化學(xué)工藝重點(diǎn)

1、第一章緒論1、化學(xué)工藝定義：指在化學(xué)、物理和其他科學(xué)成就的基礎(chǔ)上，研究綜合利用各種原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原理、方法、流程和設(shè)備的一門學(xué)科。目的：創(chuàng)立技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)安全、環(huán)境無害的生產(chǎn)過程。2、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)特點(diǎn) (1) 原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)品的多樣性和復(fù)雜性 (2) 向大型化、綜合化，精細(xì)化發(fā)展 (3) 多學(xué)科合作、技術(shù)密集型生產(chǎn) (4) 重視能量合理利用，積極采用節(jié)能工藝和方法 (5) 資金密集，投資回收速度快，利潤(rùn)高 (6) 安全和環(huán)境保護(hù)問題日益突出第二章化學(xué)工藝基礎(chǔ)1、生產(chǎn)磷肥的兩種方法:酸法又稱濕法和熱法，酸法：主要用于制造磷肥。又稱酸法，用硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸分解磷礦， 并將磷

2、礦中的鈣以鈣鹽的形式分離掉。熱法：利用高溫分解磷礦，并進(jìn)一步制成可被作物吸收的 磷酸鹽。用這種方法生產(chǎn)的磷肥不溶于水，屬枸溶性 磷肥。（其中所含磷能溶于檸檬酸或檸檬酸銨溶液， 亦能被植物吸收。檸檬酸又稱為枸櫞酸。）2、八大基本原料：三烯乙烯、丙烯、丁二烯石油制取，三苯苯、甲苯、二甲苯石油、天然氣和煤制取，乙炔和萘3、石油中幾乎沒有烯烴和炔烴這兩類化合物4、石油一次加工為物理過程包括常壓蒸餾和減壓蒸餾石油二次加工化學(xué)過程包括：催化重整，催化裂化，催化加氫裂化，烴類熱裂解（不需要催化劑）。5、天然氣主要成分是甲烷。 干氣甲烷含量高于90%； 濕氣C2C4烷烴含量15%20%。 油田伴生氣天然氣與石

3、油伴生。煤層氣（瓦斯氣）吸附在煤上的甲烷。天然氣水合物凍土帶和海底甲烷與水組成 的籠形化合物?！翱扇急?、“固體瓦斯”6、農(nóng)副產(chǎn)品廢渣的水解是工業(yè)生產(chǎn)糠醛的唯一路線。7、化工生產(chǎn)工藝流程的組織 一、推論分析法:從“目標(biāo)”出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合。二、功能分析法，三、形態(tài)分析法。形態(tài)分析法的一個(gè)重要判據(jù)經(jīng)濟(jì)性化工工藝過程的 “ 洋蔥 ” 模型反應(yīng)器-分離與再循環(huán)-換熱網(wǎng)絡(luò)-公用工程8、循環(huán)流程的主要優(yōu)點(diǎn)：能顯著提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，降低了原料消耗，減少環(huán)境污染。9、一、轉(zhuǎn)化率:某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)物起始量的分率或百分比。對(duì)于循環(huán)式流程的過程來說，有單程轉(zhuǎn)化率和

4、全程轉(zhuǎn)化率之分。X=某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量該反應(yīng)物的起始量1.單程轉(zhuǎn)化率：原料每次通過反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率， 例如：原料中組分A的單程轉(zhuǎn)化率為：2.全程轉(zhuǎn)化率：指新鮮原料進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)到離開該 系統(tǒng)所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。例如:原料中組分A的全程轉(zhuǎn)化率為:對(duì)同一原料而言，全程轉(zhuǎn)化率要大于單程轉(zhuǎn)化率。二、選擇性1.定義：體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加 所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的該反應(yīng)物總量之比。用符號(hào)S表示，其定義如下2.物理意義：表達(dá)了主副反應(yīng)進(jìn)行程度的相對(duì)大小，能確切反應(yīng)原料的利用是否合理。三、收率:是從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率。符號(hào)為 Y，其定義式對(duì)于循環(huán)物料有單程收率和全程收率之分四、質(zhì)量收率投入單位質(zhì)量

5、的原料所能生產(chǎn)的目的產(chǎn)物的質(zhì)量。定義式五、轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系 1.關(guān)系式 Y=SX2.討論 對(duì)于無副反應(yīng)的體系，S=1，收率在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越高則收率越高； 對(duì)于有副反應(yīng)的體系，S<1，希望在選擇高的前提下轉(zhuǎn)化率盡可能高。10、反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響濃度的影響反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)使廉價(jià)易得的反應(yīng)物過量，提高價(jià)貴難得反應(yīng)物的利用率。反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快。11、催化劑的基本特征1.催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化。2.催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，但不能改變平衡。3.催化劑有選擇性，特定的

