化工生产技术课件02第二章

1、化工生产技术化工生产技术 第二章化工生产过程分析与组织化工生产过程分析与组织 第二章化工生产过程分析与组织化工生产过程分析与组织 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 提高产品产量提高产品产量; 提高产品质量提高产品质量; 提高原料的利用率提高原料的利用率; 降低生产过程的能量消耗。降低生

2、产过程的能量消耗。 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 化工生产的目标化工生产的目标: 安全、优质、高产和低消耗安全、优质、高产和低消耗 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期 1.反应时间反应时间 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 气固相或液固相催化反应，用原料气在反应条件 下的空间速度的倒数来表示。(也即停留时间或接 触时间) （1）空间速度（）空间速度（简称空速） 单位时间内，每单位体积的催化剂上所通过的反应物 的体积流量（在标准状态下），单位为标准米3米3催 化剂小时，简

3、写成h-1。用SV表示。 V V S V 反应气 催化剂 空速不仅影响反应的完全程度和 副反应的进行，而且也决定着生产能 力，生产中必须注意选择适宜的空速。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期 1.反应时间反应时间 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 （2）接触时间（）接触时间（停留时间） 反应物料（蒸汽或气体）在催化剂上的停留时间。常 用表示，单位为秒，s。 接触时间与空间速度有着密切的关系。空间速度越大， 接触时间越短；反之，空间速度越小，接触时间越长。因此， 在生产中常用它们来配合温度、压力等反应条件

4、进行工艺控 制。 3600 s V V 催化剂 气 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期 1.反应时间反应时间 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【例2.1.1】 某低压法合成甲醇装置，生产能力为95000t a；操作压力5MPa，温度523K，铜基触媒装填量44.9m3， 进塔合成气（新鲜气和循环气）为280000Nm3h。计算通 入合成气的空间速度和在催化剂上的接触时间。 V 反应气 V催化剂V气 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期 2.操作周期

5、操作周期 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 在化工生产中，一种产品从原料准备、投 料升温、各步单元反应，直到出料，所有操作 时间之和为操作周期，也叫生产周期。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度 1生产能力生产能力 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 是一台设备、一套装置或是一个工厂，在单位时间 内生产的产品量或处理的原料量，表示为kg/h、t/d、 kt/a或万t/a。 年产30万t合成氨工厂 百万吨的乙烯和千万吨的炼油工程？ 原料处理量 加工能力 第一节第一节 化工生产工

6、艺指标化工生产工艺指标 二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度 2生产强度生产强度 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 单位容积或单位面积（或底面积）的设备在单 位时间内生产的产品量或加工的原料量。 kg/(hm3)、t/(hm3) 时空收率是指单位时间内、单位体积（质量）催 化剂所能获得的产品量，记作kg/(hm3)催化剂） 设备内进行的过程速率越快，该设备的生产强度 就越高，设备生产能力也就越大。 用生产强度指标比较生产情况的优劣。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 1.反应转化率反

7、应转化率 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 100% 参加反应的反应物量 转化率 通入系统的反应物量 100% 输入反应器的反应物量-从反应器输出的反应的反应物量 单程转化率 输入反应器的反应物量 100% 输入过程的反应物量-从过程输出的反应物量 总转化率 输入过程的反应物量 100% 平衡时反应掉的反应物量 平衡转化率 通入的反应物量 平衡转化率是最高转化率，作为提高实际转化率、 改进生产过程与条件的依据。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 1.反应转化率反应转化率 化化 工工 生生 产

8、产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 理解：在实际生产中，尤其对低单程转化率反应过程， 采用循环的方法，是提高原料利用率最主要和有效的 方法。 【例2.1.2】 思考：在实际生产中，是否转化率越高越好？ 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 2.选择性选择性 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 表示了参加反应的反应物实际转化为目的产物的比例。 100% 转化为目的产物的某反应物量 S 某反应物的转化总量 100% 目的产物的实际产量 按某反应物的转化总量计算所得的目的产物的理论产量 S 思

9、考：在实际生产中，是否选择性越高越好？ 理解：在实际生产中选择性的重要性，如何实现？ 选择性和产率？ 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 三、三、反应转化率、选择性和收率反应转化率、选择性和收率 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 从选择性可以看出在各种主副反应中主反应所占的 百分比，当人们提高转化率的时候，必须考虑到选 择性变化的趋势，如果选择性变差（副产物增加过 多）会使原料消耗定额升高而目的产物的产量减少， 因此一般要求选择性愈高愈好。 在化工生产中，仅仅是选择性高并不意味着过程就 一定经济合理，因为它只能说明过程的副反应很少。 如果通过反应器的

