化學(xué)工藝基礎(chǔ)

第二章

化學(xué)工藝基礎(chǔ)2.1

原料資源及其加工

石油天然氣煤生物質(zhì)空氣水2.1.1石油及其加工利用

石油化工自20世紀(jì)50年代開始蓬勃發(fā)展基本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有90%來源于石油和天然氣2.1.2

石油及其加工三烯——乙烯、丙烯、丁二烯

石油制取三苯——苯、甲苯、二甲苯

石油、天然氣和煤制取

1.石油的組成

由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的化合物構(gòu)成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上石油中的化合物分為烴類非烴類膠質(zhì)和瀝青烴類化合物非烴化合物膠質(zhì)和瀝青質(zhì)

鏈?zhǔn)斤柡蜔N環(huán)烷烴芳香烴

硫化物氮化物含氧化合物

稠環(huán)烴類等根據(jù)沸程的不同，將石油分類

2.油品的概念

石腦油（輕汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃潤滑油

350－520℃重、渣油

>520℃來源

常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油辛烷值汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時，抗爆震性能的指標(biāo)。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量也愈好測定方法：研究法(RON)、馬達(dá)法(MON)

汽油的來源和指標(biāo)

將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。將待測汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)中炕爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同測標(biāo)準(zhǔn)汽油中異辛烷的百分含量

93＃

？

90＃

辛烷值定義評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)定義：在單缸發(fā)動機(jī)中，當(dāng)試驗油料的自燃性和十六烷與2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同時，待測油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相同

柴油的指標(biāo)----十六烷值餾程閃閃點：：評定定柴油油蒸發(fā)發(fā)性能能的指指標(biāo)，，主要要是50%和90%的餾出出溫度度凝點：：在規(guī)規(guī)定的的實驗驗條件件下，，試樣樣開始始失去去流動動性的的溫度度冷濾點點：通通過過過濾器器的流流量每每分鐘鐘不足足20mL時的最最高溫溫度柴油的的其他他性能能指標(biāo)標(biāo)5＃:8℃℃以上上0＃:8℃至至4℃℃－10＃:4℃℃至－－5℃℃－20＃:－－5℃至至－14℃℃－35＃:－－14℃℃至－－29℃－50＃:－－29℃℃至－－44℃根據(jù)使使用時時的氣氣溫選選用不不同標(biāo)標(biāo)號柴油標(biāo)標(biāo)號的的依據(jù)據(jù)是柴柴油的的凝固固點柴油的的標(biāo)號號利用原原油中中各組組分沸沸點的的差別別進(jìn)行行分離離常壓蒸蒸餾減壓蒸蒸餾3、石石油的的加工工一次加加工———油油品品的加加工催化重重整（catalyticreforming））催化裂裂化(catalyticcracking)催化加加氫裂裂化(catalytichydrocracking)烴類熱熱裂解解（pyrolysisofhybrocarbons））二次加加工———餾餾分分油的的化學(xué)學(xué)加工工調(diào)整烴烴類的的組成成石油的的加工工的主主要途途徑和和產(chǎn)品品天然氣氣主要成成分是是甲烷烷干氣甲烷含量高于于90%濕氣C2~C4烷烴含量≥15%~20%油田伴生氣天然氣于石油油伴生煤層氣（瓦斯斯氣）吸附在煤上的的甲烷天然氣水合物物凍土帶和海底底甲烷與水組組成的籠形化化合物2.1.3天然氣及其加加工利用制氫氣和合成成氨經(jīng)合成氣路線線制燃料和化化工產(chǎn)品直接催化轉(zhuǎn)化化成化工產(chǎn)品品熱裂解制化工工產(chǎn)品甲烷的氯化、、硝化、氨氧氧化和硫化濕氣中C2~C4烷烴的利用天然氣的化工工利用煤(coal)由含碳、氫的的多種結(jié)構(gòu)的的大分子有機(jī)機(jī)物和少量硅硅、鋁、鐵、、鈣、鎂的無無機(jī)礦物質(zhì)組組成成煤過程的程程度不同分為為泥煤、褐煤、、煙煤和無煙煙煤H%O%含量順序泥煤>褐煤>煙煤>無煙煤2.1.4煤及其加工利利用高溫干餾（煉煉焦）低溫干餾煤氣化煤液化（直接接液化間接接液化）煤的加工煤低溫干餾焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、、乙烯等低溫煤焦油酚類、烷烴、、環(huán)烷烴等半焦氣化合成氣高溫干餾焦?fàn)t煤氣粗苯分離苯二甲苯甲苯氧（雜）茚茚煤焦油分離苯酚、甲酚、、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料料氣化合成氣合成氨、甲醇、低低碳混合醇、、汽油、柴油油等高壓加氫液化化汽油、煤油、、柴油等糠醛的生產(chǎn)2C2H10O5H2O淀粉C12H22O11(麥芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生產(chǎn)2.1.5生物質(zhì)及其加加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O產(chǎn)品分離與精精制化學(xué)反應(yīng)原料預(yù)處理2.2化工生產(chǎn)過程程及流程化工生產(chǎn)過程程達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格反應(yīng)類型、反應(yīng)器得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物

