緒論相關(guān)概念

1、 2 目目 錄錄一、 化工生產(chǎn)過程、流程及方式二、 化工生產(chǎn)控制指標(biāo)三、 催化作用與催化劑四、化工產(chǎn)品分離與精制 原料預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品分離 或精制物理過程物理過程化學(xué)轉(zhuǎn)換原原 料料產(chǎn)產(chǎn)品品精制丙烯水壓縮分離循環(huán)丙烯異丙醇壓縮水合反應(yīng)例一 丙烯液相水合制備異丙醇的工藝流程催化劑溶液原 料預(yù)處理后處理反應(yīng)原料（i）（起始量， ）（過 程） 控 制 量產(chǎn)物（P1 ）產(chǎn)物 （Pn ）未反應(yīng)原料（i）轉(zhuǎn)化物（殘留量, UC ） 對不同反應(yīng)組分而言，其轉(zhuǎn)化率在數(shù)值上可能不同。 對于循環(huán)流程來說，則有和之分。100%新鮮原料混合原料循環(huán)物料反應(yīng)分離產(chǎn)品弛放物料混合組分（i）的反應(yīng)轉(zhuǎn)化量進(jìn)入反應(yīng)器中組分（i

2、）的量,Xi =組分（i）的總反應(yīng)轉(zhuǎn)化量新鮮原料中組分（i）的量,Xi, total =若單位采用，則表示式可簡化為：稱為 R100%100%選擇性高時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率一般較低；而轉(zhuǎn)化率提 高的同時，往往又會使選擇性下降。另外，與轉(zhuǎn)化率相似，收率也有和顯然，對于同一反應(yīng)物有： = 1）乙烯的選擇性； 2）乙烷的全程轉(zhuǎn)化率； 3）乙烯的單程收率； 4）乙烯的全程收率 。 解：（畫出簡單示意圖）反應(yīng)式： C2H6 + H2 乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為60% ，所以乙烷的轉(zhuǎn)化量為： 60% 100 = 60 (kg) S乙烯 = 100% = 72.1 % 46.4/2860/30 X乙烷 (全程) = 10

3、0% = 96 %100 - 4100Y乙烯 (單程) = 100 = 43.3 %46.4/28100/30 Y乙烯 (全程) = X乙烷 (全程) S乙烯 = 0.96 0.721 = 69.22 % 14 例例 原料乙烷進(jìn)料量為原料乙烷進(jìn)料量為1000 kg/h，反應(yīng)掉乙烷量為，反應(yīng)掉乙烷量為600 kg/h，得乙烯，得乙烯340 kg/h，求反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、，求反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率。選擇性及收率。解 按反應(yīng)C2H6 C2H4H2 15 16 u用管式爐裂解輕柴油，輸入輕柴油量為用管式爐裂解輕柴油，輸入輕柴油量為1000 kg/h，參加反應(yīng)原料量為，參加反應(yīng)原料量為700 kg/h，

4、裂解后得到乙烯裂解后得到乙烯259 kg/h，求反應(yīng)的選擇，求反應(yīng)的選擇性、轉(zhuǎn)化率和乙烯收率。性、轉(zhuǎn)化率和乙烯收率。 作業(yè)作業(yè) 改變（提高）反應(yīng)的速率和選擇性（副產(chǎn)物的減少）。 改進(jìn)反應(yīng)的操作條件（溫度、壓力等）。 有助于開發(fā)新的反應(yīng)過程、工藝技術(shù)。三大作用：三大特征：在反應(yīng)過程中，不發(fā)生性質(zhì)、數(shù)量上的變化。 只能縮短反應(yīng)時間，而不能改變化學(xué)平衡。（熱力學(xué)一致性） 具有明顯的反應(yīng)選擇性，特定的催化劑只能用于特定的反應(yīng)。 性能要求性能要求：v 活性活性 一定反應(yīng)條件下，催化劑使反應(yīng)原料發(fā)生轉(zhuǎn)化的能力。一定反應(yīng)條件下，催化劑使反應(yīng)原料發(fā)生轉(zhuǎn)化的能力。 活性越大，轉(zhuǎn)化率越高或需要的反應(yīng)溫度越低?；钚?/p>

5、越大，轉(zhuǎn)化率越高或需要的反應(yīng)溫度越低。v選擇性選擇性 反應(yīng)所消耗的原料中，轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物量的多少。反應(yīng)所消耗的原料中，轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物量的多少。 選擇性愈高，產(chǎn)物的原料消耗（額定）量就小，選擇性愈高，產(chǎn)物的原料消耗（額定）量就小， 且有利于產(chǎn)物的后處理。（如便于分離）且有利于產(chǎn)物的后處理。（如便于分離）v 壽命壽命 催化劑使用的期限。它表征了生產(chǎn)單位量產(chǎn)品所需催化劑使用的期限。它表征了生產(chǎn)單位量產(chǎn)品所需 消耗催化劑的用量。其壽命與：消耗催化劑的用量。其壽命與： 1 1）化學(xué)穩(wěn)定性；）化學(xué)穩(wěn)定性； 2 2）熱穩(wěn)定性；）熱穩(wěn)定性；3 3）機(jī)械穩(wěn)定性）機(jī)械穩(wěn)定性 另外，催化劑在使用前，往往需活化處理。

