认识化工产品基本生产过程

学习目的及要求

了解化工产品基本生产过程和操作方式，了解工艺流程图的类型及意义，掌握工艺流程配置的一般原则和方法。

学习重点

化工生产过程的三大系统。

学习难点

工艺流程的配置。

新课导入

分组讨论交流上次作业。

从大的方面来讲，从原料到产品一般要经过化学反应过程，但并非所有原料都能直接进入反应过程，也并非经过反应过程后都能转化为我们想要的产品。为了更好地满足化学反应过程的需要，往往先要对原料进行预处理，如固体原料的粉碎、分级、混合、溶解，气体原料的净化、加压、加热，液体原料的蒸发、过滤等。 由于化学反应过程中原料一般难以全部转化为目的产物，反应产物中会有部分未反应的原料和副产物。为了得到符合要求的产品，还必须进行后处理和分离提纯，如固体产品的结晶、干燥，气体产品的冷却、吸收，液体产品的精馏、萃取等。有时未反应的物料还需分离回收。前面我们曾讲过，不同的化工产品，其生产过程不尽相同；同一种化工产品，原料路线和加工方法不同，其生产过程也不尽相同。但一个化工生产过程一般都包括三个步骤，即原料的预处理、化学反应、产物的分离及精制，也由此构成了化工生产过程的三大系统——原料的预处理系统、化学反应系统、反应产物的分离或精制系统。

化工生产过程简称化工过程，主要是由化学处理的单元反应过程（如裂解、氧化、聚合、硝化、磺化等）和物理加工的单元操作过程（如输送、加热、冷却、分离等）组成。原料的预处理是化工生产工艺流程中的一个重要组成部分，其中包括原辅料的贮存、净化、干燥、加压和配置等操作。

原料预处理原则：首先解决化学上纯度的问题，用物理或化学方法将其转化为在化学上符合要求的物料，然后再去解决其他问题，这样既可以节省能量，又可以减少所含杂质在流程中的循环时间，减少对过程或产品的影响。原料预处理的节本原则如下：①必须满足工艺要求。如气固相反应中，为了增大反应接触面积，固相的粒度应尽量小，但又不能太小，否则可能夹带严重，因此要寻找一个最佳的范围以满足工艺要求。②尽可能选用精制后的原料，简便可靠、先进的预处理工艺。一般情况下，生产原料的厂家从源头上和过程中对产品的纯度加以控制，比使用厂家再次进行精制或精制要经济得多。对于原料的预处理尽可能选择简单、实用、可靠的方法，不宜使用复杂的大型化的化工单元过程。还应尽量采用先进的处理技术，以提高处理能力和处理效率。③应考虑能量的充分利用，尽量减少“三废”的产生。在生产中经常会用到换热操作，操作中的能量应充分利用，作为原料预处理的能量来源。如烧碱生产中，盐水进入电解槽前，充分利用电解产生的氯气、氢气的热量来预热。另外，在选择方案时应尽量减少在原料处理过程中产生“三废”。

化工生产过程既包括物理过程又包括化学反应过程，其中化学反应过程往往是生产过程的关键。化学反应条件对原料的预处理提出了一定的要求，反应进行的结果决定了反应产物的分离与提纯任务和未反应物的回收利用。一个产品的反应过程的改变将引起整个生产流程的改变。所以，反应过程是化工生产全局中起关键作用的部分。反应过程通常是在特定的反应器内进行，除了化学反应外，还涉及能量传递和质量传递，因此，反应过程不仅涉及化学反应的理论和规律，而且还要涉及对反应进程有直接影响的传递过程的理论和规律。

产物的分离和提纯是化工生产过程中的重要环节，大多数反应产物都是混合物，包括未反应的原料和反应产物，需要从中分离出所需要的产品，并使没反应的物料循环利用。所以，产物的分离和提纯对产品质量和经济效益有着极其重要的作用。产物的分离方法很多，选择时应充分了解欲分离混合物中各组分在物理、化学以及生物学方面的性质，避免在分离过程中的分解、聚合、变质和污染，同时还要考虑分离规模和能量的消耗。确定分离流程的经验规则和注意事项如下：①产物有固体物时，不论是目的产物还是废弃物，一般都要先分离出来，以免堵塞管道、设备。②产物中对目的产物有害的物质必须出去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。③优先把产物中未反应的物料分离出来，循环使用。④尽量选用简单的分离方法，一般按机械法分离—物理法分离—物理化学法分离—化学分离的顺序进行方法选择。

由于化工反应类型不同，有吸热反应和放热反应；有可逆反应和不可逆反应；有的反应需要在高温高压下进行，有的需要在催化剂的作用下才能进行，还有气相反应、液相反应及多相反应等。根据反应的特点及工艺条件不同，可供选择的反应器类型与结构也各种各样，再加上构成原料预处理和产品分离系统的单元操作及设备比较复杂，使得化工过程千变万化。但它们仍有相同之处，表现在都有为数不多的一些化学处理过程和物理处理过程组成，不同之处在于组成各过程的单元过程和单元操作不同，且这些单元组合的次序和方式、设备类型与结构各不相同。

从原料开始，物料流经一系列由管道联结的设备，经过包括物质物质和能量转换的加工，最后得到目的产物，将实施这些转换所需要的一系列功能单元和设备有机组合的次序和方式，称为工艺过程或工艺流程。