提高工艺的市场竞争力,以及技术上可行、工艺上合理、确保健康、安全、环保的基础上,宜选用气相本体法进行合成。5.环氧乙烷/乙二醇生产能力3.3/6.3万吨/年 ⑴环氧乙烷合成

工业上生产环氧乙烷有两种方法,其一是氯醇法,其二是乙烯直接氧化法。氯醇法于70年代在世界范围内已被淘汰，目前只有少数发展中国家有少量生产。乙烯直接氧化法又分为空气氧化

法及氧气氧化法,由于氧气氧化法具有环氧乙烷收率高,成本低,装置投资少等优点,逐渐取代了空气氧化法而成为占绝对优势的工业生产环氧乙烷方法。因此,在这里,考虑到绿色环保的因素,我们直接排除对氯醇法的考虑,使用氧气氧化法进行生产。考虑到后面乙二醇的生产是以环氧乙烷为原料进行的,故应使环氧乙烷的年生产能力达到7.8万吨。

乙烯气化过程可分为深度氧化及有选择性的氧化两种反应，前者直接生成二氧化碳和水，后者可有选择地氧化成环氧乙烷，所适用的催化剂为银。在银催化剂作用下乙烯有选择性地发生氧化反应其主副反应如下:

乙烯氧化是强放热反应,尤其深度氧化反应,为选择性氧化反

应放热的十多倍。因此催化剂的选择性非常重要,否则会因副反应进行而引起操作条件的恶化,甚至变得无法控制,造成反应器“飞温”事故。

在乙始直接氧化制环氧乙烷的生产工艺中原料乙烯消耗占环氧乙烷生产成本的2/3,因此,降低乙烯消耗,或者说提高催化剂的活性和选择性是提高过程经济效益的最有效手段。因此致力于银催化剂的研究,包括活性组分、制造方法、载体、测试评价方法等一直是非常活跃的领域。⑵乙二醇合成

乙二醇是石油化工的重要原料,是乙烯的重要衍生物之一,也是二元醉中产量最大的产品，其用途很广泛,是生产合成纤维、塑料、油漆、胶黏剂、表面活性剂、炸药等产品不可缺少的物质,也可直接用作溶剂、防冻剂等。

生产乙二醇有很多途径,可采用不同的原料和不同的方法进行生产,通常以乙烯和合成气为原料。以乙烯为原料常通过化学反应转化为二氯乙烷、氯乙醇、环氧乙烷、乙二醇单醋酸酯,乙二醇二醋酸酯等物质,通过它们的水解即可得乙二醇。亦可由合成气(CO,H2)通过化学反应生成乙二醇。

由乙烯直接氧化生产环氧乙烷，再由环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法是目前世界各国普遍采用生产乙二醇的方法。但这条工艺路线由于乙烯氧化生成环氧乙烷的选择性较低，使乙烯的消耗定额高，而且进一步提高选择性的困难较大。因而随着合成纤维及塑料生产的迅速发展，对乙二醇需要量的不断增加，同时也由于石油资源的限制及石油价格的上涨，促进了以合成气为原料生产技术的开发，从目前研究情况看，许多合成乙二醇的过程均可与传统的乙烯直接氧化再水合的工艺相争。结合本生产项目的实际，在前面的工艺步骤中已经制备出环氧乙烷，因此考虑直接以环氧乙烷为原料，直接水合生产乙二醇。在液相中，环氧乙烷与水反应即可生成乙二醇：

在通常条件下，此反应进行得很慢，无工业价值，要使反应较快进行，就必须升温或使用催化剂。目前环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法主要有：液相酸催化水合法，阳离子交换树脂水合法，加压水合法等。

6.对苯二甲酸生产能力30万吨/年

对苯二甲酸(TA)是一种重要的、具有广阔应用前景的基础化工原料，广泛应用于化工和聚酯工业生产中。TA工业上传统生产方法主要以对二甲苯为原料、金属卤化物为催化剂的液相空气氧化技术，但此技术会产生重金属污染物，且卤化物腐蚀设备。20世纪50年代以来，国外相继开发了几种非硝酸氧化法合成TA的新工艺，例如英国诺丁汉大学与杜邦聚酯技术公司合作，开发了在超临界水中从对二甲苯生产TA的连续法绿色工艺。

下面首先就当前主要的对苯二甲酸的合成方法作简要说明。

上述合成方法中，有几种是以对二甲苯为原料的合成TA方法，还有几种是以其它原料合成TA的方法。其中液相氧化法技术已日趋成熟，是现在主要工业生产方法，缺点是使用了有毒催化剂，不符合绿色化学标准。

