第一篇：淺談化工過程開發

淺談化工過程開發

摘要：長期以來，就化學工業來說，試驗成果不能迅速產業化，就技術而論，對以化學反應為特征的項目來說，認識化工過程開發和放大技術以實現規模生產是關鍵，也是我們和發達國家的重要差距。本文對化工過程開發及放大技術做了初步的介紹和闡述。

關鍵詞：化工過程開發；放大技術；規模生產

引言

隨著對新型工業化發展道路認識的不斷提高，科技領先，擁有自己的知識產權，已愈來愈成為我國工業企業提高競爭力的必由之路。科教興國、科教興市、科技興司、科技興廠也逐步成為人們的共識。因此，如何有效地抓好科研，抓好化工過程開發，就成為我們今后長時期的重要課題。化工過程開發的定義

化工過程開發是一種綜合性的工程技術，主要是放大和優化兩項工作。它包括：立項前的可行性研究，實驗室小試，放大模型試驗、中試，技術經濟評價，設計生產裝置，安裝、調試、開車等多個步驟。

由實驗室研究過渡到建立生產裝置的全過程，就是化工新產品、新工藝或新技術的開發過程，統稱為“化工過程開發”。是從立項前的可行性研究開始的，經過試驗研究、設計、建立生產裝置、開車調試到正常生產的整個過程。涉及化學，化學工藝，化學工程，化工機械，測量與控制，經濟分析，系統優化等多種學科。因此必須把整個開發過程看作一個系統，使系統內各個相互聯系和相互作用的要素協調配合，才能合理而有效地完成化工過程開發任務。化工過程開發步驟

2.1 實驗室研究

基礎研究：指在實驗室進行的篩選技術路線和工藝方案，測定有關物性數據及反應熱、動力學參數，篩選分析方法和研制催化劑等。

小試：在基礎研究的基礎上，在實驗室建立小型實驗裝置進行工藝模擬試驗，主要任務是優化工藝條件。

2.2 收集資料

包括過程放大和設計裝置所需的數據和判據，以及圍繞工藝過程評價或項 目評估所需要的原料、產品、能源、市場、交通、環保、地理環境等多種信息。

例：ε-己內酰胺（簡稱己內酰胺）是生產錦綸6纖維和尼龍6工程塑料的單體，廣泛應用于紡織面料、地毯、汽車部件、包裝薄膜等制造業，在我國經濟發展中是一種緊缺的重要化工原料。自2001年以來已連續四年進口數量超過300kt，產品自給率僅約35%，并且需求仍在不斷增長。目前，中國已成為世界上己內酰胺消費增長最快的國家，預計未來年增長率為7.1%左右。

己內酰胺生產有以苯酚、甲苯和苯為原料的不同工藝路線。由于石油化工工業的發展，提供大量價廉的苯，采用苯為原料成為占主導地位的生產工藝。巴陵分公司的己內酰胺生產就采用苯為原料，苯法生產己內酰胺的流程框圖如下所示：

2.3 概念設計

它是根據實驗室研究成果和收集的技術經濟資料，對被開發過程的工業化方案提出的初步設想。目的在于檢驗實驗室研究成果是否符合技術開發的要求，對以后開發步驟的研究或設計工作提供指導。

主要內容：

* 工藝路線和工藝方法的說明；

* 工藝流程簡圖；

* 簡單的物料衡算和能量衡算；

* 原材料及其消耗指標；

* 主要設備型式；

* 預計的“三廢”；

* 排放量及毒害性；

* 投資成本估算；

* 中試研究的建議。

例：環己酮氨氧化制環己酮肟新工藝

以環己酮、氨和雙氧水為原料，使用新型鈦硅分子篩（HTS）催化劑，在連續式攪拌釜中一步“原子經濟”合成環己酮肟，并采用膜分離技術實現催化劑與產物的分離，環己酮轉化率和選擇性好。與現有裝置相比，省掉氨氧化、NOX吸收、Pd/C催化劑加氫等工序；不需要循環壓縮機、空壓機等大型輔助設備，設備投資和能耗大大降低；反應條件溫和、運行成本低、產品質量好、環境友好。7萬噸/年工業裝置已建成投產，投資為引進的21.1%，每噸己內酰胺可變成本降低644元。

環己酮肟三級重排

建成環己酮肟三級重排反應和靜態混合新工藝，達到進一步降低酸肟比，提高重排液質量，減少發煙硫酸和液氨的消耗，降低生產成本。已在10~12萬噸/年的生產負荷下連續運轉。

2.4 技術經濟評價

它是對開發項目進行技術可靠性和經濟合理性的考察，以便對技術方案和開發工作進行決策。

技術經濟評價貫穿于開發過程的始終。

（1）初步評價

是在選題或確定開發項目時決定取舍所進行的評價。

（2）中間評價

是在開發過程中，對開發研究的各個階段結果作出評價，通常側重于技術方案的科學性和可靠性，以及在經濟上的合理性。

（3）最終評價

是在技術開發工作后期進行的評價。目的是為項目的投資建設作出決策。評價的依據是開發研究報告、市場研究報告等技術經濟資料。若評價結論肯定，即可投資進行建設。

2.5 模型試驗

一般是對工業生產中的某些重要過程作放大的工業模擬試驗。所用設備一般比實驗室規模大并且具有工業設備的仿真性質。主要研究內容：考察各種工程因素對過程的作用及其規律，觀察放大效應和分析、尋找產生放大效應的原因。模型試驗方式：

* 冷模試驗：

采用物理性質與實際工業生產物料相近的惰性物質進行試驗，發生化學反應，單純考察過程的物理規律。

* 熱模試驗：

用實際生產物料并按實際操作條件進行的試驗，在試驗設備內化學反應和物理過程同時發生，屬綜合性試驗考察，主要是工藝的優化。

利用的新催化材料有非晶態合金；新反應工程有超臨界CO2反應工程再生Pd/C催化劑、磁穩定床反應器；新反應有非晶態合金對苯甲酸加氫中微量CO的甲烷化、六氫苯甲酸-環己酮肟聯產己內酰胺組合反應、己內酰胺加氫精制代替KMnO4氧化精制。取得再創新的成果有：

? 在己內酰胺苯甲酸加氫裝置上使用非晶態鎳甲烷化助劑有效解決了CO

在Pd表面的吸附而引起的Pd催化劑的可逆失活。同時采用超臨界CO2再生失活后Pd/C催化劑，大大減少了貴金屬Pd的消耗和裝置中藏量。? 成功開發出擁有自主知識產權的六氫苯甲酸－環己酮肟聯產己內酰胺組

合工藝技術，使用甲苯法工藝酰胺化反應液中11%濃度的SO3進行苯法生產的環己酮肟Beckmann重排。組合工藝可使副產硫銨數量由原來的3.8噸/噸己內酰胺降低至1.6噸/噸己內酰胺以下，成為目前己內酰胺工藝中副產硫胺最少的技術。

? 以磁穩定床己內酰胺加氫精制新技術替代高錳酸鉀氧化精制工藝。從源

頭根治了KMnO4氧化中的MnO2廢渣、廢水等引起的環境污染，還降低了己內酰胺產品損失。

2.6 中試（中間試驗工廠）

它是在小試或模型試驗之后進行的半工業化規模的模擬試驗。是一次較大 規模的對開發的技術方案作較全面的試驗考察。其結果可作為基礎設計的依據。

2.7 基礎設計

它是在最終評價獲得肯定結論后，根據中試研究結果及有關資料，對工業生產方案及生產裝置所進行的原則設計。

內容：

* 生產裝置說明；

* 工藝流程及流程敘述；

* 物料衡算及能量衡算；

* 設備型式和規格明細表；

* “三廢”排放及治理；

* 檢測方法和檢測儀表等。

2.8 過程設計（施工圖設計）

是依據基礎設計編制的，用于指導過程實施的最終技術文件。

2.9 建立生產裝置

依據過程設計的圖紙和文件，購進和制作設備，安裝生產裝置，按工藝要 求進行調試、開車和試生產。

石化纖利用上述成果已完成己內酰胺裝置由6.5萬噸/年擴建到16萬噸/年的工藝包設計，工程總投資僅為4億元，而原引進5萬噸/年裝置總投資為35億元。利潤預計將增加1億元/年。

從以上兩個案例的開發中，還可以看到：

1.中國科技人員有信心、有志愿、有能力去走科技自主創新之路，也有我國走自主創新的獨特途徑和優勢。

2.在自主創新過程中，各盡所能、發揮優勢、團結協作、克服失敗挫折、堅持到底，才能取得最后勝利。結束語

化工過程開發及放大雖然步驟繁多，內容豐富，遍布于整個開發生產過程中，但還是有規律可循的，如何根據存在的潛力，根據工藝過程的具體條件，提出開發過程優化和放大達到降低產品成本和生產工序等目的，對提高產品的競爭力具有重要的意義。參考文獻

[1] 潔修等編,工過程開發概要.[J].等教育出版社,1991年

[2] 于遵宏編, 化工過程開發.[J].理工大學出版社,1996年

[3] 陸震維編譯,化工過程開發.[J].化學工業出版社,1984年

[4] 漢大學主編, 化工過程開發概要.[J].教育出版社2002年

第二篇：化工過程與開發設計總結

第一章小結

1、實驗室研究的結果是確定一種有希望的反應方法；化工過程開發的結果是實現工業化。

2、化工過程研究與開發的基本方法有實驗研究方法和數學模型方法，數學模型方法放大是過程開發研究的方向。

3、化工過程開發包括過程研究及工程研究，研究中要經常交換信息，反復交替展開工作。

4、技術經濟觀點十分重要，但不是唯一，必須考慮社會效益。第三章 小結

綠色化學及其特點

綠色化學：即用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產物等的使用和產生

特點：綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物。綠色化學的核心是利用化學原理從根本上減少或消除化學工業對環境的污染。清潔生產的定義

清潔生產:是指將綜合預防的環境策略持續地應用于生產過程和產品中，以便減少對人類和環境的風險性。

概括地說，清潔生產就是低消耗、低污染、高產出，是實現經濟效益、社會效益與環境效益相統一的工業生產模式。

清潔生產的特點

①清潔生產是一項系統工程； ②重在預防和有效性； ③經濟性良好； ④與企業發展相適應

第四章

4.4

實驗研究的方法論 1 思想模型與理想實驗方法 2 科學思維的邏輯方法 3 科學思維的非邏輯方法 4 創造性思維方法 5 數學方法 第五章

化工過程采用的模擬放大方法有：經驗放大法、數學模擬法、部分解析法、相似放大法。

逐級經驗放大法的基本特征：

①著眼于外部聯系，不研究內部規律；

②著眼于綜合研究，不試圖進行過程分解；

③人為的規定了決策序列。

數學模型方法的一般步驟： ①實驗室研究 ②大型冷模實驗 ③小型試驗

④建立反應器數學模型 ⑤中間試驗

數學模型法的基本特征：

①著眼于過程的內部規律，對過程進行分解和綜合；

②抓住主要矛盾，忽略次要因素，對過程進行簡化； ③在反應工程理論和傳遞過程理論指導下建立數學模型； ④設計模型來源于實踐，又為實踐所檢驗。化學反應器選型原則

（1）工業生產對化學反應器的要求

①有較高的生產強度

②有利于反應選擇性的提高

③有利于反應溫度的控制

④有利于節能降耗

⑤有較大的操作彈性（2）反應器選型判據 ①確定反應類型

②確定催化劑的失活速度 ③確定反應器的混合要求

④確定熱量傳遞和溫度控制要求 ⑤確定反應過程的控制步驟 中間試驗分類 1 微型中試 2 部分流程中試 3 全流程中試 4 全規模中試

第六章

技術經濟評價的基本內容

1、社會評價

2、技術評價

3、經濟評價

4、環境評價

生產能力和銷售量

生產能力：即設計產量，一個生產裝置在設計時預定的產量。

銷售量：是指實際銷售出來的產品的量。銷售收入和產值

銷售收入：是產品作為商品售出后所得的收入。

產值：是指產品的年產量與產品單價的乘積。固定資產投資額與總投資額

為增加固定資產而投入的資金，稱為固定資產投資，即固定資金。

總投資額=固定資產投資+流動資金+建設期利息 利潤與凈利潤

毛利（利潤）=銷售收入-總成本-增值稅額

年利潤總額=年產品銷售收入-年產品銷售稅金及附加-年總成本費用

凈利潤=利潤-所得稅

增值稅與所得稅 增值稅額=（銷售收入-原輔材料所耗費用）×增值稅率

所得稅額=利潤總額×所得稅稅率 時值與現值

時值：資金在使用過程中某一時刻的價值

現值: 按照“折現”的方法計算出來的資金金額。

（1）投資利潤率

投資利潤率=年利潤總額/總投資（2）投資利稅率

投資利稅率=年利稅總額（年平均利稅總額）/項目總投資

（3）基準投資利潤

第八章

非均相混合物分離方法（1）氣固分離（2）液固分離

均相混合物的分離方法（1）液體混合物分離

（2）氣體混合物分離

（3）固體混合物分離 原料與工藝路線的選擇（1）原料路線的選擇 ①技術可行性；

②供需可行性；

③經濟合理性；

④資源利用的合理性。

（2）工藝路線的選擇 ①原料供應的穩定性 ②經濟合理性 ③技術的先進性 ④運行的合理性

以精餾為例說明探試法的應用

M1規則：在所有的分離方法中，優先采用能量分離劑的分離方法，盡量避免使用質量分離劑的方法；

M2規則：精餾分離過程盡量避免使用真空和制冷操作。

D1規則：產品集合中元素最少的分離序列最為有利。

S1規則：首先安排除去腐蝕性組分和有毒有害組分，S2規則：按組分間分離因子的大小順序，逐個依次分離。最后處理難分離或分離要求高的組分。

C1規則：首先應分離出含量最多的組分，C2規則：如果組分間的性質差異以及組分的組成變化范圍不大，則應選擇塔頂和塔底產品等摩爾分離。如果不能進行等摩爾分離，則可選擇最容易分離處為切割點。

化工過程開發與設計

化工過程開發是從一個化學新產品、新工藝概念的形成，通過實驗室研究、中試放大、工藝設計、技術經濟評價等環節，直至付諸工業化的全部過程。1.化工過程開發概論

科學：關于自然、社會和思維的知識體系。

技術：根據自然科學原理和生產實踐經驗發展成的各種工藝操作方法和技能。研究：鉆研、反復探索

開發：開拓、發展、擴張的意思 方法：是解決問題的手段、途徑等

1.1

收集材料方法（1）觀察、測量（2）情報調研（3）實驗、試驗（4）模擬 1.1.2

搜集事實材料的方法

1、觀察法

2、測量法

3、實驗法

4、模擬法 1.1.3

思維加工方法

整理事實材料

建立系統理論

隨即搜索性思維

數學處理

化學工藝：凡是運用化學方法改變物質組成、結構，合成新物質的生產過程和技術。化學工業：運用化學工藝生產化學品的產業部門。

化學工程：研究化學工業生產過程中的共同規律，解決規模放大，設計和生產操作的科學。化工過程研究與開發：從一個有關新產品、新技術或新工藝的概念的形成，到科研、設計、建設工廠，從實驗室研究過渡到第一套工業規模生產裝置，付諸實施的全部過程。化工過程研究與開發的目的：

