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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(Green Chemistry )又称环境无害化

学(environmentally benign chemistry)、环

境友好化学(environmentally friendly

chemistry)、清洁化学(clean chemistry)。

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

.

无毒

无害原料

可再生资源

环境友好产品回归自然

废物回收利用

无毒无害

催化剂

无毒无害溶剂

原子经济反应

高选择性反应

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 绿色化学的研究动向

3. 3.1 氧化剂与催化剂

开发无害的、耐用的、高循环性的催化剂。

3. 3. 2 生物模拟多功能试剂

3.3.3 组合绿色化学

组合合成用一个构建模块的n个单元与另一个构建模块的n个单元同时进行一步反应，得到n×n个化合物；若进行m步反应，则得到（n ×n）m个化合物。

有人作过统计，一个化学家用组合化学方法在2～6周的工作量，十个化学家用传统合成方法要花费一年的时间才能完成。

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. 2 等离子体技术

3. 4. 3 辐射加工技术

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10Å到200Å(1Å ＝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π1、π2、……πn-k之间的

函数关系，即有：

f（π1、π2、……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

6 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。

.

精品word 文档

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。

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化工过程开发和设计

化工过程开发与设计复习题 第一章化工过程开发概述 一. 填空题 1•化工开发过程是指从实验室研究成果过渡到实现工业化的科学技术活动。 2•直接搜集材料的基础形式：观察法.测量法.实验法和模拟法等。 3•化工过程开发的基本方法：实验研究方法和数学模型方法。 4•化工过程开发包括：过程研究及工程研究。 二. 名词解释： 1•冷模实验：•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，不发生化学反应，单纯考察过程的物理规律。 2•热模实验：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，主要是工艺条件的优化。 3•工程研究：依赖研究人员和工程人员的知识•经验.和思维，去再创造的过程，是根据对自 然规律的认识去创新的新概念的工作。 三•简答题 1. 化工过程开发的主要步骤有哪些？ 1. ①实验室研究②收集资料③概念设计④技术经济评价⑤模型试验⑥中试⑦基础 ①原材料的品级及供应渠道 ②产品质量及市场销售 ③能源供应及消耗 ④建设投资和生产成本 ⑤“三废”治理和环境保护 这些都是在实验室研究中很少考虑的一些问题。因此，将实验室研究成果直接用于大规 模工业生产是不合适的。 四•论述题 1•过程研究和工程研究分别指什么，以及两者间的关系。 过程研究和工程研究在化工过程中是两个不同性质的研究工作，前者借助仪器或装置对过程 运行的物理和化学规律进行探讨，为过程提供放大的信息和依据，或者则依赖研究和设计者 的知识•经验和思维为化工过程开发提供决策，两者过程研究为工程研究提供分析判断的信息，而工程研究则是检验过程研究质量的重要环节。 第二章科学选题 一. 填空题

化工过程开发与设计考试重点

一、名词解释(10分) 1、化学工艺（Chemical Techonlogy）：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。 2、化学工业（Chemical Industry）：运用化学工艺生产化学品的产业部们。 3、化学工程（Chemical Engineering）：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。包括传递过程、化工热力学、化学反应工程、分离工程、单元操作和过程系统工程等。 4、化工过程：是指若干相互关联的化工单元操作以及所用设备组成的一个整体和它所完成的工作，即化学品的变化。 5、化工过程开发：是指从一个有关新产品、新技术或新工艺概念的形成，到科研、设计、建设工厂，从实验室研究成功的过渡到第一套工业规模生产装置，付诸实施的全部过程。 6、工程设计：用文件化的语言将工艺技术转化为图纸的过程。 7|、工艺发表：工艺专业向项目内部有关专业发表工艺文件的一种行为。 8、折旧：将固定资产的损耗按一定方法逐步转移到生产成本之中，通过产品销售的收入加以补偿。 9、放大系数：放大后与放大前的规模之比为放大系数。 10、柱距和跨度：纵向定位轴线间距称为跨度，横向定位轴线间距称为柱距。 11、概念设计：依据小试提供的技术信息和收集的相关技术经济资料，对开发项目的工业化方案提出的一个初步设想。 12、返混：不同停留时间物料的混合称为返混。 13、增值税：纳税人在特定时期生产或销售产品及提供劳务等各环节所取得的收入，大于购进原料支付金额的差额，此部分为新增加值。对此增值部分形成的征税科目，即增值税。 14、开间与进深：开间指房间在建筑外立面上占的宽度；垂直于开间的房间深度尺寸叫进深 15、风玫瑰图：即风向频率玫瑰图。将风向分为8个或16个方位，按照个各方位风的出现频率以相应的比例长度点在8个或16个轴线图的轴线上，再将各相邻方向的线段用直线连接，即成为闭合折线，此闭合折线即风向玫瑰图。 五、问答题(60分) （一）化工过程开发的基本内容： 根据实验室开发基础研究的成果和有关的工程资料，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，然后进行扩大实验，评价过程的可行性，设计工业装置，实现工业化。 （二）化工过程开发是研究概念的形成并涉及从化学实验室研究成果成功地过渡到大规模商品生产的一门工程技术研究。其核心是“放大”和“优化” （三）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 （四）数学模型方法用于过程开发和放大时的步骤： ①将过程分解成若干个子过程； ②分别研究各子过程的规律并建立数学模型；如反应动力学模型、流动模型、传热模型、传质模型等； ③过程综合，或称计算机模拟，即通过数值计算联立求解各子过程的数学模型，以预测不同