加氢精制法特点是溶剂损失很小，能有效控制结晶的粒径大小，生产成本较低，产品质量稳定。该方法是目前世界上TA生

产的主要方法，目前装置产能占世界TA总量的80％以上。

精密氧化法的缺点是溶剂醋酸(HAc)的消耗量比较大。其生产的MTA用于生产聚酯，对聚合反应要求较高，要添加某些助剂来封闭醛基。

超临界法使用无毒溶剂代替环境不友好的有机溶剂，是实现绿色化学的有前景的方法之一。以前对合成TA的经济性评估有又很多，Jennifer等对高温水中合成对苯二甲酸的经济性和环保性做了最新评估。结果显示这两种方法的总投资基本相同。但由于高温水氧化法可以减少污染物(如溴)的排放，所以它作为乙酸法合成对苯二甲酸的替代法前景非常乐观。消极的方面，基于超临界水的过程涉及高温水，需要动力成本消耗，还存在反应器材料的腐蚀问题，而且如果将这个过程用于商业目的，需要进一步研究，必须使得对苯二甲酸的收率高于文献报道的值。

生物酶氧化法优势在于在相对温和的条件下进行且几乎不产生废物，前景非常乐观，但需要克服一些技术上的困难。现行合成TA所用的无机催化剂都是在高温高压的操作条件下，而且产生大量的重金属废物。而酶氧化法在相对温和的条件下进行且几乎不产生废物。但生物转化对二甲苯的现行系统还不能工业化，它存在两个缺点：1)理论上的限制就是对二甲苯的第二个甲基不能被氧化，过氧化氢会减弱CPO的活性：2)系统中的对二甲苯在水中的溶解度小。目前的研究表明这些技术上的困难在将来有可能被克服。

本项目中要实现对苯二甲酸年产量30万吨的设计，本着经济合理并且绿色环保的设计要求，宜选择加氢精制法进行合成。该工艺以石油炼制二次加工裂解抽提出的对甲苯为原料，分为粗对苯二甲酸生产(即图2中的步骤3a)及其精制(即图2中的步骤4)两部分。它是以Co2+-Mn2+-Br—为催化剂，乙酸为溶剂，空气为氧化剂，将对二甲苯氧化成对苯二甲酸。在对二甲苯生成TA同时，还产生了一部分副产品，如4—羧基苯甲醛(4-CBA)、对甲苯甲酸、苯甲酸和间苯二甲酸等，所有这些杂质除4-CBA以外都经过结晶、过滤处理除掉。精制段是以水为溶剂，将杂质4-CBA加氢催化转化成产品TA。由于加氢精制法成为合成对苯二甲酸的主要工业方法，所以一直以来人们致力于对此法的反应条件和催化剂的研究，因此在技术上、设备上更加成熟可行。⒎纯苯14万吨

苯是重要的石油化工原料，产量大，来源广泛。现在工业上有多种生产苯的方法，其一为煤炼焦过程副产的轻焦油，历史上曾是唯一的工业来源，随着苯的需要量增加，石油苯的出现，煤焦油苯已降为次要地位。

原油中仅含有少量的苯及其它芳烃，没有分离的价值，石油必须经各种加工后才能得到含苯等芳烃的馏分，再经分离提纯得到高纯度的苯。其中最主要的方法是催化重整过程及由石油馏分裂解生产乙烯过程副产焦油分离苯。

石油芳烃是目前及将来相当长时期内苯的主要来源，其中以

催化重整生产芳烃为主要工艺。但催化重整生成的芳烃中苯的收率较低，甲苯及二甲苯的收率较高，催化重整的发展规模常受到直馏汽油供应量的限制。因此，各炼油厂多利用二次加工汽油加氢处理后作为催化重整的原料以扩大其原料来源，以期增产芳烃。与此同时在连续催化重整技术的基础上催化芳构化技术应运而生，其特点是可以利用丙烷、丁烷等轻质烃、以及劣质油品生产芳烃，从而大大扩大了石油芳烃的原料来源。

其次是乙烯工厂的副产裂解焦油，其中苯含量较其它芳烃高。生产乙烯的原料和裂解条件不同，乙烯收率不同，裂解焦油的组成以及苯等芳烃收率也不同。因此，苯的来源和规模受到乙烯装置裂解原料的制约。裂解焦油组成复杂，含不饱和化合物较多，必须经过加氢才能作为进一步分离芳烃或脱烷基制苯的原料。

