石油化工工艺流程的组织

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日常生活中,我们在炒菜前,首先要在脑海里想一遍具体的步骤,然后开始选购材料、对材料进行处理,烹饪,最后装盘上桌。整个过程都是按一定的顺序来组织,不可以颠倒。与之类似,石油化工生产工艺流程也是由若干个单元过程组成,并按一定顺序组合起来,完成从原料变成目的产品的生产过程。化工工艺流程的组织就是确定各单元过程的具体内容、顺序和组织方式,并以图解的形式表示出整个生产过程。工艺流程的组织是化工生产过程开发与设计的重要环节,选择哪些单元操作,以及这些设备之间如何组合,都是流程组织时需要考虑的问题。本讲我们就来学习石油化工工艺流程的组织。

在组织流程时,有一些基本的原则,第一个原则是要充分的利用反应物料。在组织流程时,首先要尽量提高原料的转化率和主反应的选择性,这就要求采用先进的技术、合理的单元、有效的设备,选用最适宜的工艺条件和高效的催化剂。尽力构筑物料的闭路循环,对未转化的原料采用分离、回收等措施,循环使用未反应物料,以提高总转化率。

第二个原则是要合理、充分、有效地利用能量。比如可以用高温产物来预热冷的原料,减少外部供热或者是供冷,充分利用自身的能量和热量来降低能耗;第三个原则要选择合适的操作方式和合理的设备选型,对于大批量生产,一般选择连续操作,智能化控制,对于精细化工产品及小批量多品种的生产,可以选择间歇操作,以便调整产量和更换产品品种,提高对市场的应变能力;第四,要选择合适的安全和环保措施。对于存在潜在易燃、易爆等危险的单元过程或工序,在流程组织时要采取必要的安全措施,如在设备或者管路上,安装安全防爆装置、防火装置、自动报警装置、连锁装置等等,对于生产中的三废,要设法回收利用。

根据这些基本原则,往往我们可以组织出多个流程方案,然后在进行分析和比较,最终确定出一个最优的方案,接下来我们来看看流程组织的具体方法,这是一个化工工艺流程组织的总示意图,里面包括了原料的预处理系统、反应系统和产物分离系统三大系统。

先来看看原料的预处理系统,原料的预处理是将原料转化成反应状态下的反应物,包括反应所需的主要原料、催化剂、溶剂、水等各种原料的贮存、制备、净化、干燥以及配制等等。例如液态反应物进行气相反应时,流程中就要配置蒸发器,又比如反应在高温下进行时,流程中就要配制换热器、加热器或加热炉,而对于高压反应,气体反应物要配制压缩机,液态反应物要配制高压泵。

再来看反应系统,反应系统是全流程的核心,基本功能是将原料转化为目的产物,该系统的核心是反应器,围绕反应器还要配置必要的加热、冷却、物料输送以及工艺控制等辅助设备,比如吸热反应,通常要配置加热器,加热炉等供热设备,如果是催化反应,就需要有配置催化剂的制备、回收和再生设备,比如催化裂化反应,除了配置提升管反应器,还设置催化剂再生设备——再生器。

第三大系统是产物的分离系统。产物分离系统任务繁多,第一,要把目的产物分离并提纯;第二,要把副产物分离出来;第三,还要把未反应的原料或者是溶剂、催化剂等进行循环使用,例如对于气固相反应,需要配置旋风分离器等过滤设备。如果是气体产物,而且温度比较高,首先要判断该产物的化学性质是否稳定,如果该物质的化学性质稳定,通常配置换热器或者是废热锅炉来回收热量,比如苯乙烯的生产工艺。如果化学性质不稳定,通常要配制急冷器快速冷却,比如烃类的热裂解工艺。经过了过滤降温等处理后,气相产物往往还是气体状态,此时就需要配置冷凝冷却设备,使它变为液态产物,如果还有部分气体未冷凝为液体,就需要配置吸收解吸设备进行回收处理,那么被冷凝的那一部分液态的部分产物,根据它的性质,通常配置精馏萃取等设备来进行提纯,另外,在工艺流程的配置中,还要充分的考虑能量的综合利用,安全生产,环保储运等环节,此时就需要配制缓冲罐,高位槽,残渣槽,尾气焚烧等设备。

本讲我们主要学习了石油化工工艺流程的组织,需要大家熟悉常用的原料预处理手段、主要的化学反应和产品的分离精制手段,对后续解读某种化工产品的工艺流程图有帮助。




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