化學(xué)工藝全冊配套完整課件

化學(xué)工藝全冊配套完整課件第四章總結(jié)一、基本概念1、兩種混合的概念：空混與返混2、三種理想流動(dòng)模型及其對應(yīng)的理想反應(yīng)器3、轉(zhuǎn)化率的概念4、空間時(shí)間與空間速度二、基本反應(yīng)器有效容積的計(jì)算1、公式2、計(jì)算步驟1）根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算V0，即單位時(shí)間處理物料的體積。2）由反應(yīng)器類型選擇適當(dāng)公式計(jì)算達(dá)到要求轉(zhuǎn)化率時(shí)所需時(shí)間。3）計(jì)算反應(yīng)器的有效體積。第五章總結(jié)合成氨的步驟合成氨原料氣的凈化步驟影響平衡氨含量的因素氨合成的工藝條件造氣的方法（化學(xué)反應(yīng)方程式）二段轉(zhuǎn)化法脫硫的方法變換反應(yīng)、目的高溫變換、低溫變換的催化劑脫碳的目的及方法甲烷化反應(yīng)一、合成氨工藝二、石油煉制石油煉制的方法常減壓蒸餾的原理、特點(diǎn)催化裂化、催化重整的定義石油化工的三大原料來源三、石油烴的熱裂解一次反應(yīng)與二次反應(yīng)脫氫與斷鏈的比較裂解的工藝條件裂解的壓力與稀釋劑裂解氣深冷分離法組成裂解氣預(yù)處理步驟、各步的目的及方法三種分離流程的塔系排列及特點(diǎn)[一]填空題：1、化學(xué)反應(yīng)器按物料的聚集狀態(tài)可分為

和

兩大類。均相按反應(yīng)器的形式可分為

、

和

三類。釜式管式塔式非均相2、空混是指

。因相對位置發(fā)生變化而造成的物料微元之間的混合3、返混是指

。具有不同停留時(shí)間的粒子在時(shí)間順序上的逆向混合4、間歇理想混合流動(dòng)模型中，空混=

，返混=

。0∞連續(xù)理想混合流動(dòng)模型中，空混=

，返混=

?！蕖捱B續(xù)理想排擠混合流動(dòng)模型中，空混=

，返混=

。005、空間時(shí)間τc與空間速度Sv的關(guān)系是

。互為倒數(shù)6、間歇理想釜式反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率等參數(shù)隨

變化而變化。時(shí)間

連續(xù)理想管式反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率等參數(shù)沿

變化。管長[二]計(jì)算題4、醋酐按下式水解為醋酸：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定，反應(yīng)為一級反應(yīng)：。在288K時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.0806min-1?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一全混釜，每天處理的溶液量為14.4m3，進(jìn)料的醋酐初始濃度CA0=0.095kmol/m3，試求當(dāng)醋酐轉(zhuǎn)化率xA=80%時(shí)，反應(yīng)器的容積為多少？解：1、合成氨過程包括

、

、

和

等幾個(gè)步驟。造氣凈化壓縮合成2、合成氨時(shí)，原料氣的凈化包括

、

、

、

等步驟。脫硫、變換、脫碳、原料氣的精制3、一氧化碳變換的反應(yīng)方程式是

。4、合成氨原料氣的凈化時(shí)，二氧化碳的脫除通常采用

的方法。碳酸鉀溶液吸收5、氨合成時(shí)，惰性氣體增加，平衡氨含量會

。下降6、石油煉制的主要方法有

、

、

等。常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整7、裂解氣深冷分離時(shí)，裂解氣的凈化包括

