化学工程与工艺专业暑期认识实习报告Word文档格式.docx
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管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。
管道分为铸铁管、有缝钢管、无缝钢管和不锈钢管四种类型。
管件是管道系统中起延长管路、改变流向、汇合和分流、改变管径和堵塞管道等作用的零部件的统称。
包括管箍、对丝、活接头、弯头（45°
、90°
、180°
）、三通管、四通管、大小头、丝堵、法兰和盲板等（如图一所示）。
阀门是流体输送系统中的控制部件，就有截止、调节、倒流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等作用。
其种类有：
截止阀、闸阀和球阀（如图二、三、四所示）
管道连接方式：
包括承接式连接、螺纹连接、焊接连接和法兰连接。
（2）离心泵种类、结构及其性能参数
离心泵种类繁多，功用各有优缺。
在工业生产过程，选择恰当的离心泵，往往可以达到事半功倍的效果。
按照结构上的差异，离心泵可分为普通离心泵、磁力离心泵、屏蔽离心泵、高速离心泵、往复泵、隔膜泵和齿轮泵等。
下面将着重学习普通离心泵、磁力离心泵、往复泵以及齿轮泵。
（3）换热设备
换热设备是是热量从热流体传递到冷流体的设备。
换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中。
在现代炼油厂中，换热器占全部工艺设备投资的40%以上；
而在海水淡化工业生产中，几乎全部设备都是由换热器组成的。
换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。
根据不同的实用目的，换热器可以分为四类：
加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器。
其种类大致有：
列管式换热器、板式换热器和夹套换热器等其他换热器。
下面主要介绍列管式换热器中的固定管板式列管换热器。
固定管板式列管换热器主要由外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等零部件组成。
管外走一种流体，管内走另一种流体，通过关闭进行传热。
衡量一台换热设备的好坏的标准是传热效率的高低、流体阻力的大小、强度是否足够、结构是否合理、设备是否安全可靠、设备是否节省材料、制造、运行成本的高低以及制造、安装、检修是否方便。
（4）塔设备
塔设备是具有一定形状（截面大多数是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。
该设备被用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工要求设备所采用的材料必须对被业中的热量传递和质量传递的过程。
处理的物料具有耐腐蚀性能，并按其所能承受的压力进行设计。
根据其结构，塔设备可分为板式塔和填料塔两类，主要应用于蒸馏、吸收、萃取、吸附等操作。
板式精馏塔与填料精馏塔外部构成基本相同，均具有原料罐、原料泵、冷凝器、回流罐、回流泵、顶采泵、再沸器以及底采泵。
其工作原理是：
蒸气由塔底进入，蒸发出的气相与下降液进行逆行接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。
由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
二、生产工艺学习
（1）合成氨工业简介
1、氨的基本性质及其用途
氨（Ammonia），分子式为NH，是一种无色气体，有强烈的刺激3气味。
极易溶于水，常温常压下，1体积水可溶解700体积氨，并且溶解时放出大量热，挥发性很强，汽化热较大。
其相对分子质量为NH（g.标况下）密度为-77.717.03。
沸点为-33.35℃，冰点为℃30.7714Kg／m3，液氨密度为681.8Kg／m3（0.1Mpa、-33.35℃）
℃。
其与空气在一定比例内混合630氨是可燃性气体，着火点为
可形成爆炸性气体，其爆炸范围是5.5%~28%，与氧气在一定比例内混合也可形成爆炸性气体，其爆炸范围是13.5%~28%。
氨气具有较强的毒性和刺激性，当其在空气中含量高达0.5%~1%时，可引起窒息。
氨水可以腐蚀铜、银、锌等金属，但液氨、干燥的氨气无腐蚀性，因此运输时氨常以这两种状态存在。
氨的化学性质十分活泼：
①氨与酸或酸酐反应生成铵盐；
②氨与二氧化碳在一定条件下可制得尿素；
③在铂做催化剂的条件下，氨气可发生氧化最终生成硝酸；
④高温下，氨气可发生分解反应生成氢气和氮气；
⑤氨气与一氧化碳、甲烷或氧气可生成氢氰酸。
氨的用途广泛，它不仅是氮肥工业的原料，而且也是化学工业的重要原料。
在无机化工中，它被用于制备硝酸、纯碱和含氮无机盐；
在有机工业中，由它可以得到各种含氮中间体；
在制药工业中，它可用于制备磺胺类药物、维生素和氨基酸；
在化纤工业中，它又可用于制造人造丝等；
在国防工业中，它是三硝基甲苯、硝化甘油和硝化纤维的原料。
除此之外，它还是工业中常用的冷冻剂。
2、合成氨工业工艺总述
除氧软水
原料
焦炭、煤、天然气、炼厂气、石脑油、
氢气和氮气，制备方法为向氢气中直接加入空气
原料气制备
或先将氢气进行氧氮分离，再将氮气加入氢气中