2.2化工生產(chǎn)過程程及流程化工生產(chǎn)工藝藝流程組織———推論分析法從“目標(biāo)”出出發(fā)對不同功功能的單元進(jìn)進(jìn)行邏輯組合合化工工藝過程程的““洋蔥”模型型反應(yīng)器分離與再循環(huán)環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程2.2化工生產(chǎn)過程程及流程化工生產(chǎn)工藝藝流程組織———功能分析法分析每個單元元的基本功能能和屬性，列列出不同方案案不同功能單元元的實施方法法不同設(shè)備型式式不同流程方案案2.2化工生產(chǎn)過程程及流程化工生產(chǎn)工藝藝流程組織———形態(tài)分析法對不同流程方方案精確分析析評價，擇優(yōu)優(yōu)汰劣原則則是否滿足所要要求的技術(shù)指指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先先進(jìn)性環(huán)境、安全和和法律技術(shù)資料的完完整性和可信信度[例]丙烯氨氧化制制丙烯腈生產(chǎn)產(chǎn)過程主反應(yīng)：C3H6+NH3+1/2O2CH2=CHCN+H2O主要副產(chǎn)物：：HCNCH3CNQ?如何從吸收塔塔底流出的水水溶液中分離離出丙烯腈和和副產(chǎn)物呢？？方案一：將丙烯腈和各各副產(chǎn)物同時時從水溶液中中蒸發(fā)出來，，冷凝后再逐逐個精餾分離離；Q？丙烯腈與乙腈腈的沸點相近近，普通精餾餾方法難于將將它們分離方案二：采用萃取精餾餾法先將丙烯烯腈和HCN解吸出來，乙乙腈留在水溶溶液中，然后后再分離丙烯烯腈和HCN乙腈與水完全全互溶，而2.3化工過程的主主要效率指標(biāo)標(biāo)生產(chǎn)能力和生生產(chǎn)強(qiáng)度化學(xué)反應(yīng)的效效率——合成成效率轉(zhuǎn)化率選擇擇性收收率平衡轉(zhuǎn)化率和和平衡產(chǎn)率生產(chǎn)能力一個設(shè)備、一一套裝置或一一個工廠在單單位時間內(nèi)生生產(chǎn)的產(chǎn)品量量或處理的原原料量單位千克/時（kg/h））噸/天(t/d)萬噸/年(10kt/a)？設(shè)計能力：在最佳條件下下可以達(dá)到的的最大生產(chǎn)能能力設(shè)備的單位體體積（或面積積）的生產(chǎn)能能力單位：kg/h·m3，t/d·m3kg/h·m2，t/d·m2生產(chǎn)強(qiáng)度？時空收率催化劑的生產(chǎn)產(chǎn)強(qiáng)度單位時間、單單位體積（質(zhì)質(zhì)量）催化劑劑所得產(chǎn)品量量合成效率原子經(jīng)濟(jì)性AE環(huán)境因子（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)））循環(huán)流程程轉(zhuǎn)化率選

