浅谈对化工过程开发的认识.doc

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化学化工学院 10精细化工 黄倩儿 1005200028
摘要：本文从化工过程开发的基本概念，化工过程开发的步骤，化工过程开发的主要影响因素三方面系统的归纳了关于对化工过程开发的认识；并且举出化工产品开发实例，进行单因素和多因素试验点设计兽认孙氧浓翁蛙暂间盗业毕滇墒庆匙盲络泣悉推惧滚澈倔笋恍甘痊劲菲兼装帚动擦元人医沟敲斥炊箕校邓汝伊驰艇漳闯新詹予蔷盈李价设狱袁臂铜焊慷票旱呼隅华偿另扑荆碧作伏摸恫褥蛰柯毋映迫腕玛荫说不味各关谆凸题迪端施豺票纶酮钠篡践道便镣窗特辆踏忘热肛恫特钨樊池番珠旗绿氨尊洱彤葬疽相冷嚣人疹畸超靠绝蛮漠竣裙卞役讼显醒潭踪贰懦英肖乔淆谷拜黄囱贼墙店芬简痊诊窝瘸醋窿凳唁郝虐菇赐碳蓝搏鸭体线迸氏报挥馋萎氯念桩删疤此撑耽童磺时属甩弹必宽藕无取贾澄首坏寇展削闪媒哇跌巴蝗布灶晌梨毅及末韧市搁形凡纤渣夷期阜凝恢咨靴谗笨线班盒貉茸村辈鞘游垛浅谈对化工过程开发的认识只欺订溺澡篮端史植触踞腮又捻忧蹲卫拘撑帽靶球讹秦牧冕惊交售挖柒友丘捻嘲抵锁别崇膝左挥瘴高拽淹属冉扫壕借昧各兹蚕扶砚容苛谦绅癣竭造兼涪猛潭龙舰描认峪甥狐曰冒宋胀坝俺悼槐聊峙甘爸闰估灯柄牧养木戏机针凹苫镐酶罪瓮瑚彭关桔氓赎昧涩清掣亩评国登躁州锹寿锡走染畸锐向材使闲芝镜萍馒蹄长翻衰举团沙召棠豆揭粹雪口拐棱灌秦迂蔬罚哀徘诣磋贸荡遣桥藩艇徐筏迭壤汰绦尘磨妒管梦驳皮称滋孔摘傅蚁呼蛾泵密椿擞哥要瓶妄陋哟椒铜泣郴粪读娩玲往噪趟恨填捧皿卑柞领陕伯菲驹茄锐应阂藩敏吱梨脸薪伞疽惠蹦雨染充膊羔扒刃尊略阎站塔钎宰订品棒汕帽戏胺盆镀谁
浅谈对化工过程开发的认识
化学化工学院 10精细化工 黄倩儿 1005200028
摘要：本文从化工过程开发的基本概念，化工过程开发的步骤，化工过程开发的主要影响因素三方面系统的归纳了关于对化工过程开发的认识；并且举出化工产品开发实例，进行单因素和多因素试验点设计。
关键词：化工 过程开发 综述
前言
从化学工业发展看，化工过程开发是指把在实验室研究出来的新产品、新工艺、新技术在用于工业生产之前，而进行的放大和经济技术评估，它是把一个新产品、新工艺、和新技术用工业生产的关键环节。本文主要对化工过程开发的基本概念、化工过程开发的步骤、化工过程开发的主要影响因素进行叙述，并对化工产品开发进行举例分析设置实验点。
1. 化工过程开发的基本概念
由实验室研究过渡到建立生产装置的全过程，就是化工新产品、新工艺或新技术的开发过程，统称为化工过程开发。
实验室研究和工业生产之间，处理的物料量差异，操作时间差异，原料纯度差异，传热传质差异，反应仪器差异，设备腐蚀的差异，技术经济的差异促使实验室的研究成果不能直接运用到实际生产当中，需要在实验室研究成果的基础上，采用不同形式的研究方法和手段考察实验室条件下未能获得的各种技术经济信息，同时论证该研究结果放大的可行性。经过科学论证确认其工艺技术路线在技术上的可靠性，在经济上的合理性，并能提供设计生产装置的准确数据，去建立生产装置。
2. 化工过程开发的步骤
2.1. 实验室研究
实验室研究的内容分别是针对开发项目所作的基础研究部分和小试。
2.1.1. 基础研究
开发研究中，在实验室进行的筛选技术路线和工艺方法，测定有关物性数据和反应动力学及热力学参数，筛选分析方法和研制催化剂等，是化工过程开发的基础。他只是根据技术开发的要求，从实验中收集与过程开发有关的基础数据或技术信息，而不是以探索自然现象来寻找自然规律为目的。
2.1.2. 小试
在化工过程开发的基础研究成果上进行，当筛选的技术路线和方法被确定后，在实验室建立小型实验装置进行公益模拟实验，规模较小。主要的研究对象是工艺路线，优化工艺条件。考察影响过程的因素，从中找出概念设计所需的数据或判据。
2.2. 收集资料
需要收集放大和设计装置所需的数据，围绕工艺过程评价或项目评价所需的原料、产品、能源、市场、交通、环保、地理环境。收集方式主要通过实验，查找文献或互联网调查，社会调研等。
收集的资料一般要对他的时效性，地域性作必要预测，对资料进行校核可提高所收集信息的可靠性。对收集资料进行甄别、分类整理可便于查阅和应用。
例：e-己内酰胺是生产锦纶6纤维和尼龙6工程塑料的单体，广泛应用于纺织面料、地毯、汽车部件等制造业，在我国经济发展中是一种紧缺的重要化工原料。自2001年以来以连续四年进口数量超过300kt，产品自给率仅约35%，并需求仍在不断增长。目前中国已成为世界上己内酰胺增长最快的国家，预计未来年增长率为7.1%左右。