6、而對于暫時性失活的另外，催化劑在使用前，往往需活化處理。而對于暫時性失活的催化劑還可以進(jìn)行再生處理。催化劑還可以進(jìn)行再生處理。CRHTKlnLnC2H5CHCH2+H2500600oCCat.工業(yè)生產(chǎn)上，常常采用水蒸氣來稀釋乙苯，以降低 乙苯 。主要對 的化學(xué)反應(yīng)平衡影響較大。大致規(guī)律為： 若反應(yīng)前后 分子數(shù) 增加，則 P , 可提高平衡產(chǎn)率（轉(zhuǎn)化率）； 若反應(yīng)前后 分子數(shù) 減少，則 P , 可提高平衡產(chǎn)率（轉(zhuǎn)化率）； 在一定范圍內(nèi)，加壓可減少反應(yīng)體積，促使反應(yīng)速率加快； 體系中惰性氣體的存在，可使反應(yīng)物的分壓降低，對反應(yīng)速率 不利，但有利于分子數(shù)增加 的反應(yīng)平衡。 （三）（反應(yīng)物）濃度的影響

7、：（三）（反應(yīng)物）濃度的影響： 根據(jù)根據(jù) ，反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)物濃度越高，生成物濃度生成物濃度增加。實(shí)際增加。實(shí)際 生產(chǎn)時，往往使廉價的原料過量，以提高反應(yīng)的生產(chǎn)時，往往使廉價的原料過量，以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率。 另一方面，另一方面，反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)物濃度越高，(+)(+)反應(yīng)速度（反應(yīng)速度（v+）越快。）越快。 從物理角度看，對于從物理角度看，對于可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)而言：而言： ( (反應(yīng)物濃度反應(yīng)物濃度 平衡濃度平衡濃度) ) 即為反應(yīng)的推動力，此值越大，即為反應(yīng)的推動力，此值越大， 反應(yīng)速度（反應(yīng)速度（v）越快。）越快。 化工生產(chǎn)中，對于受平衡限制的反應(yīng)，常常采取將化工生產(chǎn)中，對于

8、受平衡限制的反應(yīng)，常常采取將 產(chǎn)物產(chǎn)物 不斷不斷 地從反應(yīng)區(qū)域中移去，即為此原理的應(yīng)用，它是提高產(chǎn)率的有效方地從反應(yīng)區(qū)域中移去，即為此原理的應(yīng)用，它是提高產(chǎn)率的有效方 法之一。法之一。BADCCCCCK恒算系統(tǒng)對于穩(wěn)態(tài)過程（物性參數(shù)不隨時間而變，無累積）則有：（一）物料恒算 因?yàn)樵诨瘜W(xué)反應(yīng)過程中，原子是不變的，即物質(zhì)的質(zhì)量守恒。1） 繪出流程圖，選定恒算系統(tǒng)，并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。選定恒算基準(zhǔn)（如 1kg, 1moL, 1m3, 1h 等）設(shè)未知數(shù)、列方程組、聯(lián)立求解。對于 過程：（有物質(zhì)的轉(zhuǎn)變） 乙烯在催化劑作用下，被空氣氧化成環(huán)氧乙烷，副產(chǎn)物是水和二氧化碳。已知離開反應(yīng)器氣體的干基組成：C

9、2H4 3.22% ； N2 79.64% ； O2 10.81% ; CO2 5.5% ; C2H4O 0.83%（體積分?jǐn)?shù)）。氣體經(jīng)吸收塔處理，水蒸氣和環(huán)氧乙烷溶入水中，其余不溶氣從塔頂排出。除少量排出體系外，其余循環(huán)使用。試計(jì)算： 1）乙烯的轉(zhuǎn)化率 2）新鮮原料氣中乙烯與空氣的量之比反應(yīng)器吸收塔原料氣（F ）產(chǎn)物（P）+ 水循環(huán)氣C2H4 3.22 % ； N2 79.64 % ；O2 10.81 % ; CO2 5.5 % ; C2H4O 0.83%C2H4 3.25 % ；N2 80.3 % ；O2 10.9 % ; CO2 5.55 % ; 主反應(yīng)： C2H4 + 0.5 O2 C