化工过程设计

课程设计 间氟甲苯生产工艺设计 班级：应化二班 姓名：朱翔 学号：114103000316 专业：化学工程 课程名称：化工过程设计 指导老师：胡炳成 化学工程专业 2014年12月

化工过程设计第I页共Ⅰ页 目录 一．产品概述 .............................................................................. 错误！未定义书签。 1.1基本物化性质 ................................................................... 错误！未定义书签。 1.2间氟甲苯的应用 ............................................................... 错误！未定义书签。 1.3 间氟甲苯的研究进展 ...................................................... 错误！未定义书签。 1.4研究背景及意义 ............................................................... 错误！未定义书签。 1.5市场供需状况 ................................................................... 错误！未定义书签。 1.6国内外工业生产技术现状.................................................................. 错误！未定义书签。二．设计基础 .............................................................................. 错误！未定义书签。 2.1工艺路线的选择 ............................................................... 错误！未定义书签。 2.2原材料规格及产品 ........................................................... 错误！未定义书签。 2.3间氟甲苯制备反应装置 ................................................... 错误！未定义书签。 2.4副产物情况 ....................................................................... 错误！未定义书签。三工艺设计 ................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1工艺流程简图 ................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 工艺过程原理 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.3制备反应工艺条件 ........................................................... 错误！未定义书签。 3.4 工艺流程说明 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.5 三废处理方案及环保方案 .............................................. 错误！未定义书签。 3.6工艺流程 ........................................................................... 错误！未定义书签。 3.7反应的操作条件及物料热量衡算.............................................. 错误！未定义书签。 4 工艺计算 ................................................................................ 错误！未定义书签。 4.1 已知数据 ..................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 合成部分物料衡算 ..................................................... 错误！未定义书签。 5 设备计算 ................................................................................ 错误！未定义书签。 5.1 反应器类型 ................................................................. 错误！未定义书签。 5.2 汽化器选型 ................................................................. 错误！未定义书签。 5.3 预热器选型 ................................................................. 错误！未定义书签。 5.4 高压计量泵 ................................................................. 错误！未定义书签。 5.5 产品储罐 ..................................................................... 错误！未定义书签。 6 平面布置 ................................................................................ 错误！未定义书签。 6.1 设备平面布置的原则 ................................................. 错误！未定义书签。 6.2 车间设备布置大体上应考虑下列问题 ..................... 错误！未定义书签。设计体会和收获 . (16)

化工过程开发程序与设计种类

第三节化工过程开发程序与设计种类 1、化工过程开发的基本步骤 2、化工过程开发中的设计 3、工程设计 1、化工过程开发的基本步骤 1、化工过程开发的基本步骤: （1）调研市场对开发产品的需求量、开发产品对国民经济其他部门的关系、市场前景,收益估算,社会效益及环境污染情况等 （2）评估科研水平、社会条件及完成的可能性收集评价的资料: ①各种已工业化的生产方法及新方法的专利文献资料，如生产过程、流程、主副反应、反应条件、反应产率、产品及副产品规格、主要设备类型、反应动力学及有关的相平衡数据； ②主副产品、原料及中间品的物化和热力学数据 实验性研究内容: ①工艺方法（原料和生产线路等）研究 ②工艺条件（如转化率、选择性、主副反应的特点、催化剂、反应条件、产品分离方式等) ③物料平衡、能量平衡和生产成本估算 ④对原料、半成品和产品质量的研究 ⑤产品用途及产品应用质量的研究 目的:对可能的若干方案进行初步筛选，以能明确地提出一个较理想的流程，同时获得必要的物性数据。 第一次可行性研究 即在信息和实验研究的基础上对技术、经济、环境综合的可行性研究技术的可行性研究是指原料线路和技术线路的可行性、可靠性和先进性 原料线路的可行性和可靠性： ①只要技术上可行，经济上合理，一般都采用粗原料或劣质原料； ②必须有足够的、可靠的来源

