[化學]化學工藝基礎課件

1、 化學工藝基礎化學工業(yè)分類 1 按原料劃分 煤化工，石油化工，生物化工 2 按產(chǎn)品劃分 基本有機化工，無機化工，高分子化工， 精細化工。 3 按產(chǎn)品用途劃分 醫(yī)藥，農(nóng)藥、化肥，染料，涂料 化工產(chǎn)品 1 無機產(chǎn)品 I 三酸（硫，硝，鹽）兩堿（純堿，燒堿）與化肥 II無機鹽 III 工業(yè)氣 H2 O2 Cl2 IV元素化合物 氧化物，鹵化物 V 單質(zhì) 鐵 鋁2、基本有機化工產(chǎn)品： 三烯（乙、丙、丁二），三苯（苯、甲苯、二甲苯），乙炔、萘， 由此可生產(chǎn)各種有機化學產(chǎn)品：醇、酸、酮、醚、。 它們既可作原料，進一步加工成高分子材料和精細化工產(chǎn)品， 又可作為產(chǎn)品（溶劑吸收劑、冷凍劑等）使用。3 精細化工產(chǎn)

2、品： 加工程度深、批量小、純度高、附加值高、具有（賦予）特定 功 能化學品： 農(nóng)藥、染料、粘合劑、添加劑、催化劑、 化學原料藥、功能高的材料等 4 高分子化工產(chǎn)品 塑料、合成橡膠、合成纖維、粘合劑、涂料 5 生物化工產(chǎn)品：生物技術生產(chǎn)的化工產(chǎn)品：抗菌素，酶制劑、氨基酸、乙醇 、乙酸 石油、天然氣及其加工 石油組成 棕黑至黃褐色粘稠液體，不溶于水，有物殊氣味， 密度0.75-1.0 組成（復雜）：主要碳氫組成的烴，少量含N、O、S元素的 有機物，無機鹽和水 化合物 A 烴類（烷烴50-70%、環(huán)烷烴、芳烴） B 非烴類（含S、N、O的有機物）H2S 、 R-SH RSR C 膠質(zhì)瀝青 結(jié)構(gòu)復雜，

3、分子量大的環(huán)烷烴， 稠環(huán)芳烴，含雜原子的環(huán)狀化合物 天然氣組成： 蘊藏于地下的可燃氣 主成分是甲烷，C2-C4烷烴 及少量H2S CO2 *干氣 CH490%； *濕氣 C2-C415-20% 來源：氣井氣，油田伴生氣，煤原氣(瓦斯氣) 天然氣 輸前應除去H2O 、CO2 、H2S有害物（用堿吸收）; C2-C4成分可分離出來利用。 石油加工 開采出未加工的石油稱為原油。 原油加工，分為一次加工和二次加工 一次加工: *預處理（脫鹽，脫水） 減少設備腐蝕，降能耗； *常、減壓蒸餾 可生產(chǎn)石油產(chǎn)品：汽油，煤油，柴油 二次加工（化學過程） 催化裂化 催化重整 加氫裂化 蒸餾剩下的成分，是碳數(shù)多的大

4、分子烴；裂化可將直鏈烷烴: 斷裂，脫氫，異構(gòu)化，芳構(gòu)化，產(chǎn)生分子量小的烷烴，烯烴， 環(huán)烷烴，芳烴，氫氣 a 催化裂化. 原料 常、減壓蒸餾的重質(zhì)油 催化劑 X或Y重結(jié)晶硅酸鋁鹽 條件 T = 450-5300C ， P = 0.1-0.3Mpa 產(chǎn)物 液化氣、 汽油、 柴油b 催化重態(tài) 將低辛烷值石腦油，在鉑等催化下,與H氣作用生產(chǎn)高辛烷值汽 油或芳香烴反應 烷烴: 脫氫環(huán)化; 環(huán)烷: 脫氫,異構(gòu)化,芳構(gòu)化; 直鏈烷:異構(gòu)化、加氫裂化 催化劑 鉑 、鉑-錸 、鉑-銥 條件 425-5250C 0.7-3.5Mpa (含N、S、金屬較高，不宜催化裂化或重態(tài)的) 產(chǎn)物 高辛烷值汽油 芳香烴c 催化

