北京大学：《化工基础》电子教案 第二章（第四节） 化工过程开发

开发研究 科研所发基际研究/发开基础 成果 研究 过程研究 模型试验鬥中间试验 工程研究|概念设计 基础设计 工程设计工业装置 技术经济评价<评价 评价 与建设 试生产 中断开发 中断开发 图1科研果产化鲨相图

第四节 化工过程开发 参考书： 郑洁修编：化工过程开发概要，高等教育出版社，1991年。 一、化工过程开发的含义和步骤

开 发 研 究 科研 成果 一开发基究发开基础 研究 过程研究 模型试验 中间 工程研究 概念设计 基础设计 工程设计 工业装置 技术经济评价 评价 评价 与建设 试生产 中断开发 中断开发 图1剩气室 、化工过程开发的含义和步骤 开发基础研究 初步筛选原料路线;了解过程特征;归纳工艺条 件;拟定分析方法。 过程研究 工程研究 概念设计

一、化工过程开发的含义和步骤 开发基础研究 初步筛选原料路线；了解过程特征；归纳工艺条 件；拟定分析方法。 过程研究 工程研究 概念设计

开 发 研 究 科研 成果 一开发基究发开基础 研究 过程研究 模型试验 中间 工程研究 概念设计 基础设计 工程设计 工业装置 技术经济评价 评价 评价 与建设 试生产 中断开发 中断开发 图1剩气室 化工过程开发的含义和步骤 基础设计 工艺流程图、工艺条件、物料衡量及能量衡算、设 备明细表等。 技术经济评价 技术(速率和效率即先进性、可靠性)、经济、社 和生态环境的评价

一、化工过程开发的含义和步骤 基础设计 工艺流程图、工艺条件、物料衡量及能量衡算、设 备明细表等。 技术经济评价 技术（速率和效率即先进性、可靠性）、经济、社 会和生态环境的评价

第四节化工过程开发 化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 1.小型工业模拟试验 ●比较可能的流程和反应器; ●初步优选工艺条件; 寻找消除放大效应的判据或识别模型的特征规律 2.模型试验 3中间工厂试验 ●检验工艺流程及连续运转的可靠性; ●确定最优工艺条件;

第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 1.小型工业模拟试验 ⚫比较可能的流程和反应器； ⚫初步优选工艺条件； ⚫寻找消除放大效应的判据或识别模型的特征规律。 2.模型试验 3.中间工厂试验 ⚫检验工艺流程及连续运转的可靠性； ⚫确定最优工艺条件；

第四节化工过程开发 化工过程开发的含义和步骤 过程研究的步骤和内容 3中间工厂试验 ●寻求放大判据,修正数学模型,测取过程参数; 考察其它工程因素的影响,考察“三废”,寻求治 理 ●生产一定的产品

第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 3.中间工厂试验 ⚫寻求放大判据，修正数学模型，测取过程参数； ⚫考察其它工程因素的影响，考察“三废”，寻求治 理； ⚫生产一定的产品

第四节化工过程开发 化工过程开发的含义和步骤 过程研究的步骤和内容 、概念设计( Conceptual Design)的内容和方法 1方案概述 原料路线和原则流程 2工艺过程的优化( optimization) 目标函数决策变量约束条件 ●确定优化目标; ●写出目标函数和约束条件; ●求目标函数的最优解。 3物料衡算和能量衡算

第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 三、概念设计（Conceptual Design）的内容和方法 1.方案概述 原料路线和原则流程 2.工艺过程的优化（optimization） 目标函数 决策变量 约束条件 ⚫确定优化目标； ⚫写出目标函数和约束条件； ⚫求目标函数的最优解。 3.物料衡算和能量衡算

输 入 输 出 项目 物质量/kmol 项目 物质量/kmol 苯 苯基 1/CB 其中:氯苯 苯 氯苯 1/CBCA/CB-1 氯气 2/CR--2CA/CR-1 氯化氢 2/CB 2CA/ CBI 总计 3/CB-2CA/CB-1 3/CB--2C/C k1=4.72×1012e-82000 k2=2 7×1020a-136400R7 反应器的物料衡算

例1 苯氯代生产氯苯反应器的物料衡算和工艺优化。 C6H6+Cl2 C6H5Cl+HCl C6H5Cl +Cl2 C6H4Cl2 + HCl C6H4Cl2 + Cl2 C6H3Cl3+HCl 动力学方程为： A B B A A k c k c dt dc k c dt dc 1 2 1 = − − = R T R T k e k e 2 0 136400/ 2 1 2 82000/ 1 2.7 10 4.72 10 − − =  =  第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 三、概念设计（Conceptual Design）的内容和方法 反应器的物料衡算

入 输 出 项目 物质量/kmol 项目 物质量/kmol 苯 苯基 1/C1 其中:氯苯 本 氯苯 1/CRCA/CR1 氯气 2/C-2CCa-1 氯化氢 2/CD-2C/CD-1 总计 3/CB-2CC-1 3/CB-2C/C-1 工艺优化 生产费用原料费用操作费用设备费用 原料费为636484(1-CA)/CB-224728美元/年; 分离操作费为82295CACB+7900美元/年

工艺优化 生产费用 原料费用 操作费用 设备费用 原料费为636484 (1-CA) / CB -224728美元/年； 分离操作费为82295 CA / CB +7900 美元/年；

第四节化工过程开发 化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 、概念设计( Conceptual Design)的内容和方法 其它过程操作费为279美元/; 设备费用为42000美元/年 动力学方程的解为: NR 1+k F N k1 ki F CB R NR +k1 1+k 1+k1 2)2 F F F kI 1+k Nr1+KE F NR F

其它过程操作费为279美元/日； 设备费用为42000美元/年； 动力学方程的解为： 第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 三、概念设计（Conceptual Design）的内容和方法 3 1 2 1 2 2 2 1 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1        +      + + +        +      + +        +      + = F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k c R R R R R R R R R B 3 1 1 1       + = F N k c R A

第四节化工过程开发 化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 三、概念设计( Conceptual Design)的内容和方法 NE k kI F CB= R Nr Nr 1+k1 1+k 1+k +K2 F F F N k F R 1+k1 ( Nr F F 求得 7333K NRF=0.384h 生产费用=74万美元/年

第四节 化工过程开发 一、化工过程开发的含义和步骤 二、过程研究的步骤和内容 三、概念设计（Conceptual Design）的内容和方法 3 1 2 1 2 2 2 1 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1        +      + + +        +      + +        +      + = F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k F N k c R R R R R R R R R B 求得： T=333K； NR /F=0.384h 生产费用=74万美元/年