硫会生成硫化氢和二氧化硫而使催化剂中毒脱硫工序
，继续制氢，脱除CO2CO与水蒸气反应生成氢气和变换工序CO2
CO2
除去酸脱工序CO2
除去少量的气体精制
原料气压缩后进入合成塔反应生成氨压缩与合成
氨
以下以煤为原料作为以上图示表示的是合成氨工业的工艺总述，实例来进一步了解合成氨工艺流程。
煤脱压酸气煤、硫缩脱体气水氨除与工精化、尘合序制空成
气
以下是以重油为原料的实例来辅助理解合成氨工艺流程。
氧部分氧化空气水蒸气、重油氧氮分离
碳黑碳黑清除
变换工序氮低温甲烷洗液氨洗氨压缩与合成
、氨合成工序工艺流程3的氨用来80%世界每年合成氨产量已达到一亿吨以上，其中约有20%生产化学肥料，作为其他化工产品的原料。
，年提出了工业氨合成方法，即“循环法”1909德国化学家哈伯为解决反应过程中氢气和氮这是目前工业普遍采用的直接合成方法。
气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应的气体和新鲜氮气混合重新参与合成反应。
合成氨反应式如，该反应为可逆反应，影响反应速率和平衡的主N2+3H2---2NH3下：
要因素有：
温度、压力、催化剂、惰性气体含量和氢氮比。
合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近一个世纪的研究和改进，合成氨技术已趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本组成部分组成，即原料气制备、原料气净化以及氨合成过程。
（1）合成氨的工艺流程
原料气制备：
将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法的制取原料气；
渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；
对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化的方法制取原料气。
原料气净化：
对原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
CO变换过程：
在合成氨生产中，原料气中常含有12%~40%的①一氧化碳。
去除CO的变换反应是：
CO+H0==H+CO;
△H=-41.2KJ/mol222由于反应是强放热反应，必须分段进行以回收利用反应热，并控制好COCO转变含量。
第一步是高温变换，使大部分的变换段出口残余COHCO含量降至0.3%；
第二步是低温变换，将为和左右。
因此，22CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续的脱碳过程创造条件。
②脱硫脱碳过程：
粗原料气中常含有一些硫和碳的氧化物，为了防止催化剂中毒，必须在合成氨工序之前加以脱除。
工业脱硫方法种常用的方法有低温甲醇洗通常采用物理或化学吸收的方法，类很多，
COCO、变换后，仍常含有法、聚乙二醇二甲醚法等。
粗原料气经2COCHCOCO既是氨合成催化剂的等成分，其中含量最多。
而和242CO的脱除毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。
因此2CO。
根据吸收剂工业中一般采用溶液吸收法脱除可谓是一举两得!
2性能的不同，可分为两大类。
一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法等；
一类是化学吸收法，如热钾碱法等。
③气体精制过程：
气体精制过程是原料气的最终净化过程，以保证CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3，避免其对催化剂的毒害。
目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。
深冷分离法主要是液氮洗法，是指在深度冷冻（＜-100℃）条件下用也液氮吸收CO，而且也能够脱除甲烷和大部分氩，常与低温甲醇洗结合。
甲烷化法是在催化剂存在下使少量的CO、CO2与H2生成CH4和H20的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量（体积分数）一般应小于0.7%。
甲烷化法反应如下：
CO+3H==CH+H0;
△H=-206.2KJ/mol242CO+4H==CH+2H0;
△H=-165.1KJ/mol
2242
（2）催化剂的中毒
催化剂的催化能力一般称为催化活性。
许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期，并在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。
活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。
催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。
一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。
中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。
例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。