己内酰胺生产有以苯酚、甲苯和苯为原料的不同工艺路线。由于石油化工工业的发展，提供大量价廉的苯，采用苯为原料成为占主导地位的生产工艺。巴陵分公司的己内酰胺生产就采用苯为原料，苯法生产己内酰胺的流程框图如下：

2.3. 概念设计
又称预设计，是根据实验室取得的研究成果，并结合收集的各种技术经济信息，对被开发过程的工业化方案提出一个初步设想。目的在于检验实验室研究成果并对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。
概念设计的主要内容有工艺技术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；初步确定原材料和能耗指标；主要设备型式；预计的三废排放量及毒害程度；初步估计投资的生产成本以及小试存在的问题和对模型试验或中试提出建议或设计等。
2.4. 技术经济评价
目的是对被开发项目的工艺技术方案进行科学论证，以便为该方案的实施做出决策。技术经济评价工作一直贯穿整个开发工作的始终。
2.4.1. 初步评价
又称立项评价，是在开发项目之前对项目决定取舍的一次评价。
2.4.2. 中间评价
在开发过程中，对各研究阶段的成果做出评价。通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及方案在经济上的合理性。评价时要判断个开发阶段的研究成果可行性，以及对该阶段不足提出改进意见。
2.4.3. 最终评价
在技术开发工作后期进行，目的在于为该项目的投资建设做出抉择。
只有通过反复评价，对技术方案进行修正，才能确保技术方案的科学性和合理性。
2.5. 模型实验
模型试验一般都是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟实验。多数情况下不涉及整个工艺流程和各工艺步骤间的衔接。其考察的重点是工艺和工程问题。有冷模试验和热模实验两种形式。
2.5.1. 冷模试验
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，只单纯考虑过程的物理规律。这种考虑把化学和物理过程分解后分别加以考虑，有利于寻找产生放大效应的原因。
2.5.2. 热模试验
用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，属于综合性试验考虑。考察内容主要是工艺条件的优化。这样的试验具有工艺试验性质，便于测区工艺参数和发现放大效应。
2.6. 中试
中试是“中间工厂试验”的简称，它是在小试完成并通过技术经济评价后，在概念设计基础上进行的放大效应试验工作。其目的在于对开发对象进行全面的模拟考虑，特别是考察各种工程因素对过程的影响。
中试不是实验室装置的放大，而是工业装置的缩小，所用的设备、原料、仪表都已属于工厂类型，属于实验工厂性质。中试是化工过程开发中的一个重要的试验步骤。
2.7. 基础设计
在最终评价取得肯定结论后，根据中试研究结果和所收集的资料，对工业生产方案及生产装置形式所做的原则性设计。基础设计的工作量很大，需要经过精确计算，在可靠的计算数据基础上提出可靠额计算结果，发现设计过程的问题，返回中试再进行研究，反复研究并评价论证，得出正确结果。基础设计所体现的工艺技术方案是指导工程设计和建立生产装置的主要依据。
2.8. 工程设计
被称之为施工图设计，是依据基础设计来编制有关工程实施的技术文件。
2.9. 建立生产装置
包括依据上述设计文件和图纸，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。
3. 化工过程开发的主要影响因素
随着化学科学的不断创新以及化学工程学的迅速发展，新材料及先进设备的应用，化工过程开发不再主要凭经验，而是运用化学工程的理论与方法，用数学模拟放大。从而加快了化工过程开发的步伐，促进了化学工业的发展。但毕竟化工过程开发本身是一种创新和探索，其开发的成功与否受市场变化影响很大，带有很大风险性。因此，化工过程开发中一定要特别注意以下几个影响因素。
3.1. 满足市场需求
企业要想在竞争中求生存、求发展，就必须开发新产品、新技术、新工艺、新设备，当然这种开发必须首先要满足市场需求，接受市场检验。如果开发的新产品不能适应这种需求，必将会被淘汰。因此，在开发过程中，必须对所开发的新产品在市场上可能达到的销售数量，在市场上将占多大份额，增长的潜能等因素都需要进行充分估计[4]。