6、催化劑只能催化特定的反應(yīng)。12、）催化劑壽命影響因素：a.化學(xué)穩(wěn)定性b.熱穩(wěn)定性c.力學(xué)性能穩(wěn)定性d.耐毒性第三章烴類熱裂解1、烴類裂解反應(yīng)規(guī)律 正構(gòu)烷烴的裂解必背：同碳原子數(shù)的烷烴C-H鍵能大于C-C鍵能，斷鏈比脫氫容易。 隨著碳鏈的增長(zhǎng)，其鍵能數(shù)據(jù)下降，表明熱穩(wěn)定性下降，碳 鏈越長(zhǎng)裂解反應(yīng)越易進(jìn)行。正構(gòu)烷烴裂解規(guī)律（1）烷烴反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，相同烷烴斷鏈比脫氫容易。 （2）斷鏈反應(yīng)的G較大，斷鏈?zhǔn)遣豢赡孢^程，脫氫是可逆過程。 （3）碳鏈越長(zhǎng)越易裂解。 （4）對(duì)于斷鏈反應(yīng)，在分子兩端斷鏈的優(yōu)勢(shì)大；斷 鏈所得的分子，較小的是烷烴，較大的是烯烴。（5）乙烷不發(fā)生斷鏈反應(yīng)，只發(fā)生脫氫反應(yīng),生成乙烯

7、；甲烷在一般裂解溫度下不發(fā)生變化。2、生碳結(jié)焦的反應(yīng)規(guī)律1）不同溫度下生碳結(jié)焦反應(yīng)經(jīng)歷著不同的反應(yīng)途徑。2）生炭結(jié)焦是典型的連串反應(yīng)。3）單環(huán)或少環(huán)芳烴>多環(huán)芳烴>稠環(huán)芳烴>液體焦油>固體瀝青>質(zhì)焦炭焦和炭的區(qū)別1)形成過程不同：烯烴經(jīng)過炔烴中間階段而生炭；經(jīng)過芳烴中間階段而結(jié)焦。2)氫含量不同:炭幾乎不含氫，焦含有微量氫（0.1-0.3）。3、裂解原料的性質(zhì)及各自的影響（1）族組成-PONA值 表示餾分油中P、O、N、A的質(zhì)量百分含量烷烴P(paraffin)烯烴O(olefin)環(huán)烷烴N(naphtene)芳烴A(aromatics) 影響 對(duì)于原料來說，烷烴

8、含量越大，芳烴越少，則乙烯產(chǎn)率越高。（2）氫含量 表示方法：氫含量可以用裂解原料中所含氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，也可以用原料中C與H的質(zhì)量比（稱為碳?xì)浔龋┍硎疽饬x：可判斷原料可能達(dá)到的裂解深度、C4及 C4以下輕烴的收率。影響 對(duì)于原料來說，氫含量高則乙烯產(chǎn)率越高。烷烴氫含量高,芳烴則較低。 (3) 特性因數(shù)（K）（填空題）表征石腦油和輕柴油等輕質(zhì)油化學(xué)組成特性的一種因數(shù)，用 K 表示。 影響 1）K值以烷烴高，環(huán)烷烴次之，芳烴低。2）原料烴的K值，環(huán)烷烴，則乙烯產(chǎn)率。3）乙烯和丙烯總體收率大體上隨裂解原料K值的增大而增加。（4）芳烴指數(shù)（BMCI） 用以表征柴油等重質(zhì)餾分油中芳烴含量。影響 1）BM

9、CI愈大，油品的芳烴含量愈高。 2）正構(gòu)烷烴的BMCI值最小（正己烷為0.2），芳烴則相反（苯為99.8），因此烴原料的BMCI值越小則乙烯潛在產(chǎn)率越高。 BMCI，乙烯收率，但液態(tài)產(chǎn)物 3) 烴類化合物減少。BMCI，乙烯收率，但液態(tài)產(chǎn)物 BMCI ，乙烯收率，且易結(jié)焦4、裂解溫度-停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率影響 裂解深度取決于裂解溫度和停留時(shí)間 對(duì)于給定原料，相同裂解深度時(shí)，提高溫度，短停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)品有以下影響：1）可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦。2）抑制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對(duì)較低。 3) 使炔烴收率明顯增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的 雙烯烴/單烯烴的比增大。5、裂解過程中降低烴分