10、原料只有很少一部分进行反应， 则设备的利用率即单位时间的生产能力大大降低， 显然只有综合考虑转化率和选择性，才有助于确定 合理的工艺指标。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 2.收率收率 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 表示：生成目的产物所转化的某反应物的量占投入某反应物的量的 百分数。 思考：在实际生产中，是否收率越高越好？ 100% 转化为目的产物的某反应物量 收率 某反应物的投入量 100% 转化为目的产物的某反应物量 单程收率 输入到反应器的某反应物量 第一节第一节 化工生产工艺指

11、标化工生产工艺指标 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 4.转化率、选择性和单程收率的相互关系转化率、选择性和单程收率的相互关系 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 转化率选择性=单程收率 体会：工程观念、工程意识 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【例2.1.3】一套年产1500t苯乙烯的乙苯脱氢装置， 以每千克乙苯加2.6kg水蒸气的配比进料，在650的 操作温度下，苯乙烯的产率为90，收率为40， 其余产物的产率为：苯3，甲苯5，焦炭2，装 置年生产时间为7

12、200h，已知原料乙苯的纯度为98% （质量分数），其余为甲苯，试计算每小时进出装 置的物料量。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【例2.1.4】苯和乙烯烷基化反应制取乙苯，每小时 得到烷基化液500 kg，质量组成为苯45，乙苯40， 二乙苯15。假定原料苯和乙烯均为纯物质，控制 苯和乙烯在反应器进口的摩尔比为1 0.6。试求（1） 进料和出料各组分的量；（2）假定苯不循环，乙烯 的转化率和乙苯的收率；（3）假定离开反应器的苯 有90%可以循环使用，此时乙苯的总收率。 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺

13、指标 四、消耗定额四、消耗定额 1.原料消耗定额原料消耗定额 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 原料量 消耗定额 产品量 100% 理 实 A 原料利用率=1-原料损失率 A 第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期 1.反应时间反应时间 2.操作周期操作周期 二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度 1生产能力生产能力 2生产强度生产强度 三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率 1.反应转化率反应转化率 2.选择性选择性 3.收率收率 4.转化率、选择性和单程收率的相互关系转化率、选择性

14、和单程收率的相互关系 四、消耗定额四、消耗定额 1.原料消耗定额原料消耗定额 2.公用工程的消耗定额公用工程的消耗定额 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 只涉及化学反应过程的始态和终态，不涉及中 间过程； 不考虑时间和速度，仅说明过程的可能性及其 进行的限度。 （1）判别化学反应过程能否发生和进行的方向。 自由能的计算。 （2）确定化学反应过程进行的最大限度。化学平 衡原理和平衡常数的计算。 （3）化学反应过程热效应的计算。 热力学分析的

15、依据：热力学第二定律。热力学分析的依据：热力学第二定律。 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析 二、反应系统中反应难易程度分析二、反应系统中反应难易程度分析 三、化学反应限度分析三、化学反应限度分析 四、化学反应平衡移动分析四、化学反应平衡移动分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 用反应的吉氏函数变化值来判断反应进行的可能性

16、。用反应的吉氏函数变化值来判断反应进行的可能性。 0 反应自发不能进行反应自发不能进行 rm G rm G rm G 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 例例【2.2.1】试用标准吉氏函数数值判断下列由苯 制取苯胺的各种方法的可能性（101.3kPa，298K）。 硝化以后将硝基苯还原（苯的冷凝及由稀酸变 为浓酸的值均可忽略）。 在氯化以后，用氨作用氯苯。 直接与氨作用。 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 二、反应系统中反应难易程度分

17、析二、反应系统中反应难易程度分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 ln rm GRTK K 值大，反应正向进行的可能性很大（容易进行） 在化工生产过程中,同一反应器中，可根据主、副反 应 值的大小判断其难易程度。 条件变化，难易程度的差距也会随之变化。 rm G 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 三、化学反应限度分析三、化学反应限度分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 平衡转化率和平衡产率是反应进行的最大限度 ln rm GRTK 越大，反应进行的越深，反应进行的限度越大。 rm G 第二节第二节 化

