2016化工工艺复习3学分ppt课件.ppt

考试题型 一 单选题与多选题 30 20分 单选20题 每题1分 3学分选做10题 多选5题 每题2分 多项选择 选错不得分 少选可得分二 简述题 30 20分 3学分 6选4题 每题5分 三 反应器选项与操作分析 20分 2小题 每题10分 四 工艺流程解析题 20分 五 计算题 20分 1 集体复习时间 2016 10 28 周五上午9 50 11 30地点 四 202答疑时间 10 30地点 12 62310 00 11 00 考试前上交作业本 考试时间 2016 10 31 周一上午9 55 11 55地点 八 307 带计算器 2 课程安排 1绪论 2化工资源及其初步加工 3无机化工产品典型生产工艺 4基本有机化工产品典型生产工艺 5精细有机化工产品典型生产工艺 复习课 课程内容 7化工工艺计算 3 3无机化工产品典型生产工艺 4学时 3 1合成氨 4基本有机化工产品典型生产工艺 19学时 4 6氯化 4 1烃类裂解 4 2选择性氧化 4 5羰基化 4 3加氢与脱氢 4学时 6学时 4学时 2学时 3学时 4 4 2选择性氧化 乙烯环氧化制环氧乙烷 丙烯氨氧化制丙烯腈 乙烯均相络合催化氧化制乙醛 4 3加氢与脱氢 合成甲醇 乙苯脱氢制苯乙烯 5 4 5羰基化 甲醇低压羰基化制醋酸 4 6氯化 乙烯加成氯化制二氯乙烷 乙烯氧氯化制二氯乙烷 二氯乙烷裂解制氯乙烯 6 概述 磺化 酯化 5精细有机化工产品典型生产工艺 7化工工艺计算 物料衡算 热量衡算 7 概念题 化工工艺研究的对象 作用 自然界资源 九大基础原料 催化裂化 加氢裂化比较 催化重整 辛烷值 常减压蒸馏 煤的干馏 煤气化 CO变换 高变 低变 绪论 化工资源及其初步加工 8 1 氮加氢制合成氨 氢蚀现象可逆放热 平衡温度曲线最优温度分布曲线最佳操作线 绝热式反应器型式 径向反应器特点 冷激式冷却式温度分布曲线 压降小 小颗粒cat 内外双层筒 减缓氢蚀 外筒 承压不承温内筒 承温不承压 反应温度 压力 催化剂 9 2 烃类热裂解制乙烯 一次反应二次反应 工艺条件 温度压力空速Cat 高温 800 低烃分压短停留时间无 10 热力学分析动力学分析 反应器型式 高温裂解炉 结焦 分离特点 深冷分离 五大关键设备 裂解炉 急冷器三机 冷箱 乙烯球罐 11 3 乙烯环氧化制环氧乙烷 列管式固定床 控制温度方法热点问题 轴径向床层温度分布 抑制剂 致稳剂 尾烧 催化剂二氯乙烷 甲烷 尾烧部位 12 4 丙烯氨氧化制丙烯腈 流化床反应器 氨中和 丙烯腈HCN CH3CN分离方法 控温方法 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 分离精制特点 流程 如何开车 冷态热态 13 5 乙烯均相络合催化氧化制乙醛 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 分离精制特点 流程 自然外循环反应器 无内构件 控温方法 14 6 CO加氢合成甲醇 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 分离精制特点 流程 多段冷激式反应器 控温方法 如何开车 冷态热态 15 7 乙苯脱氢制苯乙烯 三种供热方式 熔盐 KNO3NaNO2NaNO3 53 40 7 烟道气 组成 原料 过热水蒸气 720 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 分离特点 流程 16 8 CO和甲醇羰化合成醋酸 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 分离精制特点 流程 鼓泡塔式反应器 控温方法 羰基化概念 合成丙醇 丁醇 辛醇方法 17 9 氯化 取代加成氧氯化 平衡氧氯化 乙烯加成乙烯氧氯化 二氯乙烷 反应方程式 工艺条件 Cat 反应器型式 流程 氯乙烯 裂解 18 值 值 混酸等概念 10 精细化率 磺化 硝化 酯化反应特点 酯化反应特点 可逆平衡 生成水 催化剂 浓硫酸或甲醇钠DOP生产工艺 19 1 氮加氢合成氨2 烃类裂解制乙烯3 乙烯环氧化生产环氧乙烷4 乙烯络合催化氧化生产乙醛5 丙烯氨氧化生产丙烯腈6 CO加氢合成甲醇 20 7 乙苯脱氢制苯乙烯8 CO羰化合成醋酸9 