《化工设计》赣品课翟 可见,实现一种化学反应,需要选定适宜的温度、压力条件、研究出性能良好的催化剂以 及设计出合适的反应器等等,这是开发一个新的化工过程最重要也是最困难的部分。 2、分离或提纯。化工生产中的分离过程就是将两种或两种以上组分的混合物分成纯 的或比较纯的组分。由于生产中的化学反应过程常常存在副反应、反应不完全或使用溶剂 等方面原因,使原料经反应后得到的产物往往不是一种纯的产物,而是几种组分的混合物, 必须经分离或提纯后,才能成为较纯的产品。例如,石油化学工业中,轻油裂解制烯烃, 裂解产物须经加压低温分离,才能得到纯的乙烯和丙烯等产物。合成氨生产中,氢和氮原 料气合成后,须经冷却,从没有完全反应的原料气中分离出产品液态氨 分离过程通常只是一种物理过程,不发生化学反应。它是利用物质在相变化过程中 某些物理性质(如沸点、熔点、溶解度等)的差异来进行的。如蒸馏是基于不同组分挥发 度或沸点的不同;结晶是基于熔点或溶解度的不同;溶剂萃取是基于一种物质在两种互不 相溶的液体中溶解度的不同等。 分离过程所处理的物料通常同时存在两相,气体与液体、固体与液体、气体与固体 或两种不互溶的液体,这是由于两相密度差异大,本身容易分离,而单相不同组分的分离 是较困难的。例如,分离等量的苯和甲醇混合物,如果全部是液体,就难以分离,必须先 使这些组分进入不同相,然后把两相分离。为了做到这一点,通常有以下几种方法: (1)将混合液加热,把蒸出的蒸气分离再冷凝(蒸馏操作)。苯和甲醇蒸发到一定程 度,由于甲醇易挥发,蒸气中甲醇量相对较高,剩下的液相中苯含量较高,重复此操作, 可使两组分完全分离。 (2)将混合液冷却,然后把形成的结晶过滤(结晶操作)。由于苯在55°C凝固,甲 醇在-97C凝固。所以,在正确的操作条件下,可以得到差不多纯的苯晶体 (3)在混合液中加入一种溶剂,如水,它能与甲醇互溶,但不溶解苯。