10、壓的方法（不能用抽真空的方法）添加稀釋劑 常用水蒸氣作為稀釋劑 原因 a易分離。裂解反應(yīng)后通過急冷可實(shí)現(xiàn)與裂解氣的分離。 b熱容量大，使系統(tǒng)有較大的熱慣性。當(dāng)供熱不穩(wěn) 時(shí)可起到穩(wěn)定溫度的作 c抑制硫?qū)︽囥t合金爐管的腐蝕。 d脫除積碳，抑制鐵鎳的催化生炭作用6、裂解深度的衡量參數(shù) a原料轉(zhuǎn)化率(科研 輕組分) b甲烷收率 c乙烯對(duì)丙烯的收率比 d甲烷對(duì)乙烯或丙烯的收率比 e液體產(chǎn)物的含氫量和氫碳比（重組分）f 裂解爐出口溫度（工業(yè)生產(chǎn)）g 裂解深度函數(shù)h 動(dòng)力學(xué)裂解深度函數(shù)KSF（科研）7、管式裂解爐的種類 SRT-型爐，超選擇性裂解爐（USC)，毫秒爐（USRT) 混合管裂解爐(LSCC)8、

11、裂解過程中急冷的方式包括間接急冷和直接急冷，工業(yè)上多采用間接急冷，急冷的目的終止裂解反應(yīng)，回收廢熱。間接急冷易生碳結(jié)焦9、裂解氣預(yù)分餾的目的和任務(wù) 任務(wù)：（1）盡可能降低裂解氣的溫度。（2）盡可能分餾出裂解氣的重組分。 (3) 在裂解氣的預(yù)分餾過程中將裂解氣中的稀釋蒸汽以冷凝水的形式分離回收，用以再發(fā)生稀釋蒸汽。 (4) 繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量 目的：（1）保證裂解氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低裂解氣壓縮機(jī)的功耗。 (2) 減少分離系統(tǒng)負(fù)荷。 (3) 減少污水排放。10、酸性氣體的危害(1) CO2在低溫下結(jié)成干冰，堵塞管道(2) H2S使催化劑中毒(3) 下游加工裝置產(chǎn)品達(dá)不到規(guī)定規(guī)格，聚合等

12、過程催化劑中毒 脫酸的方法(1)堿洗法 NaOH為吸收劑化學(xué)吸收不可回收（2）乙醇胺法 MEA一乙醇胺 DEA二乙醇胺為吸收劑 化學(xué)、物理吸收結(jié)合 可回收脫水方法吸附干燥 吸附劑：3A分子篩、活性氧化鋁脫炔 （乙炔甲基乙炔丙二烯）脫炔方法 溶劑吸收法和催化加氫法常用的溶劑 二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、丙酮11、裂解氣分離中溫度最低部位甲烷塔塔頂，塔釜溫度最高。12、壓縮和制冷系統(tǒng) 制冷劑的選擇 丙烯常壓沸點(diǎn)為-47.7，可作為-40溫度級(jí)的制冷劑。乙烯常壓沸-103.7，可作為-100溫度級(jí)的制冷劑。甲烷常壓沸點(diǎn)為-161.49，可作為-120160溫度級(jí)的制冷劑。常用

13、制冷劑中氨的沸點(diǎn)最高，氫的沸點(diǎn)最低。13、裂解氣分離裝置由凈化系統(tǒng)、壓縮和制冷系統(tǒng)和精餾分離系統(tǒng)組成14、順序分離流程是后加氫15、生產(chǎn)乙烯精餾塔乙烯損失最多處是冷箱尾氣16、乙烯塔中塔頂?shù)幂p組分乙烯，塔釜得重組分乙烷17、非絕熱精餾指設(shè)有中間再沸器和中間冷凝器的精餾塔是非絕熱精餾塔。第四章芳烴轉(zhuǎn)化過程1、芳烴轉(zhuǎn)化的主要化學(xué)過程1.異構(gòu)化反應(yīng)2.歧化反應(yīng)3.烷基化反應(yīng)4.烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)與歧化反應(yīng)互為逆反應(yīng)5.脫烷基化反應(yīng)2、脫烷基化方法：烷基芳烴催化脫烷基（不適用于甲苯脫甲基制苯） 烷基芳烴催化氧化脫烷基 烷基芳烴加氫脫烷基（分為催化法和熱法） 烷基苯水蒸氣脫烷基3、為了增加二甲苯的產(chǎn)量，常在甲