①產品開發②工藝過程開發 ③工藝改進④應用開發

化工過程開發的基本內容：根據基礎理論研究的成果和有關工程資料，按照科學的方法，尋求技術可靠、經濟合理的途徑來制備該化學品，然后進行擴大試驗，評價過程的可行性，設計工業裝置，實現工業化。

1.3.1 實驗室研究與工業生產的不 ① 原料來源的影響 ② 雜質的積累

③ 傳遞規律變化 1.3.2 化工過程開發的特點

（1）原料、生產方法和產品的多樣性和化工開發的多方案性

（2）化工過程開發要十分重視能量和資源的充分利用

（3）環境保護和過程安全是化工過程開發中必須重視的問題

（4）在化工過程開發中技術經濟觀點十分重要 1.3.3 放大是化工過程開發的核心 1.4 化工過程開發的基本方法 1.4.1 實驗研究方法

1.4.2 數學模型方法

數學模型方法放大是過程開發研究中的一個重要方向。1.5 化工過程開發的主要步驟

化學實驗

小型工藝實驗

大型冷模實驗

中間實驗

概念設計

多級經濟評價

基礎設計 過程研究

工程研究

工程設計 第一章

化工過程開發概論

從以上案例中得到如下三點啟迪： 產品的經濟效益與社會效益是推進研究與開發的巨大動力；

逐級放大的開發過程，化工過程開發經歷了實驗室小試、模試、中試與工業規模四個階段； 正確的理論指導是開發工作成功的捷徑。小

結

了解化工過程開發的內容、特點、方法、步驟，掌握一些基本觀點。

1、實驗室研究的結果是確定一種有希望的反應方法；化工過程開發的結果是實現工業化。

2、化工過程研究與開發的基本方法有實驗研究方法和數學模型方法，數學模型方法放大是過程開發研究的方向。

3、化工過程開發包括過程研究及工程研究，研究中要經常交換信息，反復交替展開工作。

4、技術經濟觀點十分重要，但不是唯一，必須考慮社會效益。

3、綠色化學與技術

3.1

綠色化學及其特點

綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學。

綠色化學即用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產物等的使用和產生。3.1

綠色化學及其特點

綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物。綠色化學的核心是利用化學原理從根本上減少或消除化學工業對環境的污染。3.2.3 最大限度地使用或產生無毒或毒性小的物質 3.2.4 設計化學產品時應盡量保持其功效而降低其毒性 3.2.5 盡量不用輔助劑而須使用也應采用無毒無害物質

輔助物質可定義為能幫助處理和操作的化學品，但又不構成目標分子的物質。

選擇環境友好的反應介質是綠色化學研究的一個重要方面。幾種清潔的輔助劑

1.采用超臨界流體2.水作溶劑3.固定化溶劑4.無溶劑反應 3.2.6 能量使用應最小并應考慮其對環境及經濟的影響 3.2.7 最大限度地使用可更新原料 3.2.8 盡量避免不必要的衍生步驟

（1）保護基團（2）暫時改性（3）加入官能團提高反應選擇性 3.2.9

催化試劑優于化學計量試劑

催化劑的作用：

1.提高選擇性

2.降低能耗

催化劑的正確選擇，對合成化學反應速度、反應的選擇性和轉化率，以及減少或消除產生副產物等有重要影響。無毒無害和高效催化劑的研究和開發是綠色化學的一個重要研究方向。3.2.10

化學品應設計成使用后容易降解為無害物質

3.2.11

分析方法應能實現在線監測并在有害物質形成前加以控制 3.2.12

化工過程物質的選擇與使用應使化學事故的隱患最小 3.2 綠色化學原理

從科學觀點看，綠色化學是對傳統化學思維方式的更新和發展； 從環境觀點看，綠色化學是從源頭消除污染； 從經濟觀點看，綠色化學合理利用資源和能源、降低生產成本，符合經濟可持續發展的要求。

3.3.4

可同時防止與解決污染問題的化學技術 3.3.5

無溶劑反應與無溶劑分離技術

無溶劑反應：熔融態反應、等離子氣體反應、純的固體支撐反應等。3.3.6

能源相關的研究 3.3.7

非共價鍵衍生物

3.3.8

無害介質水中的反應

3.3.9

超臨界CO2作為綠色溶劑的利用 3.3.1 0

毒性與化學品設計中的計算機應用 3.3.11

可持續性分析

3.3.1 2

原子經濟性反應的開發 3.4.1

生物工程技術

現代生物技術包括五大工程：（1）基因工程（遺傳工程）（2）細胞工程（3）酶工程（4）微生物工程（發酵工程）（5）生物化學工程

（1）基因工程（遺傳工程）將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構建DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。基因工程在20世紀取得了很大的進展： 一是轉基因動植物，二是克隆技術

（2）細胞工程

按照人們的需要和設計，在細胞水平上的遺傳操作，重組細胞的結構和內含物，以改變生物的結構和功能，即通過細胞融合、核質移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養等方法，快速繁殖和培養出人們所需要的新物種。

（3）酶工程

酶工程就是將酶或者微生物細胞，動植物細胞，細胞器等在一定的生物反應裝置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段將相應的原料轉化成有用物質。

（4）微生物工程（發酵工程）

是利用微生物發酵作用，通過現代工程技術手段來生產有用物質，或者把微生物直接應用于生物反應器的技術。

（5）生物化學工程

生物化學工程就是采用化學工程的技術和方法，設計制造最優化的生物發酵設備、生化反應器，以及與其配套的自動控制裝置，還包括發酵產物、生化反應產物的分離提純。

3.4.4

新型綠色催化技術 3.4.5

超臨界流體技術

（1）超臨界CO2技術

超臨界CO2萃取的特點決定了其應用范圍十分廣闊 ,具體應用可以

分為以下幾個方面：

a、從藥用植物中萃取生物活性分子，生物堿萃取和分離；

b、用于類脂脂類回收，或從配糖和蛋白質中去除類脂脂類；

c、從多種植物中萃取抗癌物質，特別是從紅豆杉樹皮和枝葉中獲得紫杉醇防治癌癥；

d、維生素，主要是維生素E的萃取；

e、對各種活性物質（天然的或合成的）進行提純，除去不需要分子（比如從蔬菜提取物中除掉殺蟲劑）或“渣物”以獲得提純產品；

f、對各種天然抗菌或抗氧化萃取物的加工，如百里香、蒜、洋蔥、春黃菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。

（1）超臨界水技術

最有應用前景的領域是廢棄聚合物的資源以及有毒有害物質的處理。3.4.6

傳統工藝中的新技術（1）電結晶（2）反應萃取（3）反應精餾 3.5.1、清潔生產的定義

清潔生產是指將綜合預防的環境策略持續地應用于生產過程和產品中，以便減少對人類和環境的風險性。

概括地說，清潔生產就是低消耗、低污染、高產出，是實現經濟效益、社會效益與環境效益相統一的工業生產模式。

3.5.2、清潔生產的內容

清潔生產主要體現在：

①盡量使用低污染、無污染的原料，替代有毒有害的原料；

②采用清潔高效的生產工藝，使物料能源高效益地轉化成產品，減少有害于環境的廢物量，對生產過程中排放的廢物實行再利用，做到變廢為寶、化害為利；

③向社會提供清潔的產品，這種產品從原材料提煉到產品最終的整個生命周期中，要求對人體和環境不產生污染危害或將有害影響減少到最低限度；

④在商品使用壽命終結后，能夠便于回收利用，不對環境造成污染或潛在威脅；

⑤完善的企業管理，有保障清潔生產的規章制度和操作規程，并監督其實施。同時建設一個整潔、優美的廠容、廠貌；

⑥要求將環境因素納入計劃和所提供的服務中。3.5.3

清潔生產的特點

①清潔生產是一項系統工程； ②重在預防和有效性；

③經濟性良好；④與企業發展相適應。

3.5.4 實施清潔生產的途徑

①在產品設計和原料選擇時以保護環境為目標，不生產 有毒有害的產品，不使用有毒有害的原料，以防止原料及產品對環境的危害；

②改革生產工藝，更新生產設備，盡可能提高每一道工序的原材料和能源的利用率，減少生產過程中資源的浪費和污染物的排放；

③建立生產閉合圈，廢物循環利用； ④加強科學管理。小結

1、熟悉綠色化學的十二條原則及特點；

2、了解綠色化學的研究動向及綠色化學技術；

3、掌握清潔生產的定義、特點，了解其實施途徑。4.2.2

實驗

實驗能將研究對象置于嚴格控制條件之下，把自然過程加以簡化和純化，排除各種偶然、次要因素和外界的干擾，使對象的某種屬性或聯系以純粹的形式呈現出來；實驗可以在特殊條件下強化研究對象，以揭示研究對象的變化規律或本質；實驗可以通過一定手段，使對象的屬性及其變化過程重復出現。實驗可以模擬研究對象的運動過程，從而認識對象的性質，對那些無法進行直接實驗的對象，運用模擬方法可間接進行實驗研究。4.2.3

實驗分類

（1）預實驗（2）系統實驗

嚴格按照“規劃-實驗及記錄-分析整理-報告”的基本程序工作。

4.4.1 思想模型與理想實驗方法

4.4.2 科學思維的邏輯方法

4.4.3 科學思維的非邏輯方法

4.4.4 創造性思維方法

4.4.5 數學方法

4.5.1

實驗室常見事故的預防和處理

（1）火災的預防和滅火

預防火災的發生必須注意：

①實驗裝置安裝一定要正確，操作必須規范；②在使用和處理易揮發、易燃溶劑時不可存放在敞口容器中，要遠離火源；

③實驗室內不能存放大量易燃物；

④要經常檢查煤氣開關、煤氣橡皮管及煤氣燈是否完好。

滅火應注意：

一旦失火，首先采取措施防止火勢蔓延，應立即熄滅附近所有火源(如煤氣燈)，切斷電源，移開易燃易爆物品。并視火勢大小，采取不同的撲滅方法。

(a)對在容器中(如燒杯、燒瓶，熱水漏斗等)發生的局部小火，可用石棉網、表面皿或木塊等蓋滅。

(b)有機溶劑在桌面或地面上蔓延燃燒時，不得用水沖，可撒上細沙或用滅火毯撲滅。

(c)對鈉、鉀等金屬著火，通常用干燥的細沙覆蓋。嚴禁用水和CCl4滅火器，否則會導致猛烈的爆炸，也不能用CO2滅火器。

(d)若衣服著火，切勿慌張奔跑，以免風助火勢。化纖織物最好立即脫除。一般小火可用濕抹布，滅火毯等包裹使火熄滅。若火勢較大，可就近用水龍頭澆滅。必要時可就地臥倒打滾，一方面防止火焰燒向頭部，另外在地上壓住著火處，使其熄火。

(e)在反應過程中，若因沖料、滲漏、油浴著火等引起反應體系著火時，情況比較危險，處理不當會加重火勢。撲救時必須謹防冷水濺在著火處的玻璃儀器上，必須謹防滅火器材擊破玻璃儀器，造成嚴重的泄漏而擴大火勢。有效的撲滅方法是用幾層滅火毯包住著火部位，隔絕空氣使其熄滅，必要時在滅火毯上撒些細沙。若仍不奏效，必須使用滅火器，由火場的周圍逐漸向中心處撲滅。

（2）爆炸事故的預防

①儀器裝置應安裝正確，常壓或加熱系統一定要與大氣相通；

②在減壓系統中嚴禁使用不耐壓的儀器；

③在蒸餾醚類化合物之前，一定要檢查并除去有機過氧化物后，再蒸餾，切勿蒸干；

④在使用易燃易爆物如氫氣、乙炔等要特別小心，必須嚴格按照實驗規定操作；

⑤有些化合物因反應過于激烈會使體系熱量和氣體體積突然猛增而發生爆炸，對這類反應，應嚴格控制加料速度，并采取有效的冷卻措施，使反應緩慢進行。

（3）中毒事故的預防

一切有可能產生毒性蒸氣的工作必須在通風櫥中進行，并有良好的排風設備。不能用手直接接觸藥品，不能在實驗室吃東西。從事有毒工作必須穿工作服，防護面具，處理完畢后方能離開。每次實驗必須清潔消毒桌面，并徹底洗手等。（4）化學灼傷

①酸灼傷：皮膚灼傷可用5%的碳酸氫鈉溶液洗滌，眼睛灼傷可用1%的碳酸氫鈉溶液清洗；

②堿灼傷：皮膚灼傷用1-2%醋酸溶液洗滌，眼睛灼傷用1%硼酸溶液清洗。（5）割傷和燙傷

接裝玻璃管時，注意割傷，帶線手套，或用毛巾墊著操作。燙傷后切勿用水沖洗，一般可在傷口處擦燙傷膏或用濃錳酸鉀溶液擦至皮膚變為棕色，再涂上凡士林或燙傷藥膏。

4.5.2

實驗室安全用電

（1）保護接地和保護接零

（2）實驗室用電的導線選擇

4.6.1

常用玻璃儀器及其清洗干燥

（1）實驗室常用玻璃儀器（2）清洗儀器（3）儀器的干燥

4.6.2

加熱與冷卻

（1）空氣浴加熱

這種加熱方式較猛烈，不十分均勻，因而不適合于低沸點易燃液體的回流操作，也不能用于減壓蒸餾操作。

（2）水浴

與空氣浴加熱相比，水浴加熱均勻，溫度易控制，適合于低沸點物質回流加熱。

（3）油浴

常用的油浴浴液有石蠟油、硅油、真空泵油或一些植物油。

（4）砂浴

通常將細砂裝在鐵盤中，把反應容器半埋在砂中，并保持其底部留有一層砂層，以防局部過熱。

（5）致冷方法

可以將反應容器浸沒在冷水中或冰水中； 如果水對反應無影響，還可以將冰塊直接投入到反應容器中進行冷卻。如果需要更低的溫度(低于0℃)，可以采用冰—鹽混合物作冷卻劑。