18、工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 四、化学反应平衡移动分析四、化学反应平衡移动分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 平衡移动在工业生产中的实际意义： 以人为地选择适宜的操作条件，使化学反应尽可能 向生成物方向移动。 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 以上仅是定性的热力学条件分析，具体条件需借 助热力学的定量计算来寻求适宜的外界条件。 热力学没有时间概念，只考虑了反应到达平衡的 理想状况，没有考虑反应速度。（只有当几个反应在热 力学上都有可能同时发生，反应都很快

19、时，热力学因素对于 这几个反应的相对优势才起决定作用。） 切实可行的外界条件应结合动力学分析和技术上 的可行性并经过生产实践验证才能综合确定。 第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【实例分析【实例分析2.2.1】 烃类热裂解反应的热力学分析烃类热裂解反应的热力学分析 脱氢 断链 原 料 烃 完全 分解 碳氢 烯烃 分析的目的是： 烃类热裂解反应的特点； 烃类热裂解反应的的规律； 烃类热裂解反应的适宜条件。 图2.2.1原料烃rGm与T的关系 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织

20、 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 一、化学动力学与化学热力学的关系一、化学动力学与化学热力学的关系 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 化学热力学:研究物质变化过程的能量效应，解决反 应过程的方向与限度问题； 化学动力学:研究物质变化过程的步骤、方式，解决 反应过程的时间与速度问题； 是实现化工生产的相辅相成的两个方面 1.进行反应的热力学分析，得到能否实现的结论； 2.做动力学分析，得到各种因素对速率的影响规律。 3.从热力学和动力学两方面综合考虑，选择最佳工艺 操作条件、进行反应器的选型与设计。 第三节第三节 化工生产过程动力学分析

21、化工生产过程动力学分析 二、二、 影响化学反应速度因素分析影响化学反应速度因素分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 速度是影响产量的关键，对企业的经济效益影响大 rm G rm G =-239.68KJmol 氢和氧化合成水： 碳氧化为二氧化碳 =-394.67kJmol 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 二、二、 影响化学反应速度因素分析影响化学反应速度因素分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 影响反应速度的因素: 反应器的结构、形状、材质，意外的杂质等等(不 宜调节) ; 温度、压力、原料浓度和停

22、留时间等(可调节) 多数反应影响速度的关键是催化剂。 在一般情况下，温度和催化剂对速度的影响最大。 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 活化分子 能量高于平均能量 有效碰撞 能发生反应的碰撞 有效碰撞多反应速度快 提高温度碰撞多、能量高 提高温度反应速度？ 升高温度，反应速度明显加快升高温度，反应速度明显加快 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析 化化

23、工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 阿仑尼乌斯反应比速方程 0 exp() a E kk RT 0 k a E:活化能 :指（数）前参量 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析 五种反应类型的反应速度随温度变化的情况： 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析 n化工生产中对前四类反应在比极值（拐点）对应的 温度低的温度范围讨论安全

24、生产和用升高温度的办法 来加快化学反应速度是有意义的。而接近于极值点的 温度为过高温度或不安全温度。 n生产中根据以上规律确定安全生产的适宜温度范围。 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 四、催化剂对化学反应速度的影响分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 活化能：活化状态的分子所具有的最低能量与普通分 子所具有的平均能量之差。 ，kJ/mol l活化能数值的大小，表现了反应的难易程度和温度 对该反应影响的敏感度; l活化能小，反应易；温度对活化

25、能大的反应影响更大; a E l活化能降低可显著加快反应速度; l适宜的催化剂能够显著降低反应的活化能. 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 四、催化剂对化学反应速度的影响分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 催化剂加速化学反应的主要原因分析: 催化剂改变了反应的途径，使反应按照新的途径进行, 活化能降低. 图2.3.2非催化与催化反应活化能的比较 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 四、催化剂对化学反应速度的影响

26、分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 催化剂既能加快正向反应速率，也能加快逆向反应 速率，从而缩短化学反应达到平衡的时间，但不能改 变平衡的状态 催化剂特殊的选择性，不仅可以合成多种多样的产 品，而且抑制不必要的副反应，有选择性的合成目的 产品，节省原材料，在工业上具有特别重要的意义。 在一个反应体系中，当几个反应在热力学上都有可 能同时发生的情况下，如果各个反应的速度相差很悬 殊，则动力学因素对其反应结果将起到关键作用。 第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析 【实例分析实例分析2.3.1】 烃类热裂解动

