工艺流程和流程图(flow sheet或process flow sheet) 按物料加工顺序将各功能单元有机地组合起来，则构 筑成工艺流程。工艺流程多采用图示方法来表达，称为工 艺流程图。 化工工艺图纸一般有： （1）方案流程图：可用方框图表示工序、设备之间关系。 （2）工艺流程草图：也称工艺流程示意图。 （3）物料流程图(material balance diagram)。 （4）工艺流程图(PFD，process flow diagram）。 （5）管道仪表流程图(PID，piping & Instrument Diagram) 在该图上应有物料质量流量、温度、压力的信息。而 工艺流程图（一般指带控制点的工艺流程图）应有管道大 小、仪表阀门、手动阀门、设备名称等等。
乙醇的生产
2C2H10O5 H2O
淀粉
C12H22O11
(麦芽糖)
H2O
2C6H12O6
(葡萄糖）
C6H12O6
酵母
2CH3CH2OH + 2CO2
二、化工生产过程及流程 化工生产过程
原料预处理 化学反应 产品分离与精制
达到所需状态和规格 反应类型、反应器 得到符合规格的产品 回收利用副产物
合成路线：选用什么原料，经由哪几步单元反应来制备 目的产品。
（6) PCD图：工艺控制流程图，也就是PID上的仪表图， 通常是设计院内部设计过程文件、最终体现在终版PFD中 PCD图，是由工艺、仪表等专业合作完成的。 PCD直观地显示出所有工艺设备、工艺物料管道、辅 助管道、阀门、主要管件以及工艺参数中各组成部分及其 互相影响关系和信号的联系，以便对系统特性进行分析和 研究。
方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发 出来，冷凝后再逐个精馏分离。 问题：丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难 于将它们分离。 方案二：采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCN解吸出来， 乙腈留在水溶液中，然后再分离丙烯腈和HCN。 乙腈与水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小， 用水作萃取剂，使两者精馏分离变得很容易。
含氢、甲烷、乙烯等 酚类、烷烃、环烷烃等 气化 合成气 苯 甲苯 二甲苯 茚 氧（杂）茚 苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘
煤
煤焦油 分离
蒽 其他化工原料
气化
合成气
高压加氢液化
氨、甲醇、低碳混合 合成 醇、汽油、柴油等 汽油、煤油、柴油等
4、生物质及其加工利用
糠醛的生产
C5H10O5
HC CH C C CHO O 糠醛 + 3 H2O
（2）热裂解 当将直馏汽油、轻柴油、减压柴油等原料油加热到 750~800℃进行热裂解时，除了发生高碳烷烃裂解为低碳 烯烃和二烯烃的主要反应以外，还发生各种芳构化反应。 裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃。 另外，裂解汽油中约含有40~80％芳烃，其中主要是苯、 甲苯和二甲苯。
（3）催化裂化 催化裂化的主要目的是将直馏轻柴油、重柴油或润滑 油等高沸程原料油中的高碳烷烃加氢裂化成低碳烷烃，同时 发生异构化、环烷化和芳构化等反应而得到高辛烷值汽油。 催化裂化一般用硅酸铝作为催化剂，在450~560℃和 0.01~ 0.25MPa下进行。所得到的轻柴油馏份（沸程 180~340℃）中含有相当多的重质芳烃，其中主要是多烷基 苯和烷基萘。
（4）临氢脱烷基化 重整的石脑油馏份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯 和二甲苯的比例约为1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比 苯和二甲苯少，又发展了甲苯在氢气存在下脱烷基制取苯 的方法。 从催化裂化轻柴油中分离出来的多烷基苯和烷基萘也 可以通过临氢脱烷基法制取苯类产品和石油萘。但这种方 法投资高，只有炼油量大的国家才可能采用。
2、天然气及其加工利用 天然气 干气 湿气 主要成分是甲烷 甲烷含量高于90% C2～C4烷烃含量≥15%
～
20%
油田伴生气
天然气于石油伴生
煤层气（瓦斯气） 吸附在煤上的甲烷 天然气水合物 形化合物 冻土带和海底甲烷与水组成的笼
天然气的化工利用
制氢气和合成氨 经合成气路线制燃料和化工产品 直接催化转化成化工产品 热裂解制化工产品 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化 湿气中C2 - C4烷烃的利用
工艺路线：对原料的预处理（提纯、粉碎、干燥、熔 化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等）和反应物的后处理 （蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干 燥等）应采用哪些化工过程（单元操作）、什么设备和什么 生产流程等。
反应条件：反应物的分子比、主要反应物的转化率（反 应深度）、反应物的浓度、反应过程的温度、时间和压力以 及反应剂、辅助反应剂、催化剂和溶剂的使用和选择等。 合成技术：非均相接触催化、相转移催化、均相络合催 化、光有机合成和电解有机合成以及酶催化等。 完成反应的方法：间歇操作和连续操作的选择，反应器 的选择和设计等。
z 是否满足所要求的技术指标
原 则
z 经济指标的先进性 z 环境、安全和法律 z 技术资料的完整性和可信度