4.6.3

干燥

干燥方法可分為物理方法和化學方法

常見的物理方法有風干、加熱、吸附、分餾、共沸蒸餾、超臨界干燥等，也可采用離子交換樹脂或分子篩、硅膠除水。

化學方法除水主要是利用干燥劑與水分發生可逆或不可逆反應來除水。

液體有機化合物的干燥

選擇合適干燥劑的原則是：不與被干燥化合物發生化學反應；不溶解于該化合物；吸水量較大，干燥速度較快，并且價格低廉。

固體化合物的干燥 ：自然晾干

烘干

干燥器中進行干燥

4.6.4 重結晶

重結晶就是用少量溶劑使含有雜質的晶體溶解，然后再進行蒸發和結晶。

進行重結晶最關鍵的是選擇合適的溶劑。

進行重結晶的溶劑必須具備以下條件：

(1)不與被提純物質起化學反應。

(2)在較高溫度時被提純物質的溶解度較大，而在室溫或更低的溫度時溶解度很小。

(3)對雜質的溶解度非常大或非常小（前一種情況是使雜質留在母液中，不隨被提純物晶體一同析出，后一種情況是使雜質在熱過濾時被濾去）。

(4)溶劑容易蒸發，易與晶體分離除去。

(5)經濟、安全、毒性小、易回收。重結晶的步驟：

（1）將需要純化的固體溶解于沸騰或接近沸騰的適宜溶劑中；（2）將熱溶液趁熱抽濾，以除去不溶的雜質；（3）將濾液冷卻，使結晶析出；

（4）濾出結晶，必要時用適宜的溶劑洗滌結晶。

注意事項：

（1）若使用易揮發的有機溶劑，一般都要采用回流裝置如果所選溶劑是水，則可以不用回流裝置。

（2）在采用易揮發溶劑時通常要加入過量的溶劑，以免在熱過濾操作中，因溶劑迅速揮發導致晶體在過濾漏斗上析出。

（3）溶液中若含有色雜質，可以用活性炭來處理。

（4）熱過濾操作是重結晶過程中的另一個重要的步驟。熱過濾前，應將漏斗事先充分預熱。熱過濾時操作要迅速，以防止由于溫度下降使晶體在漏斗上析出。

（5）熱過濾后所得濾液應讓其靜置冷卻結晶。如果濾液中已出現絮狀結晶，可以適當加熱使其溶解，然后自然冷卻，這樣可以獲得較好的結晶。4.6.5

升華

利用升華不僅可以分離具有不同揮發度的固體混合物，而且還能除去難揮發的雜質。

升華的操作步驟：

將待升華物質研細后置放在蒸發皿中，然后用一張扎有許多小孔的濾紙覆蓋在蒸發皿口上，并用一玻璃漏斗倒置在濾紙上面，在漏斗的頸部塞上一團疏松的棉花(參見圖)。

注意事項：

(1)待升華物質要經充分干燥，否則在升華操作時部分有機物會與水蒸氣一起揮發出來，影響分離效果。

(2)在蒸發皿上覆蓋一層布滿小孔的濾紙，主要是為了在蒸發皿上方形成一溫差層，使逸出的蒸氣容易凝結在玻璃漏斗壁上，提高物質升華的收率。必要時，可在玻璃漏斗外壁上敷上冷濕布，以助冷凝。

(3)為了達到良好的升華分離效果，最好采取砂浴或油浴而避免用明火直接加熱，使加熱溫度控制在待純化物質的三相點溫度以下。如果加熱溫度高于三相點溫度就會使不同揮發性的物質一同蒸發，從而降低分離效果。

4.6.6

蒸餾

蒸餾操作就是利用不同物質的沸點差異對液態混合物進行分離和純化。

（1）普通蒸餾

有時，在有機反應結束后，需要對反應混合物直接蒸餾，此時，可以將三口燒瓶作蒸餾瓶組裝成蒸餾裝置直接進行蒸餾。注意事項：

①蒸餾燒瓶大小的選擇依待蒸餾液體的量而定。通常，待蒸餾液體的體積約占蒸餾燒瓶體積的1/3～2/3。

②當待蒸餾液體的沸點在140℃以下時，應選用直形冷凝管；沸點在140℃以上時，就要選用空氣冷凝管，若仍用直形冷凝管則易發生爆裂。

③如果蒸餾裝置中所用的接引管無側管，則接引管和接受瓶之間應留有空隙，以確保蒸餾裝置與大氣相通。否則，封閉體系受熱后會引發事故。

④沸石是一種帶多孔性的物質，如素瓷片或毛細管。當液體受熱沸騰時，沸石內的小氣泡就成為氣化中心，使液體保持平穩沸騰。如果蒸餾已經開始，但忘了投沸石，此時千萬不要直接投放沸石，以免引發暴沸。正確的做法是，先停止加熱，待液體稍冷片刻后再補加沸石。

⑤蒸餾低沸點易燃液體(如乙醚)時，千萬不可用明火加熱，此時可用熱水浴加熱。在蒸餾沸點較高的液體時，可以用明火加熱。明火加熱時，燒瓶底部一定要置放石棉網，以防因燒瓶受熱不勻而炸裂。

⑥無論何時，都不要使蒸餾燒瓶蒸干，以防意外。（2）水蒸氣蒸餾

將水蒸氣通入不溶于水（或難溶于水）的有機物中或使有機物與水經過共沸而蒸出，這個操作過程稱為水

水蒸氣蒸餾常用于下列幾種情況：

①在常壓下蒸餾易發生分解的高沸點有機物；

②含有較多固體的混合物，而用一般蒸餾、萃取或過濾等方法難以分離；

③混合物中含有大量樹脂狀的物質或不揮發性雜質，采用蒸餾、萃取等方法也難以分離。

注意事項：

①水蒸氣發生器與燒瓶之間的連接管路應盡可能短，以減少水蒸氣在導人過程中的熱損耗。

②導入水蒸氣的玻璃管應盡量接近圓底燒瓶底部，以利提高蒸餾效率。

③在蒸餾過程中，如果有較多的水蒸氣因冷凝而積聚在圓底燒瓶中，可以用小火隔著石棉網在圓底燒瓶底部加熱。

④停止蒸餾時，一定要先打開T形管，然后停止加熱。如果先停止加熱，水蒸氣發生器因冷卻而產生負壓，會使燒瓶內的混合液發生倒吸。

減壓蒸餾尤其適合于蒸餾那些沸點高、熱穩定性差的有機化合物。

（3）減壓蒸餾

注意事項

①在減壓蒸餾裝置中，從克氏蒸餾頭直插蒸餾瓶底的是末端如細針般的毛細管，它起到引入氣化中心的作用，使蒸餾平穩。如果蒸餾瓶中裝入磁力攪拌子，在減壓蒸餾過程中，開啟磁力攪拌器，也可保持平穩蒸餾，這樣就不必安裝毛細管。

②打開油泵后，要注意觀察壓力計。如果發現體系壓力無多大變化，或系統不能達到油泵應該達到的真空度，那么就該檢查系統是否漏氣。如果是蒸餾裝置漏氣，可以在蒸餾裝置的各個連接部位適當地涂一點真空脂，并通過旋轉使磨口接頭處吻合致密。若在氣體吸收塔及壓力計等其他相串連的接合部位漏氣，可涂上少許熔化的石蠟，并用電吹風加熱熔融(或涂上真空脂)。檢查完畢，即可按實驗方法所述程序開啟油泵。

③減壓蒸餾時，一定要采取油浴(或水浴)的方法進行均勻加熱。一般浴溫要高出待蒸餾物在減壓時的沸點30℃左右。

④使用油泵時，應注意防護與保養，不可使水分、有機物質或酸性氣體侵入泵內，否則會嚴重降低油泵的效率。

⑤圖為封閉式水銀壓力計，常用于測量減壓系統的真空度。其兩臂汞面高度之差即為減壓系統的真空度。使用時應當注意，當減壓操作結束時，要小心旋開安全瓶上的雙通旋塞，讓氣體慢慢進入系統，使壓力計中的水銀柱緩緩復原，以避免因系統內的壓力突增使水銀柱沖破玻璃管。

（4）共沸蒸餾

共沸蒸餾是指向被分離混合液中有目的的加入一種組分，此組分能與被分離混合物中的某一個或幾個成分形成具有最低沸點的共沸物，從而使其它的成分的沸點增大，共沸物很容易從體系中蒸出來。（5）分子蒸餾

分子蒸餾的分離作用就是利用液體分子受熱會從液面逸出,而不同種類分子逸出后其平均自由程不同這一性質來實現的。

分子蒸餾裝置從結構上大致可分為3 大類:一是降膜式,二是刮膜式,三是離心式。

分子蒸餾技術的特點：

操作溫度低

蒸餾壓強低

受熱時間短

分離程度高

分餾和精餾的區別：

在分餾操作中，分餾的分離要求一般并不嚴格（否則就是精餾了），分餾塔一般理論板數不多，操作時回流比也較小。

精餾塔一般以從塔頂或塔底分離得到較高質量的產品為目的，一般理論板數相對較多，操作時回流比也有嚴格要求。簡單說，精餾一般是高收率地分離得到較高質量的產品的重要手段，而分餾一般是產品精制前的預處理工序，只有在產品質量要求不高或雜質與產品的沸點差很大的條件下，分餾才能作為得到產品的手段。

4.6.8

萃取

用溶劑從固體或液體混合物中提取所需要的物質，這一操作過程就稱為萃取。

萃取是利用同一種物質在兩種互不相溶的溶劑中具有不同溶解度的性質。

(1)液—液萃取

用選定的溶劑分離液體混合物中某種組分。一般來講，選擇萃取劑的基本原則是：對被提取物質溶解度較大；與原溶劑不相混溶。

(2)液—固萃取

利用樣品中被提取組分和雜質在同一溶劑中具有不同溶解度的性質進行提取和分離。

（3）超臨界流體萃取

超臨界流體萃取過程的實質是通過改變流體的密度以改變流體的溶解能力，從而實現物質的萃取和分離。

萃取過程之后，可以通過降低超臨界流體的密度來選擇性地使萃取物在分離器中分離出來。實施此分離，一般有三種調節方法：①恒壓升溫，②恒溫降壓，③降壓升溫。

4.6.9 離子交換分離法

定義：利用離子交換劑與溶液中的離子之間所發生的交換反應進行分離的方法。原理：離子交換分離法是基于物質在固相與液相之間的分配。

分離形式：柱分離，電滲析隔膜，離子交換色層，離子交換纖維薄層。

特點：吸附的選擇性高，適應性強，處理對象廣，分離容易，使用設備簡單。

應用：離子交換法分離對象廣，幾乎所有無機離子以及許多結構復雜性質相似的有機化合物都適用。

離子交換劑的分類：無機及有機兩大類。離子交換樹脂：是具有網狀結構的復雜的有機高分子聚合物，網狀結構的骨架部分一般很穩定，不溶于酸、堿和一般溶劑。在網的各處都有許多可被交換的活性基團。

離子交換樹脂的分類：

最常用的分類是依據樹脂離子交換功能團分類。主要可分為：

（1）強酸性陽離子交換樹脂（2）弱酸性陽離子交換樹脂

（3）強堿性陰離子交換樹脂（4）弱堿性陰離子交換樹脂

離子交換分離操作： 樹脂的選擇和處理——裝柱——交換——洗脫——樹脂再生

4.6.10 膜分離

“膜分離”的定義：借助于膜而實現各種分離的過程稱之為膜分離。

利用具有選擇透過性的薄膜,以及外界能量或化學位差為推動力,對雙組分或多組分體系進行分離,分級,提純或富集。“膜”的定義：

如果在一個流體相內或兩個流體相之間有一薄層凝聚相物質把流體分隔開來成為兩部分，則這一薄層物質就是膜。

膜的種類繁多，大致可以按以下幾方面對膜進行分類：

①從材料來源上，可分為天然膜和合成膜，合成膜又分為無機材料膜和有機高分子膜；

②根據膜的結構，可分為多孔膜和致密膜；

③按膜斷面的物理形態，固體膜又可分為對稱膜、不對稱膜和復合膜。

④根據膜的功能，可分為離子交換膜、滲析膜、微孔過濾膜、超過濾膜、反滲透膜、滲透汽化膜和氣體滲透膜等。

⑤根據固體膜的形狀，可分為平板膜、管式膜、中空纖維膜以及具有垂直于膜表面的圓柱形孔的核徑蝕刻膜，簡稱核孔膜等。近幾十年來，反滲透、超濾、微濾、電滲析、氣體膜分離、無機膜分離、液膜分離等都取得很多新的進展。

各種膜分離過程簡介

1)、反滲透

反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑(通常是水)的性質。反滲透膜均用高分子材料制成，已從均質膜發展至非對稱復合膜，膜的制備技術相對比較成熟。

2)超濾

應用孔徑為10?到200?(1? ＝10-10m)的超過濾膜來過濾含有大分子或微細粒子的溶液，使大分子或微細粒子從溶液中分離的過程稱之為超濾。

超濾膜一般由高分子材料和無機材料制備，膜的結構均為非對稱的。

3)微濾

微濾與超濾的基本原理相同，它是利用孔徑大于0.02μm直到l0μm的多孔膜來過濾含有微粒或菌體的溶液。4)滲析

是利用多孔膜兩側溶液的濃度差使溶質從濃度高的一側通過膜孔擴散到濃度低的一側從而得到分離的過程。5)電滲析

是基于離子交換膜能選擇性地使陰離子或陽離子通過的性質，在直流電場的作用下使陰陽離子分別透過相應的膜以達到從溶液中分離電解質的目的。6)氣體膜分離

氣體膜分離是利用氣體組分在膜內溶解和擴散性能的不同，即滲透速率的不同來實現分離的技術 7)滲透汽化

滲透汽化也稱滲透蒸發，它是利用膜對液體混合物中組分的溶解和擴散性能的不同來實現其分離的新型膜分離過程。8)其它膜分離過程

其它膜分離過程尚有：膜蒸餾、膜萃取、膜分相、支撐液膜、生物膜分離等。4.6.11 色譜法

色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配，以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離的效果。

（1）薄層色譜法

吸附薄層色譜法

原理：組分在薄層板上吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的過程。

利用吸附系數不等實現分離。

最理想的Rf值為0.4～0.5，良好的分離Rf值為0.15～0.75，如果Rf值小于0.15或大于0.75則分離不好，就要調換展開劑重新展開。

未知物與已知物（標準物質）在相同條件下進行展開比較Rf值可提供定性依據。

定量方法

間接定量：將薄層分離后物質斑點定量地洗脫下來，再對洗脫液定量。

直接定量

斑點面積測量——用透明紙覆蓋在薄層表面，描出斑點界限，然后測量其面積。

目測法——比較系列標準與樣品的斑點面積大小、顏色深淺，得到樣品的含量范圍。

薄層儀掃描定量（2）柱色譜（3）氣相色譜

氣固色譜固定相通常是具有一定活性的固體吸附劑細小顆粒，常見的有：活性炭，三氧化二鋁，硅膠，分子篩，高分子多孔微球（GDX系列）等。

氣液色譜固定相是以一種惰性固體微粒作支持劑（稱其為擔體或載體），在其表面涂敷上一高沸點的物質（其在色譜分離操作溫度下呈液態，稱其為固定液）而構成。

4.6.12 紅外光譜

主要用來迅速鑒定有機化合物的官能團及通過與紅外標準光譜對照來確定化合物的結構。

4.6.13 核磁共振譜

用于準確地測定分子中不同氫原子的位置及數目，并可對照核磁共振標準譜來確定化合物的結構。

4.6.14

催化劑反應性能的測試方法

催化劑反應性能測試目的：

①催化劑常規質量控制檢驗

②快速篩選大量催化劑 ③更詳盡的比較幾個催化劑 ④測定特定反應的機理 ⑤測定在特定催化劑上反應的詳盡動力學⑥模擬工業反應條件下催化劑的連續長期運轉 催化劑四個最重要性能：