5、加氫裂化 原料 : 重柴油、 減壓柴油、 減壓渣油等重質(zhì)油 催化劑: Ni 、Mo 、Co、W及貴金屬Pt 、 Pd 反應: 大分子量烷變小分子烷，直鏈烷異構(gòu)化， 多環(huán)烷開環(huán)裂化，多環(huán)芳開環(huán)裂化 條件： 中壓法5-10MPa 370-3800C；高壓法10MPa 、370-4500C 設備： 氣-液-固多相催化反應，滴流床或膨脹流化床 產(chǎn)物 ： 航空汽油 重整石腦油 d 熱裂解 原料: 乙烷 ,丙烷 ,石腦油 .煤油 .柴油等烷烴 條件 750-900 0C 產(chǎn)物 乙烯 丙烯 丁二烯 苯 甲苯 二甲苯 乙苯 煤的主要加工方法 煤 遠古植物經(jīng)長期地質(zhì)作用而形成的以碳元素為主的有機物 還含少量氫S

6、i 、Al 、Ca 、Fe、 Mg等。 我國煤儲量8000億噸，是主要能源，煤直接燃燒效率低，污染環(huán)境， 可進一步加工 1 干餾 隔絕空氣高溫分解，可生成焦碳、煤焦油、粗苯和焦爐氣 *高溫干餾 900-11000C 產(chǎn)焦炭、煤焦油、粗苯、氨、焦爐氣 *低溫干餾 500-600 0C 產(chǎn)半焦、低溫焦油（芳烴少，烷、環(huán) 烷、酚多）、煤氣 2 煤的氣化 煤（焦炭、半焦）與氣化劑在900-1300 0C的高溫下轉(zhuǎn)化成 *煤氣及*少量殘渣的過程 氣化劑： 空氣 水蒸氣 氧氣 煤氣組成 因煤種，氣化劑，氣化條件而異 （CO 、 CO2 、 H2、 N2 、 H2S）3 煤的液化 煤通過化學加工,轉(zhuǎn)化為液體

7、燃料的過程 a 直接液化 煤直接加氫液化, 需高溫（420-4800C）、 高壓10-20Mpa、催化劑； 產(chǎn)品： 液態(tài)烴人造石油 b 間接液化 煤制成合成氣后,在催化劑作用下,轉(zhuǎn)化成烴類燃料、 含氧化合物燃料,是柴油代用品。煤加工產(chǎn)品 ：焦炭、煤焦油、合成氣、燃料氣、粗苯、雜環(huán)化合物 農(nóng)副產(chǎn)品利用 綠色植物吸收太陽能,將CO水轉(zhuǎn)化成淀粉、纖維素.這是可再 生的物質(zhì)資源 1 淀粉 加淀粉酶可制葡萄糖，發(fā)酵可制乙醇等眾多化學產(chǎn)品， 改性后制成改性淀粉 羧甲基淀粉 2 纖維素 棉、麻可作織物，桔桿、芯殼皮可作活性炭、糠醛 3 油酯 動、植物油和脂肪是高級脂肪酸的甘油酯，可制脂肪酸， 甘油，制肥皂蓖

8、麻油可制尼龍，癸二酸辛酯（耐寒增塑劑） 礦物質(zhì)資源 1、鹽礦 電解食鹽水，生產(chǎn)燒堿、氯氣、氫氣、可制造燒堿、鹽 酸、聚氯乙烯等產(chǎn)品。 2、磷礦 生產(chǎn)磷肥，磷酸、單質(zhì)磷、磷化合物等。 3、硫鐵礦 主要用于生產(chǎn)硫酸。三廢處理優(yōu)先級 環(huán)境污染中化學污染物造成的危害很大：廢氣 廢水 廢渣； 三廢的形成和排放，污染了環(huán)境，浪費了資源。 廢物放錯地方的資源，動腦子研究可變廢為寶 從生產(chǎn)的源頭控制和預防三廢： 產(chǎn)品開發(fā) 工程設計 生產(chǎn)過程 統(tǒng)籌計劃 1 減少污染源 避免污染物生成； 2 再循環(huán) 本廠、 外廠利用； 3 后處理 本廠、集中處理 4排放 原子利用率 1991年美國著名有機化學家Trost提出。提