苯和二甲苯是芳烃中需要量较大的产品，甲苯则较少，因此甲苯脱烷基歧化将其转化为苯和二甲苯，满足了市场的需要。甲苯脱烷基制苯有热脱烷基法与催化脱烷基法。热脱烷基法反应温度较高，过程无需催化剂，空速大、反应器体积小，运转周期长，可达一年以上，对原料的适应性强，允许原料中芳烃含量可低达30%，补充氢的杂质含量不受限制，氢耗低，产品苯的纯度高，因此较催化脱烷基优越，广泛被采用。

甲苯歧化及烷基转移虽增加二甲苯的收率，但却减少了苯的收率，因此要考虑二者间的供需平衡，实现本项目中苯的生产需

求和对苯二甲酸生产过程中对二甲苯的需求。⒏聚碳酸酯工程塑料（PC）生产能力20万吨

聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)作为一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能、耐蠕变性能、较高的抗张强度、抗弯曲强度、伸长率和刚性，并具有较高的耐热性和耐寒性，可在-100℃～140℃温度范围内使用，电性能优良、吸水率低、透光性好。由于性能优异，其应用领域非常广泛，已进入到汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器械、医疗保健、家庭用品等领域，而且正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等高新技术领域，尤其在光盘的应用上发展更快。

PC工业化生产工艺主要分为两大类。第一类是使用光气的生产工艺。第二类是完全不使用光气的生产工艺。截止202_年底，全世界PC总生产能力接近3.0Mt/a。其中，光气法PC生产工艺约占总生产能力的90％。除美国GE公司少部分生产装置(生产能力约170kt/a)和中国台湾奇美公司65kt/a生产装置外，世界其他PC生产装置全部使用光气作为生产原料。但该方法要使用剧毒的光气(COCl2)，而且还有许多环境和经济方面的不足，不符合环境保护与可持续发展的社会潮流。

近年来，全世界环境保护呼声日益高涨，各国都相继颁布了更为严厉的环保法规，相应的排放标准也更为苛刻，光气法必然会被逐渐淘汰。因此，发展一种环境友好、经济效益高的合成方法，成为绿色化学迫切需要解决的问题。

作为南港化工生态工业园区新上马的年产20万吨超大规模双酚A型聚碳酸酯项目，环保问题不容忽视。本着技术可行、经济合理、环境友好以及安全生产的宗旨，我们应该选取更为绿色的非光气法生产工艺。下面就对非光气法生产工艺作简要阐述。

以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作为原料生产DPC，可以完全避免使用剧毒的光气。反应式如下所示：

反应在串连的双塔中进行。苯酚从第一塔的中上部进料，新鲜的DMC以及从第二塔循环回来的部分物料混合后在中下部进料，通过反应精馏，在第一塔的底部采出甲基苯基碳酸酯进入第二塔中部，甲醇和少量DMC由第一塔上部蒸出。在第二塔中，甲基苯基碳酸酯经过自身的酯交换反应，生成的DPC由塔底抽出，DMC从塔顶抽出后循环回第一塔重新参加反应。

其中DPC的原料DMC工业化生产工艺主要有酯交换法和甲醇羰基氧化法。

酯交换法是以CO2为原料生产PC的工艺流程：先以CO2、环氧乙烷为原料，在气相条件下，通过高压和催化剂作用生产碳酸乙烯酯(EC)，然后EC和甲醇进行酯交换反应生产DMC。DMC再和苯酚进行酯交换反应生产DPC，副产物乙二醇可以作为聚合级PC原料出售。反应式如下所示：

该工艺已有生产能力约65kt/a的工业装置(202_年，以DMC计)，原料CO2可以是环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)装置的副产物。除此之外，乙二醇通过此方法生产，与传统的蒸馏提纯工艺相比，可以节约大量蒸汽耗量。

非光气法PC工艺完全摆脱使用剧毒的光气作为生产原料。同时聚合阶段采用本体聚合，不用溶剂，主要原料是CO(来自气化装置)、CO2(来自乙二醇排放气)，具有成本低、容易得到等优点。主要缺点是，由于后期的熔融缩聚反应时体系黏度逐渐增大。导致体系中小分子物质排放困难，因此设备较复杂，工艺操作要求高。

