化學(xué)工藝第二章ppt課件

1、第二章第二章 化學(xué)工藝基礎(chǔ)化學(xué)工藝基礎(chǔ)2.1 原料資源及其加工l 無(wú)機(jī)化學(xué)礦無(wú)機(jī)化學(xué)礦l 石油石油l 天然氣天然氣l 煤煤l 生物質(zhì)生物質(zhì)l 空氣空氣l 水水2.1.1.1 主要無(wú)機(jī)化學(xué)礦 鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽礦、鋁土礦、硼礦、錳礦、鈦礦、鋅礦、鋇礦、天然沸石、硅藻土等。2.1.1.2 磷礦和硫鐵礦的加工 磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸鹽的原料。 85%以上的磷礦用于制造磷肥，生產(chǎn)磷肥的方法有兩大類： 酸法和熱法。 2.1.1 無(wú)機(jī)化學(xué)礦及其加工酸法又稱濕法）： 用硫酸或硝酸等無(wú)機(jī)酸來(lái)處理磷礦石，最常用的是硫酸。硫酸與磷礦反應(yīng)生成磷酸和硫酸鈣結(jié)晶，主要反應(yīng)式為： Ca5F(PO4

2、)3 + 5nH2O4+ 5H2SO4 = (n+3)H3PO4 + 5CaSO4nH2O + HF熱法： 利用高溫分解磷礦石，并進(jìn)一步制成可被農(nóng)作物吸收的磷酸鹽。熱法消耗較多的電能和熱能。 硫鐵礦用于制造硫酸，生產(chǎn)硫酸的過(guò)程主要有以下步驟：焙燒反應(yīng)： 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2氧化反應(yīng)： SO2 + 0.5O2 = SO3吸收反應(yīng)： nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO32.1.2 2.1.2 石油及其加工利用石油及其加工利用 l石油化工自石油化工自2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代開始蓬勃發(fā)展年代開始蓬勃發(fā)展l基本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工及基

3、本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有90%90%來(lái)源于石油來(lái)源于石油和天然氣。和天然氣。90%90%左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為三烯乙烯、丙烯、丁二烯）、料可歸結(jié)為三烯乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘三苯苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。其中三稀主要由石油制取，三苯、和甲醇。其中三稀主要由石油制取，三苯、奈和甲醇可由石油、天然氣和煤制取。奈和甲醇可由石油、天然氣和煤制取。 l三烯三烯乙烯、丙烯、丁二烯乙烯、丙烯、丁二烯 l 石油制取石油制取l三苯三苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 l 石油、天

4、然氣和煤制取石油、天然氣和煤制取 1. 石油的組成石油的組成 l石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色粘稠狀液體，相對(duì)密度大約在粘稠狀液體，相對(duì)密度大約在0.751.00.751.0。 l由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的化合物構(gòu)成的混合物，其中量眾多的化合物構(gòu)成的混合物，其中化合物的沸點(diǎn)從常溫到化合物的沸點(diǎn)從常溫到500500以上以上l石油中的化合物分為石油中的化合物分為 烴類烴類 非烴類非烴類 膠質(zhì)和瀝青膠質(zhì)和瀝青 烴類化合物烴類化合物 （碳?xì)浠衔铮ㄌ細(xì)浠衔铮?非烴化合物非烴化合物 （含有碳、氫及其他雜原子（含有碳、氫及

5、其他雜原子的有機(jī)化合物）的有機(jī)化合物） 膠質(zhì)和瀝青質(zhì)膠質(zhì)和瀝青質(zhì) 鏈?zhǔn)斤柡蜔N鏈?zhǔn)斤柡蜔N 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 芳香烴芳香烴 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物 金屬有機(jī)化合物金屬有機(jī)化合物 稠環(huán)烴類等稠環(huán)烴類等根據(jù)沸程的不同，將石油分類根據(jù)沸程的不同，將石油分類 2. 油品的概念 l石腦油輕汽油）石腦油輕汽油） 50140l汽油汽油 140200l航空煤油航空煤油 140230l煤油煤油 180310l柴油柴油 260350l潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油 350520l重、渣油重、渣油 520 來(lái)源來(lái)源 常減壓蒸餾一次加工得到直餾汽油常減壓蒸餾一次加工得到直餾汽油 催化裂化重整二次加工得到催化汽油催化裂

