丙烷單程轉(zhuǎn)化率為丙烯選擇性為

1、丙烷單程轉(zhuǎn)化率為丙烯選擇性為 2 化工消費過程及流程2.1 化工消費過程及工藝流程 2.2 化工過程的主要技術(shù)指標(biāo) 2.3 反響條件對化學(xué)平衡和反響速率的影響 2.4 催化劑的性能及使用 2.5 反響過程的物料衡算和熱量衡算2.1 化工消費過程及工藝流程2.1.1 化工消費過程 化工消費過程一般可概括為原料預(yù)處理、化學(xué)反響和產(chǎn)品別離及精制三大步驟。 1原料預(yù)處理 主要目的是使初始原料到達反響所需要的狀態(tài)和規(guī)格。 2化學(xué)反響 通過該步驟完成由原料到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變，是化工消費過程的核心。 3產(chǎn)品的別離利精制 目的是獲取符合規(guī)格的產(chǎn)品；并回收、利用副產(chǎn)物。 2.1.2 化工消費工藝流程 原料需要經(jīng)過包括

2、物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換的一系列加工，方能轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)品施行這些轉(zhuǎn)換需要有相應(yīng)的功能單元來完成，按物料加工順序?qū)⑦@些功能單元有機地組合起來，那么構(gòu)筑成工藝流程。將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程稱為化工消費工藝流程。2.2 化工過程的主要技術(shù)指標(biāo) 2.2.1 消費才能和消費強度 1消費才能系指一個設(shè)備，一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)消費的產(chǎn)品量，或在單位時間內(nèi)處理的原料量。其單位為kg/h，td或kta，萬t/a等。 2消費強度為設(shè)備的單位特征幾何量的生產(chǎn)才能。即設(shè)備的單位體積的主產(chǎn)才能，或單位面積的消費才能。其單位為kg/hm3，kg/hm2等 。 2.2.2 轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率產(chǎn)率 化工總過程的核心是

3、化學(xué)反響，進步反響的轉(zhuǎn)化率、選擇性和產(chǎn)率是進步化工過程效率的關(guān)鍵。 轉(zhuǎn)化率conversion反響物A和B的轉(zhuǎn)化率分別是：有反響如下：選擇性selectivity選擇性系指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反響物量與參加所有反響而轉(zhuǎn)化的該反響物總量之比，用符號S表示。收率產(chǎn)率，yield收率亦稱為產(chǎn)率，是從產(chǎn)物角度來描繪反響過程的效率。符號為Y ，其定義式為 收率=轉(zhuǎn)化率選擇性質(zhì)量收率mass yield質(zhì)量收率的定義系指投人單位質(zhì)量的某原料所能消費的目的產(chǎn)物的質(zhì)量，即例1 乙烷脫氫消費乙烯時，原料乙烷處理量為000kg/h，產(chǎn)物中乙烷為000kg/h，獲得產(chǎn)物乙烯為00kg/h，求乙烷轉(zhuǎn)化率、乙烯的選

4、擇性及收率。解：乙烷轉(zhuǎn)化率=8000-4000/8000*100%=50% 乙烯的選擇性=3200*30/28/4000*100%=85.7% 乙烯的收率=50%*85.7%*100%=42.9%例2 丙烷脫氫消費丙烯時，原料丙烷處理量為3000kg/h，丙烷單程轉(zhuǎn)化率為70%，丙烯選擇性為96%，求丙烯產(chǎn)量。 解：丙烯產(chǎn)量=3000*70%*96%*42/44=1924.4(kg/h)2.2.3 平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率的計算 可逆反響到達平衡時的轉(zhuǎn)化率稱為平衡轉(zhuǎn)化率，此時所得產(chǎn)物的產(chǎn)率為平衡產(chǎn)率。在實際消費中應(yīng)保持高的凈反響速率，不能等待反響達平衡，故實際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。假設(shè)平衡產(chǎn)率高