①活性

②選擇性

③壽命

④價格

催化劑活性測定的方法：

流動法

微量催化色譜法

流動法：流動法測定活性時，將反應物以一定的空速通過填充催化劑的反應器，然后分析反應后產物的組成，或者在某些情況下，分析一種反應物或一種反應產物。催化劑活性測定的方法：

微量催化色譜法：利用色譜分析法的原理研究催化劑的活性和催化反應動力學的方法。脈沖微量催化色譜法： 每隔一定時間向反應器中加入反應物，因而催化劑層中的化學反應是周期性的以脈沖的形式進行的，然后連接色譜儀進行分析。穩定流動微量催化色譜法：采用微型反應器的一般流動法的反應系統，反應器隔著取樣器和分析系統相連。

除上述介紹的方法外，還有流動循環法、沸騰床技術和靜態法等 4.6.15

X射線衍射技術

X射線是一種波長很短的電磁波，能穿透一定厚度的物質，并能使熒光物質發光，照相乳膠感光、氣體電離。4.6.16 熱分析技術

熱分析是在程序控制溫度下，測量物質的物理性質隨溫度變化的一類技術。程序控制溫度：指用固定的速率加熱或冷卻。

物理性質：包括物質的質量、溫度、熱焓、尺寸、機械、聲學、電學及磁學性質等。差熱分析法（DTA）

應用范圍：熔化及結晶轉變、氧化還原反應、裂解反應等的分析研究，主要用于定性分析。

差示掃描量熱法（DSC）

應用范圍：分析研究范圍與DTA大致相同，但能定量測定多種熱力學和動力學參數，如比熱、反應熱、轉變熱、反應速度和高聚物結晶度等。熱重法（TG）

應用范圍：沸點、熱分解反應過程分析與脫水量測定等，生成揮發性物質的固相反應分析、固體與氣體反應分析等。4.6.17 電子顯微鏡法

電子顯微鏡基本分為兩種類型：

透射電子顯微鏡，掃描電子顯微鏡。

透射電鏡是透射成像，圖像是二維的，靠欠焦形成一定的圖像反差。

掃描電鏡是反射成像，圖像是三維的，有很好的立體感，但分辨率低于透射電鏡，目前指標分辨率可以達到3個納米。

4.6.18電子能譜法

電子能譜分析法是采用單色光源（如X射線、紫外光）或電子束去照射樣品，使樣品中電子受到激發而發射出來，然后測量這些電子的產額（強度）對其能量的分布，從中獲得有關信息的一類分析方法。

4.6.19 常用測量技術

（1）溫度測量

溫度的測量方法分為接觸式、非接觸式測量。

實驗室常用的有玻璃溫度計、熱電阻溫度計、熱電偶溫度計等。

（2）壓力測量

壓力測量裝置簡稱壓力計或壓力表，按轉換原理的不同，可以分為液柱式壓力計、彈性壓力計和電氣壓力計等。

彈性壓力計是利用彈性元件受壓后所產生的彈性變形來測量壓力。它包括彈簧管壓力計、波紋管壓力計和薄膜式壓力計。

壓力表量程應根據穩定壓力為表量程上限的1/3-3/4來選擇，交變壓力不大于2/3量程上限來選擇。

（3）氣體流量的測量技術

①轉子流量計

②皂膜流量計

③毛細管流量計

4.7 實驗優選和數據處理

優化法：通過少量次數的實驗并根據實驗結果的比較，來迅速找出使某種指標最優的有關因素值的方法。

4.7.1 單因素實驗優選

步驟：①確定評定結果好壞的方法和影響指標的主要因素；

②確定實驗范圍；

③進行實驗；

④實驗結果分析；

⑤進行下一輪實驗，結果分析，直至得到滿意結果；

⑥如果發現3-5個實驗點對指標的改變并不大，可認為在實驗范圍內該因素不是主要影響因素，不必繼續對該因素進行研究。

（1）平分法（中點取點）

作法：每次實驗點都取在實驗范圍的中點，即中點取點法。

適用情況：適用于預先已了解所考察因素對指標的影響規律，能從一個試驗的結果直接分析出該因素的值是取大了或取小了的情況。即每做一次實驗，根據結果就可確定下次實驗方向的情況，這無疑使平分法應用受到限制。

（2）黃金分割法（0.618法）

適用情況：實驗中指標函數為單峰函數。

步驟：

①確定實驗范圍

②選實驗點

③根據“留好去壞”的原則對實驗結果進行比較，留下好點，從壞點處將實驗范圍去掉，從而縮小了實驗范圍；

④在新實驗范圍內按0.618、0.382的特殊位置再次安排實驗點，重復上述過程，直至得到滿意結果，找出最佳點。分數法具體作法分兩種情況：

①所有可能進行的實驗總次數m=Fn-1；則前兩個實驗點分別放在Fn-1和Fn-2位置上；此時，可在實驗范圍兩端增加虛點，人為使實驗個數達到Fn-1。分數法的特點：

1)具體搜索步驟與前述0.618法基本一致，所不同之處僅僅是選的實驗點位置是分數，且要求預先給出實驗總次數。

2)在實驗點能取整數時，或由于某種條件限制只能做幾次實驗時，或由于某種原因，實驗范圍由一些不連續的、間隔不等的點組成或實驗點只能取某些特定值時，利用分數法安排實驗更為有利、方便。

3)適合于單峰函數

通過數學計算可知，經過同樣次數的分割

后，分數法的縮減速度比0.618法快，當N很大時，分數法比0.618法效率高17%。

4.7.2 正交試驗設計法

正交試驗設計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設計方法。

它是從試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗，通過對這部分試驗結果的分析了解全面試驗的情況，找出最優的水平組合。

正因為正交試驗是用部分試驗來代替全面試驗的，它不可能像全面試驗那樣對各因素效應、交互作用一一分析；當交互作用存在時，有可能出現交互作用的混雜

正交表的基本性質：（1）正交性

①任一列中，各水平都出現，且出現的次數相等

②任兩列之間各種不同水平的所有可能組合都出現，且出現的次數相等（2）代表性

①任一列的各水平都出現，使得部分試驗中包括了所有因素的所有水平；

②任兩列的所有水平組合都出現，使任意兩因素間的試驗組合為全面試驗。（3）綜合可比性

任一列的各水平出現的次數相等；任兩列間所有水平組合出現次數相等，使得任一因素各水平的試驗條件相同。這就保證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擾。從而可以綜合比較該因素不同水平對試驗指標的影響情況。正交表的選擇原則：在能夠安排下試驗因素和交互作用的前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗次數。

所謂表頭設計，就是把試驗因素和要考察的交互作用分別安排到正交表的各列中去的過程。在不考察交互作用時，各因素可隨機安排在各列上；若考察交互作用，就應按所選正交表的交互作用列表安排各因素與交互作用，以防止設計“混雜”。小

結

一、了解實驗室工作的一般程序及實驗室研究的方法論。

二、掌握實驗室常用的基礎實驗技術（原理）。

三、熟悉單因素實驗優化及多因素實驗優化中的正交實驗設計及均勻試驗設計。5

化工過程放大

一個新的化工過程能否在工業上得到實施、完成開發的時間長短、達到的水平如何，從技術上看，關鍵的問題依次是：（1）是否開發出高效催化劑；

（2）是否具有可靠的放大技術，特別是化學反應器的放大技術；（3）是否具有工業化過程要求的材料；（4）能否選購或制造出過程所需設備；（5）是否具有合適的計量與檢測技術。

化工過程放大是科學理論與實踐經驗相結合，質和量相結合的工程科學問題。5.1.1 基本概念

在未充分認識放大規律之前，因過程規模變大所引起的指標不能重復的現象稱為放大效應。

從小型裝置過渡到大型裝置，下列條件的差別非常重要：

①裝置的形狀； ②裝備的幾何尺寸

③操作模式； ④裝置的結構與材料；⑤散熱問題；⑥邊壁和終端效應。

5.1.2 反應過程放大基本方法

化工過程采用的模擬放大方法有：經驗放大法、數學模擬法、部分解析法、相似放大法。一般來講，分離過程理論比較成熟，在取得可靠的平衡數據后，就可以用現有的數學模型直接放大到工業裝置。而反應過程比較復雜，除化學反應的規律外，同時還受到傳遞過程因素的影響，故只有少數簡單的可用數學模型法，現在大多還采用經驗放大法和部分解析法。相似放大法主要應用在單元操作設備的放大中。5.1.2.1 逐級經驗放大

是從實驗室規模的小試開始，逐級放大到一定規模實驗的研究，最后將模型研究結果放大到生產裝置的規模。基本特征：

①著眼于外部聯系，不研究內部規律；

②著眼于綜合研究，不試圖進行過程分解；

③人為的規定了決策序列。

5.1.2.2 數學模型方法

化工過程的數學模型可以將實驗裝置、中試裝置，甚至大型生產裝置的測試數據，通過數學回歸，獲得純經驗的數學關系，這就是經驗模型；從化工過程的機理推導，并經實驗驗證的過程數學模型，即機理模型。如何對過程進行合理簡化，是建立數學模型的關鍵問題。

數學模型方法的一般步驟：

①實驗室研究（研究化學反應特征）

主要任務：測定反應動力學、熱力學的特征規律及其參數； 研究目的：掌握過程的內在規律；

要盡可能的排除外界因素對研究對象的影響。②大型冷模實驗（研究傳遞過程的特征）

冷模實驗：在沒有化學反應參與的情況下，專門考察設備內物料的流動與混合，以及傳熱、傳質等物理過程規律的實驗。

目的：是研究化學反應屬性，了解反應器形式和結構對于反應過程的影響。③小型試驗

目的：考察物理過程對化學反應的影響、工業原料的影響及工藝條件框架等。

④建立反應器數學模型

當可用數學方法將兩種規律予以綜合，就形成數學模型 ⑤中間試驗（檢驗數學模型的等效性）

按上述步驟取得的數學模型是否能夠模擬實際生產過程，還有待于通過實踐檢驗。因此應建立試裝置進行中試，以檢驗數學模型與實際過程的等效性。數學模型法的基本特征：

①著眼于過程的內部規律，對過程進行分解和綜合；

②抓住主要矛盾，忽略次要因素，對過程進行簡化； ③在反應工程理論和傳遞過程理論指導下建立數學模型； ④設計模型來源于實踐，又為實踐所檢驗。

與逐級經驗放大法相比，數學模型法有許多優點：可以實現高倍數放大，縮短開發周期，減少人力和物力的消耗，但建立可靠的數學模型比較困難。該方法的科學性和優點決定了它是今后化工過程開發技術發展的方向。5.2.1 傳遞過程

5.2.1.1 動量傳遞過程——返混和不均勻流動返混：在連續流動的反應器內，不同停留時間的物料之間的混合。不均勻流動：是流體流動時呈現的速度分布不均勻。返混的特點：

（1）返混是不同時刻進入反應器的物料間的混合，它起因于空間的反向運動和不均勻流動。

（2）返混造成兩種后果

①改變了反應器內的濃度分布； ②造成物料的停留時間分布；（3）返混的利弊取決于反應的動力學特征。

（4）限制返混的措施主要是分割——橫向分割和縱向分割。

5.2.1.2

質量傳遞過程 傳質的特點：

（1）傳質是非均相反應過程伴生的現象，起因于反應物從非反應相向反應相的傳遞。（2）傳質造成的后果是：實際反應場所的反應物濃度下降，產物濃度上升，與返混的后果有相同之處。

（3）傳質影響的表示方法（4）傳質影響程度 5.2.1.3

熱量傳遞過程 傳熱的特點：

（1）傳熱是由反應熱效應派生出來的問題，（2）傳熱問題有尺度之分——分為顆粒尺度上的傳熱和反應器尺度上的傳熱。

（3）在放熱反應中，由于放熱曲線的非線性，造成反應器的多態操作問題。如飛溫、著火、熄火現象，使傳熱問題的影響更為嚴重。

（4）反應放熱時，定態溫度有穩定與不穩定之分。（5）反應放熱強弱的判據因問題而異。5.2.2 冷模實驗

冷模實驗 ：利用空氣、水和砂等惰性物料替代 化學物料在實驗裝置或工業裝置上進行的實驗

冷模實驗的優點：（1）直觀、經濟。

（2）實驗條件容易滿足，并且容易控制。

（3）可進行在真實條件下不便或不可能進行的 類比實驗，減少實驗的危險性。5.2.2.1 冷模實驗的理論基礎（1）相似現象

相似是指模型與原型之間相對應的物理量之間的相似

①幾何相似在設備上或工程上的幾何相似是指模型和原型的幾何形狀和內部結構相似。

②時間相似：是指在幾何相似的兩個體系中相對應的時間間隔應互相成比例，且比值相等。相似是指模型與原型之間相對應的物理量之間的相似

③運動相似：是指幾何相似的兩個體系中對應點上物質運動的速度（或加速度）應成比例且比例相等。④動力相似：是指幾何相似的兩個體系中在對應時刻和對應點上受力的方向一致，其大小應互成比例。相似是指模型與原型之間相對應的物理量之間的相似

⑤熱（溫度）相似：幾何相似的兩個體系中在對應時刻和對應點上的溫度都成比例。⑥化學相似：幾何相似的兩個體系中在對應點的化學物質的濃度相同。（2）相似理論 ①相似第一定律：彼此相似的現象必定具有數值相同的相似特征數。這是彼此相似現象具有的重要性質。

②相似第二定律：對于同一物理現象，如果單值條件相似，而且由單值量所組成的相似特征數在數值上相等，則其現象相似。③相似第三定律（π定理）：

設一物理過程有N個物理量，其中有K個物理量 的量綱是相互獨立的，那么這N個物理量可表示成相似特征數π

1、π

2、??πn-k之間的函數關系，即有：

f（π

1、π

2、??πn-k）=0（3）相似特征數

相似特征數是當兩體系相似時，對應點上必須具有的、數值相等的、單值條件相似的并有一定物理意義的數組。

5.3 化學反應器

5.3.1 化學反應器的基本概念 5.3.1.1 化學反應器的類型

（1）管式反應器（2）釜式反應器（3）塔式反應器（4）固定床反應器（5）流化床反應器（6）移動床反應器

換熱式固定

床反應器(列管式)自熱式固定

床反應器 流態化的形成

流化床反應器的結構

1-加料口2-氣固分離裝置3-殼體4-換熱器5-內部構件6-卸料口7-氣體分布裝置 5.3.1.2 化學反應器的操作方式（1）間歇操作

間歇反應過程是一個非定態的過程，反應器內物料的組成隨時間而變，這是間歇過程的基本 特征。

需要對間歇反應器進行設計計算，計算的目的：確定達到一定的反應率時需要的反應時間。間歇反應適用于反應速率比較慢的化學反應，以及產量少的化學品。對于那些產量少但產品品種多的企業尤為適用。

但是間歇操作，需要的輔助時間比較多，如加料、出料、清洗等，勞動強度大，每一批生產的產品質量不易穩定。（2）連續操作

連續操作具有產品質量穩定，勞動生產率高，便于實現機械化和自動化等優點。但連續操作系統一旦建成，要改變產品品種是十分困難的事。有時甚至要較大幅度地改變產品產量也不易辦到。