但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。
相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。
催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。
催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。
工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物。
（3）生产工艺流程图造气工程（CH4）
第一级氨分合成塔膜分装置装置H2、N2、副线主线H2\N2\NH3\CH4NH3
水蒸汽热交换器氨冷装置补滤器循环机缓冲罐液液
氨氨
补充气废锅第二级氨分水冷装置冷交换器氨库装置
（5）合成氨工序主要设备
①合成塔：
高温下用来使氮气和氢气发生催化反应进行氨合成塔是在高压、．
氨合成的设备，是合成氨厂的心脏，也是一种结构极为复杂的大型反应器。
现代工业上氨合成是在压力15.2~30.4Mpa、温度400~520℃条件下进行的，因此，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体上的耐高温的内部件组成。
（XX百科：
氨合成塔）
②一段转化炉
一段转化炉一般来讲由辐射段、过渡段和对流段组成。
一段转化炉各组成部分在工艺生产中的作用可分为：
辐射段---转化炉最重要的部分，起着把原料气进行烃类气转化的作用；
过渡段---炉子乏烟气被利用之后所必须通过的烟道，在设计中，它常是对乏烟气进行温度调节和减缓乏烟气流速的重要通道，对辐射段和对流段的热能再利用起到了承上启下的作用；
对流段---为了满足工艺生产中各工艺流体介质的过热、预热温度而特别设置的热能回收装置，在工艺生产中起到了节能减耗的作用。
③二段转化炉
二段转化炉为立式圆筒形反应器。
受压主体为碳钢制圆筒壳，两端为锥形封头，由于内部温度高，在壳外部夹有水套，这样既可以降低壳体温度，也可使壳体受热均匀。
④热交换器
热交换器为管式换热器，进热交换器的冷气不经过合成塔的间隙，这样使温度更低，使进水冷器的合成气温度更低，提高了合成反
应热利用，同时也降低了水冷器的负荷和冷却水的消耗。
⑤循环机
进行热交换后的冷气经压缩机加压后直接进入塔中，使合成反应体系处于系统压力最高点，有利于反应。
气体在设备中流动和反应都会是得整个反应体系的压力下降，循环机起到补充系统压力的作用。
（5）合成氨工艺过程控制
①催化剂：
主要由主催化剂、载体、助催化剂和抑制剂组成。
主催化剂一般选用贵金属，由于Ag具有较高的选择性，通常选择10%~20%的银作为催化剂；
而载体主要选用低比表面积、无孔隙或粗孔隙的惰性物质为载体；
助催化剂的主要作用是提高催化剂的稳定性和活性，也可提高催化剂的选择性；
抑制剂的主要作用是提高催化剂的选择性。
②反应温度：
一般控制在495~553K。
温度升高，速度增加，转化率增加，但选择性下降，放出的热量增大，就会导致温度难以控制。
反应温度的选择需权衡转化率和选择性着两个方面来确定。
③反应压力：
一般控制在2Mpa。
在工业生产中采用加压操作时为了提高乙烯和氧的分压，加快反应速率，提高设备的生产能力。
④原料纯度及配比：
原料中的杂质可能会导致催化剂中毒而活性下降、使反应的热效应增大、影响爆炸极限。
由于反应的转化率较低，为了充分利用原料，从吸收塔出来的气体须循环使用，由于循环气中含有杂质和反应副产物，所以需要在循环之前将一部分有害气体排循环利用，剩下的送入二氧化碳吸收90%除。
从吸收塔排除的气体，
装置。
乙烯和氧的浓度有一适量值，以氧为氧化剂，为使反应不致太剧烈，需加入稀释剂，以氮作为稀释剂进反应器的乙烯浓度可达15~20%,氧浓度为8%左右。
下厂参观部分
本次认识实习的参观地点为北京东方化工厂环氧乙烷-乙二醇车间，简称环乙车间。
由于环氧乙烷极为活泼的化学性质，以及易燃易爆的特性，环乙车间被举世公认为是最危险的车间。
为了减少不必要的事故和危险，也为了更加高效地认识实习，在下厂参观之前，我查阅了环氧乙烷的基本性质、用途、国内外生产现状和生产工艺，为下厂实习做好充分准备。
以下即为所获取的相关信息：
（1）环氧乙烷基本性质及其用途
环氧乙烷（EO），化学式为C2H4O，分子量为44.05，熔点为-112.2℃，沸点为10.4℃，常温下为气态，相对于水的密度为0.8711g/cm3，而相对于空气的蒸汽密度为1.52，是一种最简单的环醚，属于杂环类化合物。
此外，环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，易燃易爆，429℃时即可引燃，571℃时可自燃，是一种极其危险的石化产品。
另外，环氧乙烷可与水以任意比例混溶，并能溶于醇、醚。
其化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。
环氧乙烷受热后易聚合，在有金属盐类或氧的存在下能分解。
（2）环氧乙烷的制备方法
目前，环氧乙烷的制备主要采用以下两种制备方法：
①氯醇法；
②氧化法。
氯醇法分为两步反应，第一步是将分两步反应，第一步是将乙烯和氯气通入水中，生成2-氯乙醇。
第二步是用碱（通常为石灰乳）与2-氯乙醇反应，生成环氧乙烷。