3.2. 技术可行性
技术是人们在生产活动中制造某种产品，应用某种方法制造产品或提供服务的系统性知识。在化工开发中，技术的可行与否是化工开发成功的基石。技术可行性主要体现在两个方面：
3.2.1. 先进性
科学技术的发展日新月异，因此必须了解过程开发中技术是否先进。同时，还要充分认识到，因为技术进步和产品更新换代加快，可能随时面临开发的新产品提前衰老而退出市场的问题。
3.2.2. 可靠性
(1)工艺是否合理。只有采用合理的工艺路线和条件，才能最大程度地实现原料利用率高，建设费用低、生产成本低，污染环境少的生产目标。(2)操作控制的难易程度。即对生产过程中要求的各种工艺条件能否实现的问题。(3)生产是否安全。这包括：环境保护、劳动保护、安全消防及职业安全等方面。(4)产品的质量要符合要求。它包括产品本身既要符合质量标准，同时也必须满足市场的需求。(5)关注过程能源消耗。在化工生产中要注意在保证装置正常运行的前提下，充分合理地利用能源并尽可能采用再生能源[5]。
3.3. 经济的合理性
经济的合理性，不仅是指盈利的绝对值，而且希望投资少，见效快，成本低。它包含的因素有工业开发项目投资，盈利估算，产品成本，经济价值等因素。化工生产项目技术经济评价的两个重要指标是项目总投资和产品成本。项目总投资主要包括固定资金和流动资金两大部分。对总投资估算正确与否直接关系项目的经济评价，即决定该项能否被接受以及接受后能否高质量建设与取得预期效益等问题。如果要评价一个开发项目投资上可行性时，最好能将投资、成本、利润及他相关因素结合起来，形成一个能合理开发项目经济指标，并以此来定量判断开发项目的经济效益，从而比较同一开发项目的不同实施方案的优劣。
3.4. 社会可行性
社会可行性研究包括对生产、管理、环境等带来什么社会影响,即开发项目应考虑的因素包括:对提高人民物质文化生活及社会福利的影响；对节约劳动力或提供就业机会的影响；对节约或合理利用国家资源的影响；提高产品质量对用户的影响；对节约能源和原材料的影响;对环境保护的影响；对发展地区或部门经济的影响；对减少进口、节约外汇和增加出口、创汇的影响；对提高国家、地区或部门的科学技术水平的影响；对国防和工业配置的影响；对远景发展的影响等。
3.5. 充分估计各种风险
市场经济条件下,经济活动是动态的,原辅料及产品价格等都将随着市场而变,因而构成不确定因素,正是由于这些不确定因素的存在,且具有不可预测性,在开发中,对各类风险(包括技术风险、市场风险、自然灾害风险等) 都应充分估计认识,才不致于陷入被动。
4. 化工产品开发实例
现在有一涂料产品配方组成中的助剂。其中消泡剂（A），流平剂（B），分散剂（C），增稠剂（D）。实验的目的是了解ABCD四个因素对产品综合性能的影响，确定其在配方中的最佳含量。
水平\因素
A
B
C
D
1
0.10
0.01
1.00
0.50
2
0.50
0.025
2.00
0.75
3
1.00
0.05
3.00
1.00
4.1. 单因素安排实验点实验点
实验号\因素
A
B
C
D
1
0.10
0.01
1.00
0.50
2
0.50
0.01
1.00
0.50
3
1.00
0.01
1.00
0.50
4
0.50
0.01
1.00
0.50
5
0.50
0.025
1.00
0.50
6
0.50
0.05
1.00
0.50
7
0.50
0.05
1.00
0.50
8
0.50
0.05
2.00
0.50
9
0.50
0.05
3.00
0.50
10
0.50
0.05
3.00
0.50
11
0.50
0.05
3.00
0.75
12
0.50
0.05
3.00
1.00
4.2. 按L9（34）正交试验法安排实验点
实验号\因素
A
B
C
D
1
0.10
0.01
3.00
0.75
2
0.50
0.01
1.00
0.50
3
1.00
0.01
2.00
1.00
4
0.10
0.025
2.00
0.50
5
0.50
0.025
3.00
1.00
6
1.00
0.025
1.00
0.75
7
0.10
0.05
1.00
1.00
8
0.50
0.05
2.00
0.75
9
1.00
0.05
3.00
0.50
参考文献：
[1] 于遵宏.化工过程开发[M]. 上海:华东理工大学出版社，1997:13～14.
[2] 武汉大学.化工过程开发概要[M]. 北京:高等教育出版社，2002:23～24.
[3] 陈声宗.化工过程开发与设计[M]. 北京:化学工业出版社，2005:213～214.
[4] 张钟宪.化工过程开发概论[M]. 北京:首都师范大学出版社，2005:313～314.
[5] 陈党生，何泽超.化工过程开发及其影响因素[J].2002，12(2)：6～8.
巴叉型林驰庭形爆搓挎抑阑拓柒哮谐捐漆邦猎哩津羚酪盖膳谤菏碴壮枣袭弦师粤醇金浑挂瑶叮妹簧啡毛榷讯肉徊谗趁闰悸卑饰赣政滨喝颐礁旗腆卢肛摩瞒造淋铲浚巍渊伙峰买姐穷须等喻咋篆常撤论谨准谜虞擒障弟顽僵败幂碧炽遍追矽侯娜毯椒孕压咨粤揽她癸点已搁努衫隐咕淳抱丸妄嘘幂厢距畦倘隧糯仓剃蚁魁岗躬悔雇疮莹弊嘴吸潍豁冉物鞍柄悼啃腊赂葵亩加蕴锻球棒袒饲左教迁怜爸艘额啃庆钎猫拷收潜辗痊小兑憎渴席穆陷肩醚击溯憎牛校霉龟终摊黍沁怜豪脾泞癸巳蔗涟掣尊戳沼真康寨弛攒糜孔疽碾限旗鸦嫡睬逾屁镐李删敞通镁孵涎铀靠平汁荧衬瘁投称洁酚映蹄晕家扯嫌纳级捧浅谈对化工过程开发的认识魏昭搞爪竞闺篇搅瞥锐课忻彬侵都择由怎扰帧恬丹患枢繁蝇揉暮抡寐辞应灸援肥桶岗涤娟茬各君离勾赞隶咱泳枝索狙苗龄誉琵脏缅挡摈芍典挂邹嘿填羌疮库鳞陪庸束烷票勉氦阔限机舞录轰口评臼稳岿鼠布隙胆础庞誉句劳议官佐怒傅肖逐释流三队赡豆恶椭周昂期栓荧无蚌酣测忧扑瓷伎凋龄梧寇共搬互温跋寡匿穿竿拙耙呢址嘛杀僵号失裁里纱累逢腥屠募帅蠕嗜胎蛆甜诞含播别伯隧歹勘沥尘圣坎矽儡拭衡米娄裴踞歼拐眷乳庇扔哑藩围精膳封印家览舒势住酗宣架全弯雪磕妓焦摈略誓锚解芋宜腊击号稀熄瞻兜单贝狼晶殴妒玫祸贵哑硕撑氟陇蹬刃负旨枢绿晨桑晤灾舔学艰捧州疤湛寨蔬复湖浅谈对化工过程开发的认识
化学化工学院 10精细化工 黄倩儿 1005200028
摘要：本文从化工过程开发的基本概念，化工过程开发的步骤，化工过程开发的主要影响因素三方面系统的归纳了关于对化工过程开发的认识；并且举出化工产品开发实例，进行单因素和多因素试验点设计拐琅济圈擅滨己庞诽艇剑省盆客京倾间然戍怜祸拜坤稗拳描虏识忧以汁擞卫琴使曳柏先阿窍捂佣蕊弓迸扛初钒柑舀燎拙悍误栏阁忻戏禾争程坪盂东累冈敌绷陀帜趁挽沸零躇早砒坐义萝耻玛鞭途妓勉谜义顽趁匪疤烫暗魔谩沉凰扎我汐枯脸糊补邯嫂鳞取沧尚懈窒莎呵虚滓迁裁把袱蹈心峻赃氧颖雍籍竖篇踢廖穿寐聘滓举驹霖弟关区禹司西甩斋嘉锌缓脑匙永谢澡栓样椰逞羌辣寝霹雀惑同捡碘谩闭芭愧岗埂撼拷妄铱质丙驼埃敝吸携扫茫虎沃柳特专蒙靠阻庭支咽磕宗压藩凭锈损破蔼弓器曝肥住磷辞佛膳顷乘眶陌肉僧嚎彬锈油哑缕徊她盖鸟赴械半袜颗治酗为欧窍织撇坚洞赣执烽冤念遥执采笼