（3）半連續操作

①將兩種或兩種以上的反應物、或其中的一些組分一次性放入反應器中，然后將某一種反應物連續加入反應器。

②將反應物料一次性加入反應器，在反應過程中將某個產物連續取出。5.3.1.3 化學反應器的工藝條件 5.3.2 化學反應器的選型 5.3.2.1 化學反應器選型原則

（1）工業生產對化學反應器的要求

①有較高的生產強度

②有利于反應選擇性的提高

③有利于反應溫度的控制

④有利于節能降耗

⑤有較大的操作彈性（2）反應器選型判據

①確定反應類型

②確定催化劑的失活速度

③確定反應器的混合要求

④確定熱量傳遞和溫度控制要求⑤確定反應過程的控制步驟 5.3.2.2 反應器主要工藝條件選擇（1）溫度

①反應平衡的溫度效應與標準反應熱

②反應速率的溫度效應與反應活化能

③溫度的限制條件（2）壓力

①壓力對反應平衡的影響

②壓力對反應速度的影響

③壓力對后續分離系統的影響（3）濃度

①某一反應物要求有很高的轉化率

②反應物和產物分離困難

③反應選擇性的濃度效應

④濃度對分離循環費用的影響反應時間和轉化率、催化劑 5.4 中間試驗

5.4.1 中間試驗的目的和作用 5.4.1.1 中間試驗的目的

①檢驗與修改在小型工藝試驗與冷模試驗結果基礎上形成的化學反應與傳遞過程綜合模型，考察實驗室研究結果在工業規模下實現的技術及經濟可行性。

②考察工業因素對過程設備的影響，發現和解決實際生產條件下可能發生的各種問題。③消除設計人員面臨的種種不確定性，為設計工業裝置提供所必須的、可靠的工藝數據和化學工程數據。

5.4.1.2 中間試驗的作用

①考察過程放大中的問題，特別是反應過程的“放大效應”的問題。②驗證原料預處理方案，考核雜質積累對過程的影響。

③驗證反應產物的后處理方案的可行性、分離技術和設備型式的適用性。④考核反應器型式與設備材料的適用性。

⑤考察過程長期連續運行的可能性、安全性、研究生產控制方法，驗證“三廢”處理和排放問題。

⑥檢驗是否有被忽視或被誤解的重要因素，研究一些由于各種因素沒有條件在實驗室進行研究的課題。

⑦如果以產品為目的的話，應提供少量供質量評價和市場試銷的產品。

⑧提供新過程的開工和操作經驗，考察調節與控制系統的功能，節省生產裝置的開工費用。

5.4.2 中間試驗分類 5.4.2.1 微型中試 5.4.2.2 部分流程中試 5.4.2.3 全流程中試 5.4.2.4 全規模中試 5.4.3.1 中試指導思想 5.4.3.2 中試裝置的規模

（1）反應過程的特點

（2）中試裝置規模應適應多方面要求

（3）關鍵設備必備的條件

（4）市場需求量

5.4.3.3

中試裝置的完整性

（1）下列情況需進行全流程中試

①需要在小試的基礎上對整個工藝過程進行綜合研究 ②需要提供一定批量的樣品進行應用試驗

③物料循環對生產的影響不可預測，而且對生產的影響大（2）化學反應過程要進行中試

（3）凡新物系分離、新分離方法和設備使用等要進行中試（4）考察再循環過程對生產影響時要進行中試

5.4.3.4 運行周期 5.4.3.5 測試深度

5.4.3.6 中試裝置的運行可靠性和安全性

小

結

1、了解反應過程放大的基本概念、反應過程放大的方法，掌握數學模型方法和逐級經驗放大法的基本步驟，了解其特征。

2、掌握反應過程中出現的三種傳遞現象，了解其特點，了解冷模實驗的理論基礎。

3、了解化學反應器的類型、操作方式，掌握反應器的選型原則。

4、了解中間試驗的目的、作用，掌握中間試驗分類，了解中間試驗要注意的問題

工程經濟

6.1

評價的基本內容、方法和步驟

6.1.1 評價的基本內容

6.1.1.1 社會評價

1、政策和法律評價

2、勞動力結構和社會公益評價

3、社會效益評價

4、對人類生理和心理的影響

6.1.1.2 技術評價

1、技術可靠性評價

2、技術先進性

①新產品的技術性能和技術參數比現有產品提高的程度；

②在產品中或產品生產過程中新技術和新材料的含量；

③新產品在國內和國際同類產品中的水平；

④還體現在原材料和能量消耗低，產品質量好，勞動生產率高，生產周期短等。

3、技術適用性

①產品的功能應與其結構匹配；

②產品的技術參數應與企業的技術能力及市場需求的技術層次相匹配；

③產品的技術參數應與配套產品的技術參數相匹配；

④是在現有的時間、空間和環境下方案實施的可能性。

6.1.1.3 經濟評價

6.1.1.4 環境評價

（1）項目“三廢”的污染程度

（2）項目“三廢”的危害性

（3）項目“三廢”治理的有效性

（4）項目“三廢”治理的代價

6.1.2 評價的方法和步驟

6.1.2.1 評價的方法

綜合評分法的方法和步驟：

1、建立評價指標體系

①技術因素②經濟因素③市場因素④時間因素⑤社會因素

2、確定因素指標的權重

3、確定評分標準

4、確定評價人員和權重 6.2 項目的投資估算 6.3 產品成本估算 6.4 經濟評價要點

6.4.1.1 生產能力和銷售量

生產能力：即設計產量，一個生產裝置在設計時預定的產量。

銷售量：是指實際銷售出來的產品的量。6.4.1.2 銷售收入和產值

銷售收入：是產品作為商品售出后所得的收入。

產值：是指產品的年產量與產品單價的乘積。

6.4.1.3 固定資產投資額與總投資額

為增加固定資產而投入的資金，稱為固定資產投資，即固定資金。

總投資額=固定資產投資+流動資金+建設期利息+投資方向調節稅

6.4.1.4 增值稅與所得稅

增值稅額=（銷售收入-原輔材料所耗費用）×增值稅率

所得稅額=利潤總額×所得稅稅率 6.4.1.5 利潤與凈利潤

毛利（利潤）=銷售收入-總成本-增值稅額

年利潤總額=年產品銷售收入-年產品銷售稅金及附加-年總成本費用

凈利潤=利潤-所得稅

6.4.1.7 時值與現值

時值：資金在使用過程中某一時刻的價值

按照“折現”的方法計算出來的資金金額稱為現值。

6.4.2 經濟評價要點

6.4.2.1 靜態評價方法和動態評價方法（1）投資利潤率

投資利潤率=年利潤總額/總投資（2）投資利稅率 投資利稅率=年利稅總額（年平均利稅總額）/項目總投資

（3）基準投資利潤率（4）投資回收期

投資回收期=項目總投資額/年平均利潤額

固定投資回收期=項目固定資產投資額/年平均利潤總額 6.4.2.5 敏感性分析 小

結

1、技術經濟評價的基本內容；

2、項目總投資包括哪些內容；

3、技術經濟評價中的主要概念；

4、了解產品成本估算方法及項目的投資估算。8

過程分析與合成化學反應過程研究的目的在于使化工生產中的反應過程最優化。

化學反應過程的最優問題，實際上應達到兩個目標：

一是最優化的經濟目標

二是最優化的技術目標

應當指出：每一個單元設備最優，并不能保證整個系統達到最優。

8.1 單元操作的知識

8.1.1 物料輸送、混合、粉碎的方法

（1）流體輸送（2）流體混合（3）固體輸送（4）固體粉碎（5）固體混合 8.1.2 改變物料溫度的方法 8.1.3 非均相混合物分離方法（1）氣固分離（2）液固分離 8.1.4 均相混合物的分離方法

（1）液體混合物分離（2）氣體混合物分離（3）固體混合物分離 選用分離方法的原則：

1、選用分離方法時，應考慮生產產品的產值和產品的精細化程度；

2、在選擇分離方法時，應盡可能先把物料中的固體除盡，也應盡可能避免在分離過程中加入其他物質；

3、盡可能先分離出容易導致副反應和特別有害的物質；

4、技術上的可靠性和經濟上的合理性是主要原則。

分析確定操作單元的具體設備和工藝條件，綜合確定總體結構。

8.2.1 分析與綜合的基本概念 8.2 分析與綜合8.2.2 比較方案篩選

8.2.2.1 原料與工藝路線的選擇（1）原料路線的選擇

①技術可行性； ②供需可行性；③經濟合理性； ④資源利用的合理性。

（2）工藝路線的選擇 原料的預處理

①原料中含有使催化劑中毒的雜質，必須先除去； ②原料中含有的雜質參加化學反應，為了避免原料消耗和不污染產品，也為了減輕后處理分離的負擔，一般都先除去；

③原料中的雜質若不參與化學反應，則應根據這些雜質與原料或產品的分離難易程度來決定是否需要在預處理中先分離； ④原料中雜質含量較大時，即使這些雜質與產品的分離比它們與原料的分離容易，有時也需要進行預處理，因為大量的雜質會影響系統的生產能力和熱平衡，也增加了系統內物料流動的阻力。

8.2.2.2 加工工藝選擇

（1）牛奶濃縮（2）難分離物系分離

8.2.2.3 生產規模的選擇 8.3 化工過程合成 8.3.1 探試法

以精餾為例說明探試法的應用

M1規則：在所有的分離方法中，優先采用能量分離劑的分離方法，盡量避免使用質量分離劑的方法；

M2規則：精餾分離過程盡量避免使用真空和制冷操作。

D1規則：產品集合中元素最少的分離序列最為有利。

S1規則：首先安排除去腐蝕性組分和有毒有害組分，S2規則：按組分間分離因子的大小順序，逐個依次分離。最后處理難分離或分離要求高的組分。

C1規則：首先應分離出含量最多的組分，C2規則：如果組分間的性質差異以及組分的組成變化范圍不大，則應選擇塔頂和塔底產品等摩爾分離。如果不能進行等摩爾分離，則可選擇最容易分離處為切割點。

第三篇：管理信息系統開發過程

管理信息系統

問：管理信息系統開發分為那幾個階段，各個階段主要任務是什么？舉例說明。

答：分為信息規劃階段、系統分析階段、系統設計階段、系統實施階段和系統運行與維護階段，共五個階段。

1．系統運行階段

其主要任務是明確系統開發的請求，并進行初步的調查，通過可行性研究確定下一階段的實施。

2．系統分析階段

其主要任務是對組織結構與功能進行分析，理清企業業務流程和數據流程的 處理，并將企業業務流程與數據流程抽象化，通過對功能數據的分析，提出新系統的邏輯方案。

3．系統設計階段

其主要任務是確定系統的總體設計方案，劃分子系統功能，確定共享數據的組織，然后進行詳細設計，如處理模塊設計、數據庫設計、輸入輸出界面的設計和編碼的設計等。該階段的成果為下一階段的實施提供編程指導書。

4．系統實施階段

其主要任務是編碼、測試、系統調試等，將設計的系統付諸實施。其主要步

驟包括購置、安裝、調試計算機等設備，編寫程序，進行系統運行所需數據的準備，對相關人員進行培訓，轉換數據文件以及系統調試等。

5．系統運行與維護階段

其主要任務是進行系統的日常運行管理，根據一定的規格對系統進行必要的修改，評價系統的運行效率、工作質量和經濟效益，對運行費用和效果進行監理審計。軟件交付用戶后，為適應外部換環境的變化以及用戶要求增加新的功能，將遇到更變、修改系統的問題。

第四篇：化工過程設計作業

化工學院 2012級 生物工程1班 李軒 3012207252 天津市南港化工生態園區的構建方案

目

錄

一.設計項目簡介 二.設計內容分析

1.年生產能力1750萬噸石油煉制 2.乙烯生產能力123萬噸 3.聚乙烯(PE)生產能力16萬噸

4.聚丙烯6萬噸

5.環氧乙烷/乙二醇生產能力3.3/6.3萬噸/年 6.對苯二甲酸生產能力30萬噸/年 7.純苯14萬噸

8.聚碳酸酯工程塑料（PC）生產能力20萬噸 三.合成工藝流程分析和選擇及草圖繪制 四.安全性與生態性分析

五.物質集成鏈、能量鏈與產品鏈和資源設備信息共享 六.系統穩定與區域整合一.設計項目簡介

天津市南港工業區是以發展石油化工、冶金及重型裝備制造產業為主導，以承接重大產業項目為重點，以現代港口物流業為支撐，建成綜合性、一體化的現代工業港區。南港工業區化工生態工業園的設計生產能力為： ? 年煉油生產能力1750萬噸 ? 乙烯生產能力123萬噸 ? 聚乙烯生產能力16萬噸 ? 聚丙烯6萬噸

? 環氧乙烷/乙二醇生產能力3.3/6.3萬噸 ? 對苯二甲酸生產能力30萬噸 ? 純苯14萬噸

? 聚碳酸酯工程塑料（PC）生產能力20萬噸

結合化工過程設計概論課程所講內容，提出南港化工生態工業園區（優化的產業鏈、能量鏈與產品鏈）的構建方案，以盡可能達到節能降耗減排（二氧化碳等廢氣）、原子經濟性（變廢為寶、循環利用等）、零排放（環境友好）目標。二.設計內容分析

不難看出，南港區化工項目是以石油煉制和石油化工為主導的，而且石油化工的原料主要是石油煉制過程中所得到的石油餾分和煉廠氣。那么我們就應該從石油煉制為起點，將煉油廠和石油化工廠進行聯合，組成石油、化工聯合工業園區，利用燃油廠

提供的餾分油、煉廠氣為原料，生產各種基本有機化工產品和三大合成材料。

1.年生產能力1750萬噸石油煉制

在不同的地域出產的原油中，各組烴類含量相差較大，在同一種原油中，各組烴類在各個餾分中的分布也有很大差異。并且原油的組成和性質對石油化工生產影響很大，對于以烯烴及其衍生物為主要產品的生產，應盡量選用富含直鏈烷烴的烷基原油作原料，而不宜用環烷基原油。我國所產石油大多屬于直鏈烷烴石油，對于提高烯烴及其衍生物生產率大有裨益。⑴原油一次加工 ①原油預處理

原油中含有少量的泥沙和鐵銹等固體雜質以及水和各種油溶性鹽等。為了減少石油煉制過程中的能量消耗，穩定蒸餾塔內蒸餾操作減輕對鋼質蒸餾塔的腐蝕及管路的結鹽堵塞，并減少二次加工過程的影響，必須對原油進行脫鹽脫水預處理。②原油的常壓蒸餾

在常壓下，將原有預熱至200—240℃后送入初餾塔，塔頂蒸出大部分輕汽油，塔底油送至常壓加熱爐加熱至360—370℃進入常壓塔。常壓塔塔頂汽油餾分與初餾塔的輕汽油合并，稱為直餾汽油，可作為催化重整生產芳烴的原料，也是裂解制取乙烯的重要原料。從常壓塔側線出抽出其他不同沸點范圍的餾分：航空煤油餾分，輕柴油餾分，重柴油餾分。