27、力学分析烃类热裂解动力学分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 石油加工生产中，高温和适宜的短停 留时间是获得高产乙烯的两个关键因素。 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 一、化工生产能力影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 影响最大生产能力的因素：影响最大生产能力的因素： n设备因素设备因素 n人为因素人为因素 n化学反应进行的状况等等化学反应进行的状况等等 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过

28、程影响因素分析 实现消耗最少的原料生产得到更多实现消耗最少的原料生产得到更多 的目的产品：的目的产品： 要了解通过控制哪些基本因素可以保证要了解通过控制哪些基本因素可以保证 实现化工产品工业化的最佳效果；实现化工产品工业化的最佳效果； 明确这些外界条件对化学反应过程的影明确这些外界条件对化学反应过程的影 响规律；响规律； 找出最佳工艺条件范围并实现最佳控制。找出最佳工艺条件范围并实现最佳控制。 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 一、化工生产能力影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析 二、化学反应过

29、程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析 1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标 2温度对化学反应过程的影响规律温度对化学反应过程的影响规律 3压力对化学反应过程的影响规律压力对化学反应过程的影响规律 4原料配比对化学反应过程的影响规律原料配比对化学反应过程的影响规律 5停留时间对化学反应过程的影响规律停留时间对化学反应过程的影响规律 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析 1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标

30、化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 12 ARY kk （中间产物R为目的产物） 化学上的最佳点化学上的最佳点 工艺上的最佳点工艺上的最佳点 设计中的最佳点设计中的最佳点 三种最佳点分别以目的产物不同的标准为优化的三种最佳点分别以目的产物不同的标准为优化的 目标，各有其不同的含义目标，各有其不同的含义 第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析 二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析 1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 影响反应过程能否达到工

31、艺上最佳点的因素很影响反应过程能否达到工艺上最佳点的因素很 多，如设备的结构、催化剂的性能和用量、反应过多，如设备的结构、催化剂的性能和用量、反应过 程的工艺参数（温度、压力、原料配比、停留时间）程的工艺参数（温度、压力、原料配比、停留时间） 以及原料的纯度等等。虽然各个化工产品的反应过以及原料的纯度等等。虽然各个化工产品的反应过 程各有自己的特点，工艺过程差别很大。但总的说程各有自己的特点，工艺过程差别很大。但总的说 来，每一个工艺因素，不论是温度、压力、原料配来，每一个工艺因素，不论是温度、压力、原料配 比以及停留时间，对化学反应的影响都有一些共同比以及停留时间，对化学反应的影响都有一些共

32、同 之处。之处。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 反 应 器 的 主 要 工 艺 参 数 反应温度 反应压力 反应物进口

33、组成 停留时间(空速) 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 1 反应温度 确定反应温度，一般考虑下述因素: （1）反应方程和化学平衡 反应方程正向放热反应，就化学平衡而言升温不利 反应方程正向吸热反应，就化学平衡而言升温有利 如何确定反应温度？怎样进行控制？ 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与

34、与 组组 织织 （2）反应特性 根据主、副反应活化能相对大小等反应特性选择温度。 适宜的温度为某种限制条件的边界处 对主反应是可逆吸热反应且E主高于E副的过程： 若主反应是可逆放热反应，且E主低于E副的过程： 温度越高越有利。 温度低更有利。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 （3）温度的限制条件 催化剂使用温度范围； 反应压力； 反应物自分解，或物态变化的温度； 材质使用的温度范围； 加热和吸热工艺方案 设备使用的条件。 化工生产中

35、，温度的测量使用最多的是热电 偶和热电阻两种感温元件。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 2. 压力压力 确定反应压力，一般考虑下述因素: （1）反应方程和化学平衡 反应方程分子数增加反应，就化学平衡而言升压不利 反应方程分子数减少反应，就化学平衡而言升压有利 如何确定反应压力？怎样进行控制？ 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工

36、生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 2. 压力压力 （2）反应速度 压力增高，对提高反应速率有利 （3）后续分离系统的要求 例如：冷却分离时加压等 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 2. 压力压力 （4）压力的限制因素 设备的费用； 运行的可靠性和安全性； 压力对反应温度的影响； 压力对原料和产物的影响等等 压力是很敏感的操作参数 。 测压仪表有：液柱式压力计、弹性式压力计等等 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控