甲醇羰基氧化法是以CO和甲醇为原料，通过甲醇羰基氧化法生产DMC。

甲醇羰基氧化法的成熟工艺有意大利Enichem公司的液相催化工艺和日本宇部公司气相催化工艺，催化剂分别是CuC12和CuC12、NO。液相工艺的主要缺点是设备腐蚀问题，甲醇最大转化率98％；气相工艺是20世纪90年代的新技术，甲醇转化接近100％。GE公司的非光气法PC装置采用以CO为原料合成DMC的工艺，然后再合成DPC,最后通过DPC和双酚A熔融缩聚反应生产PC。

综合考虑项目生产实际以及绿色生产的要求,我们决定应该采用非关起发进行生产。以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作为原料生产DPC，而DMC的生产工艺宜采用酯交换法进行，这样可以充分利用前面环氧乙烷的合成。

三.合成工艺流程分析和选择及草图绘制

下面对各产物的合成工艺逐个列出。

四.安全性与生态性分析

生态工业技术的开发应该遵循减量化原则、再利用原则、再资源化原则这三个原则。

减量化原则注重将产品灵活化，根据消费的功能需求来优化产品结构，开发出性能更好、更加“灵巧”的产品或技术，以此减少资源和能源的消耗。在减量化原则中，要遵循物质转化中低物耗、低能耗工艺优先的原则，使资源的利用率达到最高。

再利用原则指的是重要元素在工业系统中的循环代谢。如通过化学加工，将副产物分解进行资源循环利用。

再资源化原则是针对废弃物的回收利用而言。

所以一个生态化工项目或者园区的“静脉产业”建设是十分

重要的，“谁制造，谁分解；谁销售，谁回收；谁污染，谁治理”等理念的推进是十分必要的。

所谓静脉产业，即资源再生利用产业，是以保障环境安全为前提，以节约资源、保护环境为目的，运用先进的技术，将生产和消费过程中产生的废物转化为可重新利用的资源和产品，实现各类废物的再利用和资源化的产业，包括废物转化为再生资源及将再生资源加工为产品两个过程。作为解决废弃物快速增长的一个良好途径，静脉产业应当在新上马的南港化工项目中得到充分应用，以有利于生态化工建设。

在生态化工园区的建设中，我们应当充分运用工业生态学、系统工程、化学工程的理论和方法，从元素代谢与物质循环、工业共生、柔性、演变进化、能量集成、水集成、关键链结技术、与自然生态协调、信息系统等多个方面，对南港生态工业系统的生态产业链进行定量的分析与比较，得到平均路径长度、原子利 用率、共生效益、柔性指数、生态生产力等一系列生态系统特性指标，建立了一套系统的生态工业分析方法和指标。在上述分析的基础上，结合现今已有的生态化工园区的建设经验及案例，完成南港生态化工建设。

在前面的工艺分析中，已经在简要的分析基础上挑选出了较为适宜的产品合成路线。在对各合成路线进行深入开发试验分析之后，再通盘考虑园区的产品物料网络建设，以及热交换网络的建设。并且在网络构建的过程中，应当同步考虑到经济合理、技

术可行、环境友好等诸多因素。

五.物质集成链、能量链与产品链和资源设备信息共享 1.物质集成链、能量链与产品链

构建产业链，整个生产过程形成“资源-废弃物-再生资源”的物质和能量的闭路循环流动，尽量实现废弃物的“零排放”。这样极大地降低了生产成本和环境成本。通过加强上下游生产单位之间的合作与交流，在一定程度上能够提高产品质量，增强生产单位的竞争力。同时，园区内布局的网络化和集中化，不仅大大节约了工业用地，而且能够产生极大的集聚效应。

在石化产业方面，南港工业区将重点发展石油化工、聚酯化纤、精细化工和能量综合利用四条循环经济产业链，延伸30条产品链，打造国家级石化产业基地。建设原油、成品油国家战略储备库和商业储备库，储备能力达到202_万吨；建设炼化一体化项目和10个百万吨级通用树脂、工程塑料项目。

例如：

⑴环氧乙烷产业链：包括乙二醇醚、聚对苯二甲酸丙二醇酯、乙醇胺、甲硝唑等4个系列5套装置。其中聚对苯二甲酸丙二醇酯是性能优异的工程塑料，也是一种新型的化纤原料，其纤维制品具有良好的回弹性、尺寸稳定性和染色性能，在服装领域有广阔的应用前景，国内尚无工业生产装置。