、

、

和

。脫酸性氣體、脫水、脫一氧化碳和脫炔8、脫除裂解氣中的酸性氣體采用的方法是

，脫水采取的方法是

，脫炔和脫CO采取的方法是

。堿洗分子篩吸附催化加氫THEEND返回第五章化工工藝學(xué)化工工藝：通過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝。內(nèi)容：目的：生產(chǎn)原理、工藝條件、工藝流程的設(shè)置及工藝計(jì)算。通過對生產(chǎn)原理的分析，對工藝條件和工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，以提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。4、人力方面（全員勞動(dòng)生產(chǎn)率）。1、原料利用率(原料的轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)的選擇性、產(chǎn)品的收率)；2、能量消耗（單位產(chǎn)品的能耗）；3、設(shè)備強(qiáng)度；分類：無機(jī)化工工藝有機(jī)化工工藝本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：合成氨工藝石油煉制石油烴熱裂解及裂解氣分離第一節(jié)合成氨工藝一、概述：1、合成氨工業(yè)的重要性：2、合成氨的原料路線：主要在于原料氣（氫氣）的獲取（1）以煤為原料：（2）以天然氣為原料：（3）以石油烴為原料：原則流程：凈化過程又包括脫硫、脫碳、變換、甲烷化（銅洗）等步驟。①氫氮比R：R=3時(shí)，y最大。二、氨的合成：（一）反應(yīng)原理：（1）化學(xué)反應(yīng)：可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱與溫度、壓力都有關(guān)。（2）平衡常數(shù)：但即使壓力很高，溫度較低，KP也不大。（3）影響平衡氨含量的因素：式中稱為氫氮比。y——平衡產(chǎn)物中氨含量yi——平衡產(chǎn)物中惰性氣體含量②溫度：溫度下降，平衡常數(shù)增大，y增加。③壓力：Ｐ增大，y增加。④惰性氣體：含量越高，y越小。（4）催化劑：鐵催化劑①組成：②催化劑的活化：③催化劑中毒：暫時(shí)性中毒硫、磷永久性中毒（5）反應(yīng)速度：動(dòng)力學(xué)方程：接近平衡時(shí)遠(yuǎn)離平衡時(shí)②氫氮比R：反應(yīng)初期，最佳氫氮比為1，隨反應(yīng)進(jìn)行，氨含量增加，最佳氫氮比隨之增大，趨于平衡時(shí)，最佳氫氮比接近于3。③惰性氣體：含量增加，反應(yīng)速度減小。①壓力：Ｐ增大，正反應(yīng)速度增大，逆反應(yīng)速度減小，所以提高壓力，大幅提高。④溫度：溫度升高，正逆反應(yīng)速度均加快。而平衡常數(shù)減小，先增大后減小，存在最適宜溫度。（二）氨合成的工藝條件：1、溫度：催化劑活性溫度范圍：400～510℃Tm、Te隨轉(zhuǎn)化率的升高而降低2、壓力：壓力增大，平衡氨含量增加，反應(yīng)速度加快，能耗增加。3、空速：空速增加，停留時(shí)間減小，生產(chǎn)強(qiáng)度大，轉(zhuǎn)化率低，分離負(fù)荷大，能耗大。4、氫氮比：新鮮氣：R=3進(jìn)塔原料氣：略低于35、惰性氣體：二、原料氣的生產(chǎn)與凈化：（一）造氣1、以煤為原料：

強(qiáng)吸熱反應(yīng)，常用煤氣發(fā)生爐間歇生產(chǎn)，為適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，采取適當(dāng)方法（如模擬移動(dòng)床法）來實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。2、以天然氣為原料：副反應(yīng)：（2）催化劑：活性組分:鎳助催化劑：Al2O3、MgO、CaO、TiO2、MoO3、稀土氧化物（1）化學(xué)反應(yīng)可逆吸熱反應(yīng),摩爾數(shù)增加，高溫、低壓有利于化學(xué)平衡。析炭反應(yīng)（3）生產(chǎn)流程：二段轉(zhuǎn)化法一段轉(zhuǎn)化：外熱式，反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)化率低，殘余CH4多；原因：①合成時(shí)要求CH4<0.5%，反應(yīng)溫度>1000℃，耐熱合金鋼工作溫度800～900℃，外熱式設(shè)備材質(zhì)無法承受；②第二段轉(zhuǎn)化加入空氣，可引入合成時(shí)所需氮?dú)猓虎蹎为?dú)使用第二段轉(zhuǎn)化，消耗過多的天然氣，且引入的氮?dú)膺^多。二段轉(zhuǎn)化：自熱式，反應(yīng)溫度高，轉(zhuǎn)化率高，殘余CH4少。（4）工藝條件①壓力：P↓體積增大的反應(yīng)有利，但常采用加壓操作原因：P↑節(jié)省壓縮功；P↑提高過量蒸汽的余熱利用價(jià)值；P↑可以減少設(shè)備投資；P過高，為保證CH4殘余量，需提高T，材質(zhì)限制。②溫度：T↑有利一段爐出口溫度：取決于設(shè)備材質(zhì)二段爐出口溫度：取決于對轉(zhuǎn)化氣組成的要求③水炭比：原料中水蒸汽與烴含量之比水炭比↑CH4殘余量↓r↑析炭↓水炭比↑蒸汽消耗↑，成本↑（二）脫硫：方法很多，可分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類。常用Co-Mo加氫-ZnO法脫硫Co-Mo加氫——將有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)硫化物H2SZnO脫硫：（三）變換：目的：CO是氨合成時(shí)催化劑的毒物，合成前必須除去。方法：通過變換將CO變?yōu)镃O2，再通過銅洗或甲烷化將剩余的CO清除?；瘜W(xué)反應(yīng)：