6、化重整二次加工得到催化汽油 辛烷值辛烷值 汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，抗爆震性能的指標(biāo)。汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，抗爆震性能的指標(biāo)。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量也愈好也愈好 測(cè)定方法：研究法測(cè)定方法：研究法(RON)(RON)、馬達(dá)法、馬達(dá)法(MON)(MON) 汽油的來(lái)源和指標(biāo)汽油的來(lái)源和指標(biāo) 將異辛烷規(guī)定為將異辛烷規(guī)定為100100，正庚烷為，正庚烷為0 0，兩，兩者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。將待測(cè)汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩將待測(cè)汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)中炕爆性能相同，則者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)中炕爆性能相同，

7、則待測(cè)汽油的辛烷值就是同測(cè)標(biāo)準(zhǔn)汽油待測(cè)汽油的辛烷值就是同測(cè)標(biāo)準(zhǔn)汽油中異辛烷的百分含量中異辛烷的百分含量 9393 ？ 9090 辛烷值定義辛烷值定義 、爆震與抗爆性：、爆震與抗爆性： 一般認(rèn)為，活塞在行程的上一般認(rèn)為，活塞在行程的上止點(diǎn)后止點(diǎn)后10度左右，燃燒產(chǎn)生最大壓力時(shí)，推動(dòng)度左右，燃燒產(chǎn)生最大壓力時(shí)，推動(dòng)活塞的力度最大就象是蕩秋千，在到達(dá)最高活塞的力度最大就象是蕩秋千，在到達(dá)最高點(diǎn)后一點(diǎn)使勁秋千最快）。比如點(diǎn)后一點(diǎn)使勁秋千最快）。比如1000轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)的時(shí)候，燃燒過(guò)程相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的燃燒過(guò)程相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的20度，就是說(shuō)提前度，就是說(shuō)提前10度點(diǎn)火，引擎最有力。而到了度點(diǎn)火，引擎最有力

8、。而到了4000轉(zhuǎn)，活塞轉(zhuǎn)，活塞運(yùn)動(dòng)得快了，燃燒過(guò)程就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的運(yùn)動(dòng)得快了，燃燒過(guò)程就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角的60度了，就需要提前度了，就需要提前50度點(diǎn)火，就這樣隨轉(zhuǎn)速的度點(diǎn)火，就這樣隨轉(zhuǎn)速的提高，點(diǎn)火是越來(lái)越提前。最終會(huì)達(dá)到一個(gè)轉(zhuǎn)提高，點(diǎn)火是越來(lái)越提前。最終會(huì)達(dá)到一個(gè)轉(zhuǎn)速，還沒(méi)點(diǎn)火油氣就燒起來(lái)了，這就是爆震。速，還沒(méi)點(diǎn)火油氣就燒起來(lái)了，這就是爆震。 評(píng)定柴油發(fā)火性能自燃性的指標(biāo)評(píng)定柴油發(fā)火性能自燃性的指標(biāo)定義：在單缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)試驗(yàn)油料的自定義：在單缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)試驗(yàn)油料的自燃性和十六烷與燃性和十六烷與2 2甲基萘混合物的自甲基萘混合物的自燃性能相同時(shí)，待測(cè)油料的十六烷值就燃性能相同時(shí)，待測(cè)