③原油的減壓蒸餾

常壓塔底產物是常壓重油。要想從重油中分離出裂化原料和潤滑油餾分等各種高沸點餾分，且不破壞產品的質量和收率，就必須對其進行減壓蒸餾，是高沸點餾分在較低的溫度下汽化，以避免高沸點餾分的分解。⑵原油二次加工

原油的二次加工有催化裂化、加氫裂化、延遲焦化、催化重整、烷基化、油品加氫精制、電化學精制以及潤滑油加工裝置等。其目的在于提高輕質油收率，提高油品質量，增加油品品種以及提高煉油廠的經濟效益。通過二次加工，主要可獲得各種小分子烴類。原油常、減壓蒸餾工藝流程如圖1所示。

⑶原油三次加工

三次加工主要是件煉廠氣進一步加工生產高辛烷值汽油和各種化學品的過程，包括石油烴烷基化、異構化、烯烴疊合等。

因此，我們可以考慮將煉油產和石油化工廠聯合，組成石油化工聯合企業，利用燃油廠提供的餾分油、煉廠氣為原料，生產各種基本有機化工產品和三大合成材料。⑷分析

通過上面的分析，我們可以考慮使原油依次經過初餾塔、常壓加熱爐、常壓塔、減壓加熱爐、減壓塔，依次完成對原油的預處理、常壓蒸餾和減壓蒸餾，并對各餾分進行相應的產品化處理，得到直餾汽油、石腦油、航空煤油、輕柴油、重柴油、及減壓渣油。其中石腦油引到石油化工廠進行脫硫、催化重整后，可分離得到苯、甲苯、二甲苯、氫氣以及重整汽油直餾煤油和直餾柴油的部分流股引出進行裂解后，也可得到苯、甲苯、二甲苯以及小分子烯烴，在后續生產過程中作為原料使用。另外，通過對其他餾分如減壓柴油、煉廠氣等的二次加工可以得到各種所需的烴類產品。

⒉乙烯生產能力123萬噸

乙烯可通過直餾汽油、直餾煤油等餾分的裂解、分離處理得到。考慮到要達到123萬噸/年的乙烯生產能力，以及16萬噸的聚乙烯生產能力，這意味著必須要達到乙烯的實際生產能力要達到139萬噸/年。這是一個非常大的產量，而且是在1750萬噸/年的煉油能力基礎上實現的。因此，可將減壓柴油進行加氫處理，然后再催化裂解生產乙烯。

另外，聚丙烯生產過程中所要用到的原料丙烯也可通過與乙

烯生產類似的途徑制得，只是在分離過程中的分離條件略有區別。

烴類裂解是石油系原料中的較大分子的烴類在高溫下發生斷鏈反應和脫氫反應生成較小分子的乙烯和丙烯的過程。它包括脫氫、斷鏈、異構化、脫氫環化、芳構化、脫烷基化、聚合、縮合和焦化等諸多反應，十分復雜，所以裂解是許多化學反應的綜合過程。一般通過烴類裂解過程的一次反應高溫裂解實現乙烯和丙烯的生產，主要包括烷烴的斷鏈反應、脫氫反應，烯烴的斷鏈反應，以及環烷烴的開環裂解反應。3.聚乙烯(PE)生產能力16萬噸

聚乙烯樹脂(PE)是通用合成樹脂中產量最大的品種，在工業、農業、包裝以及日常工業中具有廣泛的用途。近年來，在各工藝技術并存的同時，新技術不斷涌現。PE主要合成工藝比較詳見表 1。

表1列出了4種有競爭力的PE生產工藝——高壓法、淤漿法、溶液法及氣相法。綜合比較看出:高壓法需特別技術與設備，操作壓力高(150～400MPa)，投資大,近年來盡管LDPE市場受LLDPE沖擊,但LDPE以其透光性、柔軟性及加工性好仍具有一定競爭力,其工藝技術仍在開發之中。淤漿法和溶液法都使用溶劑,生產成本高,生產能力受到限制。淤漿聚合中的一些低密度聚合物在溶劑中溶解度大,溶脹后使反應體系粘度增大,導致操作困難溶液法生產高分子量產品時溶液粘度增大,攪拌困難，限制

了生產能力的提高。氣相流化床工藝由于不受溶液法中粘度的限制和淤漿法中溶解度的限制、投資和操作費用低、原料及公用工程消耗低、產品范圍廣、操作彈性大等優點而發展迅速,目前新建裝置約70%采用氣相法工藝。這是PE工藝的發展方向。

流化床工藝可生產HDPE和LLDPE,尤其是LLDPE在主鏈旁生成短支鏈,結晶度比LDPE高,填補了HDPE和LDPE之間的性能空白帶,LLDPE與LDPE相比有優異的抗刺穿性、抗沖擊性及抗拉伸性能，可廣泛用于薄膜,如包裝、襯里膜及農膜。另外LLDPE比LDPE抗撕裂強度高,可用于模塑及管材等領域故LLDPE在近20年來消費量增長迅速。氣相流化床工藝可生產熔融流動指數(MFI從<0.001直到>100)和密度(890～970kg/m3)范圍非常寬的產品，從70年代初開始迅速成為PE主導工藝，目前(2000年),單線最大生產能力已達0.45Mt/a。因此從上述PE工藝比較看出,氣相流化床工藝是PE工藝中最具競爭力的生產工藝，也是未來的發展方向，加之采用茂金屬催化劑，其市場競爭力將更強。綜合上述分析,我們可以將聚乙烯生產工藝確定為采用茂金屬催化劑催化的氣相流化床工藝。4.聚丙烯6萬噸

聚丙烯樹脂是全球發展最快的熱塑性樹脂之一，全球消費量目前僅次于線形低密度聚乙烯(LLDPE)。不斷增加的市場需求不但加快了PP裝置的投資建設也推動了PP技術的開發這些開發主要集中于新催化劑、新工藝和新產品的研究。

⑴催化劑技術進展發揮先導作用 ①傳統催化劑

傳統的聚丙烯催化劑如Ziegler-Natta催化劑一直在不斷發展。Z/N催化劑近期的主要發展是拓寬Z/N催化劑體系的產品范圍和開發給電子體系。主要表現在如下方面：能夠在反應器中不經減黏裂化得到高熔融流動指數(MFR)的產品;通過改進催化劑，提高聚合物的結晶性和等規度;生產剛性更好的產品;降低產品的熱封溫度;改進光學性能;采用兩段聚合雙峰樹脂生產技術使聚丙烯樹脂的分子量分布更寬，使產品具有最優的剛性和抗沖擊性能的綜合性能;用兩個均聚反應器組成的反應器體系可以生產分散度為3.2～10的產品;產品的撓曲模量可以達到2300MPa以上。

另外，傳統Z/N催化劑和茂金屬的混合催化劑體系也將有所發展，目前的主要發展是在單個反應器中生產雙峰分布或多峰分布的樹脂，工藝更容易控制，分子量分布更穩定共聚產品的柔韌性更好。②茂金屬催化劑

茂金屬催化劑是20世紀90年代以來最受關注的烯烴聚合催化劑。茂金屬催化劑的工業化為生產物理機械性能明顯改進的聚丙烯樹脂創造了條件如可生產超剛性等規聚丙烯、高透明的間規聚丙烯、等規聚丙烯和間規聚丙烯的共混物及超高性能的聚丙烯抗沖共聚物。

③非茂金屬單活性中心催化劑

近幾年才開始發展的非茂金屬單活性中心催化劑由于具有合成相對簡單,產率高且有利于降低催化劑成本，可以生產多種聚烯烴產品的特點，預計將是今后若干年的研究熱點。⑵聚合工藝向簡化流程方向發展

自1957年聚丙烯商業化投產以來，聚丙烯催化劑和工藝技術的進步及產品應用的不斷開發，使聚丙烯成為全世界范圍內最有活力的聚合物之一。在70～80年代開發了高活性和高等規度的催化劑，使聚丙烯工藝技術得到很大發展,簡化了流程，省去了脫除催化劑殘渣和副產品無規聚合物等工序。同時催化劑和工藝技術等各方面的改進使裝置的投資和生產成本不斷下降,企業效益不斷改善,世界上許多聚丙烯工業公司都發展了自己的專有技術。PP生產工藝主要分為淤漿法，本體法、氣相法及液相本體和氣相相結合的工藝。在20世紀80年代前，占主導地位的PP工藝是溶劑淤漿聚合工藝，但目前溶劑淤漿法由于工藝長,操作復雜和能耗高等原因已被逐漸淘汰，而氣相和本體法顯現了旺盛的生命力。近幾年新上的PP裝置幾乎90％以上都是氣相和本體聚合工藝,而這些氣相和本體聚合工藝新的發展趨勢就是大型化,目前各工藝大都接近40×10t/a的生產能力;另一個就是不斷優化工藝流程、設備布置和控制系統使工藝投資更低、產品質量更好,產品單耗和能耗更低。

下面表2是對幾種典型工藝及其最新進展進行分析。

生產裝置大型化減低能耗和最大限度生產高性能化的產品,是PP成套技術的發展方向。因此考慮到提高生產能力，進一步減低PP產品的能耗和單耗,降低生產成本,提高工藝的市場競爭力,以及技術上可行、工藝上合理、確保健康、安全、環保的基礎上,宜選用氣相本體法進行合成。5.環氧乙烷/乙二醇生產能力3.3/6.3萬噸/年 ⑴環氧乙烷合成

工業上生產環氧乙烷有兩種方法,其一是氯醇法,其二是乙烯直接氧化法。氯醇法于70年代在世界范圍內已被淘汰，目前只有少數發展中國家有少量生產。乙烯直接氧化法又分為空氣氧化

法及氧氣氧化法,由于氧氣氧化法具有環氧乙烷收率高,成本低,裝置投資少等優點,逐漸取代了空氣氧化法而成為占絕對優勢的工業生產環氧乙烷方法。因此,在這里,考慮到綠色環保的因素,我們直接排除對氯醇法的考慮,使用氧氣氧化法進行生產。考慮到后面乙二醇的生產是以環氧乙烷為原料進行的,故應使環氧乙烷的年生產能力達到7.8萬噸。

乙烯氣化過程可分為深度氧化及有選擇性的氧化兩種反應，前者直接生成二氧化碳和水，后者可有選擇地氧化成環氧乙烷，所適用的催化劑為銀。在銀催化劑作用下乙烯有選擇性地發生氧化反應其主副反應如下:

乙烯氧化是強放熱反應,尤其深度氧化反應,為選擇性氧化反

應放熱的十多倍。因此催化劑的選擇性非常重要,否則會因副反應進行而引起操作條件的惡化,甚至變得無法控制,造成反應器“飛溫”事故。

在乙始直接氧化制環氧乙烷的生產工藝中原料乙烯消耗占環氧乙烷生產成本的2/3,因此,降低乙烯消耗,或者說提高催化劑的活性和選擇性是提高過程經濟效益的最有效手段。因此致力于銀催化劑的研究,包括活性組分、制造方法、載體、測試評價方法等一直是非常活躍的領域。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,也是二元醉中產量最大的產品，其用途很廣泛,是生產合成纖維、塑料、油漆、膠黏劑、表面活性劑、炸藥等產品不可缺少的物質,也可直接用作溶劑、防凍劑等。

生產乙二醇有很多途徑,可采用不同的原料和不同的方法進行生產,通常以乙烯和合成氣為原料。以乙烯為原料常通過化學反應轉化為二氯乙烷、氯乙醇、環氧乙烷、乙二醇單醋酸酯,乙二醇二醋酸酯等物質,通過它們的水解即可得乙二醇。亦可由合成氣(CO,H2)通過化學反應生成乙二醇。

由乙烯直接氧化生產環氧乙烷，再由環氧乙烷催化水合生產乙二醇的方法是目前世界各國普遍采用生產乙二醇的方法。但這條工藝路線由于乙烯氧化生成環氧乙烷的選擇性較低，使乙烯的消耗定額高，而且進一步提高選擇性的困難較大。因而隨著合成纖維及塑料生產的迅速發展，對乙二醇需要量的不斷增加，同時也由于石油資源的限制及石油價格的上漲，促進了以合成氣為原料生產技術的開發，從目前研究情況看，許多合成乙二醇的過程均可與傳統的乙烯直接氧化再水合的工藝相爭。結合本生產項目的實際，在前面的工藝步驟中已經制備出環氧乙烷，因此考慮直接以環氧乙烷為原料，直接水合生產乙二醇。在液相中，環氧乙烷與水反應即可生成乙二醇：

在通常條件下，此反應進行得很慢，無工業價值，要使反應較快進行，就必須升溫或使用催化劑。目前環氧乙烷催化水合生產乙二醇的方法主要有：液相酸催化水合法，陽離子交換樹脂水合法，加壓水合法等。

6.對苯二甲酸生產能力30萬噸/年

對苯二甲酸(TA)是一種重要的、具有廣闊應用前景的基礎化工原料，廣泛應用于化工和聚酯工業生產中。TA工業上傳統生產方法主要以對二甲苯為原料、金屬鹵化物為催化劑的液相空氣氧化技術，但此技術會產生重金屬污染物，且鹵化物腐蝕設備。20世紀50年代以來，國外相繼開發了幾種非硝酸氧化法合成TA的新工藝，例如英國諾丁漢大學與杜邦聚酯技術公司合作，開發了在超臨界水中從對二甲苯生產TA的連續法綠色工藝。

下面首先就當前主要的對苯二甲酸的合成方法作簡要說明。

上述合成方法中，有幾種是以對二甲苯為原料的合成TA方法，還有幾種是以其它原料合成TA的方法。其中液相氧化法技術已日趨成熟，是現在主要工業生產方法，缺點是使用了有毒催化劑，不符合綠色化學標準。

加氫精制法特點是溶劑損失很小，能有效控制結晶的粒徑大小，生產成本較低，產品質量穩定。該方法是目前世界上TA生

產的主要方法，目前裝置產能占世界TA總量的80％以上。

精密氧化法的缺點是溶劑醋酸(HAc)的消耗量比較大。其生產的MTA用于生產聚酯，對聚合反應要求較高，要添加某些助劑來封閉醛基。

超臨界法使用無毒溶劑代替環境不友好的有機溶劑，是實現綠色化學的有前景的方法之一。以前對合成TA的經濟性評估有又很多，Jennifer等對高溫水中合成對苯二甲酸的經濟性和環保性做了最新評估。結果顯示這兩種方法的總投資基本相同。但由于高溫水氧化法可以減少污染物(如溴)的排放，所以它作為乙酸法合成對苯二甲酸的替代法前景非常樂觀。消極的方面，基于超臨界水的過程涉及高溫水，需要動力成本消耗，還存在反應器材料的腐蝕問題，而且如果將這個過程用于商業目的，需要進一步研究，必須使得對苯二甲酸的收率高于文獻報道的值。