可逆放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，反應(yīng)速度隨溫度升高先增后減，存在最適宜溫度。催化劑：高溫變換催化劑：鐵鉻催化劑，以Fe3O4為活性組分

活性溫度范圍300～530℃低溫變換催化劑：銅基催化劑對硫敏感，抗毒性差活性溫度范圍180～260℃工藝流程：優(yōu)點(diǎn)：將不易脫除的CO變?yōu)橐酌摮腃O2，同時(shí)得到等體積的H2，所以變換過程既是原料氣的凈化過程，又是造氣的延續(xù)。（四）脫碳：脫除原料氣中的CO2

CO2的危害：方法：碳酸鉀溶液吸收工藝條件：低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于再生（五）原料氣的最終凈化：清除原料氣中少量碳氧化合物。1、銅洗：用銅鹽的氨溶液吸收2、甲烷化法：因消耗H2，同時(shí)生成CH4，所以只適用于碳氧化合物少的原料。兩種特殊凈化方案：1、碳酸氫銨的生產(chǎn)2、雙甲精制：三、合成氨生產(chǎn)的總流程：1、以煤為原料的生產(chǎn)流程2、以天然氣為原料的生產(chǎn)流程THEEND返回以煤為原料的合成氨流程除塵、脫硫造氣煤水蒸汽空氣壓縮變換脫碳甲烷化合成軟水水蒸汽氨返回一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化脫硫壓縮壓縮高低溫變換甲烷化脫碳壓縮合成分離天然氣空氣氨水蒸汽二氧化碳以天然氣為原料的合成氨流程返回返回輻射段對流段返回CO高低溫變換串聯(lián)流程1-轉(zhuǎn)化氣廢熱鍋爐；2-高變爐；3-高變廢熱鍋爐；4，6-熱交換器；5-低變爐返回變換脫碳銅洗壓縮碳酸氫銨合成返回第五章化工工藝學(xué)第二節(jié)石油煉制與石油烴熱裂解一、概述石油化工：以石油或天然氣、油田氣、煉廠氣為原料生產(chǎn)基礎(chǔ)化工原料、基本有機(jī)原料、合成材料以及精細(xì)化工產(chǎn)品的工業(yè)。石化產(chǎn)品基礎(chǔ)石油化工原料三苯：苯、甲苯、二甲苯三烯：乙烯、丙烯、丁二烯基本有機(jī)原料：醇、醛、酮、酸、酯、酐……合成材料：合成塑料、合成橡膠、合成纖維精化產(chǎn)品：洗滌劑、涂料、染料、醫(yī)藥、助劑……生產(chǎn)路線石油煉制石油產(chǎn)品燃料化工原料(石油烴)裂解小分子烯烴有機(jī)合成產(chǎn)品天然氣轉(zhuǎn)化合成氣甲醇多種產(chǎn)品石油化工的三大原料來源：天然氣、油田氣、煉廠氣和液體石油餾分。二、石油煉制

將原油經(jīng)常減壓蒸餾、催化裂化等方法加工成各種石油產(chǎn)品的過程稱石油煉制。1、常減壓蒸餾原理：利用原油中各組分沸點(diǎn)不同，以物理方法進(jìn)行加工分離。流程：特點(diǎn)：①按一定沸程收集餾出物，產(chǎn)品非純凈物；②多側(cè)線出料；③石油加熱在塔外進(jìn)行，不在塔釜；④塔底吹入過熱蒸汽，防止結(jié)焦。方法：常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整、加氫裂化、焦化。2、催化裂化：目的：將不能用作輕質(zhì)燃料的常減壓餾分油加工成辛烷值較高的汽油產(chǎn)品。定義：將常減壓餾分油在催化劑的作用下發(fā)生裂化反應(yīng)，生產(chǎn)高辛烷值的汽油產(chǎn)品。裂化反應(yīng)：碳鏈的斷裂和脫氫異構(gòu)化環(huán)化和芳構(gòu)化疊合、縮合催化劑：以硅酸鋁為主要成分，含有La3+、Ce3+、Nd3+等稀土離子的人造分子篩。特點(diǎn)：多組分同時(shí)反應(yīng)多途徑反應(yīng)存在二次反應(yīng)產(chǎn)品中飽和烴多，不飽和烴少；支鏈烴多，芳烴少生炭會使Cat失活3、催化重整：