9、油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相同同 柴油的指標(biāo)柴油的指標(biāo)- 十六烷值十六烷值l餾程閃點(diǎn)：評(píng)定柴油蒸發(fā)性能的指餾程閃點(diǎn)：評(píng)定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是標(biāo)，主要是50%50%和和90%90%的餾出溫度的餾出溫度l凝點(diǎn)：在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，試樣凝點(diǎn)：在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，試樣開始失去流動(dòng)性的溫度開始失去流動(dòng)性的溫度l冷濾點(diǎn)：通過(guò)過(guò)濾器的流量每分鐘冷濾點(diǎn)：通過(guò)過(guò)濾器的流量每分鐘不足不足20mL20mL時(shí)的最高溫度時(shí)的最高溫度 柴油的其他性能指標(biāo)柴油的其他性能指標(biāo) 5: 8以上以上 0: 8至至4 10: 4至至5 20: 5至至14 35: 14至至

10、29 50: 29至至44 根據(jù)使用時(shí)的氣溫選用不同標(biāo)號(hào)根據(jù)使用時(shí)的氣溫選用不同標(biāo)號(hào)柴油標(biāo)號(hào)的依據(jù)是柴油的凝固點(diǎn)柴油標(biāo)號(hào)的依據(jù)是柴油的凝固點(diǎn) 柴油的標(biāo)號(hào)柴油的標(biāo)號(hào)利用原油中各組分沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分離利用原油中各組分沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分離方法：常壓蒸餾方法：常壓蒸餾 減壓蒸餾減壓蒸餾 3、石油的加工、石油的加工一次加工一次加工 油品的加工油品的加工石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品 催化重整催化重整 （catalytic reformingcatalytic reforming） 催化裂化催化裂化 (catalytic cracking) (catalytic cracking) 催

11、化加氫裂化催化加氫裂化 (catalytic hydrocracking) (catalytic hydrocracking) 烴類熱裂解烴類熱裂解 （pyrolysis of pyrolysis of hybrocarbonshybrocarbons）二次加工二次加工 餾分油的化學(xué)加工餾分油的化學(xué)加工 調(diào)整烴類的組成調(diào)整烴類的組成l 天然氣天然氣 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 l 干氣干氣 甲烷含量高于甲烷含量高于90% 90% l 濕氣濕氣 C2C4C2C4烷烴含量烷烴含量15%20%15%20%l 油田伴生氣油田伴生氣 天然氣于石油伴生天然氣于石油伴生l 煤層氣瓦斯氣）煤層氣瓦斯氣） 吸

12、附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷l 天然氣水合物天然氣水合物 凍土帶和海底甲烷與水組成凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物的籠形化合物2.1.3 天然氣及其加工利用l 制氫氣和合成氨制氫氣和合成氨 l 經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品 l 直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品 l 熱裂解制化工產(chǎn)品熱裂解制化工產(chǎn)品 l 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化l 濕氣中濕氣中C2 C4C2 C4烷烴的利用烷烴的利用天然氣的化工利用天然氣的化工利用煤煤(coal) (coal) 由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機(jī)物和少量硅、鋁

13、、鐵、鈣、鎂分子有機(jī)物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成 成煤過(guò)程的程度不同分為成煤過(guò)程的程度不同分為 泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤 H% O%H% O%含量順序含量順序 泥煤泥煤 褐煤褐煤 煙煤煙煤 無(wú)煙煤無(wú)煙煤2.1.4 煤及其加工利用 高溫干餾煉焦）高溫干餾煉焦） 低溫干餾低溫干餾 煤氣化煤氣化 煤液化直接液化煤液化直接液化 間接液化）間接液化）煤的加工煤的加工煤煤低溫干餾低溫干餾 焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等含氫、甲烷、乙烯等 低溫煤焦油低溫煤焦油 酚類、烷烴、環(huán)烷烴等酚類、烷烴、環(huán)烷烴等 半焦半焦 氣化氣化 合成氣合成氣 高溫干餾高溫干