37、制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 3原料配比原料配比 （1）某一反应物要求有很高的转化率可通过提高其 反应速度实现 。 任何一种原料过量带来的利益都是以过量原料的 分离和循环为代价的，因此，必须权衡得失，进行参 数优化的工作后确定。 原料配比即进料组成是一个需决策的变量 （2）反应物和产物分离可能需要反应物某过量 （3）分离循环费用降低可能需要反应物某过量 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工

38、艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 4反应时间和转化率反应时间和转化率 。 低的转化率则将增加原料消耗费用，或者增加原料和 产品的分离和将其循环回反应器进口的费用。 一般希望增加反应停留时间以求有较高的转化率，但 转化率并非越高越好。 转化率提高，单位产品所需的反应器体积急剧增加 转化率提高，将使选择性下降 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 4反应时间和转化率反应时间和转化率 。 （1）转化

39、率和所需反应时间的关系； （2）各种转化率下的产品分布； （3）计算产品和原料分离回收利用所需各种物性数据； （4）各种物料主、副产品和公用工程的价格； （5）反应系统和分离系统的设备价格； （6）反应时间和化学平衡的关系； （7）反应时间和反应速度的关系； （8）回收的物能消耗。 根据综合评价的方法确定反应的停留时间和转化率。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 5催化剂催化剂 。 催化剂的品种不同可直接影响到选择性、转化率、 产率和

40、反应周期（寿命）等 催化剂的投入量与放热量、反应温度、反应速度 和原料配比息息相关， 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 1主要控制点和控制范围主要控制点和控制范围 （1）主要控制点）主要控制点 （2）控制范围）控制范围 （3）工艺操作规程）工艺操作规程 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 2操作控制方

41、案操作控制方案 操作控制一般要分三个方面：操作控制一般要分三个方面： 检测；检测； 对比判断；对比判断； 操作控制。操作控制。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 3巡视与观测巡视与观测 严格执行操作控制条件 严格执行巡回检查和观测制度 巡视和观测是化工工艺过程控制中必不可少的内 容，在产品工艺操作规程中要明确给予规定，不仅要 规定巡回检查的间隔时间，而且要规定巡回检查的路 线和观测点。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操

42、作控制 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 4监测监测 包括工艺参数和取样分析测试 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 操作控制、巡回检查和监测情况，必须做好原始记 录。 原始记录内容包括时间；工艺参数（温度、压力、 压差、流量、液位）；加料与出料，取样；不正常情 况及排除；要求下一班操作人员引起注意的问题等等。 原始记录是技术管理的重要依据，是总结经验、改 进工艺的依

43、据，也是查清质量问题、安全事故的依据。 原始记录是操作控制的重要组成部分。 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定 二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制 1主要控制点和控制范围主要控制点和控制范围 2操作控制方案操作控制方案 3巡视与观测巡视与观测 4监测监测 三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测 1条件控制条件控制 2随机取样和定时取样分析随机取样和定时取样分析 3在线分析与报警在线分析与报警 4现场办公检测与显示现场办公检测与显示 5紧急停车紧急停车 6产品

44、检验与合格证产品检验与合格证 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制 三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测 1条件控制条件控制 2随机取样和定时取样分析随机取样和定时取样分析 3在线分析与报警在线分析与报警 4现场办公检测与显示现场办公检测与显示 5紧急停车紧急停车 6产品检验与合格证产品检验与合格证 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 在了解和熟悉

45、了化工生产过程的基础上， 基于不同的生产过程进行化工热力学分析和动力 学分析，进而进行影响生产过程的各种条件分析， 寻找各个因素对生产过程的影响规律，在此基础 上根据生产实际，运用规律选择确定合理的、最 佳的工艺操作条件。 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 1. 理论上的正确性 2. 技术上的可行性 3. 操作上的安全性 4. 经济上的合理性 在保证社会效益的前提下，研究怎样创造最优化的生产 条件和创造更好的经济效益是工程技术人员的职责，也 是必备的观念。 怎样减少生产过程的物料损失和能量损失，提高能量的 有效利用率，保证设备的综合性能

46、是是工程技术人员经 常考虑的课题。 （工程观念、工程意识） 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 烃类热裂解生产乙烯工艺参数选择及控制烃类热裂解生产乙烯工艺参数选择及控制 一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析 二、烃类热裂解影响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析 三、裂解自动调节控制方案的选择三、裂解自动调节控制方案的选择 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析 烃类热裂解反应及特

