第一章_化学工艺学基础

第一章 化工工艺基础 1 1原料资源及其加工 石油天然气煤生物质空气水 石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展基本有机化工 高分子化工 精细化工及氮肥工业等的产品中大约有90 来源于石油和天然气 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 天然气和煤制取 利用原油中各组分沸点的差别进行分离常压蒸馏减压蒸馏 石油的加工 一次加工 油品的加工 原油常减压蒸馏装置 常压塔和减压塔 原油常减压蒸馏装置 热交换系统 催化裂化 catalyticcracking 催化加氢裂化 catalytichydrocracking 催化重整 catalyticreforming 烃类热裂解 pyrolysisofhybrocarbons 二次加工 馏分油的化学加工调整烃类的组成 石油加工的主要途径和产品 产品分离与精制 化学反应 原料预处理 1 2化工生产过程及流程 化工生产过程 反应器种类 反应器是化工生产过程的核心 反应器的种类繁多 按结构特点分 管式 床式 釜式 塔式等 按操作方式分 间歇式 连续式 半连续式等 按换热状况分 等温 绝热 变温等 按换热状况分 等温 绝热 变温等 按换热方式分 间接换热 直接换热等 产品的分离和精制 化工生产的目的是获取符合规格的产品 并回收 利用副产物 分离和精制的方法和技术有很多种 如冷凝 吸附 吸收 萃取 冷冻 闪蒸 精馏 结晶 过滤和干燥等 目前应用最多 最广泛的是精馏 1 3化工生产工艺流程 分析每个单元的基本功能和属性 列出不同方案 不同功能单元的实施方法 不同设备型式 不同流程方案 工艺流程的组织 功能分析法 工艺流程组织 形态分析法 对不同流程方案精确分析评价 择优汰劣 原则 是否满足所要求的技术指标经济指标的先进性环境 安全和法律技术资料的完整性和可信度 工艺流程设计 优质 高产 低能耗 安全 工艺流程主要解决以下问题 确定整个流程的组成 确定操作条件 控制方案的确定 合理利用原料及能量 制定 三废 的治理方法 制定安全生产措施 保温 防腐的设计 生产能力 一个设备 一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量或处理的原料量单位 千克 时 kg h 吨 天 t d 万吨 年 10kt a 在最佳条件下可以达到的最大生产能力 1 4化工过程的主要技术指标 设计能力 反应器 反应系统 循环流程 转化率 选择性 表达主 副反应进行程度的大小反映原料的利用是否合理 从产物角度来描述反应过程的效率 收率 产率 转化率 选择性和收率的关系 1 5反应条件对化学平衡和反应速率的影响 温度的影响 浓度的影响 压力的影响 1 6催化剂的性能及使用 提高反应速率和选择性改进操作条件催化剂有助于开发新的反应过程 发展新化工技术催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用 催化剂的分类 按催化反应体系的物相均一性均相催化剂非均相催化剂按反应类别加氢 脱氢 氧化 裂化 水合 聚合 烷基化 异构化 芳构化 羰基化 卤化 按反应机理氧化还原型催化剂 酸碱催化剂按使用条件下的物态金属催化剂 氧化物催化剂 硫化物催化剂 酸催化剂 碱催化剂 络合物催化剂和生物催化剂 工业催化剂的使用性能 活性选择性寿命 催化剂的失活和再生 1 6反应过程的物料衡算和热量衡算基础 输入物料的总质量 输出物料的总质量 系统内积累的物料质量 衡算系统的物料衡算通式 间歇操作过程的物料衡算 以每批生产时间为基准输入物料量每批投入的所有物料质量的总和 包括反应物 溶剂 充入的气体 催化剂等 输出物料量该批卸出的所有物料质量的总和 包括目的产物 副产物 剩余反应物 抽出的气体 溶剂 催化剂等 投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应器内的物料量及其它机械损失 稳定流动过程的物料衡算 系统中各点的参数 温度 压力 浓度和流量等 不随时间而变化 系统中没有积累输入系统的物料总质量 输出系统的物料总质量组分衡算 mi 入 mi 出 mi原子衡算输入物料中所有原子的摩尔数之和 输出物料中所有原子的摩尔数之和 物料衡算的步骤 绘出流程的方框图 以便选定衡算系统写出化学反应方程式并配平选定衡算基准 以计算方便为原则收集或计算必要的各种数据设未知数 列方程式组 联立求解计算和核对报告计算结果 稳态流动反应过程的热量衡算 稳态流动反应过程是一类最常见的恒压过程 在该系统内无能量积累 输入该系统的能量 输入物料的内能Uin 环境传入的热量QP输出该系统的能量 输出物料的内能Uout 系统对外作的功WUin QP Uout W 练习题 1 何谓转化率 选择性 对于多反应体系 为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标 2 将纯乙烷进行裂解制取乙烯 已知乙烷的单程转化率为60 若每100kg进裂