14、餾 焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣 粗苯粗苯 分別分別 苯苯二甲苯二甲苯 甲苯甲苯 氧雜茚氧雜茚 茚茚煤焦油煤焦油 分別分別苯酚、甲酚、二甲酚苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘萘、烷基萘 蒽蒽其他化工原料其他化工原料氣化氣化合成氣合成氣合成合成氨、甲醇、低碳混合氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等醇、汽油、柴油等 高壓加氫液化高壓加氫液化汽油、煤油、柴油等汽油、煤油、柴油等 糠醛的生產(chǎn)糠醛的生產(chǎn)2C2H10O5 H2O淀粉淀粉C12H22O11( (麥芽糖麥芽糖) )H2O2C6H12O6( (葡萄糖）葡萄糖）C6H12O6酵母酵母2CH3CH2OH + 2CO2乙醇的生產(chǎn)乙醇的生產(chǎn) 2.1.5 生物質(zhì)及其加工利

15、用HC CHC5H10O5CC糠醛糠醛 OCHO + 3 + 3 H2O 產(chǎn)品分離與精制產(chǎn)品分離與精制 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 原料預(yù)處理原料預(yù)處理 2.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)過(guò)程化工生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格反應(yīng)類型、反應(yīng)器反應(yīng)類型、反應(yīng)器得到符合規(guī)格的產(chǎn)品得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物回收利用副產(chǎn)物 2.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 推論分析法推論分析法從從“目的出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組目的出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合合化工工藝過(guò)程的化工工藝過(guò)程的 “洋蔥洋蔥模型模型反應(yīng)器反應(yīng)器分離與再循環(huán)分離與再循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工

16、程公用工程2.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 功能分析法功能分析法分析每個(gè)單元的基本功能和屬性，列出不同方案分析每個(gè)單元的基本功能和屬性，列出不同方案不同功能單元的實(shí)施方法不同功能單元的實(shí)施方法不同設(shè)備型式不同設(shè)備型式不同流程方案不同流程方案具有相同整體功能具有相同整體功能2.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 形態(tài)分析法形態(tài)分析法對(duì)不同流程方案精確分析評(píng)價(jià)，擇優(yōu)汰劣對(duì)不同流程方案精確分析評(píng)價(jià)，擇優(yōu)汰劣原原 那么那么l是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)l經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性l環(huán)境、安全和法律環(huán)境、安全和法律l

17、技術(shù)資料的完整性和可信度技術(shù)資料的完整性和可信度例例丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程主反應(yīng)：主反應(yīng)： C3H6+NH3+1/2O2 CH2= CHCN + H2O主要副產(chǎn)物：主要副產(chǎn)物： HCN CH3CN Q ? 如何從吸收塔底流出的水溶液中分離如何從吸收塔底流出的水溶液中分離出丙烯腈和副產(chǎn)物呢？出丙烯腈和副產(chǎn)物呢？ 方案一：將丙烯腈和各副產(chǎn)物同時(shí)從水溶液中蒸發(fā)出來(lái)，冷凝后再逐個(gè)精餾分離； Q？ 丙烯腈與乙腈的沸點(diǎn)相近，普通精餾丙烯腈與乙腈的沸點(diǎn)相近，普通精餾方法難于將它們分離方法難于將它們分離方案二：采用萃取精餾法先將丙烯腈和方案二：采用萃取精餾法先將丙烯腈和HCNHC

18、N解吸出來(lái)，解吸出來(lái)，乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和HCNHCN 乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變度很小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變得很容易得很容易2.3 化工過(guò)程的主要效率指標(biāo)化工過(guò)程的主要效率指標(biāo) l 生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度l 化學(xué)反應(yīng)的效率化學(xué)反應(yīng)的效率合成效率合成效率l 轉(zhuǎn)化率選擇性轉(zhuǎn)化率選擇性 收率收率l 平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品

