第三章化工過程參數(shù)

第三章化工過程參數(shù)

本章要求

1.掌握評價化工生產效果的常用指標及計算方法；

2.掌握工藝技術經(jīng)濟指標及計算方法；

主要內容

生產能力和生產強度轉化率限制反應物與過量反應物產率和選擇性收率消耗定額第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標

一、生產能力和生產強度

1.生產能力⑴定義：生產能力是指生產裝置每年生產的產品量，單位為⑵分類：設計能力、查定能力和現(xiàn)有能力。①設計能力是指在設計任務書和技術文件中所規(guī)定的生產能力，根據(jù)工廠設計中規(guī)定的產品方案和各種數(shù)據(jù)來確定。通常新建化工企業(yè)竣工投產后，要經(jīng)過一段時間運轉，熟悉和掌握生產技術后才能達到規(guī)定的設計能力。②查定能力一般是指老企業(yè)在沒有設計能力數(shù)據(jù)，或雖原有設計能力，但由于企業(yè)的產品方案和組織管理、技術條件等發(fā)生了重大變化，致使原設計能力已不能正確反映企業(yè)實際生產能力可達到的水平，此時重新調整和核定的生產能力。它是根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有條件，并考慮到查定期內可能實現(xiàn)的各種技術組織措施而確定的。

③現(xiàn)有能力現(xiàn)有能力又稱計劃能力，指在計劃年度內，依據(jù)現(xiàn)有的生產技術組織條件及計劃年度內能夠實現(xiàn)的實際生產效果，按計劃期內產品方案計算確定的。

注意：這三種生產能力在實際生產中各有不同的用途，設計能力和查定能力是用作編制企業(yè)長遠規(guī)劃的依據(jù)，現(xiàn)有能力是編制年度生產計劃的重要依據(jù)。

第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標2．生產強度

生產強度指的是單位特征幾何量的生產能力，例如單位體積或單位面積的設備在單位時間內生產得到的目的產品數(shù)量(或投入的原料量)，單位是kg?m-3?h-1、t?m-3?d-1或kg?m-2?h-1、t?m-2?h-1等。

催化化學反應設備的生產強度常用催化劑的空時產率(或稱時空收率)來表示，即單位時間內，單位體積(或單位質量)催化劑所能獲得的目的產物的數(shù)量，可表示為kg／(h·m3催化劑)、t／(d，m3催化劑)或kg／(h．kg催化劑)、t／(d·kg催化劑)等。第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標二、轉化率

1.定義轉化率是反應物料中的某一反應物在一個系統(tǒng)中參加化學反應的量占其通入系統(tǒng)總量的百分數(shù)，它表示了化學反應進行的程度。2.表達式3.分類根據(jù)研究的系統(tǒng)不同，工業(yè)生產中轉化率分為有單程轉化率和總轉化率，單程轉化率是以生產過程中的反應器為系統(tǒng)

⑴單程轉化率

單程轉化率=⑵總轉化率

第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標

三、限制反應物與過量反應物

1.限制反應物化學反應原料不按化學計量比配料時，其中以最小化學計量數(shù)存在的反應物稱為限制反應物。

2.過量反應物不按化學計量比配料的原料中，某種反應物的量超過限制反應物完全反應所需的理論量，該反應物稱為過量反應物。

3.過量百分數(shù)過量反應物超過限制反應物所需理論量的部分占所需理論量的百分數(shù)。通常以此來表示過量反應物的過量程度。其計算方法有兩種⑴用化學計量數(shù)計算：過量%=

第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標（2）用反應物量計算過量百分數(shù)由定義式也可表示為：過量反應物的轉化率總是小于限制反應物的轉化率，一般沒有特別說明的情況下轉化率是指限制反應物的轉化率，它可以用作衡量反應完全程度的標準。4.舉例

第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標

例3-1：用磨碎的礬土礦與硫酸反應制得硫酸鋁，反應式如下：礬土礦中含Al2O355.4%（質量分數(shù)），硫酸溶液的濃度為77.7%（質量分數(shù)）。以1080kg礬土礦和2510kg硫酸溶液為原料，生產出1798kg純的硫酸鋁產品。求⑴反應物料中哪一種反應物為過量反應物？⑵過量反應物的過量百分數(shù)為多少？⑶過量反應物的轉化率是多少？⑷限制反應物的轉化率為多少？第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標⑴過量反應物的判斷計算各反應物的化學計量數(shù)Al2O3的化學計量數(shù)：5.87H2SO4的化學計量數(shù)：所以H2SO4為過量反應物⑵過量反應物H2SO4的過量百分數(shù)的計算H2SO4的化學計量數(shù)：第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標⑶生產5.26kmolAl2(SO4)3需消耗硫酸的量則硫酸的轉化率為：⑷限制反應物即Al2O3的轉化率

