精細(xì)化工工藝基本理論學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1精細(xì)化工精細(xì)化工(jn x hu n)工藝基本理工藝基本理論論第一頁(yè)，共22頁(yè)。第1頁(yè)/共21頁(yè)第二頁(yè)，共22頁(yè)。新方案新方案(fng n)的提出的提出實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室研究研究(ynji)基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)探索實(shí)驗(yàn)探索情報(bào)收集情報(bào)收集分析研究分析研究中試中試設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)與施工施工工業(yè)化工業(yè)化生產(chǎn)生產(chǎn)初步評(píng)價(jià)初步評(píng)價(jià)概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)建立模型建立模型經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)大型冷模大型冷模實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 模型修改模型修改第2頁(yè)/共21頁(yè)第三頁(yè)，共22頁(yè)。2.2 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)的計(jì)量學(xué)的計(jì)量學(xué)n反應(yīng)物的摩爾比反應(yīng)物的摩爾比n限制限制(xinzh)反應(yīng)物和過(guò)量反應(yīng)物反應(yīng)物和過(guò)量

2、反應(yīng)物n過(guò)量百分?jǐn)?shù)過(guò)量百分?jǐn)?shù)n轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率n選擇性選擇性n理論收率理論收率n質(zhì)量收率質(zhì)量收率n原料消耗定額原料消耗定額n單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率第3頁(yè)/共21頁(yè)第四頁(yè)，共22頁(yè)。理論理論(lln)收率收率Yp-YSX轉(zhuǎn)化率、選擇性、理論轉(zhuǎn)化率、選擇性、理論(lln)收率的關(guān)系收率的關(guān)系化工過(guò)程化工過(guò)程(guchng)的主要效率指標(biāo)的主要效率指標(biāo)該反應(yīng)物的起始量某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量X該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化總量應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反S該反應(yīng)物的起始量反應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的的產(chǎn)物的某Y第4頁(yè)/共21頁(yè)第五頁(yè)，共22頁(yè)。AP(主產(chǎn)物)B，C，D等（副產(chǎn)物）,100%A rA inA outA

3、A inA innnnXnn,100%PA inA outanpSnn,100%100%PPPA inA inannpYpnnaYSX轉(zhuǎn)化率、選擇性、理論收率轉(zhuǎn)化率、選擇性、理論收率(shu l)的關(guān)系的關(guān)系化工過(guò)程的主要效率化工過(guò)程的主要效率(xio l)指標(biāo)指標(biāo)第5頁(yè)/共21頁(yè)第六頁(yè)，共22頁(yè)。 每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品需要消耗的各種原料每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品需要消耗的各種原料(yunlio)(yunlio)的量的量（噸或千克）叫做原料（噸或千克）叫做原料(yunlio)(yunlio)消耗定額。對(duì)主要反應(yīng)消耗定額。對(duì)主要反應(yīng)物來(lái)說(shuō)，它實(shí)際上就是質(zhì)量收率的倒數(shù)。物來(lái)說(shuō)，它實(shí)際上就是質(zhì)量收率的倒數(shù)。NH2H2

4、SO4NH2SO3H+質(zhì)量質(zhì)量(zhling) 100kg 163.5kg純度純度 99 98相對(duì)分子量相對(duì)分子量 93 231.2例：例：苯胺的消耗定額苯胺的消耗定額10099%/163.598%0.618t618kg第6頁(yè)/共21頁(yè)第七頁(yè)，共22頁(yè)。 ， 反應(yīng)物反應(yīng)物A輸入和輸出輸入和輸出(shch)反應(yīng)器的物質(zhì)的量反應(yīng)器的物質(zhì)的量 ， 反應(yīng)物反應(yīng)物A輸入和輸出輸入和輸出(shch)全過(guò)程的物質(zhì)的量全過(guò)程的物質(zhì)的量X單單nA,inRnA,outRnA,inR100X總總nA,inSnA,outSnA,inS100nA,outRnA,inRnA,outSnsA,inS的量反應(yīng)器進(jìn)口物料中組分