19、量或處理的原料量時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或處理的原料量單位單位 千克千克/ /時(shí)時(shí)kg/hkg/h） 噸噸 / /天天 (t/d) (t/d) 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/ /年年 (10kt/a)(10kt/a)？設(shè)計(jì)能力：？設(shè)計(jì)能力：在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力設(shè)備的單位體積或面積的生產(chǎn)能設(shè)備的單位體積或面積的生產(chǎn)能力力單位：?jiǎn)挝唬?kg/hm3kg/hm3，t/dm3t/dm3kg/hm2kg/hm2，t/dm2t/dm2 生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)強(qiáng)度？時(shí)空收率？時(shí)空收率 （對(duì)催化反（對(duì)催化反應(yīng)）應(yīng)） 催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度單位時(shí)間、單位體積質(zhì)量催化劑所得產(chǎn)品量單位時(shí)間、單

20、位體積質(zhì)量催化劑所得產(chǎn)品量化學(xué)反應(yīng)的效率化學(xué)反應(yīng)的效率合成效率合成效率（1原子經(jīng)濟(jì)性原子經(jīng)濟(jì)性 AE式中：式中： Pi 目的產(chǎn)物分子中各類原子數(shù)；目的產(chǎn)物分子中各類原子數(shù)；Fj反應(yīng)原料中各類原子數(shù)；反應(yīng)原料中各類原子數(shù)；M 相應(yīng)各類原子的相對(duì)質(zhì)量。相應(yīng)各類原子的相對(duì)質(zhì)量。%100jjjiiiMFMPAE(2) 環(huán)境因子目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量廢物質(zhì)量E上述 指標(biāo)從本質(zhì)上反應(yīng)了其合成工藝是否最大限度地利用了資源，避免了廢物的產(chǎn)生和由此而帶來(lái)的環(huán)境污染。（反應(yīng)器）（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）（反應(yīng)系統(tǒng)）循循 環(huán)環(huán) 流流 程程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率是一次性從反應(yīng)器進(jìn)入到離開所達(dá)到的轉(zhuǎn)化單程轉(zhuǎn)化率是一次性從反應(yīng)器進(jìn)入到離開所

21、達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。兩者相比較，全程轉(zhuǎn)化率必定大于單程轉(zhuǎn)化率。率。兩者相比較，全程轉(zhuǎn)化率必定大于單程轉(zhuǎn)化率。該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化總量應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反S表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小反映原料的利用是否合理反映原料的利用是否合理選擇性從產(chǎn)物角度來(lái)描述反應(yīng)過(guò)程的效率從產(chǎn)物角度來(lái)描述反應(yīng)過(guò)程的效率？轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系？轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系 Y Y SXSX 對(duì)于無(wú)副反應(yīng)的體系，對(duì)于無(wú)副反應(yīng)的體系，S=1S=1，故，故收率在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率收率在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越高則收率越高；有副反應(yīng)的體系，越高則收率越高；有副反應(yīng)的體系，S S1 1，希望在選擇

22、性高的前提下轉(zhuǎn)，希望在選擇性高的前提下轉(zhuǎn)化率盡可能高?；时M可能高。？單程收率？單程收率 總收率總收率該反應(yīng)物的起始量應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反Y收率 （產(chǎn)率）質(zhì)量收率某原料的起始量目的產(chǎn)物的質(zhì)量mY 投入單位質(zhì)量的某原料所能生產(chǎn)的目的投入單位質(zhì)量的某原料所能生產(chǎn)的目的產(chǎn)物的質(zhì)量，即產(chǎn)物的質(zhì)量，即 :平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率 平衡轉(zhuǎn)化率：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化平衡轉(zhuǎn)化率：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率；率； 平衡產(chǎn)率：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所得產(chǎn)物平衡產(chǎn)率：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所得產(chǎn)物的產(chǎn)率的產(chǎn)率 平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率是可逆反應(yīng)所能達(dá)平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率是可逆反應(yīng)所能達(dá)到的極限值最大值），但是，反應(yīng)達(dá)平