9、高化學合成的原子利 用率，使原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。不產(chǎn)或少產(chǎn)生副 產(chǎn)物或廢物 原子利用率=期望產(chǎn)品的摩爾質(zhì)量化學方程式中按計量數(shù)所 得的摩爾質(zhì)量 乙烯制備環(huán)氧乙烷反應的原子利用率 1）氯乙醇方法（ 二步法 ） CH2=CH2+ Cl2+ H2O - ClCH2CH2OH + HCl ClCH2CH2OH + Ca（OH）2+HCl C2H4O + CaCl2+2H2O 總反應 CH2=CH2+ Cl2 + Ca（OH）2 C2H4O + CaCl 2+ H2O 分子量 44 111 18 原子利用率 : 44 / 173 = 25 % (2)乙烯直接氧化法（一步法） C2H4 + O

10、2 C2H2O 原子利用率 : 44/44 = 100 % 開發(fā)新催化劑、新合成路線，減少反應步驟，采用新的合成原料， 使用對環(huán)境無害或低害物，加強物料回收、循環(huán)使用或綜合利用。一 化工生產(chǎn)過程 -原料*通過各個設備*完成某種化學、物理加工，*最終轉(zhuǎn)化為 合格產(chǎn)品的過程。 化工生產(chǎn)過程-由若干個加工程序（工序）組成，而每一工序 由若干設備組合而成。 化工生產(chǎn)的加工程序（工序）分兩類 a. 化學工序是以化學的方法改變物料化學性質(zhì)的過程（反應 過程）。 化學工序由單元反應過程構(gòu)成。按其特點，單元反應過程有： 磺化、硝化、氯化、氧化還原、水解、縮合等。 b. 物理工序只改變物料物理性質(zhì)，不改變物料化

11、學性質(zhì)的操 作；物理工序是化工單元操作，如流體輸送、傳熱、蒸餾 干燥、蒸發(fā)、萃取、吸收、過濾、破碎等。 二 化工生產(chǎn)的主要操作 1 化工生產(chǎn)的主要操作 a 反應化工生產(chǎn)過程的核心，其它操作皆為反應組織和實施。 b 分離提純反應原料的凈化，產(chǎn)品的分離與提純； 依物料的物性（沸、溶點、溶解度、密度）差別，將混合物 分離提純成較純的物質(zhì)，如蒸餾、吸收、吸附、萃取等。 c 改變溫度熱量交換；反應速度、物料聚集狀態(tài)、物理性質(zhì) 都與溫度有關，改變溫度可調(diào)節(jié)它們。 改變溫度通過換熱器來實現(xiàn)，冷熱流間用易導熱材料隔開， 傳熱量由兩流體溫差和傳熱面積決定。 d 改變壓力能量交換；氣相反應中壓力可改變反應物濃度，

12、 改變壓力可改變相變條件，壓力可克服液體流動阻 力。改變壓力通過泵壓縮機來實現(xiàn)。 c 物料混合按配比混合，達到生產(chǎn)需要的濃度 。 2 化工過程的組織 原料凈化和預處理；化學反應過程；產(chǎn)品分離與提純；三廢處理 及綜合利用。 原料準備：反應所需各種原輔材料的貯存、凈化、干燥、配制 等操作。 反應過程：反應條件的準備（混合、預熱）反應的進行（溫壓調(diào) 節(jié)）產(chǎn)物冷卻、輸送等操作。 分離工序：將產(chǎn)物提純精制，將反應的原料、溶劑、副產(chǎn)物分離 回收。 綜合利用：將未反應原料、溶劑、副產(chǎn)物、催化劑分離提純， 回收利用。 三廢處理：廢氣、廢水、廢渣的處理、廢熱回收利用。 輔助工序：動力（電、汽、水）機修、儀器儀表