⑵生物质乙烯产业链：包括乙醇制乙烯、OCT、乙烯-醋酸乙烯共聚物等4个系列。采用生物质发酵制得的乙醇为原料制乙烯，在石油资源日益紧张的情况下具有重要意义，其竞争力将会随着技术水平的提高逐步显现。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）无毒，是绿色环保型产品，有优异的综合性能，广泛用于建筑、纺织、农用薄膜、汽车、包装、鞋业、电子等领域。

⑶丙烯产业链：包括聚碳酸酯、ABS、环氧氯丙烷及其衍生物等三个系列。其中：聚碳酸酯作为综合性能优良的非晶型热塑性树脂，是发展最快的工程塑料之一。ABS树脂具有优异的综合性能。这两个品种在汽车、建材、电子电器等领域有广泛的应用，等等。

这种可以将生产丙烯腈产生的废气氢氰酸，用于生产重要的化工中间体甲基丙烯酸甲酯；将乙烯装置产生的废气二氧化碳回收利用，用于生产工程塑料和聚碳酸酯。整合特定区域内的相关产业，在生产的源头投入资源，把上游企业产生的废弃物作为中游企业的资源，把中游企业产生的废弃物作为下游企业的资源，直到园区生产末端废弃物趋向零排放。

不同生产单位之间通过资源共享和废弃物交换构成互惠共生的产业链。这是生态园区的本质特征，能够解决传统园区中由于各单位生产过程相互独立造成资源高消耗、废弃物高排放的问题。生态园区中没有真正的废弃物，通过横向耦合，上游生产单位的生产过程产生的废弃物可以作为下游生产单位的资源进行再利用，各生产单位之间形成共生网络，实现资源共享和能量多级利用，变污染负效益为经济正效益。通过模拟自然生态系统，对园区企业及产业进行重新设计，将非生态企业及没有完全实现内部耦合的生态企业产生的废弃物重新投入生产，能够提高资源利用率，并在园区层面降低资源的整体消耗水平。同时，通过构建资源共享和废弃物交换的产业共生网络，最终能够实现区域废弃物的“零排放”，减轻区域环境治理的压力。

水系统集成：这里特意把它提出来，是想强调生态园区，节能减排，节约用水和高效率的用水时极其必要的。水系统集成也可视为上述物质集成的一个特例。生态工业园区中，可以将水细分成更多的等级，例如超纯水（用于半导体芯片制造）、去离子水（用于生物或制药工艺）、饮用水（用于厨房、餐厅、喷水池）、清洗水（用于清洗车辆、建筑物）和灌溉水（用于草坪、灌木、树木等景观园艺）等。由于下一级使用的水质要求较低，因而可以采用上一级使用后的出水。例如目前许多企业采用的水循环利用系统，即“清水—第一次清循环水—第二次浊循环水”的循环过程以及蒸汽冷凝回用、间接冷却水循环利用、封闭水循环等技术，都可以在生态工业园区中跨企业采用。

在水的多用途使用时，有时需要进行必要的水处理，以除去进水中的有害固体物质和液体物质，尽量提高水的纯净度。

处理后的水再回用于同一工段，或用于质量要求低一级的用水。水处理方法可根据不同的情形采用冷却、分离、过滤、超滤、反渗透、消毒、沉淀、生物处理、湿地处理等工艺。

与此同时，园区也要实现总能源的优化利用，最大限度地使用可再生资源（包括太阳能、风能、生物质能等）。在某些情况下，园区总能源消耗量甚至可能减少50%。一种途径是能源的梯级利用。根据能量品位逐级利用，提高能源利用效率。在园区内根据不同行业、产品、工艺的用能质量需求，规划和设计能源梯级利用流程，可使能源在产业链中得到充分利用。

另一种途径是热电联产。我国的热电联产已经有40多年的历史，在园区中，应因地制宜地利用工业锅炉或改造中低压凝汽机组为热电联产，向园区和社区供热、供电，从而达到节约能源，改善环境，提高供热质量的作用，同时节约成本、提高经济效益。

如把热电厂产生的大量灰渣作为生产水泥或新型建筑材料的原料；将通常用作燃料使用的乙烯焦油，用于提取萘等重要化工原料。

要极大程度上达到物质集成，在企业之间，将废物作为潜在的原料或副产品相互利用，通过物质、能量和信息的交换，优化园区内所有物质的使用和减少有毒物质的使用；在园区之外，充分利用物质需求信息，形成辐射区域，使园区在整个经济循环中发挥链接作用，拓展物质和能量循环空间。