技术线路的可行性是指生产安全、操作简便、操作弹性大、生产环节少、不易出现故障等； 技术线路的先进性是指各种技术指标如转化率、选择性、能耗、设备生产强度和劳动生产率的高低。 经济的可行性研究 主要是指投资、人力、生产费用等支出同产品销售的收入作比较，估计可能获得的经济效益和投资回收情况。 环境的可行性研究 就是评估“三废”治理程度及其对环境的影响 小试:小型工业模拟试验的简称 小试应完成以下任务: ①验证开发方案的可行性和完整性，确定影响因素。明确过程原料线路，认识所涉及化学反应的特性和影响因素；确定工艺过程、单元操作和工艺条件，完成催化剂的筛选和表征； 确定产品分离和精制方案，以及在此基础上完成物料衡算和能量衡算。 ②测定和收集需要的各种物理化学数据 ③建立产品分析方法和过程监测方法 ④对生产过程排放的“三废”提出治理的初步方案 模型试验:对某些重要过程作放大的工业模拟试验 主要内容: 考察化工过程运行的最佳条件 考察设备内传热、传质、物料流动与混合等工程因素对化工过程的影响 观察设备放大后出现的放大效应 寻找产生放大效应的原因，测定放大所需的数据或判据等 冷模试验： 只研究过程的物理规律，不研究化学反应。可采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物试验。 热模试验：

化工企业设计和开发程序

化工企业设计和开发程序设计和开发控制程序 编制： 审核： 批准： 发放号： 受控状态： 2021.6.26发布 2021.6.27实施 - 1 - 1目的

对产品的设计和开发过程实施控制，确保新产品的质量满足合同或顾客的要求，项目环境、安全、职业健康影响因素得到识别和控制。 2适用范围 适用于本公司新产品设计和开发的实施、评审、验证、确认和更改等过程的控制。 3职责 3.1总工办负责产品设计和开发，提供相关的产品设计和开发方案，进行适宜的设计和开发评审、验证以及确认。 3.2副总经理（主管营销）负责组织销售部进行市场调研和市场的可行性分析，生产管理部负责中试原料采购计划的编制，采购科负责样品、小批试制所需物料的采购。 3.3研发室和生产管理部负责组织预研、小试、工艺优化及中试和试生产。 3.4质检科卖力样品及小批量试制样品的检验和测试。 4工作程序 a.依据顾客提出的要求进行设计和开发。 b.依据社会的需求和市场调查自行设计和开发。 c.与总公司、科研院所合作，引进技术和图样；总公司下达的设计开发任务。

4.2设计和开发的策划 4.2.1初步策划 a.公司各部门及各员工根据获得的息(包括新产品、新技术合同意向)，可对公司提出项目建议，填写“项目建议书”，提交总工办，由技术人员对工艺可行性、环境影响、安全影响、职业健康影响进行初步评价，提交总工程师审核后，报总经理审批。决定预研的项目由总工程师将预研任务填入“预研任务书”，由总工办将预研任务书下达至相关设计开发部门进行预研。总工办制定预研项目编号，将该项目列入“预研项目汇总表”中。对于新产品新技术，预研项目负责人应委托销售部进行市场调研工作。 - 2 - b.对公司已开发成功的小试技术进行中试或试生产调试时，可不做预研，直接提交“项目可行性分析报告”，按本程序4.2.3后执行。 对于某些项目（如：属客户订单产品或客户委托试制产品；技术服务类项目），可不做较深入的市场可行性分析，只做工艺可行性、环境影响、安全影响、职业健康影响初步评价。 c.对于总公司研发中心已完成预研或小试后下达的研发任务，由总工程师下发验证任务书，组织技术人员进行验证。总

