绪论相关概念

1、 2 目目 录录一、 化工生产过程、流程及方式二、 化工生产控制指标三、 催化作用与催化剂四、化工产品分离与精制 原料预处理化学反应产品分离 或精制物理过程物理过程化学转换原原 料料产产品品精制丙烯水压缩分离循环丙烯异丙醇压缩水合反应例一 丙烯液相水合制备异丙醇的工艺流程催化剂溶液原 料预处理后处理反应原料（i）（起始量， ）（过 程） 控 制 量产物（P1 ）产物 （Pn ）未反应原料（i）转化物（残留量, UC ） 对不同反应组分而言，其转化率在数值上可能不同。 对于循环流程来说，则有和之分。100%新鲜原料混合原料循环物料反应分离产品弛放物料混合组分（i）的反应转化量进入反应器中组分（i

2、）的量,Xi =组分（i）的总反应转化量新鲜原料中组分（i）的量,Xi, total =若单位采用，则表示式可简化为：称为 R100%100%选择性高时，反应的转化率一般较低；而转化率提 高的同时，往往又会使选择性下降。另外，与转化率相似，收率也有和显然，对于同一反应物有： = 1）乙烯的选择性； 2）乙烷的全程转化率； 3）乙烯的单程收率； 4）乙烯的全程收率 。 解：（画出简单示意图）反应式： C2H6 + H2 乙烷的单程转化率为60% ，所以乙烷的转化量为： 60% 100 = 60 (kg) S乙烯 = 100% = 72.1 % 46.4/2860/30 X乙烷 (全程) = 10

3、0% = 96 %100 - 4100Y乙烯 (单程) = 100 = 43.3 %46.4/28100/30 Y乙烯 (全程) = X乙烷 (全程) S乙烯 = 0.96 0.721 = 69.22 % 14 例例 原料乙烷进料量为原料乙烷进料量为1000 kg/h，反应掉乙烷量为，反应掉乙烷量为600 kg/h，得乙烯，得乙烯340 kg/h，求反应的转化率、，求反应的转化率、选择性及收率。选择性及收率。解 按反应C2H6 C2H4H2 15 16 u用管式炉裂解轻柴油，输入轻柴油量为用管式炉裂解轻柴油，输入轻柴油量为1000 kg/h，参加反应原料量为，参加反应原料量为700 kg/h，

4、裂解后得到乙烯裂解后得到乙烯259 kg/h，求反应的选择，求反应的选择性、转化率和乙烯收率。性、转化率和乙烯收率。 作业作业 改变（提高）反应的速率和选择性（副产物的减少）。 改进反应的操作条件（温度、压力等）。 有助于开发新的反应过程、工艺技术。三大作用：三大特征：在反应过程中，不发生性质、数量上的变化。 只能缩短反应时间，而不能改变化学平衡。（热力学一致性） 具有明显的反应选择性，特定的催化剂只能用于特定的反应。 性能要求性能要求：v 活性活性 一定反应条件下，催化剂使反应原料发生转化的能力。一定反应条件下，催化剂使反应原料发生转化的能力。 活性越大，转化率越高或需要的反应温度越低。活性

5、越大，转化率越高或需要的反应温度越低。v选择性选择性 反应所消耗的原料中，转化成目标产物量的多少。反应所消耗的原料中，转化成目标产物量的多少。 选择性愈高，产物的原料消耗（额定）量就小，选择性愈高，产物的原料消耗（额定）量就小， 且有利于产物的后处理。（如便于分离）且有利于产物的后处理。（如便于分离）v 寿命寿命 催化剂使用的期限。它表征了生产单位量产品所需催化剂使用的期限。它表征了生产单位量产品所需 消耗催化剂的用量。其寿命与：消耗催化剂的用量。其寿命与： 1 1）化学稳定性；）化学稳定性； 2 2）热稳定性；）热稳定性；3 3）机械稳定性）机械稳定性 另外，催化剂在使用前，往往需活化处理。

6、而对于暂时性失活的另外，催化剂在使用前，往往需活化处理。而对于暂时性失活的催化剂还可以进行再生处理。催化剂还可以进行再生处理。CRHTKlnLnC2H5CHCH2+H2500600oCCat.工业生产上，常常采用水蒸气来稀释乙苯，以降低 乙苯 。主要对 的化学反应平衡影响较大。大致规律为： 若反应前后 分子数 增加，则 P , 可提高平衡产率（转化率）； 若反应前后 分子数 减少，则 P , 可提高平衡产率（转化率）； 在一定范围内，加压可减少反应体积，促使反应速率加快； 体系中惰性气体的存在，可使反应物的分压降低，对反应速率 不利，但有利于分子数增加 的反应平衡。 （三）（反应物）浓度的影响

7、：（三）（反应物）浓度的影响： 根据根据 ，反应物浓度越高，反应物浓度越高，生成物浓度生成物浓度增加。实际增加。实际 生产时，往往使廉价的原料过量，以提高反应的生产时，往往使廉价的原料过量，以提高反应的转化率转化率。 另一方面，另一方面，反应物浓度越高，反应物浓度越高，(+)(+)反应速度（反应速度（v+）越快。）越快。 从物理角度看，对于从物理角度看，对于可逆反应可逆反应而言：而言： ( (反应物浓度反应物浓度 平衡浓度平衡浓度) ) 即为反应的推动力，此值越大，即为反应的推动力，此值越大， 反应速度（反应速度（v）越快。）越快。 化工生产中，对于受平衡限制的反应，常常采取将化工生产中，对于