5、在反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化量組分AAXA的量新鮮原料中組分在反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化量組分AAXtotA,第7頁(yè)/共21頁(yè)第八頁(yè)，共22頁(yè)。9例：在苯一氯化制氯苯時(shí)，為了減少副產(chǎn)二氯苯的生成量，每例：在苯一氯化制氯苯時(shí)，為了減少副產(chǎn)二氯苯的生成量，每100mol苯用苯用40mol氯，反應(yīng)產(chǎn)物中含氯，反應(yīng)產(chǎn)物中含38mol氯苯，氯苯，1mol二氯苯，還有二氯苯，還有61mol未反應(yīng)的苯，未反應(yīng)的苯，經(jīng)分離后可回收經(jīng)分離后可回收60mol苯，損失苯，損失(snsh)1mol苯，如下圖所示：苯，如下圖所示：C6H6100反應(yīng)器分離器C6H6 61 C6H6 1C6H5Cl 38 C6H5Cl 38C6H4Cl2 1 C

6、6H4Cl2 1%00.95%44.97%50.97%00.95%100601001138%44.97%100611001138%50.97%1006010061100%00.39%10010061100 或或生成氯苯的總收率生成氯苯的總收率生成氯苯的選擇性生成氯苯的選擇性苯的總轉(zhuǎn)化率苯的總轉(zhuǎn)化率苯的單程轉(zhuǎn)化率苯的單程轉(zhuǎn)化率第8頁(yè)/共21頁(yè)第九頁(yè)，共22頁(yè)。一、反應(yīng)器要求及特點(diǎn)一、反應(yīng)器要求及特點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和材料上必須滿足以下要求：化學(xué)反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和材料上必須滿足以下要求：（1）對(duì)反應(yīng)物料（特別是非均相的氣液反應(yīng)物、液液反應(yīng)）對(duì)反應(yīng)物料（特別是非均相的氣液反應(yīng)物、液液反應(yīng)物、氣固反應(yīng)物、

7、液固反應(yīng)物、氣液固三相反應(yīng)物）提供良物、氣固反應(yīng)物、液固反應(yīng)物、氣液固三相反應(yīng)物）提供良好的傳質(zhì)條件，便于控制反應(yīng)物系的濃度分布，以利于反應(yīng)好的傳質(zhì)條件，便于控制反應(yīng)物系的濃度分布，以利于反應(yīng)的順利進(jìn)行；的順利進(jìn)行；（2）對(duì)反應(yīng)物料（特別是強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱的反應(yīng)物系）提）對(duì)反應(yīng)物料（特別是強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱的反應(yīng)物系）提供良好的傳熱條件，便于熱效應(yīng)的移除或供給，以利于反應(yīng)供良好的傳熱條件，便于熱效應(yīng)的移除或供給，以利于反應(yīng)物系的溫度控制；物系的溫度控制；（3）在反應(yīng)的溫度、壓力和介質(zhì)條件下，具有）在反應(yīng)的溫度、壓力和介質(zhì)條件下，具有(jyu)良好良好的力學(xué)強(qiáng)度和耐腐蝕性能；的力學(xué)強(qiáng)度和耐腐蝕性能；（

8、4）能適應(yīng)反應(yīng)器的操作方式（間歇操作或連續(xù)操作）。）能適應(yīng)反應(yīng)器的操作方式（間歇操作或連續(xù)操作）。2.3 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)器器第9頁(yè)/共21頁(yè)第十頁(yè)，共22頁(yè)。圖圖2-2圖圖2-3 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器第10頁(yè)/共21頁(yè)第十一頁(yè)，共22頁(yè)。30m330m3催化催化(cu hu)(cu hu)磁力反應(yīng)釜設(shè)計(jì)圖磁力反應(yīng)釜設(shè)計(jì)圖第11頁(yè)/共21頁(yè)第十二頁(yè)，共22頁(yè)。型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例立式立式攪拌攪拌鍋鍋2-4a標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)準(zhǔn)型,帶橢圓底或折帶橢圓底或折邊球形底邊球形底在液體介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的各種反應(yīng)在液體介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的各種反應(yīng)2-4b帶錐