化工工艺设计

1.概述 化工工艺专业是化工设计的主要专业之一。无论是开发新的化工生产过程，还是设计新的化工装置，化工工艺设计是直接关系到化工装置能否顺利开车、能否达到预计的生产能力和合格的产品,最终关系到工厂能否获得最大的经济效益。对于正在运行的化工装置,化工工艺专业通过工艺分析,了解装置物料和能量消耗情况,分析设备运行中存在的问题,可为制定改进方案、降低原料和能量消耗、提高产品质量以及挖掘生产潜力提供依据。因此，作为化工工艺设计的人员必须具备下列基本条件： 1.2 掌握化工工艺设计方法和技能 （1）了解工艺设计的任务、设计范围、工艺设计人员的职责。 （2）掌握化工基本理论的应用 （3）熟悉设计基本程序和相关专业的基本知识 （4）清楚工艺设计成品文件的内容和深度以及工艺设计的质量保证程序。 1.3 掌握生产、开停车的基本知识、分析生产事 故的能力以及相应的实践经验。 1.4 熟悉有关劳动安全卫生、消防和环保等方面 的法规。与工艺设计相关的上述诸方面的法规主要有： 大气污染物综合排放标准GB16297-96 职业性接触毒物危害程度分类GB5044-85 建筑设计防火规范GB50016-2006 石油化工企业设计防火规范(99年修订版) GB50160-92 爆炸和危险性环境电力装置设计规范GB50058-92 工业企业设计卫生标准GBZ1-2002 工业企业噪声控制设计规范GBJ87-1985 化工建设项目环境保护设计规定HG／T20667-2005 石油化工企业环境保护设计规范SH3024-1995 1.5 具有一定的工作经验 2、工艺设计基础数据 2.1 在工程设计合同书中明确规定的以及业主应 提供的有关数据。 （1）装置的设计能力、操作弹性及年操作日; （2）产品方案及产品、副产品的规格； （3）建厂地区的气象、水文、地质等条件； （4）所能提供的公用工程，包括水、电、汽、 气等规格、数量及进界区条件； （5）原材料、催化剂、化学品等规格、消耗指 标及进界区条件； 2.2 由专利商提供的： 除上述与专利商有关的数据外，还需专利商提供该专利范围内的工艺操作条件、转化率、收率、控制方案、相关设备条件等。

化工过程控制系统的设计与实现

化工过程控制系统的设计与实现 近年来，随着化工产业的迅猛发展，工业自动化技术得到广泛应用，化工过程 控制系统已成为化工生产中不可或缺的一部分。本文将探讨化工过程控制系统的设计与实现。 一、化工过程控制系统的概述 化工过程控制系统是指利用先进的电子、自动控制技术，对各种化工生产过程 进行监测、控制和管理的一种系统。化工过程控制系统主要包括传感器、执行器、控制器、人机界面等部分。其中，传感器用于采集化工生产过程的实时数据，执行器用于执行控制指令，控制器用于对数据进行实时处理，并产生相应的控制指令，人机界面则提供了方便的操作界面，使操作员能够对整个系统进行监测和控制。 二、化工过程控制系统的设计 1. 系统功能分析 在化工过程控制系统的设计过程中，首先需要进行系统功能分析。这一步的目 的是明确系统需要实现的功能，并将不同的功能分配给不同的子系统。 2. 设计方案选择 根据系统功能分析的结果，设计方案选择是化工过程控制系统设计的重要步骤。在这一步中，需要选择合适的硬件设备和软件平台，并确定系统的通信网络。同时，还需要根据实际情况选择适用的控制算法和控制策略。 3. 系统拓扑设计 系统拓扑设计是化工过程控制系统设计过程的下一步。这一步的目的是将不同 的子系统予以组织并建立相应的通信连接。通常，化工过程控制系统的硬件包括传

感器、执行器、控制器等组成，软件包括控制算法和控制策略。在系统拓扑设计中，需要确定不同硬件和软件的组合方式，并建立相应的通信链路。 4. 系统接口设计 在系统接口设计中，需要将不同的子系统与系统总线相连接，并确定数据传输 协议。同时，还需要制定数据传输格式以及相应的数据传输方式。 三、化工过程控制系统的实现 1. 各子系统实现 根据化工过程控制系统的设计方案，实现各个子系统的开发和调试工作。其中，传感器和执行器的选择非常重要，需要适应化工生产环境中的高温、高压、易腐蚀等特殊条件。 2. 控制算法和控制策略的实现 控制算法和控制策略是化工过程控制系统中最为关键的部分。需要利用数值计 算方法，对实时数据进行分析，计算出相应的控制指令。 3. 用户界面的实现 人机界面是化工过程控制系统中与操作员直接接触的界面。操作员通过人机界 面进行控制和监测，需要设计一个简单、易用的界面，以方便操作员使用。 四、化工过程控制系统的应用 化工过程控制系统的应用非常广泛，可以应用于各种化工生产过程的控制和监测。例如，在石油化工生产中，可以用化工过程控制系统对煤气、油品、乙烯、丙烯等产品的生产过程进行实时监测和控制。在化肥生产中，可以利用化工过程控制系统对氨、尿素等产品的生产过程进行控制和调节，以确保产品的质量和生产效率。

化工过程与开发

化工过程与开发 化工过程与开发》课程的目标和目的体现在以下几个方面： 理解化工过程的基本原理：通过研究该课程，学生将能够深入了解化工过程的基本原理，包括反应工程、传质与分离、流体力学等方面的知识。他们将研究到不同化工过程中所涉及的物质转化、能量转移和动量传递等基本概念。 掌握化工过程的设计与优化技能：学生将通过本课程的研究，掌握化工过程的设计与优化技能。他们将研究如何选择合适的反应器、分离设备和传输设备，并了解如何优化化工过程以提高生产效率、降低成本和减少环境影响。 培养解决实际化工问题的能力：该课程旨在培养学生解决实际化工问题的能力。通过案例分析和实践活动，学生将研究如何应用所学的知识和技能来解决化工过程中的挑战和难题。 培养创新和研发能力：《化工过程与开发》将着重培养学生的创新和研发能力。通过研究先进的化工工艺和技术，学生将被鼓励提出新的理念和方法，以推动化工领域的发展和进步。