5、，那么可獲得較高的實際產(chǎn)率。工藝學(xué)的任務(wù)之一是通過熱力學(xué)分析，尋找進步平衡產(chǎn)率的有利條件，并計算出平衡產(chǎn)率。 對于反響:氣相反響體系，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式為: 在高壓下，氣相反響平衡常數(shù)應(yīng)該用逸度商來表達，即 各組分的逸度與其分壓的關(guān)系為 由此可推導(dǎo)出 假設(shè)為理想溶液反響體系，其平衡常數(shù)Kc的表達式為: 例3 設(shè)某氣相反響為 A 2B R，反響前組分 A有amol，組分B有bmol，無組分R，反響達平衡時組分A的平衡轉(zhuǎn)化率為XA，那么A的轉(zhuǎn)化 量為aXAmol。 解:各組分的平衡摩爾分?jǐn)?shù)y和平衡分壓p分別為所以有 對于本例，每轉(zhuǎn)化 lmol反響物 A生成1mol產(chǎn)物R，那么產(chǎn)物R相對于原料A的

6、平衡產(chǎn)率為: 然而，每轉(zhuǎn)化 2 mol反響物 B生咸 1mol產(chǎn)物 R，那么產(chǎn)物 R相對于原料B的平衡產(chǎn)率為:2.3 反響條件對化學(xué)平衡和反響速率的影響 反響溫度、壓力、濃度、反響時間、原料的純度和配比等眾多條件是影響反響平衡和速率的重要因素，關(guān)系到消費過程的效率。在本書其他各章中均有詳細過程的影響因素分析，此處僅簡述以下幾個重要因素的影響規(guī)律。2.3.1 溫度的影響 溫度對化學(xué)平衡的影響 對于不可逆反響不需考慮化學(xué)平衡，而對于可逆反響，其平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為: 對于吸熱反響，H0，K值隨著溫度升高而增大，有利于反響，產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率增加； 對于放熱反響，HO，K值隨著溫度生高而減小，平衡產(chǎn)率

7、降低。故只有降低溫度才能使平衡產(chǎn)率增高。 溫度對反響速率的影響 反響速率系指單位時間、單位體積某反響物組分的消耗量，或某產(chǎn)物的生成量。反響速率方程通?？捎脻舛鹊膬绾瘮?shù)形式表示，例如對于反響:2.3.2 濃度的影響 根據(jù)反響平衡挪動原理，反響物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向挪動。當(dāng)有多種反響物參加反響對，往往使價廉易得的反響物過量，從而可以使價貴或難得的反響物更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，進步其利用率。反響物濃度愈高，反響速率愈快。一般在反響初期，反響物濃度高，反響速率大，隨著反響的進展，反響物逐浙消耗，反響速率逐漸下降。 對于可逆反響，反響物濃度與其平衡濃度之差是反響的推動力此推動力愈大那么反響速率愈高

8、。所以，在反響過程中不斷從反響區(qū)域取出生成物，使反響遠離平衡，既保持了高速率，又使平衡不斷向產(chǎn)物方向挪動，這對于受平衡限制的反響，是握高產(chǎn)率的有效方法之一。近年來，反響-精餾、反響-膜別離、反響-吸附或吸收等新技術(shù)、新過程應(yīng)運而生，這些過程使反響與別離一體化，產(chǎn)物一旦生成，立即被移出反響區(qū)，因此反響始終是遠離平衡的。 2.3.3 壓力的影響 一般來說，壓力對液相和固相反響的平衡影響較小。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大，其規(guī)律為： 對分子數(shù)增加的反響，降低壓力可以進步平衡產(chǎn)率； 對分子數(shù)減少的反響，壓力升高，產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率增大； 對分子數(shù)沒育變化的反響，壓力對平

9、衡產(chǎn)率無影響。2.3.4 停留時間的影響 停留時間是指物料從進入設(shè)備到分開設(shè)備所需要的時間，假設(shè)有催化劑存在指物料與催化劑的接觸時間單位用秒S表示。 一般停留時間越長，原料轉(zhuǎn)化率越高，產(chǎn)物的選擇性越低，設(shè)備的消費才能越小，空速越小；反之亦然。2.3.5 空速的影響 空速為停留時間的倒數(shù)，一般空速越大，停留時間越短，原料轉(zhuǎn)化率越低，產(chǎn)物的選擇性越高，設(shè)備的消費能力越大；反之亦然。2.3.6 原料配比的影響2.3.7 原料純度的影響2.3.8 催化劑的影響2.4 催化劑的性能及使用 據(jù)統(tǒng)汁，當(dāng)今90的化學(xué)工業(yè)中均包含有催化catalysis過程，催化劑catalyst在化工主產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位