10、2H4 O副反應(yīng)： C2H4 + 3O2 2 CO2 + 2 H2O 根據(jù)題意，以 出爐干氣為基準(zhǔn)，且令新鮮原料氣中 C2H4 的含量為 mol；空氣含量為 mol ( 79% N2 ，21% O2 )；排放氣 mol；生成的副產(chǎn)物 H2O 的含量為 mol。由已知數(shù)據(jù)得： 出爐氣的組成為： 排放氣的組成C2H4 mol O2 0.21 mol N2 0.79 mol F恒算系統(tǒng)C2H4 0.0325 mol O2 0.109 mol N2 0.803 mol CO2 0.0555 mol C2H4O 0.83 mol H2O mol PW根據(jù)原子守恒原則得；C ： 2 =（ 0.03252

11、+ 0.0555）+（0.832 ） H： 4 =（ 0.03254）+（0.834 +2 ） O： 0.212 = （0.1092 + 0.0555 2）+（0.83 + ） N： 0.792 = 0.803 2 最后解得； = 2.008；= 19.87； = 1.085； = 19.55生成 CO2 的量為：0.0555W = 1.085 moL ; 反應(yīng)所消耗乙烯 的量為： 1.085 2 = 0.542 moL；反應(yīng)所消耗乙烯 的量為： 0.83 moL乙烯的（全程）轉(zhuǎn)化率 = 反應(yīng)消耗的乙烯總量新鮮原料中乙烯的總量= 2.0080.83 + 0.5425= % 的量新鮮原料氣中的量

12、= 2.00819.87= （約為 1 10）1 1氣體產(chǎn)物的分離（1 1）氣體的凈制氣體產(chǎn)物中的固體顆粒和霧滴四、化工產(chǎn)品分離與精制 （2 2）從氣體產(chǎn)物中分離出要用的物質(zhì)吸附是某些分子在多孔性固體吸附劑表面上濃集的過程。分離方法為冷凝、吸收和吸附 冷凝是將壓縮氣體或飽和蒸汽冷卻降溫，使氣體或蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的過程。吸收是用適當(dāng)?shù)囊后w與氣體產(chǎn)物相接觸，使氣體進(jìn)入液體變?yōu)槿芤旱倪^程。四、化工產(chǎn)品分離與精制 2 2液體產(chǎn)物的分離 液體產(chǎn)物通常含有兩種以上的液體組分，往往也會帶有少量固體雜質(zhì)或結(jié)晶。液體本身既有完全互溶的溶液，又有互不溶解的液體混合物，還有溶質(zhì)分散在液相主體中的乳液。 除去液體產(chǎn)物中

13、少量固體顆粒的方法包括過濾和澄清、結(jié)晶和重結(jié)晶、膜透析和超濾等凈制方法。 （1 1）從液體產(chǎn)物中除去固體顆粒四、化工產(chǎn)品分離與精制 （2 2）從不互溶的液體中除去其中一種液體一般均用沉降法進(jìn)行分離。對于要求分離很徹底，而沉降法又達(dá)不到分離要求的少量不溶性液體雜質(zhì)，可以采取吸附法進(jìn)行處理。當(dāng)液體產(chǎn)物為稀溶液，而希望得到較濃的溶液時，用蒸發(fā)的方法。即通過加熱使溶液在沸騰情況下氣化，使其中部分溶劑由于氣化而除去，從而使溶液濃度增大。例如將稀燒堿溶液變?yōu)闈馊芤壕陀谜舭l(fā)的方法。 （3 3）溶液增濃四、化工產(chǎn)品分離與精制 對于不同組分在相同溫度下具有不同揮發(fā)度的溶液，可采用使溶液蒸發(fā)，汽液平衡，再將蒸汽冷

14、凝，使溶液中的組分分離的精餾方法。 萃取是利用不同物質(zhì)在溶劑中具有不同溶解度，使液體產(chǎn)物中的不同組分分離的方法。 （4 4）將互溶的液體分離成不同組分精餾、萃取方法四、化工產(chǎn)品分離與精制 將液體產(chǎn)物全部變?yōu)楣腆w，稱做凝固，通常都用冷卻和冷凍的方法降低液體的溫度以使液體全部變?yōu)楣腆w。將溶液中的固體溶質(zhì)分離出來的方法稱為結(jié)晶。通常用降低溫度、減少溶劑和進(jìn)行鹽析等方法來實(shí)現(xiàn)。將乳液中的固體溶質(zhì)分離出來的辦法稱為凝聚，在乳液中加進(jìn)凝聚劑破壞乳化狀態(tài)，就能將顆粒狀的固體物質(zhì)分離出來。（5 5）將液體產(chǎn)物全部或部分變?yōu)楣腆w凝固、結(jié)晶、凝聚方法四、化工產(chǎn)品分離與精制 （1 1）固液分離過濾的基本原理是利用多孔的過濾介質(zhì)將懸浮液中的固體顆粒擋住，而讓液體通過，從而使液體同固體分離。過濾結(jié)束后，要用水或其它溶劑沖洗濾餅，以使附著在濾渣顆粒表面的濾液和滯留在濾餅內(nèi)孔隙中的濾液溶到水中或其它溶劑中而被帶走，洗滌后濾餅經(jīng)加工后，可以