综上所述，《化工过程与开发》的目标和目的是帮助学生建立 对化工过程的深入理解，并培养他们在实践中应用所学知识和技能 的能力，以推动化工领域的发展。 本课程将涵盖以下主题： 化工过程概述：介绍化工过程与开发的基本概念和原理，包括 化工工艺流程、反应工程和热力学等方面的知识。化工过程概述： 介绍化工过程与开发的基本概念和原理，包括化工工艺流程、反应 工程和热力学等方面的知识。 化学反应工程：探讨化学反应在工业生产中的应用，包括反应 动力学、反应器设计和控制等内容。化学反应工程：探讨化学反应 在工业生产中的应用，包括反应动力学、反应器设计和控制等内容。化学反应工程：探讨化学反应在工业生产中的应用，包括反应动力学、反应器设计和控制等内容。化学反应工程：探讨化学反应在工 业生产中的应用，包括反应动力学、反应器设计和控制等内容。 传热传质：研究物质在化工过程中的传热与传质机制，包括传 热传质基本原理、传热设备和传质过程的模拟与优化等。传热传质：研究物质在化工过程中的传热与传质机制，包括传热传质基本原理、传热设备和传质过程的模拟与优化等。传热传质：研究物质在化工 过程中的传热与传质机制，包括传热传质基本原理、传热设备和传 质过程的模拟与优化等。传热传质：研究物质在化工过程中的传热

化工过程开发的基本方法

化工过程开发的基本方法 化工过程开发的基本 1. 引言 化工过程开发是指将一种或多种原料转化为有用产品的过程，它涉及到多种方法和技术。本文将介绍化工过程开发的基本方法，包括实验设计、反应工程和工艺优化等。 2. 实验设计 2.1 单因素实验设计 •改变一个因素（温度、反应时间等）进行实验，观察其对反应产物的影响。 •通过多组实验数据的分析，确定最佳操作条件。 2.2 正交实验设计 •同时改变多个因素，并采用正交表设计实验。 •通过分析实验数据，确定各因素对反应产物的主次影响。 2.3 响应面分析 •在一定实验范围内对多个因素进行实验，并根据实验数据建立响应面模型。

•通过响应面模型，预测最佳操作条件。 3. 反应工程 3.1 反应动力学 •研究反应速率与反应条件（温度、压力等）之间的关系。 •通过实验和数学模型，确定反应速率方程和活化能等参数。 3.2 反应器设计 •根据反应动力学，确定合适的反应器类型和尺寸，并设计反应器的进出料方式。 •进行传热和传质方面的计算和优化设计。 3.3 反应控制 •建立反应过程的实时监测和控制系统，优化反应过程的稳定性和产物质量。 4. 工艺优化 4.1 能量优化 •优化反应过程的能量消耗和能量回收。 •考虑换热器、节能设备等措施，降低能量成本。 4.2 废物利用 •最大限度地回收和利用废物产生的副产物。

•考虑催化剂的再生和循环利用等方法。 4.3 生产效率提升 •通过改进原料使用、反应条件等方面的措施，提高生产效率。•优化工艺流程，减少废物生成和处理成本。 结论 化工过程开发需要综合运用实验设计、反应工程和工艺优化等方法。通过不断的优化和改进，可以提高化工过程的效率和产物质量，降低生产成本。同时，化工过程开发也需要考虑环境保护和废物利用等方面，实现可持续发展。 5. 技术创新 5.1 新材料研发 •利用先进的合成方法和材料表征技术，研发新材料，用于化工过程开发中的催化剂、吸附剂等。 •通过改变材料的结构和成分，提高反应速率、选择性和稳定性。 5.2 绿色工艺 •借鉴生物学、环境科学等领域的理论和技术，开发环境友好、节能减排的绿色化工工艺。 •探索使用可再生资源、无毒无害的原料，减少废物生成和对环境的影响。

化工过程开发的基本方法(一)