9、形底帶錐形底結(jié)晶形產(chǎn)物或需靜止分層的產(chǎn)物結(jié)晶形產(chǎn)物或需靜止分層的產(chǎn)物2-4c半球形底半球形底壓熱反應(yīng)壓熱反應(yīng),如氨化、水解等加壓下的反應(yīng)如氨化、水解等加壓下的反應(yīng)圖圖2-4第12頁(yè)/共21頁(yè)第十三頁(yè)，共22頁(yè)。雙槳式（單槳式）雙槳式（單槳式） 框錨式框錨式 葉片葉片(ypin)錨式錨式直葉渦輪直葉渦輪框式框式單螺帶單螺帶螺桿螺桿(lu n) 雙螺帶雙螺帶 各種各種( zhn)攪拌器形式攪拌器形式圖圖2-5第13頁(yè)/共21頁(yè)第十四頁(yè)，共22頁(yè)。型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例臥式臥式反應(yīng)反應(yīng)鍋鍋2-6a臥式圓筒內(nèi)設(shè)攪拌臥式圓筒內(nèi)設(shè)攪拌帶固體沉淀物的反應(yīng)，如帶固

10、體沉淀物的反應(yīng)，如-氯蒽醌的氨化氯蒽醌的氨化2-6b圓筒形，內(nèi)設(shè)鋼球或圓筒形，內(nèi)設(shè)鋼球或磁球，筒體旋轉(zhuǎn)磁球，筒體旋轉(zhuǎn)需要不斷粉碎結(jié)塊固體的場(chǎng)合，用于固體需要不斷粉碎結(jié)塊固體的場(chǎng)合，用于固體縮合反應(yīng)等縮合反應(yīng)等圖圖2-6第14頁(yè)/共21頁(yè)第十五頁(yè)，共22頁(yè)。型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例管式管式反應(yīng)反應(yīng)器器1-3a水平管式水平管式氣相或均液相反應(yīng)，如水解反應(yīng)等氣相或均液相反應(yīng)，如水解反應(yīng)等1-3b垂直排管垂直排管氣液相反應(yīng)，帶懸浮固體的液固或氣液氣液相反應(yīng)，帶懸浮固體的液固或氣液固反應(yīng)，如液相催化加氫還原固反應(yīng)，如液相催化加氫還原1-3c環(huán)形管內(nèi)設(shè)攪拌器環(huán)形

11、管內(nèi)設(shè)攪拌器非均液相反應(yīng)，如芳烴液相氧化或烷基非均液相反應(yīng)，如芳烴液相氧化或烷基化反應(yīng)?；磻?yīng)。d型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例管式管式反應(yīng)反應(yīng)器器2-7a水平管式水平管式氣相或均液相反應(yīng)，如水解反應(yīng)等氣相或均液相反應(yīng)，如水解反應(yīng)等2-7b垂直排管垂直排管氣液相反應(yīng)，帶懸浮固體的液固或氣液氣液相反應(yīng)，帶懸浮固體的液固或氣液固反應(yīng)，如液相催化加氫還原固反應(yīng)，如液相催化加氫還原2-7c環(huán)形管內(nèi)設(shè)攪拌器環(huán)形管內(nèi)設(shè)攪拌器非均液相反應(yīng)，如芳烴液相氧化或烷基非均液相反應(yīng)，如芳烴液相氧化或烷基化反應(yīng)。化反應(yīng)。2-7d水平管帶螺桿攪拌器水平管帶螺桿攪拌器粘稠物料與半固體物

12、料的反應(yīng)粘稠物料與半固體物料的反應(yīng)圖圖2-7 管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器第15頁(yè)/共21頁(yè)第十六頁(yè)，共22頁(yè)。型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例塔式塔式反應(yīng)反應(yīng)器器2-8a圓柱形塔體內(nèi)設(shè)擋板圓柱形塔體內(nèi)設(shè)擋板及鼓泡器及鼓泡器氣液相反應(yīng)，汽液固三相反應(yīng)，如芳烴液相氣液相反應(yīng)，汽液固三相反應(yīng)，如芳烴液相氧化及烴化反應(yīng)硝基物加氫還原氧化及烴化反應(yīng)硝基物加氫還原2-8b塔內(nèi)部有填充物塔內(nèi)部有填充物氣體的化學(xué)吸收苯的沸騰氯化制氯苯氣體的化學(xué)吸收苯的沸騰氯化制氯苯2-8c塔體內(nèi)部有塔板結(jié)構(gòu)塔體內(nèi)部有塔板結(jié)構(gòu)氣液相逆流操作的反應(yīng)，要求伴隨蒸餾的化氣液相逆流操作的反應(yīng)，要求伴隨蒸餾