乙烯经次氯酸化生成氯乙醇，然后与氢氧化钙皂化生成环氧乙烷粗产品，再经分馏，制得环氧乙烷。
反应式和工艺流程如下。
反应方程式如下：
CH=CH+Cl+HO---CHClCHOH+HCl2222222CHClCHOH+Ca（OH）---2CHO+CaCl+2H0
2242222工艺流程如下：
乙烯
Ca（OH）废水排放2尾气
氯气
次
氯乙醇酸氯精馏皂化排污环氧乙烷
化
水
后者前者以空气为氧化剂，氧化法可分为空气法和氧气法两种。
（体积）的氧气作为氧化剂。
此外也有用富氧空气为用浓度大于95%环氧乙烷回收及环氧乙氧化法的工业生产流程分为反应、氧化剂的。
烷精制三个部分。
其反应方程式如下：
Ag
+1/2OCH=CH---------------CHCH22222
0.98~2Mpa,2O
00~300℃目前，世界上EO工业化生产装置几乎全部采用以银为催化剂的乙烯直接氧化法。
全球EO生产技术主要被Shell公司（英荷合资）、美国SD（科学设计公司）、美国UCC三家公司所垄断。
此外拥有EO生产技术的还有日本触媒公司、美国DOW化学公司、德国赫斯公司等。
（3）环氧乙烷的用途
环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，以前被用来制造杀菌剂。
其被广泛地应用于洗涤，制药，印染等行业。
在化工相关产业可作为清洁剂的起始剂。
环氧乙烷可杀灭细菌（及其内孢子）、霉菌及真菌，因此可用于消毒一些不能耐受高温消毒的物品。
环氧乙烷也被广泛用于消毒医疗用品诸如绷带、缝线及手术器具。
环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，因此可用材料的气体杀菌剂。
通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：
10）或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于医院和精密仪器的消毒。
环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏；
环氧乙烷可作为抗酸剂添加于某些物质中；
由于环氧乙烷易燃及在空气中有广阔的爆炸浓度范围，它有时被用作燃料气化爆弹的燃料成份；
环氧乙烷自动分解时能产生巨大能量，可以作为火箭和喷气推进器的动力，一般是采用硝基甲烷和环氧乙烷的混合物（60：
40-95：
5）。
这种混合燃料燃烧性能好，凝固点低，性质比较稳定，不易引爆。
总的来说，环氧乙烷的上述这．
灯直接用途消费量很少，环氧乙烷作为乙烯工业衍生物仅次于聚乙烯，为第二位的重要产品。
大部份的环氧乙烷被用于制造其它化学品，主要是乙二醇。
乙二醇主要的最终用途是生产聚酯聚合物，也被用作汽车冷却剂及防冻剂。
其次用于生产乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亚乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羟乙基纤维素、氯化胆碱、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游产品。
环氧乙烷主要用于制造乙二醇（制涤纶纤维原料）、合成洗涤剂、非离子表面活性剂、抗冻剂、乳化剂以及缩乙二醇类产品，也用于生产增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。
广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。
（4）环氧乙烷国内外生产现状及前景
kt/a主要生产厂家与能力表32003年我国EO
商品量生产能力生产厂家技术来源
技术SD290102扬子石化
技术SD225上海石化40
技术SD120中油吉化0
技术Shell100茂名石化15
SD70燕山石化5技术
65抚顺石化SD22技术
天津联化33技术Shell70
技术SD50北京东方10
50吉林联合SD50技术
辽阳化纤10技术UCC60
SD40独山子石化0技术
合计1140287
kt世界各地区EO消费结构现状与预测表2
其他产品乙醇胺类乙二醇醚乙二醇表面活性剂
合计地区比例，％数量比例，％数量比例，％数量比例，％数量比例，％数量
66.44808.84708.63005.558010.75450北美2002年3620
14.161002005年383053054062.88.85.68.7340860西欧2002年12.622027.7238010409.31606.730066043.7
200527.5240年108014.19.417042.370025506.7360750日本20023.7107070.11804.44016.8年5.05347
3.72005年16.5438104.411505.05770.450190
其他2002年4.58058001.084.88.326049201.455485地区2005770086.40.93501.3年704.510066505306.914合计2002年103309.770.315805.55623.810.78101418700173.61237070.79
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