经充分搅拌 后,再把两相分离(萃取操作)。由于水与甲醇互溶,因此形成水(与甲醇)及苯(与甲 醇)两相,就很容易地将其分离 3、改变温度。化学反应速度和收率、物质的相态变化(如蒸气的冷凝、液体的气化 或凝固、固体的熔化等)以及物质的其他物理性质变化(如粘度、溶解度、表面张力等) 等均与温度有密切的关系,改变温度可调节以上各性质达到所需的要求 温度的改变,一般是通过换热器完成的。热量从热的流体转移到冷的流体,冷、热 两种流体是用易导热的材料隔开的。传递的热量决定于两流体间的温度差、传热介质面积、 接触时间和两流体间的相对流速等。 物质的加热都要消耗能量。所以,回收热量使热量充分利用,是化工厂提高经济效 益的一个重要措施。例如,要将原科加热到反应温度则需要热量。而反应器排出的是热的 产物,此部分热量可回收利用,这就可以把原料先与热的反应产物进行换热,回收部分热 量,然后再将其加热到反应温度 4、改变压力。化学反应的反应物或生成物中如有气体时,改变压力对平衡收率有影 响。例如,合成氨反应N23H2=2NH3,压力增高,氨的平衡产率就增加。除此之外物质 的相态变化,如蒸气冷凝或液体气化等与压力亦有密切关系。当用泵或压缩机输送流体时, 压力用于克服设备和管线中的阻力 5、混合。混合是与分离相反的一个过程。在化工生产中,常常需要将两种或两种以 上物质混合在一起。通常,混合不消耗能量,只有为了加速混合使用搅拌器时,才消耗少 量能量。 除上述操作外,某些化工设备还进行其他一些操作,如破碎、除尘等等。 化工过程中的每一个设备进行上述一种或几种操作。