13、，分析檢驗、 安全環(huán)保。三 化工生產(chǎn)的操作方式 間歇操作：一次投料、反應后一次出料， 過程中溫度、壓力、組成等隨時間變化。 間歇操作開停工容易，生產(chǎn)批量伸縮余地大，品種易切換。 適于小批量，多品種，反應時間長的產(chǎn)品生產(chǎn)。 連續(xù)操作：連續(xù)投料，連續(xù)出料， 生產(chǎn)條件(溫度、壓力、組成)不隨時間變化，質(zhì)量穩(wěn)定， 易自動化。 適于大批量生產(chǎn)。 半連續(xù)操作：a、一次加料，連續(xù)不斷出料； b、連續(xù)加料一次性出料； c、一物料連續(xù)加另一則分批加， 出料可連續(xù)也可間歇出。四、工藝流程 1 工藝流程 原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品： 通過各種反應設備和其它設備以及管路等全過程； 經(jīng)歷化學和物理的全部措施； 是多種單元反應過程、

14、化工單元操作的有機組合。 2 工藝流程圖 -以圖解的方式表示化工生產(chǎn)過程 設備：畫其形狀示意； 設備間管線：物料流向； 圖形或文字解釋：設備間關系，全部原料、中間體、半成 品、成品、副產(chǎn)品的各種名稱及流向。 3 工藝流程圖分類： *生產(chǎn)工藝流程圖； *物料流程圖； *帶控制點的流程圖。A 生產(chǎn)工藝流程圖 設備用 *形狀示意圖或 *方框畫出，表示化工單元操作和單元 反應過程； 箭頭 表示物料或載能介質(zhì)的流向 輔助文字說明。B 物料流程圖：由 *框圖 *流向連線組成，框圖內(nèi)注明： 過程名稱； 流程序號； 物料組成及其數(shù)量；c 帶控制點的工藝流程圖，也稱施工流程圖。 用它便可以實施生 產(chǎn)，信息量很全

15、，包括 全部設備及其（縱向）連接關系； 物料管路流向； 輔助管路（蒸氣冷卻水、真空、壓縮空氣等）及其流向； 閥門管件、計量控制儀表、測量控制儀表； 地面及廠房各層標高五 1 醋酸乙烯酯合成工序框圖各單元操作寫于框中，物料流向明確，框圖簡捷明了說明過程 2 工藝流程圖 各設備按其外形主視圖表示，各物料介質(zhì)流向按實際寫出，反映 了實際生產(chǎn)情況。 3 記住常用設備代號 塔： T； 反應器 ： R； 容器： V； 換熱（蒸發(fā)）器：E； 泵 ： P； 風機： C； 工業(yè)爐： F 煙囪 ： S；六 化工過程的參數(shù) 化工過程的參數(shù)影響過程運行狀態(tài)的物理量。 常作為生產(chǎn)過程的控制指標。 工藝條件一定，則參數(shù)值

16、一定；工藝改變，參數(shù)改變。 1 溫度反映物料內(nèi)部分子熱運動的劇烈程度， 溫度的單位有、K、 2 壓力反映設備內(nèi)物質(zhì)的量及其能量的大小。 表示方法：表壓、絕對壓力、真空度。常用單位 Pa 1atm = 760mmHg = 10.336mH2O = 101.3Kpa3 流量與流速 流量：單位時間內(nèi)流過管道（設備）某一截面的流體量 a、體積流量-以物料體積表示流體量 b、質(zhì)量流量-以物料質(zhì)量表示流體量 氣體的體積流量表示時，要注以溫度、壓力， 常以標準狀態(tài)（0、103.3 Kpa）下的體積表示。 流速：單位時間內(nèi)流體流過的距離。 生產(chǎn)中常以體積流量與管道截面積之比表示流速 流速= 體積流量/管道截面