23、到的極限值最大值），但是，反應(yīng)達(dá)平衡往往需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，實(shí)際轉(zhuǎn)化率和衡往往需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，實(shí)際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。工藝學(xué)的任務(wù)之一是通產(chǎn)率比平衡值低。工藝學(xué)的任務(wù)之一是通過(guò)熱力學(xué)分析過(guò)熱力學(xué)分析,尋找提高平衡產(chǎn)率的有利條尋找提高平衡產(chǎn)率的有利條件，并計(jì)算出平衡產(chǎn)率。件，并計(jì)算出平衡產(chǎn)率。 2.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 對(duì)于可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)對(duì)于可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系系CRTHK)303. 2/(log02.4.1溫度的影響溫度的影響 化學(xué)平衡化學(xué)平衡l吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)H0，K值隨著溫度升高而增值隨著溫度升高而增大大,有利于平衡產(chǎn)率增加有利于平衡產(chǎn)率增加l

24、放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) H0，K值隨著溫度升高而減值隨著溫度升高而減小，降低溫度使平衡產(chǎn)率增加小，降低溫度使平衡產(chǎn)率增加2.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 2.4.1 溫度的影響溫度的影響 反應(yīng)速率反應(yīng)速率l總是隨溫度的升高而增加總是隨溫度的升高而增加l不可逆反應(yīng)，產(chǎn)物生成速率隨溫度的升高而加快不可逆反應(yīng)，產(chǎn)物生成速率隨溫度的升高而加快DBADBADBADBACCCkCCCkrl可逆吸熱反應(yīng)，凈速率隨溫度的升高而增高可逆吸熱反應(yīng)，凈速率隨溫度的升高而增高l可逆放熱反應(yīng)，在最佳反應(yīng)溫度下凈反應(yīng)速率最大可逆放熱反應(yīng)，在最佳反應(yīng)溫度下凈反應(yīng)速率最大2.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 2.4

25、.2濃度的影響濃度的影響l反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。有多種反應(yīng)物時(shí)，使廉價(jià)易得的反應(yīng)物過(guò)量，可提有多種反應(yīng)物時(shí)，使廉價(jià)易得的反應(yīng)物過(guò)量，可提高價(jià)貴難得反應(yīng)物的利用率。高價(jià)貴難得反應(yīng)物的利用率。l反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快2.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 2.4.3 壓力的影響壓力的影響l壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)減少的反應(yīng)，提高壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)減

26、少的反應(yīng)，提高壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響l一定的壓力范圍內(nèi)加壓，對(duì)加快反應(yīng)速率有一定好一定的壓力范圍內(nèi)加壓，對(duì)加快反應(yīng)速率有一定好處，但壓力過(guò)高，反而不經(jīng)濟(jì)處，但壓力過(guò)高，反而不經(jīng)濟(jì)l惰性氣體的存在，降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率惰性氣體的存在，降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡2.5 催化劑的性能及使用 提高反應(yīng)速率和選擇性提高反應(yīng)速率和選擇性 改進(jìn)操作條件改進(jìn)操作條件 催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，發(fā)展新的化工技術(shù)發(fā)展新的化工技

27、術(shù) 催化劑在能源開發(fā)和消除污染中催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用可發(fā)揮重要作用2.5.1 催化劑的基本特征催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，了時(shí)， 催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化和數(shù)量的變化 催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間即加速作用），但不能改變平間即加速作用），但不能改變平衡衡 催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)催化劑只能催化特定的反應(yīng) 2.5.2 催化劑的分類 按催化反應(yīng)體系的物相均一性按催化反應(yīng)體系的物相均一性 均相催化劑均相催化劑 非

28、均相催化劑非均相催化劑 按反應(yīng)類別按反應(yīng)類別 加氫、脫氫、氧化、裂化、水加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基化、鹵化芳構(gòu)化、羰基化、鹵化 按反應(yīng)機(jī)理按反應(yīng)機(jī)理 氧化還原型催化劑、酸堿催化劑氧化還原型催化劑、酸堿催化劑 按使用條件下的物態(tài)按使用條件下的物態(tài) 金屬催化劑、氧化物催化劑、硫金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑2.5.3.1 工業(yè)催化劑的使用性能 活性活性 選擇性選擇性 壽命壽命 壽命的影響因素壽命的影響因素 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性