平衡氧氯化法生产氯乙烯乙烯加成氯化生产二氯乙烷乙烯氧氯化生产二氯乙烷乙烯二氯乙烷裂解生产氯乙烯10 十二烷基苯磺酸的生产11 苯酐和辛醇酯化合成DOP 21 1 氮加氢合成氨 气固相 冷原料气 多段径向反应器 多段绝热冷激式反应器 Fe3O4催化剂 2 烃类裂解制乙烯 高温 短停留时间 低烃分压管式裂解炉 800 900 无催化剂深冷分离 冷箱 复迭式制冷 22 3 乙烯环氧化生产环氧乙烷 气固相 列管式固定床反应器 Ag4 丙烯氨氧化生产丙烯腈 气固相 流化床 P Mo Bi O5 乙烯络合催化氧化生产乙醛 气液相 自然外循环反应器 PdCl2 CuCl2 HCl H2O 23 7 乙苯脱氢制苯乙烯 气固相 列管式反应器 氧化铁系催化剂 烟道气供热 燃料流量或压力控制反应温度 绝热式轴向或径向反应器过热水蒸气供热 非顺序分离流程 6 CO加氢合成甲醇 气固相 冷原料气或冷却水控温多段绝热冷激式或冷却式反应器氧化铜 氧化锌催化剂 24 8a 乙烯加成氯化生产二氯乙烷 气液相 鼓泡塔式反应器 强制外循环反应器 FeCl3 8b 乙烯氧氯化生产二氯乙烷 气固相 流化床 CuCl2为主8c 二氯乙烷裂解生产氯乙烯 气相 裂解炉 无催化剂 25 9 CO羰化合成醋酸 10 苯酐和辛醇酯化合成DOP 气液相 鼓泡塔式反应器RhCl3 HI H2O HAc络合催化剂 气液相 第一反应器 搅拌式 无催化剂第二反应器 鼓泡塔式反应器 硫酸催化剂 26 计算题 重点带循环部分的物料衡算例7 6习题7 7习题7 8 27 1 反应转化率 7 1 2化工工艺学中的基本概念 单程转化率 新鲜原料量 循环原料量的总和 总转化率 新鲜原料量 28 针对无循环系统 单程转化率 总转化率 针对带有循环系统 单程转化率 总转化率 原料量的单位用质量 克 千克 吨 或摩尔表示 29 2 反应选择性 选择性总是针对某一产物而言 转化率总是针对某一 而言 仅仅是选择性高并不意味着生产过程就一定经济合理 选择性高 只能说明反应过程的副反应很少 仅仅转化率高 选择性低 意味 需要综合考虑 转化率 选择性 收率 30 3 收率 单程收率的定义就是第一次通过反应转化为目的产物的原料量占原料投入总量的百分比 总收率总是大于或等于单程收率 总收率的定义就是反应转化为目的产物的原料量占新鲜原料的百分比 31 具有循环过程的物料衡算步骤 1 写出化学反应式并配平 2 画出物料衡算方框图 并标明各种物料 3 以方程方式列出各节点的物料衡算关系 4 解出方程组 5 根据题意解答 32 有循环过程的物料衡算示意图 依据质量守恒定律 各物流有如下关系式 对于物料输入口节点A FF RC MF 对于物料输入出节点B RC W SP 对于分离器 RP P SP P RC W SP RC和W的组成是相同的 33 有反应过程质量相等 对于整个过程 FF P W对于反应器 MF RP 无反应过程摩尔数相等 在有循环的反应体系中 34 35 以Ni Al2O3为催化剂 苯加氢生产环己烷 反应温度为180 压力1 0MPa 氢气过量 例题7 7 已知 1 反应原料配比 n氢气 n苯 20 1 2 设苯的纯度100 转化率为98 3 原料氢气和循环氢气的组成见表7 16 4 忽略副反应 忽略H2 CH4在液体产物中的溶解 反应中应避免水的存在 CO会使催化剂中毒 36 求 1 H2的单程转化率和总转化率 3 氢气的放空损失量 4 对整个过程进行物料衡算 2 循环比RC FF 解 冷凝器 未反应苯 37 原料氢气预处理 CO会使催化剂中毒 因此必须先除去CO 采用甲烷化法脱除CO 化学反应式为 在脱除的过程中又生成了H2O 采用分子筛吸附方法脱除H2O 计算结果见表7 17 38 计算出新鲜原料氢气 FF 中各组分的含量 XFF H2 92 97 100 94 85 XFF CH4 5 97 100 5 15 4 设进入反应器的n苯 100kmol 则进入反应器的nH2 2000kmol 根据题意苯的转化率为98 即 转化掉的苯量为 100 98 98kmol 转化掉的H2量为 3 98 294kmol 未转化掉的的H2量为 2000 294 1706kmol 39 5 进行物料衡算 以节点A对H2进行衡算 XFF H2 FF XRC H2 RC MFH2 94 85 FF 85 RC 2000 以节点B对H2进行衡算 XRC H2 