17、積 流量反應設備生產(chǎn)負荷大小， 流速反應物料在設備內(nèi)的流動狀態(tài)、質(zhì)量及熱量的傳遞情況4 物料的組成 混合物料的組成表示方法 質(zhì)量分數(shù) = 某組份質(zhì)量/總質(zhì)量 體積分數(shù) = 某組份體積/總體積； 摩爾分數(shù) = 某組分物質(zhì)的量/總物質(zhì)的量。 *液態(tài)、固態(tài)物質(zhì) 常用質(zhì)量分數(shù)和摩爾分數(shù) 質(zhì)量易稱量也 *氣體混合物 常用體積分數(shù)，易量也 a 氣體混合物 干基準不包括水氣在內(nèi)計算的組成含量 （氣體總量不計算H2O） 濕基準包括了水氣在內(nèi)計算的組分含量 b、溶液 溶液中溶質(zhì)的含量可用濃度表示。 質(zhì)量濃度單位體積溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量數(shù)（kg/m3、kg/L） 摩爾濃度單位體積溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量（mol/L km

18、ol/m3） 質(zhì)量摩爾濃度每千克溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量（mol/ kg）各種濃度表示方法的定義要記清七 質(zhì)量守恒與能量守恒 化工生產(chǎn)中物料的組成和能量，都會隨化學變化和物理變化而 發(fā)生變化，應掌握其變化規(guī)律，維持化工過程的正常運行。 1 質(zhì)量守恒 同一時間內(nèi)進入某設備（工序）的物料的質(zhì)量總和，等于離開該 設備（工序）的物料、損失的物料和累積的物料的質(zhì)量的總和。 G=G出+G損+G積累 2. 能量守恒 化工過程能量形式有機械能、電能和熱能，以熱能為主， 能量守恒就是熱量守恒 Q=Q出+Q損+Q積累+Q交換八. 化工生產(chǎn)經(jīng)濟評價 在一定質(zhì)量要求的前提下，一要看產(chǎn)出的速度，二要看其消耗 1生產(chǎn)能力

19、 一臺設備（一套裝置/一個工廠）在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量， 如年產(chǎn)5萬噸乙烯：50 kt/（a*臺） 加工能力-原料處理量，煉油廠5000 kt/a（5mt/a），一年可將 500萬噸原油煉制加工成各種油品 設計能力- 最佳條件下可達到的最大生產(chǎn)能力（理論能力） 核定能力-在現(xiàn)有條件（基礎、技術、管理）下的生產(chǎn)能力 現(xiàn)有能力（也稱計劃能力）-在現(xiàn)在技術條件下和計劃年度 內(nèi)計算確定的生產(chǎn)能力。 2生產(chǎn)強度 單位體積（面積）的設備，在單位時間內(nèi)，生產(chǎn)的產(chǎn)品量或加工的原料量 。 化學或物理過程相同的兩臺設備，可用生產(chǎn)強度評價兩者優(yōu)劣。 時空收率單位時間內(nèi)單位體積催化劑所生產(chǎn)的產(chǎn)品量， 可表示催化反應

20、裝置的生產(chǎn)強度 如醋酸乙烯酯合成 乙炔氣相法時空收率為1-2 t/d*m3催， 乙烯氣相法時空收率為67 t/d*m3催， 顯然乙烯氣相法好 3消耗定額 生產(chǎn)產(chǎn)品要消耗 ：原料、水、電、汽、燃料，為降低消耗， 要依據(jù)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)和生產(chǎn)技術條件規(guī)定原材料的消耗定額。 消耗定額是評價化工生產(chǎn)的一個技術經(jīng)濟指標，消耗定額低、 產(chǎn)品成本自然低。 a、原料消耗定額 *理論消耗定額 按照化學計量方程式計算所得，是生產(chǎn)單位產(chǎn)品必須消耗原料量的理論值、最小值 *實際消耗定額 實際生產(chǎn)所發(fā)生的消耗，包括理論消耗和各種損耗（副反應、損失、隨廢物流失）的原材料的消耗定額。 原料利用率 = （理論消耗定額 / 實際消