14、苯原料中加入C9芳烴（C9芳烴的作用）4、C8芳烴的異構(gòu)化 催化劑（1）無定型SiO2Al2O3催化劑，不能使乙苯異構(gòu)化。（2）鉑/酸性載體催化劑，能催化乙苯異構(gòu)化。（3）ZSM分子篩催化劑：ZSM-4和NiHZSM-5注意：ZSM-4 不能使乙苯異構(gòu)化，NiHZSM-5可使乙苯異構(gòu)化。（4）HFBF3催化劑5、鄰二甲苯的分離-精餾法 對(duì)、間二甲苯的分離-深冷結(jié)晶分離法，絡(luò)合萃取分離法（成功的是日本三菱瓦斯公司的MGCC法，是目前有效分離間二甲苯的唯一工業(yè)化方法。），模擬移動(dòng)床吸附分離法 C8芳烴單體的分離 沸點(diǎn)差異 精餾法凝固點(diǎn)差異 深冷結(jié)晶法配合物穩(wěn)定性 絡(luò)合分離吸附能力不同 吸附分離第五

15、章 合成器的生產(chǎn)過程1、固定床間歇法 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)6個(gè)階段（見課本158頁(yè)）2、各制水煤氣的方法所使用的設(shè)備固定床連續(xù)氣化法魯奇氣化爐流化床氣化法溫克勒爐氣流床氣化法（K-T爐）和德士古氣化爐3、以天然氣為原料制合成氣方法蒸汽轉(zhuǎn)化法（需要外部供熱）和部分氧化法（不需要外部供熱）4、使甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣催化劑中毒原因1）S可逆性中毒2）As 永久性中毒3）鹵素永久性中毒5、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝條件(1) 壓力3MPa 采取加壓的原因： 1. 提高傳熱效率； 2. 節(jié)省動(dòng)力消耗；降低后續(xù)工段的氣體壓縮功 3.減小設(shè)備、管道的體積，提高設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度。（2）反應(yīng)溫度 .一段轉(zhuǎn)化爐在800左右；采取變

16、溫反應(yīng)器的原因1）入口端：甲烷含量高，應(yīng)降低裂解速率， 溫度不超過500。2）離入口1/3處，溫度必須嚴(yán)格控制在<650， 使大部分甲烷轉(zhuǎn)化。3）離入口1/3處以后，溫度高于650，此時(shí)，生成的氫氣，可抑制甲烷的裂解析碳反應(yīng)。消碳速率快，因此不可能積碳。二段轉(zhuǎn)化爐溫度控制在1000，(3)水碳比3.5(4)氣流速度碳空速10002000h-16、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化主要設(shè)備包括一段轉(zhuǎn)化爐（包括輻射段和對(duì)流段 管間加熱）和二段轉(zhuǎn)化爐（管內(nèi)加熱）7、綜合題1（見課本170頁(yè)）8、一氧化碳變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng) 工藝條件：低溫、高水碳比（H2O/CO）有利于平衡右移， 壓力對(duì)平衡無影響。9、CO變換

17、反應(yīng)催化劑:中高溫變換催化劑鐵鉻系、低溫變換催化劑銅基變換催化劑（不耐硫）、寬溫變換催化劑鈷鉬系耐硫變換催化劑（耐硫）10、變換反應(yīng)器的類型 中間間接冷卻式多段絕熱反應(yīng)器（換熱式）；反應(yīng)熱的移出方式：冷卻時(shí)將反應(yīng)氣體引至熱交換器中進(jìn)行間接換熱降溫。原料氣冷激式多段絕熱反應(yīng)器；反應(yīng)熱的移出方式：向反應(yīng)器中添加冷原料氣進(jìn)行直接冷卻的方式。水蒸汽或冷凝水冷激式多段絕熱反應(yīng)器；反應(yīng)熱的移出方式：可利用 水蒸氣或冷凝水作冷激劑，其熱 容量大，降溫效果好。11、CO變換流程：常壓、加壓；兩段中溫變換（高 變）、三段中溫變換（高變）、高低變串連流程12、脫S方法有干法和濕法兩大類干法包括吸附法和催化轉(zhuǎn)化法

18、吸附法吸附劑：氧化鋅、分子篩、活性碳、氧化鐵。催化轉(zhuǎn)化法使用加氫脫硫催化劑又稱鈷鉬加氫脫硫劑13、脫CO2-低溫甲醇洗滌法即可脫硫又可脫CO2第六章 加氫與脫氫過程1、催化加氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析中反應(yīng)溫度的影響 選擇最適宜溫度的原因a.不可逆反應(yīng)：T，r， 考慮副反應(yīng)、能耗、材質(zhì)，選TOP b.可逆反應(yīng):T，開始k1占主導(dǎo)地位r ； 然后T，r。2、不同烴類加氫順序（1）單獨(dú)加氫時(shí)：r烯烴> r炔烴> r芳烴， r二烯烴> r烯烴（2）共同存在：r炔烴> r二烯烴> r烯烴> r芳烴3、催化脫氫所使用的催化劑（1）Cr2O3/Al2O3 不能用水蒸氣做稀釋劑，直