8、受平衡限制的反应，常常采取将 产物产物 不断不断 地从反应区域中移去，即为此原理的应用，它是提高产率的有效方地从反应区域中移去，即为此原理的应用，它是提高产率的有效方 法之一。法之一。BADCCCCCK恒算系统对于稳态过程（物性参数不随时间而变，无累积）则有：（一）物料恒算 因为在化学反应过程中，原子是不变的，即物质的质量守恒。1） 绘出流程图，选定恒算系统，并写出化学反应方程式。选定恒算基准（如 1kg, 1moL, 1m3, 1h 等）设未知数、列方程组、联立求解。对于 过程：（有物质的转变） 乙烯在催化剂作用下，被空气氧化成环氧乙烷，副产物是水和二氧化碳。已知离开反应器气体的干基组成：C

9、2H4 3.22% ； N2 79.64% ； O2 10.81% ; CO2 5.5% ; C2H4O 0.83%（体积分数）。气体经吸收塔处理，水蒸气和环氧乙烷溶入水中，其余不溶气从塔顶排出。除少量排出体系外，其余循环使用。试计算： 1）乙烯的转化率 2）新鲜原料气中乙烯与空气的量之比反应器吸收塔原料气（F ）产物（P）+ 水循环气C2H4 3.22 % ； N2 79.64 % ；O2 10.81 % ; CO2 5.5 % ; C2H4O 0.83%C2H4 3.25 % ；N2 80.3 % ；O2 10.9 % ; CO2 5.55 % ; 主反应： C2H4 + 0.5 O2 C

10、2H4 O副反应： C2H4 + 3O2 2 CO2 + 2 H2O 根据题意，以 出炉干气为基准，且令新鲜原料气中 C2H4 的含量为 mol；空气含量为 mol ( 79% N2 ，21% O2 )；排放气 mol；生成的副产物 H2O 的含量为 mol。由已知数据得： 出炉气的组成为： 排放气的组成C2H4 mol O2 0.21 mol N2 0.79 mol F恒算系统C2H4 0.0325 mol O2 0.109 mol N2 0.803 mol CO2 0.0555 mol C2H4O 0.83 mol H2O mol PW根据原子守恒原则得；C ： 2 =（ 0.03252

11、+ 0.0555）+（0.832 ） H： 4 =（ 0.03254）+（0.834 +2 ） O： 0.212 = （0.1092 + 0.0555 2）+（0.83 + ） N： 0.792 = 0.803 2 最后解得； = 2.008；= 19.87； = 1.085； = 19.55生成 CO2 的量为：0.0555W = 1.085 moL ; 反应所消耗乙烯 的量为： 1.085 2 = 0.542 moL；反应所消耗乙烯 的量为： 0.83 moL乙烯的（全程）转化率 = 反应消耗的乙烯总量新鲜原料中乙烯的总量= 2.0080.83 + 0.5425= % 的量新鲜原料气中的量

12、= 2.00819.87= （约为 1 10）1 1气体产物的分离（1 1）气体的净制气体产物中的固体颗粒和雾滴四、化工产品分离与精制 （2 2）从气体产物中分离出要用的物质吸附是某些分子在多孔性固体吸附剂表面上浓集的过程。分离方法为冷凝、吸收和吸附 冷凝是将压缩气体或饱和蒸汽冷却降温，使气体或蒸汽转变为液体的过程。吸收是用适当的液体与气体产物相接触，使气体进入液体变为溶液的过程。四、化工产品分离与精制 2 2液体产物的分离 液体产物通常含有两种以上的液体组分，往往也会带有少量固体杂质或结晶。液体本身既有完全互溶的溶液，又有互不溶解的液体混合物，还有溶质分散在液相主体中的乳液。 除去液体产物中

13、少量固体颗粒的方法包括过滤和澄清、结晶和重结晶、膜透析和超滤等净制方法。 （1 1）从液体产物中除去固体颗粒四、化工产品分离与精制 （2 2）从不互溶的液体中除去其中一种液体一般均用沉降法进行分离。对于要求分离很彻底，而沉降法又达不到分离要求的少量不溶性液体杂质，可以采取吸附法进行处理。当液体产物为稀溶液，而希望得到较浓的溶液时，用蒸发的方法。即通过加热使溶液在沸腾情况下气化，使其中部分溶剂由于气化而除去，从而使溶液浓度增大。例如将稀烧碱溶液变为浓溶液就用蒸发的方法。 （3 3）溶液增浓四、化工产品分离与精制 对于不同组分在相同温度下具有不同挥发度的溶液，可采用使溶液蒸发，汽液平衡，再将蒸汽冷

14、凝，使溶液中的组分分离的精馏方法。 萃取是利用不同物质在溶剂中具有不同溶解度，使液体产物中的不同组分分离的方法。 （4 4）将互溶的液体分离成不同组分精馏、萃取方法四、化工产品分离与精制 将液体产物全部变为固体，称做凝固，通常都用冷却和冷冻的方法降低液体的温度以使液体全部变为固体。将溶液中的固体溶质分离出来的方法称为结晶。通常用降低温度、减少溶剂和进行盐析等方法来实现。将乳液中的固体溶质分离出来的办法称为凝聚，在乳液中加进凝聚剂破坏乳化状态，就能将颗粒状的固体物质分离出来。（5 5）将液体产物全部或部分变为固体凝固、结晶、凝聚方法四、化工产品分离与精制 （1 1）固液分离过滤的基本原理是利用多孔的过滤介质将悬浮液中的固体颗粒挡住，而让液体通过，从而使液体同固体分离。过滤结束后，要用水或其它溶剂冲洗滤饼，以使附着在滤渣颗粒表面的滤液和滞留在滤饼内孔隙中的滤液溶到水中或其它溶剂中而被带走，洗涤后滤饼经加工后，可以