21、耗定額 ）100% b、公用工程消耗定額 水、電、汽、冷等公用系統(tǒng)稱公用工程。生產(chǎn)單位產(chǎn)品消耗的 水、電、蒸汽、燃料的量 c、減少消耗途徑 原料消耗量是降成本的關鍵（原料消耗占成本的60-70%）； 采用選擇性優(yōu)良的催化劑，減少副產(chǎn)物； 改善工藝參數(shù)和操作條件（T、P、配比、濃度）； 維護設備，減少跑、冒、滴、漏； 加強管理和技術培訓、避免事故發(fā)生。4. 轉(zhuǎn)化率 某反應物轉(zhuǎn)化掉的量占投入該 反應物總量的百分率 注意：注明反應物，同一反應，反應物不同轉(zhuǎn)化率也不同； 起始狀態(tài)； 操作方式 是連續(xù)操作還是間歇操作， 如果物料連續(xù)操作，則要看有無循環(huán)，又分為: a 單程轉(zhuǎn)化率 物料一次性通過反應器的轉(zhuǎn)

22、化率， 反應器進口A的量包括 *新鮮原料中A的量 *循環(huán)物料中A的量。b 全程的轉(zhuǎn)化率 新鮮料進入系統(tǒng)到離開反應系統(tǒng)所達到的轉(zhuǎn)化率合成醋酸乙烯流程 循環(huán)乙炔（4400kg/h） 馳放乙炔（50kg/h） 新乙炔（600kg/h） 混乙炔（5000kg/h） 混合物（4450kg/h） 反應器內(nèi)轉(zhuǎn)化掉A的量 = 新進入的600 放走的50 （質(zhì)量守恒）， *循環(huán)量 大,動力消耗、分離負荷大、不經(jīng)濟 *惰性物質(zhì) 隨反應和分離而積累，影響反應速率及生產(chǎn)壓力， 可排放氣體以減少之，乙炔馳放的原因，。c. 平衡轉(zhuǎn)化率 可逆反應達平衡時的轉(zhuǎn)化率。 它是能夠達到的最大轉(zhuǎn)化率，需要時間很長，生產(chǎn)上無意義。5

23、選擇性 原料在進行主反應時不可避免伴有副反應，使原料利用率降低。 選擇性 -是某反應物參加主反應的量占其總反應量的百分率， 反映了主、副反應的相對大小程度：選擇性S大，原料利用率高。 選擇性 是目的產(chǎn)物的產(chǎn)出率，或原料的利用率 或 選擇性可用以評價反應過程效率的高低。 6 收率（產(chǎn)率） 生成目的產(chǎn)物所轉(zhuǎn)化的某反應物的量,占投入該反應物的量的 百分比。*轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率反映的是化學反應（微觀）的效率*轉(zhuǎn)化率 從反應物著眼，反映的是化學反應的轉(zhuǎn)化效率，利用效率*選擇性 反映的是多個反應中生成目標產(chǎn)物的比例 轉(zhuǎn)化過程的效率*收率 從產(chǎn)物著眼，反映轉(zhuǎn)化過程的總效率 對同一反應物：轉(zhuǎn)化率X、選擇性S

24、、收率Y三者有關系 Y = X * S XA某反應物反應掉的比例* S反應生成目的產(chǎn)物的比例 = Y生成目的產(chǎn)物的比例。 無副反應 S = 1 時，收率 = 轉(zhuǎn)化率， 因為反應掉的反應物全生成了 目的產(chǎn)物。 化學反應 要追求高收率，不能單純追求 高轉(zhuǎn)化率（選擇性低、產(chǎn)生大量副產(chǎn)物）或 高選擇性（轉(zhuǎn)化率低（難分離）、反應慢、濃度低）。 質(zhì)量收率=目的產(chǎn)物質(zhì)量/某原料的投入質(zhì)量100%7 化學反應的限量物和過量物 一般化學反應都是可逆反應，由于平衡常數(shù)不太大，總有一 些 反應物剩余。 限量物-化學反應中按最小化學計量數(shù)投料的反應物， 稱為限量反應物，簡稱限量物。 對價格昂貴或者難以得到的反應物，我