13、的化學(xué)反應(yīng)，如酯化反應(yīng)及異丙苯氧化反應(yīng)學(xué)反應(yīng)，如酯化反應(yīng)及異丙苯氧化反應(yīng)2-8d塔體內(nèi)部有攪拌裝置塔體內(nèi)部有攪拌裝置或脈沖振動(dòng)裝置或脈沖振動(dòng)裝置氣液、液液、液固等均相反應(yīng)及要求伴隨萃氣液、液液、液固等均相反應(yīng)及要求伴隨萃取的化學(xué)反應(yīng)，如硝化廢酸的萃取取的化學(xué)反應(yīng)，如硝化廢酸的萃取圖圖2-8第16頁(yè)/共21頁(yè)第十七頁(yè)，共22頁(yè)。型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例固定固定床反床反應(yīng)器應(yīng)器1-5a單簡(jiǎn)體內(nèi)裝催化劑單簡(jiǎn)體內(nèi)裝催化劑 氣固、液固、氣液固相催化反應(yīng)如硝氣固、液固、氣液固相催化反應(yīng)如硝基物氣相加氫還原及液相加氫還原基物氣相加氫還原及液相加氫還原1-5b列管式

14、，管內(nèi)裝催化列管式，管內(nèi)裝催化劑劑反應(yīng)熱較大的快速氣固相催化反應(yīng)，如芳反應(yīng)熱較大的快速氣固相催化反應(yīng)，如芳烴的氣相催化氧化烴的氣相催化氧化型式型式圖號(hào)圖號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例適用場(chǎng)合及應(yīng)用舉例固定固定床反床反應(yīng)器應(yīng)器2-9a單簡(jiǎn)體內(nèi)裝催化劑單簡(jiǎn)體內(nèi)裝催化劑 氣固、液固、氣液固相催化反應(yīng)如硝氣固、液固、氣液固相催化反應(yīng)如硝基物氣相加氫還原及液相加氫還原基物氣相加氫還原及液相加氫還原2-9b列管式，管內(nèi)裝催化列管式，管內(nèi)裝催化劑劑反應(yīng)熱較大的快速氣固相催化反應(yīng)，如芳反應(yīng)熱較大的快速氣固相催化反應(yīng)，如芳烴的氣相催化氧化烴的氣相催化氧化圖圖2-9第17頁(yè)/共21頁(yè)第十八頁(yè)，共22頁(yè)。流化

15、床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器 2-10圓筒形，催化劑靠氣速圓筒形，催化劑靠氣速或液速呈流化狀態(tài)或液速呈流化狀態(tài)放熱量較大的氣固相或氣液放熱量較大的氣固相或氣液固相催化反應(yīng)，如芳烴的氧固相催化反應(yīng)，如芳烴的氧化、硝基物催化加氫還原化、硝基物催化加氫還原噴射型反應(yīng)器噴射型反應(yīng)器2-11類似噴射器結(jié)構(gòu)類似噴射器結(jié)構(gòu)氣液、液液相快速反應(yīng)，例氣液、液液相快速反應(yīng)，例如某些中和及酯化反應(yīng)、氣如某些中和及酯化反應(yīng)、氣體的化學(xué)吸收體的化學(xué)吸收泵式反應(yīng)器泵式反應(yīng)器2-12類似水環(huán)泵或透平泵結(jié)類似水環(huán)泵或透平泵結(jié)構(gòu)構(gòu)液相、氣液相等快速反應(yīng)如液相、氣液相等快速反應(yīng)如烷基苯的磺化反應(yīng)等。烷基苯的磺化反應(yīng)等。圖圖2-11圖圖2-12圖圖2-10第18頁(yè)/共21頁(yè)第十九頁(yè)，共22頁(yè)。圖圖2-13第19頁(yè)/共21頁(yè)第二十頁(yè)，共22頁(yè)。（1）反應(yīng)類型和特征；）反應(yīng)類型和特征；（2）反應(yīng)過(guò)程的特征和要求；）反應(yīng)過(guò)程的特征和要求；（3）由反應(yīng)的濃度效應(yīng)決定的混合）由反應(yīng)的濃度效應(yīng)決定的混合(hnh