RC XW H2 W SPH2 RPH285 RC 85 W 1706 以整个系统对CH4进行衡算 XFF CH4 FF P XW CH4 W5 15 FF 0 15 W 40 联解上述三元一次方程组 得 FF 447 72kmolRC 1853 34kmolW 153 72kmol 6 解答题目问题 H2的单程转化率 294 2000 100 14 7 100 41 100 69 23 气体循环比RC FF 1853 34 447 72 4 14氢气的放空损失量 85 W 0 85 153 72 130 66kmol对整个过程进行物料衡算 见表7 18 42 表7 18 43 7 7 以乙烯为原料的平衡型氯乙烯生产工艺制备氯乙烯 试计算年产20万吨氯乙烯的装置所需的原料量 kg h 并分别列出直接氯化反应器 氧氯化反应器和由乙烯生产氯乙烯反应过程的物料衡算表 开工日按8000h a计 已知条件 1 直接氯化反应器 为保证氯气完全转化乙烯需过量5 2 氧氯化反应器 为保证氯化氢完全转化 乙烯需过量10 氧气过量2 44 3 忽略副反应 忽略生产过程的损耗量 解 1 写出乙烯直接氯化反应 氧氯化反应和二氯乙烷裂解制备氯乙烯的化学反应式 73 62 5 99 45 2 对以上三步反应进行计算 装置生产能力20万吨 年 折合成每小时氯乙烯生产量 20 10000 1000 8000 25000kg h 根据裂解反应式 需ClCH2CH2Cl量 25000 99 62 5 39600kg h 同时副产HCl量 25000 36 5 62 5 14600kg h 46 对于氧氯化反应 要消耗14600kg hHCl量 理论需C2H4量 14600 28 36 5 2 5600kg h考虑过量需要 实际需要C2H4量 5600 110 6160kg h 理论需O2量 5600 32 2 36 5 2 3200kg h考虑过量需要 实际需要O2量 3200 102 3264kg h氧氯化反应生产C2H4Cl2量 5600 99 28 19800kg h氧氯化反应副产H2O量 5600 18 28 3600kg h 47 对于直接氯化反应 直接氯化反应生产C2H4Cl2量 39600 19800 19800kg h理论需C2H4量 19800 28 99 5600kg h考虑过量需要 实际需要C2H4量 5600 105 5880kg h需要Cl2量 19800 71 99 14200kg h 48 3 列出物料衡算表 氧氯化反应器物料衡算表 49 直接氯化反应器物料衡算表 50 由乙烯生产氯乙烯反应全过程的物料衡算表 51 7 8乙烯在银催化剂上用空气直接氧化制环氧乙烷 反应器入口和出口混合气组成为 经过反应的出口气体经水吸收将环氧乙烷吸收后 由吸收器排出气体 皆为干气 部分放空 其余循环使用 设新鲜乙烯中不含CO 52 求 1 画出有循环过程的方框物料流程图 2 需要加入的新鲜物料量和新鲜物料中乙烯含量 3 乙烯的单程转化率和总转化率 4 主反应的选择性 5 放空尾气量及乙烯的放空损失量 6 列出反应过程物料衡算表 53 解 1 写出乙烯氧化制环氧乙烷的化学反应式 画出有循环过程的方框物料流程图 54 2 取RP 100kmol为计算基准 对反应器进行物料衡算 惰性气体不参加反应 因此 惰性气体进口量 惰性气体出口量 MF XMF 惰性气体 RP XRP 惰性气体84 MF 84 42 100解得 MF 100 50kmol 55 对吸收器进行物料衡算 SP RP P 100 0 80 100 1 01 100 98 19 计算SP中的气相产物的各气体组成 XSP CO2 7 84 100 98 19 100 7 98 XSP C2H4 2 61 100 98 19 100 2 66 XSP O2 3 32 100 98 19 100 3 38 XSP 惰性气体 84 42 100 98 19 100 85 98 SP XSP CO2 RP XSP CO2 P XSP CO2 56 以节点A进行物料衡算 对CO2进行物料衡算 RC XRC CO2 FF XFF CO2 MF XMF CO2对C2H4进行物料衡算 RC XRC C2H4 FF XFF C2H4 MF XMF C2H4对混合物料进行物料衡算 FF MF RC 这三个方程中 RC FF XFF C2H4为未知数