25、們總希望盡量用完，少 剩，使其盡可能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 過量物-超過限量物、不完全反應的另一反應物，稱為過量反應 物，簡稱過量物。 對價格低廉、易得的反應物，可以多加點，以促使限量物盡可 能全轉(zhuǎn)化。 如醋酸乙烯合成中，醋酸較乙烯價貴，醋酸少投，是限量物，乙 炔多投，是過量物。 過量百分數(shù)-過量物超過限量物所需理論量的部分占所需理論量 百分率稱作過量百分率。 過量物的物質(zhì)的量 過量物與限量物完全反應所消耗的物質(zhì)的量8 原料配比 反應物料的摩爾比：加入反應器各組分物質(zhì)的量之比， 反映投料中各組分的比例關系。 原料配比，可以按化學反應式的計量系數(shù)之比投放， 也可不按化學計量系數(shù)比投。大多不按計量系數(shù)比投料

26、。 醋酸乙烯酯合成中，化學計量系數(shù)比為1：1， 實際投料按 乙炔 2.53 ：醋酸 1 投。 九 化學平衡和化學反應速率的影響因素 -工藝因素 ： T , P , 濃度 目的 : 提高反應選擇性(盡量主反應),減少副反應,降低消耗，增加 目標產(chǎn)物產(chǎn)率，抓住影響反應的主要因素，使反應在最佳 條件下進行,安全,優(yōu)質(zhì)，高效,低耗。 1.溫度 a 平衡常數(shù)K 溫度對平衡常數(shù)的影響，先看反應熱，然后確定調(diào)溫方向 H O 反應吸熱，T升K增大，平衡產(chǎn)率增加，有利： H O 反應放熱，T升K減小，平衡產(chǎn)率下降，不利。 b 反應速率 i 一般規(guī)律 溫度升高,速率常數(shù)增大,每升10C,速率常數(shù)增大 24倍 ii

27、 速率常數(shù) 低溫范圍增大的幅度大于高溫范圍,低溫升溫更 有效!如，同樣升高100K 在100200K比 1000K1100K 變化率大 iii E(活化能) E值大的反應,升溫相同幅度,反應速率增大更快 *對可逆反應,改變溫度，則主、副反應,正、逆反應速率都會改 變；哪一反應的活化能數(shù)值大,這一反應速度就大, 化工生產(chǎn) 正是利用此特點正確選擇并嚴格控制反應溫度,提高 反應過程的效率.2 壓力 有氣相參與的化學反應影響很大； 僅有液、固相的反應,影響較小 a 化學平衡 i 反應后 分子數(shù)增加的反應,降低壓力 可提高平衡產(chǎn)率 ii 反應后 分子數(shù)減少的反應,增大壓力 可提高平衡產(chǎn)率 iii 反應后

28、 分子數(shù)無變化的反應,壓力對化學平衡無影響 b 反應速率 i 壓力增大,氣體體積減小,氣體分子濃度增加,反應速率加快 ii 惰性氣體含量增大,總壓不變,反應物分壓降低,反應速率降低 (反應后分子數(shù)減少的反應,則有利) *壓力過高 增大動力消耗及投資3 反應物濃度 反應物濃度增加,反應速率增大 a 濃度增大的方法 i 液相反應 *增大反應物的溶解度 *溶劑蒸出 *可逆反應不斷投入反應物/取出產(chǎn)物 *反應與分離偶合 ii 氣相反應 *增大壓力 *降低惰性氣體的分壓 b 間歇操作,濃度變化規(guī)律 i 初期 反應物濃度高,反應速率快 ii 隨反應進行，反應物濃度逐漸下降，反應速度也隨之降低。 催 化 劑

29、一. 催化劑定義 1.催化劑是一種: i 能改變化學反應速率， ii 其自身組成，質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應前后保持不變的物質(zhì)。 2. 催化劑反應有催化劑參與的反應 均相催化 非均相催化 生物（酶）催化3. 催化劑的特性 a i 參與化學反 ii 改變反應途徑 iii 降低了反應活化能，從而加快反應速率 v 自身在反應前后組成、 質(zhì)量、 性質(zhì)不變 b 不能改變化學平衡-既加快正反應，同時也加快逆反應 c 具有特殊的選擇性：不同的反應需不同的催化劑， 同一反應物用不同催化劑得到不同產(chǎn)物（如乙烯在不同催化 劑作用下，不同反應條件下可獲得不同產(chǎn)品） 利用特殊的選擇性 抑制副反應，促進主反應， 節(jié)省原料，意