47、点以及具体分析，烃类热裂解反应及特点以及具体分析， 请参考本章前两个实例分析请参考本章前两个实例分析 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 二、烃类热裂解影响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析 反应温度 反应压力 停留时间（空速） 原料组成 影影 响响 因因 素素 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 裂解温度是影响乙烯收率的一个极重要的因素。 从烃类热裂解过程的热力学分析和动力学分析可知， 裂解反应是吸热反应，要在高温下才能进行，温度愈 高，对乙烯、丙烯的生成愈有利。 二、烃类热裂解影

48、响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析 1裂解温度裂解温度 但温度愈高，更有利于烃类分解成碳和氢的副反应。 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 图2-6 乙烷裂解反应与温度的关系 反应1 反应4 反应3 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 综合热力学分析结果：综合热力学分析结果： 温度低于1065K时， 0; m G 由曲线（1）可见： 由此说明乙烷裂解生成乙烯的最低温度是1065K。 温度高于1065K时， 0;m G 由曲线（4）可见： 由此说明乙烷裂解生成乙烯的最高温度是1380

49、K。 温度高于1380K时， 0; m G 控制裂解温度在1380K以下，可减少或抑制反应（4） 乙烷裂解生成乙烯的温度范围是10651380K。 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 综合热力学分析结果综合热力学分析结果： 由曲线(2)、(3) 、(5)、(6)、(7)可见： 温度高于1065K时， 0;且比反应 (1) 小很多；说明 副反应的反应可能性都比主反应 (1) 大很多，尤其是 生成碳和焦的各反应可能性为最大。 m G 乙烷裂解生成乙烯的温度在10651380K范围要适当控制 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过

50、过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 u裂解反应中，一次反应较二次反应具有动力学上的优 势； u如果反应物在反应区的停留时间太短，大部分反应物 来不及反应就离开了反应区，原料的转化率就很低，增 加了未反应原料分离、回收带来的能量消耗； u停留时间过长，二次反应有充分的时间进行，虽然转 化率提高，但选择件却降低了，既浪费了原料，生成的 焦和碳又会影响生产的正常进行。 u适宜的停留时间要结合温度、原料的组成、原料的转 化率和循环量、生产能力和能量消耗等诸多因素综合分 析，以获得最好的经济效果为目标来确定。 2停留时间停留时间 温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响 接触时间/ s 40 30 20

51、10 裂 解 气 中 乙 烯 含 量 /% （ 体 积 ） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1116 K 1089 K 1055 K 图2-2 温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 由图中所示的三条不同温度的曲线变化规律可见： l裂解温度愈高，对应的适宜停留时间可愈短，裂解气 中乙烯的含量也愈高，乙烯产率也愈高； l没有高温，停留时间无论如何变动也得不到高产率的 乙烯； l生产上若能缩短停留时间，便有条件提高裂解温度； l温度和停留

52、时间二者的关系一定要配合好。 2停留时间停留时间 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 降低压力有利于生成乙烯的一次反应，又可抑制聚 合或缩合的二次反应从而减轻结焦的程度。总之，压 力降低对烃类裂解生成乙烯是有利的。 3压力压力 实际工业生产中，是否采用系统在减压下的操作呢？ 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 工业上采取在裂解原料气中添加稀释剂以降低烃分 压的方法进行生产。 3压力压力 稀释剂：惰性气体（氮气）或水蒸气，工业上多用水蒸气 用水蒸气作稀释剂的优点？ 水蒸气的用量是生产中

53、的重要因素 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 原料的含氢量是衡量该种原料可裂解性和潜在 乙烯含量的重要尺度。原料含氢量愈大，愈不容易生 焦，裂解深度便可以愈高，产气率和乙烯收率也可以 提高。 4原料烃类组成对裂解结果的影响原料烃类组成对裂解结果的影响 【实例分析】【实例分析】 化化 工工 生生 产产 过过 程程 分分 析析 与与 组组 织织 影响裂解过程的主要因素为反应温度、停留时间和 水蒸气用量。其中影响反应温度的因素主要是原料（温 度和流量的变化）、燃料情况（燃料流量和由于成分变 化而引起燃烧值变化）、传热情况（如管壁上的结焦会 使传热效果变坏）。原料的流量变化不仅影响带出的热 量而导致温度变化，也使得原料在反应高温区的停留时 间发生变化。此外，蒸汽