19、接減壓操作（2）氧化鐵系催化劑 活性組分是Fe2O3，起催化作用的是Fe3O4，H2O：稀釋劑，氧化劑4、合成氨中CO脫除的方法(1)銅氨液吸收法:高壓和低溫下用銅鹽的氨溶液吸 收CO、CO2、O2和H2S。 (2)深冷分離法:液氮把少量的CO及殘余CH4、Ar除 去。 (3)甲烷化法:CO、CO2和H2反應(yīng)生成CH4和水。 (4)低溫甲醇洗滌法：甲醇吸收H2S、CO2和少量 CO。5、合成氨所用催化劑：鐵系催化劑活性組分Fe3O4，起催化作用-Fe6、氨合成特點(diǎn)： 1)受平衡條件限制，合成率不高，氨合成是帶循環(huán)的系統(tǒng)； 2）反應(yīng)后氣體中所含氨必須進(jìn)行冷凝分離； 3）需定期或連續(xù)放空循環(huán)氣（弛

20、放氣）； 4）采用循環(huán)壓縮機(jī)彌補(bǔ)壓力降的損失。7、合成氨工藝流程圖（見課本200頁(yè)）8、合成氨所用高壓反應(yīng)器的特點(diǎn)（1）承受高壓的地方不承受高溫，而受高溫的地方不承受高壓，由外筒和內(nèi)件構(gòu)成。（2）單位空間利用率高，以節(jié)省鋼材。內(nèi)筒應(yīng)盡可能多裝催化劑 。（3）開孔少，以保證筒體強(qiáng)度。9、氨合成反應(yīng)器類型1）多層軸向激冷式氨合成塔（換熱器的位置塔的上部）2）徑向多段冷激式氨合成塔（下部）3）內(nèi)部間接連續(xù)換熱式氨合成塔（中部）10、合成甲醇催化劑1）ZnO-Cr2O3活性溫度范圍：30MPa，380400（鋅-鉻系催化劑）2) CuO-ZnO-Al2O3 活性溫度范圍：510MPa，230270（銅

21、基系催化劑）11、合成甲醇工藝特點(diǎn)類似于合成氨特點(diǎn)12、綜合題（見課本209頁(yè)）13、乙苯脫氫催化劑，活性組分Fe2O3，起催化作用Fe3O414、乙苯脫氫反應(yīng)器1）外加熱列管式反應(yīng)器，供熱方式：高溫?zé)煹罋猓魵獾淖饔茫合♂寗?）絕熱式等溫反應(yīng)器。供熱方式：過熱蒸汽，水蒸氣的作用：稀釋，載熱。15、正丁烯氧化脫氫制丁二烯（強(qiáng)吸熱反應(yīng)） C4餾分分離方法：采用萃取精餾法，提取萃取劑：N甲基吡咯烷酮；二甲基甲酰胺；乙腈。16、氧化脫氫法的優(yōu)點(diǎn)1）反應(yīng)溫度低。2）打破化學(xué)平衡的限制，提高了反應(yīng)速率。3）放熱反應(yīng)，可省去供熱設(shè)備。4）催化劑結(jié)焦少，壽命長(zhǎng)。5）壓力對(duì)氧化脫氫影響小，減壓操作或水蒸氣

22、稀釋并非必要。6)轉(zhuǎn)化率和選擇性可同時(shí)提高。17、正丁烯氧化脫氫制丁二烯該反應(yīng)在任何溫度下平衡常數(shù)都很大，可視為一個(gè)不可逆反應(yīng)18、催化劑 1）鉬酸鉍系列催化劑 活性組分：Mo或Mo-Bi氧化物，載體：SiO22）鐵酸鹽類尖晶石催化劑 活性組分：Fe2O319、鐵系催化劑的總結(jié)反應(yīng)類型活性組分起催化作用CO變換Fe2O3Fe3O4乙苯脫氫Fe2O3Fe3O4合成氨Fe3O4-Fe正丁烯氧化脫氫鐵酸鹽-Fe2O320、正丁烯氧化脫氫制丁二烯的工藝流程分為反應(yīng)部分，丁二烯分離和精制，未轉(zhuǎn)化的正丁烯回收21、丁二烯的分離采用二級(jí)萃取精餾的方法 萃取劑為乙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等第七章 烴類選擇性氧化1、部分氧化的特征1.反應(yīng)放熱量大2.反應(yīng)不可逆3.氧化途徑復(fù)雜多樣4.過程易燃易爆2