10、，其作用主要表達在以下幾方面: 1進步反響速率和選擇性; 2改進操作條件; 3催化劑有助于開發(fā)新的反響過程，開展新的化工技術(shù); 4催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用。 2.4.1 催化劑的根本特征 催化劑有以下三個根本特征: 1催化劑是參與了反響的，但反響終了時，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化; 2催化劑只能縮短到達化學(xué)平衡的時間即加速用，但不能改變平衡; 3催化劑具有明顯的選擇性 2.4.2 催化劑的分類 按催化反響體系的物相均一性分：有均相催化劑和非均相催化劑； 按反響類別分：有加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基化、鹵化等眾多催化劑； 按反響機理

11、分：有氧化復(fù)原型催化劑、酸堿催化劑等； 按使用條件下的物態(tài)分：有金屬催化劑。氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑等。2.4.3 工業(yè)催化劑使用中的有關(guān)問題 工業(yè)催化劑的使用性能指標(biāo) 活性 系指在給定的溫度、壓力和反響物流量或空間速度下，催化劑使原料轉(zhuǎn)化的才能。活性越高那么原料的轉(zhuǎn)化率愈高。 選擇性 系指反響所消耗的原料中有多少轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物。選擇性愈高，消費單位量目的產(chǎn)物的原料消耗定額愈低，也愈有利于產(chǎn)物的后處理，故工業(yè)催化劑的選擇性應(yīng)較高。 壽命 系指其使用期限的長短，壽命的表征是消費單位量產(chǎn)品所消耗的催化劑量，或在滿足消費要求的技術(shù)程度上催化劑能使用的時

12、間長短，有的催化劑使用壽命可達數(shù)年有的那么只能使用數(shù)月。 催化劑的壽命影響因素：化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、 機械穩(wěn)定性、耐毒性。 其他 如廉價、易得、無毒、易別離等。 催化劑的活化 許多固體催化劑在出售時的狀態(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響前對其進展活化，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，有復(fù)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)程進展活化，才能保證催化劑發(fā)揮良好的作用。假設(shè)活化操作失誤，輕那么使催化劑性能下降，重那么使催化劑報廢，經(jīng)濟損失宏大。 催化劑的失活和再生 引起催化劑

13、失活的原因較多，對于絡(luò)合催化劑而言，主要是超溫，大多數(shù)配合物在250以上就分解而失括；對于生物催化劑而言，過熱、化學(xué)物質(zhì)和雜菌的污染、PH值失調(diào)等均是矢活的原因；對于固體催化劑而言，其失活原因主要有： 超溫過熱，使催化劑外表發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變； 原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒； 有污垢覆蓋催化劑外表。 催化劑的運輸、貯存和裝卸 催化劑一般價格較貴，要注意保護。在運輸和貯藏中應(yīng)防上其受污染和破壞；固體催化劑在裝填于反響器中時，要防止污染和破裂。裝填要均勻，防止出現(xiàn)“架橋規(guī)象，以防止反響工況惡化。許多催化劑使用后在停工卸出之前，需要進展鈍化處理，尤其是金屬催化劑一定要經(jīng)過低含氧量的氣

14、體鈍化后，才能暴露于空氣，否剛遇空氣劇烈氧化自燃，燒壞催化劑和設(shè)備。2.5 反響過程的物料衡算和熱量衡算 物料衡算和熱量衡算是化學(xué)工藝的根底之一，通過物料、熱量衡算，計算消費過程的原料消耗指標(biāo)、熱負荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，為設(shè)計和選擇反響器和其他設(shè)備的尺寸、類型及臺數(shù)提供定量根據(jù)；可以核查消費過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、利用程度和熱損失的大小，從而查出消費上的薄弱環(huán)節(jié)和限制部位，為改善操作和進展系統(tǒng)的最優(yōu)化提供根據(jù)。 2.5.1 反響過程的物料衡算 物料衡算根本方程式 間歇操作過程的物料衡算 間歇操作過程的物料衡算是以每批消費時間為基準(zhǔn)，輸人物料量為每批投入的所有物料質(zhì)量的總和，輸出物料量為該批卸出的所有物料質(zhì)量的總和，投入料總量與卸出料總量之差為殘存在反