生物酶氧化法優勢在于在相對溫和的條件下進行且幾乎不產生廢物，前景非常樂觀，但需要克服一些技術上的困難。現行合成TA所用的無機催化劑都是在高溫高壓的操作條件下，而且產生大量的重金屬廢物。而酶氧化法在相對溫和的條件下進行且幾乎不產生廢物。但生物轉化對二甲苯的現行系統還不能工業化，它存在兩個缺點：1)理論上的限制就是對二甲苯的第二個甲基不能被氧化，過氧化氫會減弱CPO的活性：2)系統中的對二甲苯在水中的溶解度小。目前的研究表明這些技術上的困難在將來有可能被克服。

本項目中要實現對苯二甲酸年產量30萬噸的設計，本著經濟合理并且綠色環保的設計要求，宜選擇加氫精制法進行合成。該工藝以石油煉制二次加工裂解抽提出的對甲苯為原料，分為粗對苯二甲酸生產(即圖2中的步驟3a)及其精制(即圖2中的步驟4)兩部分。它是以Co2+-Mn2+-Br—為催化劑，乙酸為溶劑，空氣為氧化劑，將對二甲苯氧化成對苯二甲酸。在對二甲苯生成TA同時，還產生了一部分副產品，如4—羧基苯甲醛(4-CBA)、對甲苯甲酸、苯甲酸和間苯二甲酸等，所有這些雜質除4-CBA以外都經過結晶、過濾處理除掉。精制段是以水為溶劑，將雜質4-CBA加氫催化轉化成產品TA。由于加氫精制法成為合成對苯二甲酸的主要工業方法，所以一直以來人們致力于對此法的反應條件和催化劑的研究，因此在技術上、設備上更加成熟可行。⒎純苯14萬噸

苯是重要的石油化工原料，產量大，來源廣泛。現在工業上有多種生產苯的方法，其一為煤煉焦過程副產的輕焦油，歷史上曾是唯一的工業來源，隨著苯的需要量增加，石油苯的出現，煤焦油苯已降為次要地位。

原油中僅含有少量的苯及其它芳烴，沒有分離的價值，石油必須經各種加工后才能得到含苯等芳烴的餾分，再經分離提純得到高純度的苯。其中最主要的方法是催化重整過程及由石油餾分裂解生產乙烯過程副產焦油分離苯。

石油芳烴是目前及將來相當長時期內苯的主要來源，其中以

催化重整生產芳烴為主要工藝。但催化重整生成的芳烴中苯的收率較低，甲苯及二甲苯的收率較高，催化重整的發展規模常受到直餾汽油供應量的限制。因此，各煉油廠多利用二次加工汽油加氫處理后作為催化重整的原料以擴大其原料來源，以期增產芳烴。與此同時在連續催化重整技術的基礎上催化芳構化技術應運而生，其特點是可以利用丙烷、丁烷等輕質烴、以及劣質油品生產芳烴，從而大大擴大了石油芳烴的原料來源。

其次是乙烯工廠的副產裂解焦油，其中苯含量較其它芳烴高。生產乙烯的原料和裂解條件不同，乙烯收率不同，裂解焦油的組成以及苯等芳烴收率也不同。因此，苯的來源和規模受到乙烯裝置裂解原料的制約。裂解焦油組成復雜，含不飽和化合物較多，必須經過加氫才能作為進一步分離芳烴或脫烷基制苯的原料。

苯和二甲苯是芳烴中需要量較大的產品，甲苯則較少，因此甲苯脫烷基歧化將其轉化為苯和二甲苯，滿足了市場的需要。甲苯脫烷基制苯有熱脫烷基法與催化脫烷基法。熱脫烷基法反應溫度較高，過程無需催化劑，空速大、反應器體積小，運轉周期長，可達一年以上，對原料的適應性強，允許原料中芳烴含量可低達30%，補充氫的雜質含量不受限制，氫耗低，產品苯的純度高，因此較催化脫烷基優越，廣泛被采用。

甲苯歧化及烷基轉移雖增加二甲苯的收率，但卻減少了苯的收率，因此要考慮二者間的供需平衡，實現本項目中苯的生產需

求和對苯二甲酸生產過程中對二甲苯的需求。⒏聚碳酸酯工程塑料（PC）生產能力20萬噸

聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱PC)作為一種綜合性能優良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊性能、耐蠕變性能、較高的抗張強度、抗彎曲強度、伸長率和剛性，并具有較高的耐熱性和耐寒性，可在-100℃～140℃溫度范圍內使用，電性能優良、吸水率低、透光性好。由于性能優異，其應用領域非常廣泛，已進入到汽車、電子電氣、建筑、辦公設備、包裝、運動器械、醫療保健、家庭用品等領域，而且正迅速地擴展到航空、航天、電子計算機、光盤等高新技術領域，尤其在光盤的應用上發展更快。

PC工業化生產工藝主要分為兩大類。第一類是使用光氣的生產工藝。第二類是完全不使用光氣的生產工藝。截止2004年底，全世界PC總生產能力接近3.0Mt/a。其中，光氣法PC生產工藝約占總生產能力的90％。除美國GE公司少部分生產裝置(生產能力約170kt/a)和中國臺灣奇美公司65kt/a生產裝置外，世界其他PC生產裝置全部使用光氣作為生產原料。但該方法要使用劇毒的光氣(COCl2)，而且還有許多環境和經濟方面的不足，不符合環境保護與可持續發展的社會潮流。

近年來，全世界環境保護呼聲日益高漲，各國都相繼頒布了更為嚴厲的環保法規，相應的排放標準也更為苛刻，光氣法必然會被逐漸淘汰。因此，發展一種環境友好、經濟效益高的合成方法，成為綠色化學迫切需要解決的問題。

作為南港化工生態工業園區新上馬的年產20萬噸超大規模雙酚A型聚碳酸酯項目，環保問題不容忽視。本著技術可行、經濟合理、環境友好以及安全生產的宗旨，我們應該選取更為綠色的非光氣法生產工藝。下面就對非光氣法生產工藝作簡要闡述。

以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作為原料生產DPC，可以完全避免使用劇毒的光氣。反應式如下所示：

反應在串連的雙塔中進行。苯酚從第一塔的中上部進料，新鮮的DMC以及從第二塔循環回來的部分物料混合后在中下部進料，通過反應精餾，在第一塔的底部采出甲基苯基碳酸酯進入第二塔中部，甲醇和少量DMC由第一塔上部蒸出。在第二塔中，甲基苯基碳酸酯經過自身的酯交換反應，生成的DPC由塔底抽出，DMC從塔頂抽出后循環回第一塔重新參加反應。

其中DPC的原料DMC工業化生產工藝主要有酯交換法和甲醇羰基氧化法。

酯交換法是以CO2為原料生產PC的工藝流程：先以CO2、環氧乙烷為原料，在氣相條件下，通過高壓和催化劑作用生產碳酸乙烯酯(EC)，然后EC和甲醇進行酯交換反應生產DMC。DMC再和苯酚進行酯交換反應生產DPC，副產物乙二醇可以作為聚合級PC原料出售。反應式如下所示：

該工藝已有生產能力約65kt/a的工業裝置(2006年，以DMC計)，原料CO2可以是環氧乙烷/乙二醇(EO/EG)裝置的副產物。除此之外，乙二醇通過此方法生產，與傳統的蒸餾提純工藝相比，可以節約大量蒸汽耗量。

非光氣法PC工藝完全擺脫使用劇毒的光氣作為生產原料。同時聚合階段采用本體聚合，不用溶劑，主要原料是CO(來自氣化裝置)、CO2(來自乙二醇排放氣)，具有成本低、容易得到等優點。主要缺點是，由于后期的熔融縮聚反應時體系黏度逐漸增大。導致體系中小分子物質排放困難，因此設備較復雜，工藝操作要求高。

甲醇羰基氧化法是以CO和甲醇為原料，通過甲醇羰基氧化法生產DMC。

甲醇羰基氧化法的成熟工藝有意大利Enichem公司的液相催化工藝和日本宇部公司氣相催化工藝，催化劑分別是CuC12和CuC12、NO。液相工藝的主要缺點是設備腐蝕問題，甲醇最大轉化率98％；氣相工藝是20世紀90年代的新技術，甲醇轉化接近100％。GE公司的非光氣法PC裝置采用以CO為原料合成DMC的工藝，然后再合成DPC,最后通過DPC和雙酚A熔融縮聚反應生產PC。

綜合考慮項目生產實際以及綠色生產的要求,我們決定應該采用非關起發進行生產。以碳酸二甲酯(DMC)和苯酚作為原料生產DPC，而DMC的生產工藝宜采用酯交換法進行，這樣可以充分利用前面環氧乙烷的合成。

三.合成工藝流程分析和選擇及草圖繪制

下面對各產物的合成工藝逐個列出。

四.安全性與生態性分析

生態工業技術的開發應該遵循減量化原則、再利用原則、再資源化原則這三個原則。

減量化原則注重將產品靈活化，根據消費的功能需求來優化產品結構，開發出性能更好、更加“靈巧”的產品或技術，以此減少資源和能源的消耗。在減量化原則中，要遵循物質轉化中低物耗、低能耗工藝優先的原則，使資源的利用率達到最高。

再利用原則指的是重要元素在工業系統中的循環代謝。如通過化學加工，將副產物分解進行資源循環利用。

再資源化原則是針對廢棄物的回收利用而言。

所以一個生態化工項目或者園區的“靜脈產業”建設是十分

重要的，“誰制造，誰分解；誰銷售，誰回收；誰污染，誰治理”等理念的推進是十分必要的。

所謂靜脈產業，即資源再生利用產業，是以保障環境安全為前提，以節約資源、保護環境為目的，運用先進的技術，將生產和消費過程中產生的廢物轉化為可重新利用的資源和產品，實現各類廢物的再利用和資源化的產業，包括廢物轉化為再生資源及將再生資源加工為產品兩個過程。作為解決廢棄物快速增長的一個良好途徑，靜脈產業應當在新上馬的南港化工項目中得到充分應用，以有利于生態化工建設。

在生態化工園區的建設中，我們應當充分運用工業生態學、系統工程、化學工程的理論和方法，從元素代謝與物質循環、工業共生、柔性、演變進化、能量集成、水集成、關鍵鏈結技術、與自然生態協調、信息系統等多個方面，對南港生態工業系統的生態產業鏈進行定量的分析與比較，得到平均路徑長度、原子利 用率、共生效益、柔性指數、生態生產力等一系列生態系統特性指標，建立了一套系統的生態工業分析方法和指標。在上述分析的基礎上，結合現今已有的生態化工園區的建設經驗及案例，完成南港生態化工建設。

在前面的工藝分析中，已經在簡要的分析基礎上挑選出了較為適宜的產品合成路線。在對各合成路線進行深入開發試驗分析之后，再通盤考慮園區的產品物料網絡建設，以及熱交換網絡的建設。并且在網絡構建的過程中，應當同步考慮到經濟合理、技

術可行、環境友好等諸多因素。

五.物質集成鏈、能量鏈與產品鏈和資源設備信息共享 1.物質集成鏈、能量鏈與產品鏈

構建產業鏈，整個生產過程形成“資源-廢棄物-再生資源”的物質和能量的閉路循環流動，盡量實現廢棄物的“零排放”。這樣極大地降低了生產成本和環境成本。通過加強上下游生產單位之間的合作與交流，在一定程度上能夠提高產品質量，增強生產單位的競爭力。同時，園區內布局的網絡化和集中化，不僅大大節約了工業用地，而且能夠產生極大的集聚效應。

在石化產業方面，南港工業區將重點發展石油化工、聚酯化纖、精細化工和能量綜合利用四條循環經濟產業鏈，延伸30條產品鏈，打造國家級石化產業基地。建設原油、成品油國家戰略儲備庫和商業儲備庫，儲備能力達到2000萬噸；建設煉化一體化項目和10個百萬噸級通用樹脂、工程塑料項目。

例如：

⑴環氧乙烷產業鏈：包括乙二醇醚、聚對苯二甲酸丙二醇酯、乙醇胺、甲硝唑等4個系列5套裝置。其中聚對苯二甲酸丙二醇酯是性能優異的工程塑料，也是一種新型的化纖原料，其纖維制品具有良好的回彈性、尺寸穩定性和染色性能，在服裝領域有廣闊的應用前景，國內尚無工業生產裝置。

⑵生物質乙烯產業鏈：包括乙醇制乙烯、OCT、乙烯-醋酸乙烯共聚物等4個系列。采用生物質發酵制得的乙醇為原料制乙烯，在石油資源日益緊張的情況下具有重要意義，其競爭力將會隨著技術水平的提高逐步顯現。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）無毒，是綠色環保型產品，有優異的綜合性能，廣泛用于建筑、紡織、農用薄膜、汽車、包裝、鞋業、電子等領域。

⑶丙烯產業鏈：包括聚碳酸酯、ABS、環氧氯丙烷及其衍生物等三個系列。其中：聚碳酸酯作為綜合性能優良的非晶型熱塑性樹脂，是發展最快的工程塑料之一。ABS樹脂具有優異的綜合性能。這兩個品種在汽車、建材、電子電器等領域有廣泛的應用，等等。

這種可以將生產丙烯腈產生的廢氣氫氰酸，用于生產重要的化工中間體甲基丙烯酸甲酯；將乙烯裝置產生的廢氣二氧化碳回收利用，用于生產工程塑料和聚碳酸酯。整合特定區域內的相關產業，在生產的源頭投入資源，把上游企業產生的廢棄物作為中游企業的資源，把中游企業產生的廢棄物作為下游企業的資源，直到園區生產末端廢棄物趨向零排放。

不同生產單位之間通過資源共享和廢棄物交換構成互惠共生的產業鏈。這是生態園區的本質特征，能夠解決傳統園區中由于各單位生產過程相互獨立造成資源高消耗、廢棄物高排放的問題。生態園區中沒有真正的廢棄物，通過橫向耦合，上游生產單位的生產過程產生的廢棄物可以作為下游生產單位的資源進行再利用，各生產單位之間形成共生網絡，實現資源共享和能量多級利用，變污染負效益為經濟正效益。通過模擬自然生態系統，對園區企業及產業進行重新設計，將非生態企業及沒有完全實現內部耦合的生態企業產生的廢棄物重新投入生產，能夠提高資源利用率，并在園區層面降低資源的整體消耗水平。同時，通過構建資源共享和廢棄物交換的產業共生網絡，最終能夠實現區域廢棄物的“零排放”，減輕區域環境治理的壓力。

水系統集成：這里特意把它提出來，是想強調生態園區，節能減排，節約用水和高效率的用水時極其必要的。水系統集成也可視為上述物質集成的一個特例。生態工業園區中，可以將水細分成更多的等級，例如超純水（用于半導體芯片制造）、去離子水（用于生物或制藥工藝）、飲用水（用于廚房、餐廳、噴水池）、清洗水（用于清洗車輛、建筑物）和灌溉水（用于草坪、灌木、樹木等景觀園藝）等。由于下一級使用的水質要求較低，因而可以采用上一級使用后的出水。例如目前許多企業采用的水循環利用系統，即“清水—第一次清循環水—第二次濁循環水”的循環過程以及蒸汽冷凝回用、間接冷卻水循環利用、封閉水循環等技術，都可以在生態工業園區中跨企業采用。