29、 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 力學(xué)性能穩(wěn)定性力學(xué)性能穩(wěn)定性 耐毒性耐毒性2.5.3 工業(yè)催化劑使用中的有關(guān)問(wèn)題2.5.3.2 催化劑的活化 許多固體催化劑在出售時(shí)的狀態(tài)一般是較穩(wěn)定的，但這種穩(wěn)定狀態(tài)不具有催化性能，催化劑使用廠必須在反應(yīng)前對(duì)其進(jìn)行活化，使其轉(zhuǎn)化成具有活性的狀態(tài)。 不同類型的催化劑要用不同的活化方法，有還原，氧化，硫化，酸化、熱處理等等，每種活化方法均有各自的活化條件和操作要求，應(yīng)該嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用失活原因：失活原因： 超溫過(guò)熱，使催化劑表面發(fā)生燒結(jié)，超溫過(guò)熱，使催化劑表面發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變；晶型轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變； 原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化

30、劑中原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒；毒； 有污垢覆蓋催化劑表面有污垢覆蓋催化劑表面再生：再生：暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)原料中暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢除去毒物后，催化劑可逐漸恢復(fù)活性復(fù)活性永久性中毒則是不可逆的。催化永久性中毒則是不可逆的。催化劑積碳可通過(guò)燒碳再生劑積碳可通過(guò)燒碳再生無(wú)論是暫時(shí)性中毒后的再生，還無(wú)論是暫時(shí)性中毒后的再生，還是積碳后的再生，均會(huì)引起催是積碳后的再生，均會(huì)引起催化劑結(jié)構(gòu)的損傷，致使活性下化劑結(jié)構(gòu)的損傷，致使活性下降降催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生2.6 反應(yīng)過(guò)程的物料衡算和熱量衡算l物料衡算和熱量衡算的意義：化學(xué)工藝的物料衡算和熱

31、量衡算的意義：化學(xué)工藝的基礎(chǔ)之一，通過(guò)物、熱衡算，計(jì)算生產(chǎn)過(guò)基礎(chǔ)之一，通過(guò)物、熱衡算，計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程的原料消耗指標(biāo)、熱負(fù)荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，程的原料消耗指標(biāo)、熱負(fù)荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，為設(shè)計(jì)和選擇反應(yīng)器和其它設(shè)備的尺寸、為設(shè)計(jì)和選擇反應(yīng)器和其它設(shè)備的尺寸、類型及臺(tái)數(shù)提供定量依據(jù)；可以核查生產(chǎn)類型及臺(tái)數(shù)提供定量依據(jù)；可以核查生產(chǎn)過(guò)程中各物料量及有關(guān)數(shù)據(jù)是否正常，有過(guò)程中各物料量及有關(guān)數(shù)據(jù)是否正常，有否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的大小，從而查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)和限制大小，從而查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)和限制部位，為改善操作和進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化提部位，為改善操作和進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化提供依據(jù)供依據(jù)2.6.1 反應(yīng)過(guò)程的物料衡算2.6.1.1 2.6.1.1 物料衡算基本方程物料衡算基本方程物料的衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律物料的衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律輸入物料的總質(zhì)量輸入物料的總質(zhì)量 = = 輸出物料的總質(zhì)量輸出物料的總質(zhì)量 + + 系統(tǒng)內(nèi)積累的物料質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)積累的物料質(zhì)量 衡算系統(tǒng)的物料衡算通式衡算系統(tǒng)的物料衡算通式間歇操作過(guò)程的物料衡算間歇操作過(guò)程的物料衡算以每批生產(chǎn)時(shí)間為基準(zhǔn)以每批生產(chǎn)時(shí)間為基準(zhǔn)輸入物料量輸入物料量 每批投入的所有物料質(zhì)量的每批投入的所有物料質(zhì)量的總和包括反應(yīng)物