30、義重大二 催化劑的構(gòu)成 固體催化劑是：a. 多孔性顆粒 b. 使用條件下，不液化、汽化和升華 1主催化劑（活性組分） 單獨存在，具有催化活性的物質(zhì) 2助催化劑 單獨存在無明顯催化作用，但少量與活性組分配 合，則可顯著提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性的物質(zhì)。 3載體 分散、承載、粘合或支持催化劑組分的物質(zhì)。比表面 積大、耐高溫的固態(tài)物質(zhì) 最常用 4制作 活性組分與助催化劑經(jīng)特殊加工，用載體在其中浸漬、 沉淀、混捏,制成固體催化劑三 工業(yè)生產(chǎn)對催化劑的要求 1.高活性 活性指改變化學反應速率的能力，反映催化劑作用 之大小 活性表示法：*轉(zhuǎn)化率 *空時產(chǎn)量 *空間速度 a. 轉(zhuǎn)化率 一定（相同）工藝

31、條件（T，P，配比，時間）下， 在某催化劑作用下，轉(zhuǎn)化率高，此催化劑活性高 b. 空時產(chǎn)量 一定反應條件下，單位體積或質(zhì)量催化劑在單 位時間內(nèi)生成的目的產(chǎn)物的質(zhì)量 （ 固、液態(tài)物質(zhì)，易稱量） kg/m(kg).h c. 空間速度空速：單位體積催化劑通過的原料氣在標準狀態(tài) (00C，1013Kpa)下的體積流量 m3/m3h 或 單位時間單位體積催化劑處理原料氣（標態(tài)）體積 d. 比活性 催化反應速度常數(shù)與催化劑表面積的比值， e. 活性衰變規(guī)律 i 成熟期：新買的催化劑是鈍化態(tài)， 預處理可使活性組分恢復活性形態(tài) ii 活性穩(wěn)定期： 正確工藝條件下使 用（凈化毒物，不超溫 壓）催化 活性保持基本

32、穩(wěn)定（僅緩慢下降） iii 衰老期 活性迅速下降期，再生也 難以恢復活性2 選擇性 催化劑加快主反應速度的能力，反映催化劑的優(yōu)劣3. 壽命從開始使用到經(jīng)再生也難以恢復活性為止的時間。 壽命長短 指活性穩(wěn)定期的長短，穩(wěn)定期長，性能好。 活性穩(wěn)定期與催化劑種類、使用條件有關，如有毒物不嚴格凈化， 超溫使用，活性表面結(jié)構(gòu)變化，則失去活性。 4 穩(wěn)定性 化學穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性， 機械強度(耐壓、磨、沖擊)穩(wěn)定性：破碎、粉化，增大壓力降,耗 能迅速增大。 理想的催化劑 較高的選擇性和活性，較長的使用壽命， 機械強度大。 四催化劑的使用 1 預處理（活化） 嚴格按說明書對催化劑進行預處理，使達 到活性要求 2. 嚴格工藝條件下使用 a. 原料氣嚴格凈化，水凈化。 b 嚴格工藝操作條件，勿超溫、超壓、事故等誤操作 3失活與再生 催化劑失活可能是 化學原因（毒物反應）, 物理原因（析炭覆蓋）或 物化原因（高溫下微晶融合長大）; 失活有*暫時性和*永久性之分。 恢復催化劑的活性就是再生， 如表面析炭：不怕氧化的催化劑可用氧燒去（石油烈解催化劑）, 怕被氧化的催化劑（乙苯脫氫時）可用水蒸氣將積炭除去 4. 儲存、運輸、裝填 裝填要均勻，各組列管反應器壓力降要一致十一