催化重整是在催化劑和氫氣存在下，使直餾汽油餾分中的烴類分子結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，直鏈烷烴變?yōu)橹ф溚闊N，環(huán)烷烴變?yōu)榉枷銦N，從而生產(chǎn)辛烷值較高的重整汽油的過程。目的：提高汽油的辛烷值，目前常用于生產(chǎn)石油芳烴。分類：鉑重整錸鉑重整4、加氫裂化：在氫氣存在的條件下進(jìn)行的催化裂化過程。5、焦化：高溫條件下進(jìn)行的深度熱裂解。三、石油烴的熱裂解定義：高溫下使石油餾分中的烴類發(fā)生碳鏈的斷裂反應(yīng)或脫氫反應(yīng)生成低級烯烴的過程。原料：（一）裂解過程中的化學(xué)反應(yīng)：脫氫、斷鏈、二烯合成、異構(gòu)化、脫氫環(huán)化、脫烷基、疊合、歧化、聚合、脫氫交聯(lián)、焦化……一次反應(yīng)：由原料烴經(jīng)裂解生成乙烯丙烯的反應(yīng)。二次反應(yīng)：一次反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成多種產(chǎn)物。1、一次反應(yīng)①烷烴熱裂解③芳香烴熱裂解脫氫反應(yīng)：斷鏈反應(yīng)：規(guī)律：吸熱反應(yīng)a同碳原子數(shù)的烷烴，斷鏈比脫氫容易；b碳鏈越長的烴分子越容易斷鏈；c叔氫最易脫去，仲氫次之，伯氫又次之；d有支鏈的烴容易裂解或脫氫；e小分子烴易在兩端斷鏈，大分子烴易在中間斷裂。②環(huán)烷烴裂解有支鏈的斷鏈，無支鏈的開環(huán)或脫氫芳構(gòu)化。

一般不發(fā)生芳環(huán)開裂反應(yīng)，但側(cè)鏈可以斷裂或脫氫縮合生成稠環(huán)芳烴④各族烴類的熱裂解反應(yīng)規(guī)律烷烴——正構(gòu)烷烴最利于生成乙烯、丙烯，分子量越小則烯烴收率越高。異構(gòu)烷烴的烯烴總收率低于同碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴。隨著原料烴分子量增大，這種差別逐漸減小。環(huán)烷烴——在通常裂解條件下，環(huán)烷烴生成芳烴的反應(yīng)優(yōu)于生成單烯烴的反應(yīng)。含環(huán)烷烴較多的原料，其丁二烯、芳烴收率較高，乙烯收率較低。芳烴——有側(cè)鏈的芳烴，主要是側(cè)鏈逐步斷裂及脫氫，無側(cè)鏈的芳烴基本上不易裂解為烯烴，而傾向于脫氫縮合生成稠環(huán)芳烴，直至結(jié)焦。2、二次反應(yīng)烯烴裂解；烯烴聚合、環(huán)化和縮合；烯烴的加氫和脫氫；烴分解生炭。不同原料裂解產(chǎn)物分布二、工藝條件：1、溫度1）T↑一次反應(yīng)有利，但生炭反應(yīng)更有利，故溫度不宜太高；2）T↑r↑活化能大的更有利，一次反應(yīng)活化能大于二次反應(yīng)，所以提高溫度有利于提高一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的相對速度。2、反應(yīng)時(shí)間二次反應(yīng)為連串副反應(yīng)，故τ越短越有利。3、裂解壓力和稀釋劑1）一次反應(yīng)，mol數(shù)↑P↓有利；二次反應(yīng)，mol數(shù)↓P↓不利；2）一次反應(yīng)為一級反應(yīng)，二次反應(yīng)多為大于一級反應(yīng)，