化工过程开发的基本方法(一) 化工过程开发的基本 1. 引言 化工过程开发是指通过实验和优化过程，设计并改进化学产品的 生产方法。它在化工行业中起着至关重要的作用。本文将介绍一些常 用的方法和技术，帮助读者了解化工过程开发的基本知识。 2. 数据收集和分析 化工过程开发的第一步是收集和分析相关数据。这包括实验结果、原材料性质等。以下是常用的数据收集和分析方法： •实验室实验：通过在实验室中进行小规模实验，获取物质性质和反应条件等数据； •参考文献研究：查阅相关文献，了解已有的研究成果，为自己的研究提供参考； •数据统计和建模：利用统计学方法和数学模型对实验数据进行分析，找出规律和关联。 3. 设计实验方案 设计合理的实验方案能够提高化工过程开发的效率。以下是一些 常用的实验方案设计方法：

•单因素实验：改变单个因素，观察其对反应的影响，确定该因素的最佳取值； •正交实验：通过设计正交表，同时考察多个因素对反应的影响，减少试验次数，找出影响最显著的因素； •响应面分析：基于正交实验结果，建立模型，优化反应条件，找出最佳工艺参数。 4. 优化反应条件 在确定了最佳工艺参数后，可以进行优化反应条件。以下是一些 常用的方法： •反应速率控制：通过调整反应温度、压力等控制反应速率，提高产品产率； •催化剂选择和优化：选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率； •反应物浓度控制：控制反应物浓度以控制反应速率和产物选择性。 5. 工艺放大和转化 在完成实验室规模的实验后，需要将化工过程放大到工业规模， 这需要考虑以下因素： •传热和传质：在放大过程中要考虑传热和传质的影响，确保反应均匀和高效； •设备选择：选择合适的设备，满足产量和质量要求；

化工设计(化工过程设计)

* 化工设计（化工过程设计）教案（PPT 版）天津大学化工学院结晶中心：张美景Tel ：022 －27405754 27406483 二零零九年六月（第三版）课程基本情况：一、天津大学化工学院关于“化工设计”课程的开设情况1、天津大学原化工系从1989 年开始，在全国范围内率先开设“化工设计”本科课程。教材从自编教材《化工设计》，王静康主编，北京，化学工业出版社，1995 年《化工过程设计》，王静康主编，北京，化学工业出版社，2006 年。2、本课程的主要内容主要内容①、化工厂设计及化工工艺设计；②、化工技术经济分析与评价；③、计算机辅助化工设计。3、“化工设计”课程在化学工程与工艺专业大学本科教学中的地位“大三”下半年或“大四”才能开设，已经偏向于“专业课”，要求大家学完“化工原理”、“反应工程”、“化工热力学”、“物理化学”、“化工设备基础”等一系列专业基础课后，才能开始学习本课程。综合利用同学们以前学完的大量专业基础课知识，在化工工艺设计乃至化工厂设计的过程中综合运用。“化工设计”课程学得好不好，比其它课程更能体现一个化学工程与工艺本科学生综合素质的高低。4、本课程的特点①、综合性（多专业基础课知识的综合与集成）；②、实践性（面向实际化工工艺设计、化工厂设计的工程运用）； 5、“化工设计”课程教学的目的①、了解国内外有关化工工艺设计、化工厂设计的先进理念；②、掌握化工工艺设计的内容、步骤及方法。二、本课程学习的教材及参考书1、《化工过程设计》，王静康主编，北京，化学工业出版社，2006 年。（主教材）2、《化工技术经济》，苏健民主编，北京，化学工业出版社，2002 年。 3、《化工系统分析与模拟》，彭秉璞主编，北京，化学工业出版社，2001 年。 4、《化学工程手册》，时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，北京，化学工业出版社，2002 年。 5、《化工设计手册》，上海医药工业设计研究院主编，北京，化学工业出版社，2003 年。 6、Process Design Principles (Synthesis, Analysis and Evaluation) 7、Analysis, Synthesis and Design of Chemical Engineering 8、Introduction to the Material and Heat Balance in Chemical Engineering 除此之外，国内还有10 余个版本的“化工设计”教材，它们的侧重面不尽相同，有兴趣的同学，可以看看这些教材作为参考。第一章化工过程设计一、化学工业的发展历史、化学工业覆盖的范围及其在现代经济体系中的地位1、化学工业的