[例]丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程 主反应： C3H6+NH3+1/2O2 主要副产物： 问题： 如何从吸收塔底流出的水溶液中分离出丙烯腈和副产 物呢？ HCN CH2= CHCN + H2O CH3CN
第三章 化学工艺的工艺学基础
原料资源及其加工 化工生产过程及流程 化学反应的计量学 催化剂的性能及使用 反应过程的物料衡算和热量衡算基础
一
1、石油及其加工
石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展。 基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等 的产品中大约有90%来源于石油和天然气。 三烯---乙烯、丙烯、丁二烯 石油制取 三苯---苯、甲苯、二甲苯 石油、天然气和煤制取
石油的加工
一次加工：油品的加工，利用原油 中各组分沸点的差别进行分离。
常压蒸馏 减压蒸馏
二次加工：馏分油的化学加工， 调整烃类的组成。
• • • •
催化重整 催化裂化 催化加氢裂化 烃类热裂解
石油的加工的主要途径和产品
加工方法主要有以下几种： （1）催化重整 重整的最初目的是将重整原料油（沸程95℃以下）和 直馏汽油（沸程95-130℃）里的一部分环烷烃和烷烃转变 为芳烃，以提高汽油的辛烷值。后来出于化学工业对芳烃 的需要量日益增长，使重整成为制取苯、甲苯和二甲苯等 芳烃的重要方法之一。 汽油重整主要采用含铂催化剂的铂重整法。 重整油约含30～50％芳烃，经分离可得到苯、甲苯和 二甲苯等。
催化剂的生产强度： 单位时间、单位体积（质量）催化剂所得产品量。
有效生产周期
开工因子＝全年开工生产天数/365
开工因子通常在0.9左右，开工因子大意味着停工检 修带来的损失小，即设备先进可靠，催化剂寿命长。
合成效率 原子经济性AE (Atom Economy)是1991年由美国化学家 Barry M Trost 提出, 是指在化学反应中，反应物中的原子应 尽可能多地转化为产物中的原子；即提高化学反应转化率的 同时，尽量减少副产物。
限制反应物和过量反应物 化学反应物不按化学计量比投料时，以最小化学计 量数存在的反应物叫做限制反应物，而投入量超过限制 反应物完全反应的理论量的反应物叫做过量反应物。
3、 煤及其加工利用 煤 由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、 铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成。 成煤过程的程度不同分为： 泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 H% O%含量顺序： 泥煤 >褐煤 > 烟煤>无烟煤
煤的加工 高温干馏（炼焦） 低温干馏 煤气化 煤液化（直接液化 间接液化）
焦炉煤气 低温干馏 低温煤焦油 半焦 焦炉煤气 高温干馏 粗苯 分离
烃类化合物
链式饱和烃 环烷烃 芳香烃 硫化物 氮化物 含氧化合物
非烃化合物
胶质和沥青质
稠环烃类等
油品的概念
根据沸程的不同，将石油分类： 石脑油（轻汽油） 汽油 航空煤油 煤油 柴油 润滑油 重、渣油 50－140℃ 140－200℃ 140－230℃ 180－310℃ 260－350℃ 350－520℃ >520℃
原子利用率=（预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和）×100%
原子利用率% =
目标产物分子量 所有产物分子量 X100%
环境因子：绿色化学领域内环境因子则是衡量生产过程对 环境的影响程度（Sheldon）的参量。 荷兰化学家Sheldon提出，其定义是：在一个化学反应过程 中，所生成废物质量占目标产物质量的比值。
以丙烯、氨、空气和水为原料，按其一定量配比进入沸腾 床或固定床反应器，在以硅胶作载体的磷钼铋系或锑铁系催化 剂作用下，在400-500℃温度和常压下，生成丙烯腈。然后经 中和塔用稀硫酸除去未反应的氨，再经吸收塔用水吸收丙烯腈 等气体，形成水溶液，使该水溶液经萃取塔分离乙腈，在脱氢 氰酸塔除去氢氰酸，经脱水、精馏而得丙烯腈产品，其单程收 率可达75%，副产品有乙腈、氢氰酸和硫酸铵。 此法是最有工业生产价值的生产方法。
三、化学反应的计量学
生产能力：一个设备、一套装置或一个工厂在单位时 间内生产的产品量或处理的原料量。 单位 千克/时（kg/h） 吨 /天 万吨/年 (t/d) (10kt/a)
设计能力：在最佳条件下可以达到的最大生产能力。
生产强度： 设备的单位体积（或面积）的生产能力。 单位： kg/h·m3，t/d·m3 kg/h·m2，t/d·m2
石油是一种棕黑色的粘稠液体。它含有几万种碳氢 化合物，另外还含有一些含氮和含硫的化合物。石油的 主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油加工的第一 步是将原料经过常压、减压精馏，分割成若干馏份。适 当沸程的馏分在脱硫之前再进一步加工可以得到各种基 本化工原料和石油产品。 由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合 物构成的混合物，其中化合物的沸点从常温到500℃以 上。 石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥 青。
化工生产工艺流程组织---功能分析法 是缜密地研究每个单元的基本功能和基本属性，然后 组成几个可以比较的方案以供选择。因为每个功能单元 的实施方法和设备型式通常有许多种可供选择，因而可 组织出其有相同整体功能的多种流程方案。