P↓有利于提高一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的相對反應(yīng)速度。降低烴分壓有利于熱裂解，常加入稀釋劑以降低烴分壓。（三）裂解流程原料油供給和預(yù)熱系統(tǒng)裂解和高壓水蒸汽系統(tǒng)急冷油和燃料油系統(tǒng)急冷水和稀釋蒸汽系統(tǒng)THEEND返回根據(jù)沸程的不同，將石油產(chǎn)品分類：石腦油（輕汽油）：50-140℃汽油：140-200℃航空煤油：140-230℃煤油：180-300℃柴油：260-350℃潤滑油：350-520℃重油、渣油：>520℃返回辛烷值：汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，抗爆震性能的指標(biāo)。辛烷值越高，抗爆震性能越好，汽油質(zhì)量也越好。辛烷值定義：將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例沿混合，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)汽油中抗爆性能相同，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。返回返回環(huán)烷烴較大分子烷烴中小分子烷烴乙烯丙烯中等分子烯烴疊合烯烴二烯烴環(huán)烯烴芳烴稠環(huán)芳烴焦甲烷乙炔碳返回返回返回返回第五章化工工藝學(xué)石油烴熱裂解與裂解氣的分離

裂解氣的分離2烴的熱裂解31一、石油烴的熱裂解定義：高溫下使石油餾分中的烴類發(fā)生碳鏈的斷裂反應(yīng)或脫氫反應(yīng)生成低級烯烴的過程。原料：（一）裂解過程中的化學(xué)反應(yīng)：脫氫、斷鏈、二烯合成、異構(gòu)化、脫氫環(huán)化、脫烷基、疊合、歧化、聚合、脫氫交聯(lián)、焦化……一次反應(yīng)：由原料烴經(jīng)裂解生成乙烯丙烯的反應(yīng)。二次反應(yīng)：一次反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成多種產(chǎn)物。1、一次反應(yīng)①烷烴熱裂解③芳香烴熱裂解脫氫反應(yīng)：斷鏈反應(yīng)：規(guī)律：吸熱反應(yīng)a同碳原子數(shù)的烷烴，斷鏈比脫氫容易；b碳鏈越長的烴分子越容易斷鏈；c叔氫最易脫去，仲氫次之，伯氫又次之；d有支鏈的烴容易裂解或脫氫；e小分子烴易在兩端斷鏈，大分子烴易在中間斷裂。②環(huán)烷烴裂解有支鏈的斷鏈，無支鏈的開環(huán)或脫氫芳構(gòu)化。

一般不發(fā)生芳環(huán)開裂反應(yīng)，但側(cè)鏈可以斷裂或脫氫縮合生成稠環(huán)芳烴④各族烴類的熱裂解反應(yīng)規(guī)律烷烴——正構(gòu)烷烴最利于生成乙烯、丙烯，分子量越小則烯烴收率越高。異構(gòu)烷烴的烯烴總收率低于同碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴。隨著原料烴分子量增大，這種差別逐漸減小。環(huán)烷烴——在通常裂解條件下，環(huán)烷烴生成芳烴的反應(yīng)優(yōu)于生成單烯烴的反應(yīng)。含環(huán)烷烴較多的原料，其丁二烯、芳烴收率較高，乙烯收率較低。芳烴——有側(cè)鏈的芳烴，主要是側(cè)鏈逐步斷裂及脫氫，無側(cè)鏈的芳烴基本上不易裂解為烯烴，而傾向于脫氫縮合生成稠環(huán)芳烴，直至結(jié)焦。2、二次反應(yīng)烯烴裂解；烯烴聚合、環(huán)化和縮合；烯烴的加氫和脫氫；烴分解生炭。不同原料裂解產(chǎn)物分布（二）工藝條件：1、溫度1）T↑一次反應(yīng)有利，但生炭反應(yīng)更有利，故溫度不宜太高；2）T↑r↑活化能大的更有利，一次反應(yīng)活化能大于二次反應(yīng)，所以提高溫度有利于提高一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的相對速度。2、反應(yīng)時(shí)間二次反應(yīng)為連串副反應(yīng)，故τ越短越有利。3、裂解壓力和稀釋劑1）一次反應(yīng)，mol數(shù)↑P↓有利；二次反應(yīng)，mol數(shù)↓P↓不利；2）一次反應(yīng)為一級反應(yīng)，二次反應(yīng)多為大于一級反應(yīng)，

P↓有利于提高一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的相對反應(yīng)速度。

降低烴分壓有利于熱裂解，常加入水蒸汽為稀釋劑以降低烴分壓。（三）裂解流程原料油供給和預(yù)熱系統(tǒng)裂解和高壓水蒸汽系統(tǒng)急冷油和燃料油系統(tǒng)急冷水和稀釋蒸汽系統(tǒng)二、裂解氣的深冷分離1、裂解氣的組成與分離要求：組成：任務(wù)：除去裂解氣中有害雜質(zhì)，分離出單一烯烴產(chǎn)品或烴的餾分。要求：2、裂解氣分離方法深冷分離法油