從本題可看出，限制反應物的轉化率為90%，過量反應物的轉化率僅為79.4%，限制反應物的轉化率遠比過量反應物的轉化率大，它才是真正表達了反應的完全程度。第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標

三、產率和選擇性

1.產率產率指的是化學反應過程中得到目的產品的百分數(shù)。常用的產率指標為理論產率。理論產率是以產品的理論產量為基礎來計算的產率，即化學反應過程中實際所得目的產品量占理論產量的百分數(shù)。一般情況下，實際得到的目的產品數(shù)量只會比理論產量小，因此理論產率總是小于100%。根據(jù)計算目的產品理論產量的基準不同，理論產率又有兩種不同的表示方法。2.選擇性

3.單程收率

選擇性和單程收率的關系：選擇性×單程轉化率＝單程收率

四、收率收率泛指一般的反應過程及非反應過程中得到的目的產品的百分率。第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標

在某些生產過程中，由于采用的原料是復雜的混合物，其中的各種成分都有可能轉化為目的產物，而各種物料在反應中轉化為目的產物的情況又很難確定（比如石油裂解生產有機原料乙烯過程），此時，無法或很難用產率來表示產品的得率。為了表明反應效果，就常以收率來計算目的產物的得率。第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標五、舉例

例3-3：已知丙烯氧化法生產丙烯醛的一段反應器，原料丙烯投料量為600kg/h，出料中有丙烯醛640kg/h，另有未反應的丙烯25kg/h，試計算原料丙烯的轉化率、選擇性及丙烯醛的收率。第一節(jié)評價化工生產效果的常用指標解：反應器物料變化如圖所示

丙烯氧化生成丙烯醛的化學反應方程式：CH2CH=CH2+O2→CH2CHO+H2O一段反應器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h丙烯轉化率丙烯的選擇性丙烯醛的收率消耗定額

工藝技術管理工作的目標除了保證完成目的產品的產量和質量，還要努力降低消耗，因此各化工企業(yè)都根據(jù)產品設計數(shù)據(jù)和本企業(yè)的條件在工藝技術規(guī)程中規(guī)定了各種原材料的消耗定額，作為本企業(yè)的工藝技術經(jīng)濟指標。如果超過了規(guī)定指標，必須查找原因，降低消耗以達到生產強度大、產品質量高、單位產品成本低的目的。1.定義指生產單位產品所消耗的各種原料及輔助材料——水、燃料、電力和蒸汽量等。第二節(jié)工藝技術經(jīng)濟指標第二節(jié)工藝技術經(jīng)濟指標2.分類⑴原料消耗定額

如果將初始物料（—般不是100%的純物質）轉化為具有一定純度要求的最終產品，按化學反應方程式的化學計量為基礎計算的消耗定額，稱為理論消耗定額，用“A理”表示。它是生產單位目的產品時，必須消耗原料量的理論值，因此實際過程的原料消耗量絕不可能低于理論消耗定額。化工企業(yè)的原材料消耗定額數(shù)據(jù)是根據(jù)理論消耗定額，參考同類型生產工廠的消耗定額數(shù)據(jù)，考慮本企業(yè)生產過程的實際情況(工藝允許的物料損失和生產中應該能達到的水平等)估算出來而編入工藝技術規(guī)程，作為本企業(yè)的控制指標。

⑵公用工程的消耗定額

公用工程指的是化工廠必不可少的供水、供熱、冷凍、供電和供氣等條件。3．舉例第二節(jié)工藝技術經(jīng)濟指標

例3-4：乙醛氧化法生產醋酸，已知原料投料量為純度99.4%的乙醛500kg/h，得到的產物為純度98%的醋酸580kg/h，試計算原料乙醛的理論消耗定額、實際消耗定額以及原料利用率。

解：乙醛氧化法生產醋酸的化學反應方程式為：CH3CHO＋