(完整word版)化工过程开发与设计

化工过程开发与设计心得 班级：12级化工（2）班姓名：潘荧学号：1203022034 化学工业是国名经济的重要支柱产业之一，与人类衣食住行密切相关，对解决人类社会所面临的人口、资源、能源、环境等可持续发展的重要问题有重要作用。化学工业具有原料、工艺、产品多方案的基本特征，即同一原料经过不同的加工工艺可得到不同的产品；同一原料经过不同的加工工艺可得到相同的产品；不同原料经过不同的加工工艺可得到相同的产品等。化学工艺的技术方案与社会效益、经济效益和环境保护密切相关，研究与开发是技术创新与进步的必由之路。 开发具有开拓、发展、扩张的含义。它是指研究新产品，开拓新方法，发展现有过程，扩大应用领域。化工过程开发是指从实验室研究成果（新产品、新工艺等）过渡到实现工业化的科学技术活动。由于化工过程开发涉及化学工艺、化学工程、机械设备、调节控制，材料与防腐，技术经济等各个领域，同时还包括实验、设计和试生产等各个环节，因此它是范围极广的一门综合性工程技术。 在化工生产中，从原料到产品，物流经过了一系列物理和化学加工处理步骤，化工过程是围绕核心反应器组织的，其上游为原料的前处理，以满足主要化学反应工艺条件为目标；下游为产品的后处理，通过分离、纯净等手段，以达到产品标准为目标。 化工过程研究与开发是指从一个有关新产品、新技术或新工艺的概念的形成，到科研、设计、建设工厂，从实验室研究成功地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为： （1）产品开发，即开拓满足国名经济需要的新产品； （2）工艺过程开发，包括创造已有产品的新生产工艺和开发适用于新产品的新工艺； （3）工艺改进，对现有设备进行改造，达到提高产品质量、节约能耗、减少环境污染等目的；

化工过程开发概要第二版教学设计

化工过程开发概要第二版教学设计 前言 化工过程开发是化学工业的核心。一个新产品到达市场之前所经过的开发过程和工艺开发，涉及到诸多化工工艺，机械、电气、仪表等方面。因此，化工过程开发是从生产发展和人员培训的角度来看，都非常重要的一个环节。 化工过程开发的课程，使化学学科不再仅仅是纸上谈兵，而变得更加具体、实际且直接地有助于学生未来的职业发展。本次教学设计将以第二版化工过程开发概要课程为基础，介绍一组实用的学习资源、课程大纲以及教学方法。 学习资源 化工过程开发涉及到的知识面实在太广泛了，学院和大学通常会为学生提供广泛的学习资源，以便于学生更好地学习相关知识。以下是常用的学习资源： 教材 教材通常是本课程的核心资源，我们会用基本的教材作为我们的课程材料。 •《化学工业工程原理》：作者Geoffrey Lewis, John Ramage •《化学工业过程控制》：作者William L. Luyben

•《化学反应工程》：作者Levenspiel 这些教材都包含了众多的图表和实例，对于化工过程开发的基本理念和技术都有详细的介绍。学生可以结合课堂讲解和实践操作一起学习。 实验室 化工过程开发课程是一个非常实用的学科。在化学工议教程中，学生将有机会去实验室进行实践操作。实验室让学生能够亲身体验所有化学知识的应用，同时也有助于学习生产标准和生产流程。 网络资源 化工过程开发课程可以从网络上获取许多资料和学习资源。以下是常用的网络资源： •Coursera –这个是免费的在线资源，提供了大量的化工过程开发学习资源。 •MIT – MIT的开放式课程库提供了全球公认的信誉，包括了几门非常有用的化工课程。 •edX – edX提供了大量的化工学习资源，可以帮助学生为专业的化工过程开发课程做好准备。 这些学习资源已经充分地证明了自己的价值，被大量的学生和化工专业人员选用。

简述化工过程开发程序

简述化工过程开发程序 化工过程开发程序是指通过计算机程序来模拟和优化化工过程的设计和操作。它是化工工程师在实际生产中的重要工具，能够帮助工程师更加准确地预测和改进化工过程的性能。 化工过程开发程序通常包括以下几个步骤：问题定义、模型建立、参数估计、模型验证和优化。 在问题定义阶段，工程师需要明确化工过程中存在的问题，并确定需要解决的目标。这可能涉及到提高产品质量、降低能耗、增加产能等方面的需求。问题定义的准确性对后续步骤的顺利进行非常重要。 模型建立是化工过程开发程序的核心步骤。在这一步骤中，工程师需要根据化工过程的特性和物理原理，建立数学模型来描述化工过程的行为。模型的建立需要综合考虑质量守恒、能量守恒、动量守恒等方面的因素，并根据实际情况引入适当的假设和简化。 参数估计是将实际操作中的数据与模型进行比较，通过调整模型中的参数使模型能够更好地与实际操作相吻合。这一步骤通常需要利用实验数据或历史数据来进行参数估计，以提高模型的准确性。 模型验证是对建立好的模型进行验证，即通过与实际操作数据进行对比来判断模型的准确性和可靠性。模型验证的目的是确保模型能