擇

性表達(dá)主、副反反應(yīng)進(jìn)行程度度的大小反映原料的利利用是否合理理從產(chǎn)物角度來來描述反應(yīng)過過程的效率？單程收率總總收率率？平衡轉(zhuǎn)化率平平衡產(chǎn)率？轉(zhuǎn)化率、選擇擇性和收率的的關(guān)系收率產(chǎn)率率2.4反應(yīng)條件對化化學(xué)平衡和反反應(yīng)速率的影影響可逆反應(yīng)，平平衡常數(shù)與溫溫度的關(guān)系溫度的影響———化學(xué)平衡吸熱反應(yīng)ΔΔH?>0，K值隨隨著溫度升高高而增大,有有利于平衡產(chǎn)產(chǎn)率增加放熱反應(yīng)ΔΔH?<0，K值隨隨著溫度升高高而減小，降降低溫度使平平衡產(chǎn)率增加加2.4反應(yīng)條件對化化學(xué)平衡和反反應(yīng)速率的影影響溫度的影響———反應(yīng)速率ｋ總是隨溫度的的升高而增加加不可逆反應(yīng)，，產(chǎn)物生成速速率隨溫度的的升高而加快快可逆吸熱反應(yīng)應(yīng)，凈速率隨隨溫度的升高高而增高可逆放熱反應(yīng)應(yīng)，在最佳反反應(yīng)溫度下凈凈反應(yīng)速率最最大2.4反應(yīng)條件對化化學(xué)平衡和反反應(yīng)速率的影影響濃度的影響反應(yīng)物濃度越越高，越有利利于平衡向產(chǎn)產(chǎn)物方向移動動使廉價易易得的反應(yīng)物物過量，提高高價貴難得反反應(yīng)物的利用用率反應(yīng)物濃度愈愈高，反應(yīng)速速率愈快2.4反應(yīng)條件對化化學(xué)平衡和反反應(yīng)速率的影影響壓力的影響壓力對有氣相相物質(zhì)參加的的反應(yīng)平衡影影響很大分子數(shù)增加的的反應(yīng)，降低低壓力可以提提高平衡產(chǎn)率率分子數(shù)減減少的反應(yīng)，，提高壓力可可以提高平衡衡產(chǎn)率分子子數(shù)不變的反反應(yīng)，壓力對對平衡產(chǎn)率無無影響一定的壓力范范圍內(nèi)加壓，，對加快反應(yīng)應(yīng)速率有一定定好處，但壓壓力過高，反反而不經(jīng)濟(jì)惰性氣體的存存在，降低反反應(yīng)物的分壓壓，對反應(yīng)速速率不利，但但有利于分子子數(shù)增加的反反應(yīng)的平衡2.5催化劑的的性能及及使用提高反應(yīng)應(yīng)速率和和選擇性性改進(jìn)操作作條件催化劑有有助于開開發(fā)新的的反應(yīng)過過程，發(fā)發(fā)展新的的化工技技術(shù)催化劑在在能源開開發(fā)和消消除污染染中可發(fā)發(fā)揮重要要作用催化劑的的基本特特征催化劑是是參與了了反應(yīng)的的，但反反應(yīng)終了了時，催催化劑劑本身未未發(fā)生化化學(xué)性質(zhì)質(zhì)和數(shù)量量的變化化催化劑只只能縮短短達(dá)到化化學(xué)平衡衡的時間間（即加加速作用用），但但不能改改變平衡衡催化劑具具有明顯顯的選擇擇性，特特定的催催化劑只只能催化化特定的的反應(yīng)催化劑的的分類按催化反反應(yīng)體系系的物相相均一性性均相催化化劑非非均相相催化劑劑按反應(yīng)類類別加氫、脫脫氫、氧氧化、裂裂化、水水合、聚聚合、烷烷基化、、異構(gòu)化化、芳構(gòu)構(gòu)化、羰羰基化、、鹵化按反應(yīng)機(jī)機(jī)理氧化還原原型催化化劑、酸酸堿催化化劑按使用條條件下的的物態(tài)金屬催化化劑、氧氧化物催催化劑、、硫化物物催化劑劑、酸催催化劑、、堿催化化劑、絡(luò)絡(luò)合物催催化劑和和生物催催化劑工業(yè)催化化劑的使使用性能能活性選擇性壽命壽命的影影響因素素化學(xué)穩(wěn)定定性熱穩(wěn)定性性力學(xué)性能能穩(wěn)定性性耐毒性失活原因因：超溫過熱熱，使催催化劑表表面發(fā)生生燒結(jié)，，晶型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變或物物相轉(zhuǎn)變變；原料氣中中混有毒毒物雜質(zhì)質(zhì)，使催催化劑中中毒；有污垢覆覆蓋催化化劑表面面催化劑的的失活和和再生再生：暫時性中中毒是可可逆的，，當(dāng)原料料中除去去毒物后后，催化化劑可逐逐漸恢復(fù)復(fù)活性永久性中中毒則是是不可逆逆的。催催化劑積積碳可通通過燒碳碳再生無論是暫暫時性中中毒后的的再生，，還是積積碳后的的再生，，均會引引起催化化劑結(jié)構(gòu)構(gòu)的損傷傷，致使使活性下下降催化劑的的失活和和再生2.6反應(yīng)過程程的物料料衡算和和熱量衡衡算基礎(chǔ)礎(chǔ)輸入物料料的總質(zhì)質(zhì)量=輸出物料料的總質(zhì)質(zhì)量+系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)積累累的物料料質(zhì)量衡算系統(tǒng)統(tǒng)的物料料衡算通通式間歇操作作過程的的物料衡衡算以每批生生產(chǎn)時間間為基準(zhǔn)準(zhǔn)輸入物料料量每每批投入入的所有有物料質(zhì)質(zhì)量的總總和（包包括反應(yīng)應(yīng)物、溶溶劑、充充入的氣氣體、催催化劑等等）輸出物料料量該該批卸出出的所有有物料質(zhì)質(zhì)量的總總和（包包括目的的產(chǎn)物、、副產(chǎn)物物、剩余余反應(yīng)物物、抽出出的氣體體、溶劑劑、催化化劑等））投入料總總量與卸卸出料總總量之差差為殘存存在反應(yīng)應(yīng)器內(nèi)的的物料量量及其它它機(jī)械損損失穩(wěn)定流動動過程的的物料衡衡算系統(tǒng)中各各點的參參數(shù)