可以建立物资和废物交换中心，负责各企业物资的交换和副产品与废物的处置。2.资源设备信息共享

改变企业各自建设配套设施的传统模式，坚持公用工程一体化建设原则，通过建设工业气体中心、自来水厂、热电厂、污水处理厂、固体废物处理中心等公用工程“岛”，做到集中供热、供水、排污、供气和废物处理，实现园区内资源共享。

设施共享是生态工业园区的特点之一。实现设施共享可减少能源和资源的消耗，提高设备的使用效率，避免重复投资。园区内的共享设施包括：

(1)基础设施，如污水集中处理厂、固体废物回收和再生中心、消防设施、绿地等。南港工业区将规划建设“水电汽气污”多联产循环经济公用工程岛，充分依托大港油田现有配套设施，实现公用工程共建共享，提高资源和能源的利用率。

(2)交通工具，如班车、其它运输和交通设备

(3)仓储设施，如入园成员间闲置的仓库等；(4)闲置的其它维护设备、施工设备等；(5)培训设施等。

信息交换系统，是保持园区活力和不断发展的重要条件。园区内各企业之间有效的物质循环和能量集成，必须以了解彼此供求信息为前提，同时生态工业园的建设是一个逐步发展和完善的过程，其中需要大量的信息支持。这些信息包括园区有害及无害废物的组成、废物的流向和废物的去向信息，相关生态链上产业（包括其辐射产业）的生产信息、市场发展信息、技术信息、法律法规信息、人才信息、相关工业生态其他领域的信息等。

主要是提供园区信息管理系统，便于物质和能量在园区、周围社区和区域内进行流动和交换；通过示范、宣贯等手段，扮演教育和营销角色，以宣传生态工业原理，帮助企业特别是中小企业理解环境问题和环境法规，克服生态工业运行的障碍；提供有关提高能源效率、节约资源、废物最小化、清洁生产技术和应急反应等的指南和建议。

六.系统稳定与区域整合

生态园区作为一个整体要能够有效的抵御市场风险、保持自身稳定。与传统园区相比，生态园区在面临资源供应、市场需求以及外界环境随机波动时具有较大的弹性，整体抵御市场风险的能力大大加强。同时，它不断吸收新的生产单位来填补园区产业链上的空缺，设立面向管理者、技术人员等培训体系，也进一步

提高了生态园区的稳定性和可持续性。也要通过与周边区域资源、环境的耦合，融入到区域发展的生态和经济网络之中，为区域的经济发展和环境改善做出贡献。

带动协调发展：生态园区作为整个区域系统的一员，不仅注重自身的经济发展和环境保护，而且强调与所在区域的总体发展紧密相连。生态园区通过自身产业的建设能够带动区域工业、农业及第三产业的共同进步，从而促进了整个区域的经济发展。生态园区能够改善区域环境，同时为社区提供更多的就业机会和各类服务，提高了人们的生活质量。生态园区还通过影响人们的观念，带动区域科技、教育、文化的进步，促进区域的协调发展，具有明显的社会作用

尽可能将园区与社区发展和地方特色经济相结合，将园区建设与区域生态环境综合整治相结合。要通过培训和教育计划、工业开发、住房建设、社区建设等，加强园区与社区间的联系。要将园区规划纳入当地的社会经济发展规划，并与区域环境保护规划方案相协调。

大力采用现代化生物技术、生态技术、节能技术、节水技术、再循环技术和信息技术，采纳国际上先进的生产过程管理和环境管理标准，要求经济效益和环境效益实现最佳平衡，实现“双赢”。

第五篇：过程设计和开发总结报告

过程设计和开发总结报告

今年我公司成功开发后端横梁焊合件和钢板弹簧左/右支承架焊合件两个产品，并按过程设计和开发管理程序和顾客要求进行设计和开发。

产品过程设计开发的相关文件、资料：

1、过程流程图；

2、控制计划；

3、潜在失效模式及后果分析；

4、测量系统分析；

5、过程能力分析等。其中如：工艺卡等文件已发放到相关部门。

顾客所需要的文件资料已提交；今年5月份后端横梁焊合件和钢板弹簧左/右支承架焊合件OTS样件已经通过，6~8月份进入小批量生产；9月份开始大批量生产，PPAP生产件封样于9月26日；目前处于批量生产状态。

以上信息反映我公司的技术开发水平及过程能力均满足顾客的生产节拍要求。

技术开发部

202_.12.25