在水的多用途使用時，有時需要進行必要的水處理，以除去進水中的有害固體物質和液體物質，盡量提高水的純凈度。

處理后的水再回用于同一工段，或用于質量要求低一級的用水。水處理方法可根據不同的情形采用冷卻、分離、過濾、超濾、反滲透、消毒、沉淀、生物處理、濕地處理等工藝。

與此同時，園區也要實現總能源的優化利用，最大限度地使用可再生資源（包括太陽能、風能、生物質能等）。在某些情況下，園區總能源消耗量甚至可能減少50%。一種途徑是能源的梯級利用。根據能量品位逐級利用，提高能源利用效率。在園區內根據不同行業、產品、工藝的用能質量需求，規劃和設計能源梯級利用流程，可使能源在產業鏈中得到充分利用。

另一種途徑是熱電聯產。我國的熱電聯產已經有40多年的歷史，在園區中，應因地制宜地利用工業鍋爐或改造中低壓凝汽機組為熱電聯產，向園區和社區供熱、供電，從而達到節約能源，改善環境，提高供熱質量的作用，同時節約成本、提高經濟效益。

如把熱電廠產生的大量灰渣作為生產水泥或新型建筑材料的原料；將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。

要極大程度上達到物質集成，在企業之間，將廢物作為潛在的原料或副產品相互利用，通過物質、能量和信息的交換，優化園區內所有物質的使用和減少有毒物質的使用；在園區之外，充分利用物質需求信息，形成輻射區域，使園區在整個經濟循環中發揮鏈接作用，拓展物質和能量循環空間。

可以建立物資和廢物交換中心，負責各企業物資的交換和副產品與廢物的處置。2.資源設備信息共享

改變企業各自建設配套設施的傳統模式，堅持公用工程一體化建設原則，通過建設工業氣體中心、自來水廠、熱電廠、污水處理廠、固體廢物處理中心等公用工程“島”，做到集中供熱、供水、排污、供氣和廢物處理，實現園區內資源共享。

設施共享是生態工業園區的特點之一。實現設施共享可減少能源和資源的消耗，提高設備的使用效率，避免重復投資。園區內的共享設施包括：

(1)基礎設施，如污水集中處理廠、固體廢物回收和再生中心、消防設施、綠地等。南港工業區將規劃建設“水電汽氣污”多聯產循環經濟公用工程島，充分依托大港油田現有配套設施，實現公用工程共建共享，提高資源和能源的利用率。

(2)交通工具，如班車、其它運輸和交通設備

(3)倉儲設施，如入園成員間閑置的倉庫等；(4)閑置的其它維護設備、施工設備等；(5)培訓設施等。

信息交換系統，是保持園區活力和不斷發展的重要條件。園區內各企業之間有效的物質循環和能量集成，必須以了解彼此供求信息為前提，同時生態工業園的建設是一個逐步發展和完善的過程，其中需要大量的信息支持。這些信息包括園區有害及無害廢物的組成、廢物的流向和廢物的去向信息，相關生態鏈上產業（包括其輻射產業）的生產信息、市場發展信息、技術信息、法律法規信息、人才信息、相關工業生態其他領域的信息等。

主要是提供園區信息管理系統，便于物質和能量在園區、周圍社區和區域內進行流動和交換；通過示范、宣貫等手段，扮演教育和營銷角色，以宣傳生態工業原理，幫助企業特別是中小企業理解環境問題和環境法規，克服生態工業運行的障礙；提供有關提高能源效率、節約資源、廢物最小化、清潔生產技術和應急反應等的指南和建議。

六.系統穩定與區域整合

生態園區作為一個整體要能夠有效的抵御市場風險、保持自身穩定。與傳統園區相比，生態園區在面臨資源供應、市場需求以及外界環境隨機波動時具有較大的彈性，整體抵御市場風險的能力大大加強。同時，它不斷吸收新的生產單位來填補園區產業鏈上的空缺，設立面向管理者、技術人員等培訓體系，也進一步

提高了生態園區的穩定性和可持續性。也要通過與周邊區域資源、環境的耦合，融入到區域發展的生態和經濟網絡之中，為區域的經濟發展和環境改善做出貢獻。

帶動協調發展：生態園區作為整個區域系統的一員，不僅注重自身的經濟發展和環境保護，而且強調與所在區域的總體發展緊密相連。生態園區通過自身產業的建設能夠帶動區域工業、農業及第三產業的共同進步，從而促進了整個區域的經濟發展。生態園區能夠改善區域環境，同時為社區提供更多的就業機會和各類服務，提高了人們的生活質量。生態園區還通過影響人們的觀念，帶動區域科技、教育、文化的進步，促進區域的協調發展，具有明顯的社會作用

盡可能將園區與社區發展和地方特色經濟相結合，將園區建設與區域生態環境綜合整治相結合。要通過培訓和教育計劃、工業開發、住房建設、社區建設等，加強園區與社區間的聯系。要將園區規劃納入當地的社會經濟發展規劃，并與區域環境保護規劃方案相協調。

大力采用現代化生物技術、生態技術、節能技術、節水技術、再循環技術和信息技術，采納國際上先進的生產過程管理和環境管理標準，要求經濟效益和環境效益實現最佳平衡，實現“雙贏”。

第五篇：化工傳遞過程復習資料

第一章 第一節 流體流動導論 流體是氣體和液體的統稱。流體由大量的彼此之間有一定間隙的分子組成，各個分子都做著無序的隨機運動。因此流體的物理量在空間和時間上的分布是不連續的。一.靜止流體的特性

流體靜止狀態是流體運動的特定狀態，及流體在外力作用下處于相對靜止或平衡狀態。1.流體的密度

2.可壓縮流體與不可壓縮流體 3.流體的壓力

4.流體平衡微分方程 5.流體靜力學方程

二．流體流動的基本概念 1．流速與流率

若流體流動與空間的3個方向有關，稱為三維流動；與2個方向有關，稱為二維流動；僅與1個方向有關，則稱為一維流動。在化學工程中，許多流動狀態可視為一維流動。流率為單位時間內流體通過流動截面的量。2.穩態流動與非穩態流動

當流體流過任一截面時，流速、流率和其他有關的物理量不隨時間變化，稱為穩態流動或定常流動。只要有一個隨時間變化，則稱為非穩態流動或不定常流動。3.粘性定律與黏度 4.粘性流體與理想流體 5.非牛頓型流體 6.流動形態與雷諾數 7.動量傳遞現象

第二章 第一節 動量傳遞概論 按照機理不同，可將動量傳遞分為分子動量傳遞和渦流動量傳遞兩種。前者指層流流動中分子的不規則熱運動引起的分子遷移過程；后者為湍流運動中的微團脈動引起的渦流傳遞過程。二者統稱為動量的擴散傳遞。此外，流體發生宏觀運動引起的動量遷移過程稱為對流動量傳遞。

一．動量的分子傳遞與渦流傳遞 1.分子動量傳遞與傳遞系數

分子動量傳遞：由微觀分子熱運動所產生的動量傳遞。2.渦流動量傳遞

當流體做湍流流動時，流體中充滿渦流的微團，大小不等的微團在各流層之間交換，因此湍流中除分子微觀運動引起的動量傳遞外，更主要的是由宏觀的流體微團脈動產生的渦流傳遞。

在層流流動的流體內部，流體質點無宏觀混合，各層流體中間的動量才傳遞主要靠分子傳遞；而當流體做湍流流動時，動量的傳遞既有分子傳遞又有渦流傳遞。但研究發現，由于流體黏性的減速作用，湍流流動的流體在緊靠壁面外的流層中仍處于層流狀態，其動量的傳遞為分子傳遞。因此，在壁面處流體層中發生的動量傳遞機理為分子傳遞。

第三章 第一節 曳力系數與范寧摩擦因數 1.繞流流動 曳力系數又稱流體阻力系數。流體作用于顆粒上的曳力對顆粒在其運動方向上的投影面積與流體動壓力乘積的比值。2.封閉管道內的流動 范寧摩擦因數f

第四章 第一節 邊界層的概念 普朗特邊界層理論的要點：當實際流體沿固體壁面流動時，緊貼壁面的一層流體由于黏性作用將粘附在壁面上而不“滑脫”，即在壁面上的流速為零；而由于流動的Re數很大，流體的流速將由壁面處的零值沿著與流動相垂直的方向迅速增大，并在很短的距離內趨于一定值。換言之，在壁面附近區域存在這一薄的流體層，在該層流體中與流動相垂直方向上的速度梯度很大。這樣的一層流體稱為邊界層。在邊界層內，絕不能忽略粘性力的作用。而在邊界層以外的區域，流體的速度梯度則很小，幾乎可以視為零，因此在該區域中完全可以忽略黏性力的作用，將其視為理想流體的流動。

邊界層厚度：當流體的流速沿壁面的法向達到外部流速的99%時的距離為邊界層厚度，通常以δ表示。邊界層厚度δ隨流體的性質（如密度與黏度）、來流速度以及流動距離而變化。

第五章 第一節 湍流的特點，起因及表征

湍流的特點：a.質點的脈動 b.湍流流動阻力要遠遠的大于層流阻力 c.由于質點的高頻脈動與混合，在于流動垂直的方向上流體的速度分布較層流均勻。

湍流的起因：流體由層流轉變為湍流，需具備以下兩個條件；1.漩渦的形成；2.漩渦形成后脫離原來的流層或流束，進入鄰近的流層或流束。漩渦的形成取決于以下因素：流體的黏性、流層的波動，邊界層的分離和當流體流過某些尖緣處時，也促成漩渦的形成。流體的黏性即是形成旋渦的一個重要因素，同時它又會對旋渦的運動加以阻撓。因此黏性對流體的湍動既起著促進作用又起著制約作用。此外，微小的波動是形成旋渦的重要條件之一，所以湍流現象的產生不僅與流動的內在因素有關，同時也與外界因素有關。湍流的表征

1時均量與脈動量 2.湍流強度

第六章 第一節 熱量傳遞的基本方式 一 熱傳導（導熱）傅里葉定律

熱導率：數值上等于單位溫度梯度下的熱通量，其表征了物質導熱能力的大小。二 對流傳熱

對流傳熱是由于流體的宏觀運動，流體各部分之間發生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。對流傳熱只能發生在有流體流動的場合，而且由于流體中的分子同時在進行著不規則的熱運動，因而對流傳熱必然伴隨著導熱現象。工程上比較感興趣的是固體壁面與其鄰近的運動流體之間的熱交換過程。在化工生產中經常見到對流傳熱過程有熱能由流體傳到固體壁面或由固體壁面傳入周圍流體兩種。三 輻射傳熱 輻射傳熱：由于溫度差而產生的電磁波在空間的傳熱過程。輻射傳熱的機理與導熱和對流傳熱不同，后兩者需在介質中進行，而輻射傳熱無需任何介質，只要物體的絕對溫度高于絕對零度，它就可以發射能量，這種能量以電磁波的形式向空間傳播。

描述熱輻射的基本定律為斯蒂芬-玻爾茲曼定律：理想輻射體（黑體）向外發射能量的速率與物體熱力學溫度的四次方成正比。在工程實際中，大多數常見的固體材料均可視為灰體。灰體是指能夠以相等的吸收率吸收所有波長輻射能的物體。灰體也是理想物體。

四．同時進行導熱、對流傳熱及輻射傳熱的過程。

第七章 第一節 穩態熱傳導 一 無內熱源的一維穩態熱傳導 1.單層平壁一維穩態熱傳導 2.單層筒壁的穩態熱傳導

二 有內熱源的一維穩態熱傳導 三 二維穩態熱傳導

1.物體內部的結點溫度方程 2物體邊界上的結點溫度方程

3二維穩態溫度場的結點溫度方程組

第八章 第一節 對流傳熱的機理與對流傳熱系數 一．對流傳熱機理

二．溫度邊界層（熱邊界層）三．對流傳熱系數

第九章 第一節 質量傳遞概論 一． 混合組成的表示方法 1 質量濃度與物質的量濃度

a 質量濃度：單位體積混合物中所含某組分i的質量稱為該組分的質量濃度

b 物質的量濃度：單位體積混合物中所含某組分i的物質的量稱為該組分的物質的量濃度。1 質量分數與摩爾分數

a 質量分數：混合物中某組分i的質量占混合物總質量的分數稱為該組分的質量分數。b 摩爾分數：混合物中某組分i的物質的量占混合物總物質的量的分數稱為該組分的摩爾分數。

二．質量傳遞的基本方式 分為分子傳質和對流傳質 1 分子傳質

a 分子傳質又稱為分子擴散，由分子的無規則熱運動產生的物質傳遞現象。b 費克第一定律 2 對流傳質

三．傳質的速度與通量 1 主體流動現象 2 傳質的速度 3 傳質的通量：單位時間通過垂直于傳質方向上單位面積的物質量。傳質通量等于傳質速度與濃度的乘積。

a 以絕對速度表示的傳質通量（總傳質通量）b 以擴散速度表示的傳質通量（擴散通量）

c 以主體流動速度表示的傳質通量（主體流動通量）d 各傳質通量之間的關系

組分的總傳質通量=分子擴散通量+主體流動通量

第十章 第一節 一維穩態擴散的通用速率方程 分子擴散可分為氣體、液體和固體中的擴散幾種類型

第十一章

第一節 對流傳質的機理與對流傳質系數 一 對流傳質機理 二 濃度邊界層 三 對流傳質系數

1.對流傳質系數定義：固體壁面與流體之間的對流傳質通量為NA=kc（cAs-cAb）即為其定義式。

2.對流傳質系數的表達形式

a 等分子反方向擴散時的傳質系數

b 組分A通過停滯組分B擴散時的傳質系數

第十二章

第一節 熱量和質量同時傳遞的過程 一 湍流下流量和質量同時傳遞的過程

a 熱量和質量同時穩態傳遞的基本微分方程 b 質量傳遞和熱量傳遞的速率方程

二 空氣-水物系中熱量和質量同時傳遞的過程

a 濕球溫度：少量的液體組分A蒸發到大量的流動氣體組分B中所達到的穩定溫度。利用這一特征可以測定氣體的濕度。最常見的是用來測定空氣中水蒸氣的含量，例如濕球溫度計，就是利用此種特征測定空氣濕度的典型裝置。b 水冷塔內的傳熱和傳質

增濕過程是指提高氣體內某種蒸汽含量的過程，降低氣體內某種蒸汽含量的過程則稱為減濕過程。增濕系指氣相，冷卻系指液相。典型的水冷塔為逆流式機力通風或自然通風的填料塔。⑴水冷塔內溫度分布及濃度分布⑵水冷塔內的平衡曲線和操作線⑶傳遞單元數和傳遞單元高度。

C 水冷塔填料層高度的確定 水冷塔的設計，最主要是確定填料層高度步驟如下：⑴做平衡曲線⑵做操作線⑶做氣焓差與夜溫差之比為斜率的直線⑷計算氣相焓的傳遞單元數⑸計算填料層高度z。