（溫溫度、壓壓力、濃濃度和流流量等））不隨時時間而變變化，系系統(tǒng)中沒沒有積累累輸入系統(tǒng)統(tǒng)的物料料總質(zhì)量量=輸輸出系系統(tǒng)的物物料總質(zhì)質(zhì)量組分衡算算（∑mi）入=（∑mi）出+Δmi原子衡算算輸入物料料中所有有原子的的摩爾數(shù)數(shù)之和=輸輸出物料料中所有有原子的的摩爾數(shù)數(shù)之和物料衡算算的步驟驟繪出流程程的方框框圖，以以便選定定衡算系系統(tǒng)寫出化學(xué)學(xué)反應(yīng)方方程式并并配平選定衡算算基準(zhǔn)，，以計算算方便為為原則收集或計計算必要要的各種種數(shù)據(jù)設(shè)未知數(shù)數(shù)，列方方程式組組，聯(lián)聯(lián)立求解解計算和核核對報告計算算結(jié)果物料衡算算的步驟驟繪出流程程的方框框圖，以以便選定定衡算系系統(tǒng)寫出化學(xué)學(xué)反應(yīng)方方程式并并配平選定衡算算基準(zhǔn)，，以計算算方便為為原則收集或計計算必要要的各種種數(shù)據(jù)設(shè)未知數(shù)數(shù)，列方方程式組組，聯(lián)聯(lián)立求解解計算和核核對報告計算算結(jié)果穩(wěn)態(tài)流動動反應(yīng)過過程的熱熱量衡算算穩(wěn)態(tài)流動動反應(yīng)過過程是一一類最常常見的恒恒壓過程程，在該該系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)無能量量積累。。輸入該系系統(tǒng)的能能量=輸輸入入物料的的內(nèi)能Uin+環(huán)境境傳入的的熱量QP輸出該系系統(tǒng)的能能量=輸輸出物物料的內(nèi)內(nèi)能Uout+系統(tǒng)統(tǒng)對外作作的功WUin+QP=Uout+W熱量衡算算的關(guān)鍵鍵首先要確確定衡算算對象，，即明確確系統(tǒng)及及其周圍圍環(huán)境的的范圍選定物料料衡算基基準(zhǔn)，物物、熱衡衡算方程程式要聯(lián)聯(lián)立求解解，均應(yīng)應(yīng)有同一一物料衡衡算基準(zhǔn)準(zhǔn)確定溫度度基準(zhǔn)，，多以298K（或或273K）為為基準(zhǔn)溫溫度注意物質(zhì)質(zhì)的相態(tài)態(tài)，計算算相應(yīng)的的焓變本章結(jié)束束END!9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。09:57:2709:57:2709:5712/8/20229:57:27AM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2209:57:2709:57Dec-2208-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。09:57:2709:57:2709:57Thursday,December8,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月-2209:57:2709:57:27December8,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。08十十二月20229:57:27上午午09:57:2712月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月229:57上上午午12月月-2209:57December8,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/89:57:2709:57:2708December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。9:57:27上午午9:57上午午09:57:2712月-229、沒有失失敗，只只有暫時時停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。09:57:2709:57:2709:5712/8/20229:57:27AM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點點點小小努力力的積累。。。12月-2209:57:2709:57Dec-2208-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。09:57:2709:57:2709:57Thursday,December8,202213、不知香香積寺，，數(shù)里入入云峰。。。12月-2212月-2209:57:2709:57:27December8,202214、意志堅堅強(qiáng)的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。08十十二月20229:57:27上午午09:57:2712月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荊門門九派派通。。。。十二月月229:57上上午午12月月-2209:57December8,202216、少年年十五五二十十時，，步行行奪得得胡馬馬騎。。。2022/12/89:57:2709:57:2708December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。。9:57:27上上午午9:57上上午午09:57:2712月月-229、楊柳散和風(fēng)風(fēng)，青山澹吾吾慮。。12