够准确地模拟化工过程的行为，并能够在实际操作中产生可靠的结果。 优化是化工过程开发程序的最终目标。通过对模型进行优化，工程师可以在满足一定约束条件的前提下，找到使化工过程达到最佳性能的操作条件。优化的目标可以是最大化产量、最小化能耗、最小化废物排放等方面。 化工过程开发程序的开发需要使用计算机编程语言来实现。常用的编程语言有Matlab、Python等。在编程过程中，工程师需要将模型转化为计算机能够处理的形式，并编写算法来求解模型。此外，还需要考虑数据的输入输出、界面的设计等方面的问题。 化工过程开发程序是化工工程师进行化工过程设计和优化的重要工具。通过合理地使用化工过程开发程序，工程师可以更加准确地预测和改进化工过程的性能，提高生产效率和产品质量。

化工过程开发与设计教学设计 (2)

化工过程开发与设计教学设计 1. 前言 化工过程开发与设计是化学工程专业非常重要的课程，它主要涉及化工工艺流程的设计、分析和合成。本文将重点介绍此课程的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法和教学评估，旨在帮助教师更好地开展此课程的教学工作。 2. 教学目标 化工过程开发与设计课程的教学目标主要有以下几点： 1.了解化工过程中的基本原理和流程，掌握化工过程设计的基本方法及 其应用； 2.提高学生的分析问题和解决问题的能力； 3.培养学生的实验技能和团队协作能力； 4.培养学生的创新思维和实践能力，为其将来从事化工工作打下基础。 3. 教学内容 化工过程开发与设计课程的教学内容主要包括以下几个方面： 3.1 化工流程设计 1.化工过程设计的基本概念和原理； 2.化工流程图的绘制和理解； 3.化工装置的选型原则和方法。 3.2 化工反应工程 1.化学反应动力学的基本概念和方程式； 2.反应体系的热力学分析和控制；

3.反应器的分类和选择。 3.3 分离工程与传递过程 1.分离工程的分类和应用； 2.分离设备的选择原则和方法； 3.传递过程的基本概念和应用。 3.4 过程控制与调试 1.过程控制的基本原理和方法； 2.过程调试的基本流程和方法； 3.过程安全控制的基本概念和方法。 4. 教学方法 在化工过程开发与设计的教学中，常见的教学方法包括： 4.1 课堂讲授 课堂讲授是化工过程开发与设计教学中最为基础的教学方法，通过教师的讲解，帮助学生建立正确的学科思维和知识框架。 4.2 实践操作 化工过程开发与设计的实践操作是非常重要的教学环节，通过实验操作，帮助 学生掌握实验技能和分析问题的能力。 4.3 小组讨论 小组讨论是一种富有互动性的教学方法，通过与其他同学进行讨论，提高学生 的思维能力和团队协作能力。

化工过程开发

化工过程开发的认识及影响因素 学生姓名：赵海龙学号：20105052002 化学化工学院2010级应用化学 课程名称化工过程开发 摘要：本文论述了化工过程开发的一些基本概念，简述了它的开发步骤及特殊性。并对影响化工过程开发的诸多因素进行了分析。并较为全面的阐述了化工过程开发的应用前景。最后指出了化工过程开发的研究性意义以及我的切身体会。 关键词：化工过程开发；重要性；影响因素； Abstract:This article discusses some of the basic chemical process development concepts outlined its development steps and particularity. Chemical process development and influence factors were analyzed. And more comprehensive exposition of the chemical process development applications. Finally the chemical process development research significance as well as my personal experience Keywords:Chemical Process Development;Importance; Influencing factors 引言 化工过程开发是指化工新产品、新工艺、新设备的研究开发。它包括概念形成、市场调查、实验室研究、工程设计及工程建设等一系列步骤，实现研究成果向产业化转化的全过程。化工过程开发可分为进取型开发和防御型开发两类。进取型开发是指开发的产品是以前未涉足的，是一种创新性的开发工作，它所需投资高，开发周期长，并面临技术和市场两方面的问题，具有较大的不确定性，风险很大，但若开发成功，将可获得巨大利润，可以说这是一种高收益、高风险开发。防御型开发是指对已有的产品的工艺流程、设备等进行改进。这种开发投资不大，市场风险小。随着科技的进步及世界经济一体化进程的加快，市场经济规律作用的充分显现，化学工业面临的竞争将会日趋激烈，这就迫使企业要投人大量资金用于新产品、新工艺、新技术开发，以不断推出具有质量、成本、性能优势的产品占领市场，使企业立于不败之地。由此可以看出，化工过程开发对企业生存和发展有着重要作用[1]。

化工过程开发与设计作业答案解析(DOC)

化工过程开发与设计作业名字：韦良优班级：应化12班学号：201409202101 1.化工过程开发步骤有哪些？具体是什么？ 答：1.实验室研究 1）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。 2）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.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。 3.概念设计（预设计）：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 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（立题评价）：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（工业化评价或项目评估）：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。 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。 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。 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 详细设计内容。 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。 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。