设计化工过程,就是设计以上 系列操作,将其适当地、合理地组合起来,以改变原料的化学和物理性质,使之能够生ȩࡆጕ䃮䃑Ȫ㇮ৱ䄮⼻ 2 ৃ㾕ˈᅲ⦄ϔ⾡࣪ᄺডᑨˈ䳔㽕䗝ᅮ䗖ᅰⱘ⏽ᑺǃय़࡯ᴵӊǃⷨおߎᗻ㛑㡃དⱘ࣪ڀࠖҹ ঞ䆒䅵ߎড়䗖ⱘডᑨ఼ㄝㄝˈ䖭ᰃᓔথϔϾᮄⱘ࣪Ꮉ䖛⿟᳔䞡㽕гᰃ᳔ೄ䲒ⱘ䚼ߚDŽ 2ǃߚ៪行ᦤ㒃DŽ࣪Ꮉ⫳ѻЁⱘߚ行䖛⿟ህᰃᇚϸ⾡៪ϸ⾡ҹϞ㒘ߚⱘ⏋ড়⠽ߚ៤㒃 ⱘ៪↨䕗㒃ⱘ㒘ߚDŽ⬅Ѣ⫳ѻЁⱘ࣪ᄺডᑨ䖛⿟ᐌᐌᄬ೼ࡃডᑨǃডᑨϡᅠܼ៪Փ⫼⒊ࠖ ㄝᮍ䴶ॳ಴ˈՓॳ᭭㒣ডᑨৢᕫࠄⱘѻ⠽ᕔᕔϡᰃϔ⾡㒃ⱘѻ⠽ˈ㗠ᰃ޴辵㒘ߚⱘ⏋ড়⠽ˈ ᖙ乏㒣ߚ៪行ᦤ㒃ৢˈᠡ㛑៤Ў䕗㒃ⱘѻકDŽ՟བˈ⷇⊍࣪ᄺᎹϮЁˈ䕏⊍㺖㾷ࠊˈ⚗⛃ 㺖㾷ѻ⠽乏㒣ࡴय़Ԣ⏽ߚˈ行ᠡ㛑ᕫࠄ㒃ⱘЭ⛃੠ϭ⛃ㄝѻ⠽DŽড়៤⇼⫳ѻЁˈ⇶੠∂ॳ ᭭⇨ড়៤ৢˈ乏㒣ދˈैҢ≵᳝ᅠܼডᑨⱘॳ᭭⇨Ёߚ行ߎѻક⎆ᗕ⇼DŽ ߚ行䖛⿟䗮ᐌাᰃϔ⾡⠽⧚䖛⿟ˈϡথ⫳࣪ᄺডᑨDŽᅗᰃ߽⫼⠽䋼೼Ⳍব࣪䖛⿟Ё ᶤѯ⠽⧚ᗻ䋼˄བ⊌⚍ǃ❨⚍ǃ⒊㾷ᑺㄝ˅ⱘᏂᓖᴹ䖯㸠ⱘDŽབ㪌佣ᰃ෎Ѣϡৠ㒘ߚ᣹থ ᑺ៪⊌⚍ⱘϡৠ˗㒧᱊ᰃ෎Ѣ❨⚍៪⒊㾷ᑺⱘϡৠ˗⒊ࠖ㧗পᰃ෎Ѣϔ⾡⠽䋼೼ϸ⾡Ѧϡ Ⳍ⒊ⱘ⎆ԧЁ⒊㾷ᑺⱘϡৠㄝDŽ ߚ行䖛⿟᠔໘⧚ⱘ⠽᭭䗮ᐌৠᯊᄬ೼ϸⳌˈ⇨ԧϢ⎆ԧǃ೎ԧϢ⎆ԧǃ⇨ԧϢ೎ԧ ៪ϸ⾡ϡѦ⒊ⱘ⎆ԧˈ䖭ᰃ⬅ѢϸⳌᆚᑺᏂᓖ໻ˈᴀ䑿ᆍᯧߚˈ行㗠ऩⳌϡৠ㒘ߚⱘߚ行 ᰃ䕗ೄ䲒ⱘDŽ՟བˈߚ行ㄝ䞣ⱘ㣃੠⬆䝛⏋ড়⠽ˈབᵰܼ䚼ᰃ⎆ԧˈህ䲒ҹߚˈ行ᖙ乏ܜ Փ䖭ѯ㒘ߚ䖯ܹϡৠⳌˈ✊ৢᡞϸⳌߚ行DŽЎњࠄخ䖭ϔ⚍ˈ䗮ᐌ᳝ҹϟ޴辵ᮍ⊩˖ (1) ᇚ⏋ড়⎆ࡴˈ⛁ᡞ㪌ߎⱘ㪌⇨ߚ行ޱދݡ˄㪌佣᪡԰˅DŽ㣃੠⬆䝛㪌থࠄϔᅮ⿟ ᑺˈ⬅Ѣ⬆䝛ᯧ᣹থˈ㪌⇨Ё⬆䝛䞣Ⳍᇍ䕗催ˈ࠽ϟⱘ⎆ⳌЁ㣃৿䞣䕗催ˈ䞡໡ℸ᪡԰ˈ ৃՓϸ㒘ߚᅠܼߚ行DŽ (2) ᇚ⏋ড়⎆ދৢ✊ˈैᡞᔶ៤ⱘ㒧᱊䖛Ⓒ˄㒧᱊᪡԰˅DŽ⬅Ѣ㣃೼ 5.5 ⬆ˈ೎ޱ oC 䝛೼-97 oC ޱ೎DŽ᠔ҹˈ೼ℷ⹂ⱘ᪡԰ᴵӊϟˈৃҹᕫࠄᏂϡ໮㒃ⱘ㣃᱊ԧDŽ (3) ೼⏋ড়⎆Ёࡴܹϔ⾡⒊ࠖˈབ∈ˈᅗ㛑Ϣ⬆䝛Ѧ⒊ˈԚϡ⒊㾷㣃DŽ㒣ߚܙ᧙ᢠ ৢˈݡᡞϸⳌߚ˄行㧗প᪡԰˅DŽ⬅Ѣ∈Ϣ⬆䝛Ѧ⒊ˈ಴ℸᔶ៤∈˄Ϣ⬆䝛˅ঞ㣃˄Ϣ⬆ 䝛˅ϸⳌˈህᕜᆍᯧഄᇚ݊ߚ行DŽ 3ǃᬍব⏽ᑺDŽ࣪ᄺডᑨ䗳ᑺ੠ᬊ⥛ǃ⠽䋼ⱘⳌᗕব࣪˄བ㪌⇨ⱘޱދǃ⎆ԧⱘ⇨࣪ ៪ޱ೎ǃ೎ԧⱘ❨࣪ㄝ˅ҹঞ⠽䋼ⱘ݊Ҫ⠽⧚ᗻ䋼ব࣪˄བ㉬ᑺǃ⒊㾷ᑺǃ㸼䴶ᓴ࡯ㄝ˅ ㄝഛϢ⏽ᑺ᳝ᆚߛⱘ݇㋏ˈᬍব⏽ᑺৃ䇗㡖ҹϞ৘ᗻ䋼䖒ࠄ᠔䳔ⱘ㽕∖DŽ ⏽ᑺⱘᬍবˈϔ㠀ᰃ䗮䖛ᤶ⛁఼ᅠ៤ⱘDŽ⛁䞣Ң⛁ⱘ⌕ԧ䕀⿏ދࠄⱘ⌕ԧˈދǃ⛁ ϸ⾡⌕ԧᰃ⫼ᯧᇐ⛁ⱘᴤ᭭䱨ᓔⱘDŽӴ䗦ⱘ⛁䞣އᅮѢϸ⌕ԧ䯈ⱘ⏽ᑺᏂǃӴ⛁ҟ䋼䴶⿃ǃ ᥹㾺ᯊ䯈੠ϸ⌕ԧ䯈ⱘⳌᇍ⌕䗳ㄝDŽ ⠽䋼ⱘࡴ⛁䛑㽕⍜㗫㛑䞣DŽ᠔ҹˈಲᬊ⛁䞣Փ⛁䞣߽ߚܙˈ⫼ᰃ࣪Ꮉॖᦤ催㒣⌢ᬜ ⲞⱘϔϾ䞡㽕᥾ᮑDŽ՟བˈ㽕ᇚॳ⾥ࡴ⛁ࠄডᑨ⏽ᑺ߭䳔㽕⛁䞣DŽ㗠ডᑨ఼ᥦߎⱘᰃ⛁ⱘ ѻ⠽ˈℸ䚼ߚ⛁䞣ৃಲᬊ߽ˈ⫼䖭ህৃҹᡞॳ᭭ܜϢ⛁ⱘডᑨѻ⠽䖯㸠ᤶ⛁ˈಲᬊ䚼ߚ⛁ 䞣ˈ✊ৢݡᇚ݊ࡴ⛁ࠄডᑨ⏽ᑺDŽ 4ǃᬍবय़࡯DŽ࣪ᄺডᑨⱘডᑨ⠽៪⫳៤⠽Ёབ᳝⇨ԧᯊˈᬍবय़࡯ᇍᑇ㸵ᬊ⥛᳝ᕅ ડDŽ՟བˈড়៤⇼ডᑨ N2ˇ3H2˙2NH3ˈय़࡯๲催ˈ⇼ⱘᑇ㸵ѻ⥛ህ๲ࡴDŽ䰸ℸП໪⠽䋼 ⱘⳌᗕব࣪ˈབ㪌⇨ޱދ⇨ԧ⎆៪࣪ㄝϢय़࡯Ѻ᳝ᆚߛLTD݇DŽᔧ⫼⋉៪य़㓽ᴎ䕧䗕⌕ԧᯊˈ य़࡯⫼Ѣܟ᳡䆒໛੠ㅵ㒓Ёⱘ䰏࡯DŽ 5ǃ⏋ড়DŽ⏋ড়ᰃϢߚ行ⳌডⱘϔϾ䖛⿟DŽ೼࣪Ꮉ⫳ѻЁˈᐌᐌ䳔㽕ᇚϸ⾡៪ϸ⾡ҹ Ϟ⠽䋼⏋ড়೼ϔ䍋DŽ䗮ᐌˈ⏋ড়ϡ⍜㗫㛑䞣ˈা᳝Ўњࡴ䗳⏋ড়Փ⫼᧙ᢠ఼ᯊˈᠡ⍜㗫ᇥ 䞣㛑䞣DŽ 䰸Ϟ䗄᪡԰໪ˈᶤѯ࣪Ꮉ䆒໛䖬䖯㸠݊Ҫϔѯ᪡԰ˈབ⸈⹢ǃ䰸ᇬㄝㄝDŽ ࣪Ꮉ䖛⿟Ёⱘ↣ϔϾ䆒໛䖯㸠Ϟ䗄ϔ⾡៪޴辵᪡԰DŽ䆒䅵࣪Ꮉ䖛⿟ˈህᰃ䆒䅵ҹϞ ϔ㋏߫᪡԰ˈᇚ݊䗖ᔧഄǃড়⧚ഄ㒘ড়䍋ᴹˈҹᬍবॳ᭭ⱘ࣪ᄺ੠⠽⧚ᗻ䋼ˈՓП㛑໳⫳