基本有机工艺学整理

1、 基本有机化工工艺学Ch1.化工工艺学1化工工艺学？研究如何将原料转化为产物的一门学科 2 工艺？由原料生成产物的过程 3 天然气？以甲烷为主要气体的燃气 4 .天然气的利用主要有三条途径?转化氧化裂解5 石油加工的主要途径? 蒸馏、催化裂解、加氢精制、焦化、催化重整、脱蜡、溶剂抽提 6 炼厂气炼油厂所有产物的气体统称 7 辛烷值正庚烷的辛烷值为零，异庚烷的辛烷值为100，指异庚烷所占的百分比 8 有机化工的主要原料三烯（乙烯、丙烯、丁二烯），三苯（苯、甲苯、二甲苯），一萘（萘），一炔（乙炔） Ch2.烃类热裂解1烃类热裂解与催化裂解的区别有无催化剂，温度高低，原料的选择面 2热裂解的主要反应

2、断裂和脱氢，环烷化和芳构化，异构化，聚合和缩合3裂解深度的几种表示方法转化率，出口温度，乙烯收率，动力学深度函数 4温度、时间、压力的影响温度停留时间效应(1).裂解温度与停留时间是相互依赖，相互制约的。没有高温，停留时间无论怎样变化都不能提高乙烯的收率。同样，如果没有适当的停留时间，温度再高也不能有好的收率。(2).缩短停留时间，便可以允许提高温度。压力(1).从压力平衡分析从热力学分析，烃类裂解（一次反应）是分子增多的反应，而二次反应是分子减少的反应，降压有利。(2).从动力学分析一是减压操作二是采用惰性气体作稀释剂，降低分压(3).稀释剂的降压作用要求：具有稳定性（热稳定、化学稳定），要

3、易分离5水蒸气作稀释剂的优点易得、热容大；易分离；清焦作用6SRT型炉的演变过程反应初期要解决传热问题，采用多股小管径增加传热面积；反应后期多股变成一股，采用粗管径堵塞的可能，使物料在炉内流动先慢后快，停留时间先长后短。 7如何判别清焦进口压力是否增加；乙烯含量是否增加；炉管上光亮点的大小 8间接急冷工业解决结焦的方法能量回收的途径方法：控制停留时间；控制出口温度高于裂解气的入口温度 途径：高温裂解气；热油；烟道气 9酸性气体的脱除酸性气体指CO2、H2S及少量有机硫化物。危害：1）腐蚀管路与设备2）影响催化剂的寿命3）堵塞管路干冰10脱水、分子筛吸附规律、再生步骤脱水方法：冷冻法；固体干燥法

4、要求：a.干燥度要高b.生产能力大，吸附量大c.能重复使用d.强度和稳定性分子筛吸附规律:吸附小于其孔径的分子。极性吸附剂。它对极性分子有较大的亲和力。分子的不饱和度越大，越容易被吸附。沸点越低，越不易被吸附。再生步骤:a.放油防止气化要带压放油b.增湿用水替代烃类c.逆流加热确保干燥度11油吸收与深冷的区别深冷分离的原理：利用裂解气中各组分的相对挥发度不同，在低温下将裂解气中除了甲烷和氢以外的其它组分全部地冷凝下来。然后再用精馏的方法将各组分逐一分开。油吸收分离的原理：利用溶剂对裂解气中各组分的不同吸收能力，将裂解气中除了甲烷和氢以外的其它组分全部吸收下来。然后再用精馏的方法将各组分逐一分开

5、。区别：脱甲烷和氢气的形式不同 12脱甲烷过程两个重要指标：1甲烷对乙烯的相对挥发度 .分离易2尾气中的乙烯含量含量收率13乙烯精馏1侧线采出2. 中间再沸Ch3.芳烃转化1芳烃转化(1)cat能提供质子（H+），而质子只有一个正电荷，所以转移速度很快，容易接近其它极性分子中带负电的一端，形成化学键，同时因质子半径小，呈现很强的电场强度，极化接近它的分子，形成新键。(2)另一方面芳烃转化反应中的反应物是芳烃，也有烯烃。它们是对质子具有一定亲和力的弱碱。因此能与催化剂提供的质子亲和形成正烃离子。2结构对形成正烃离子的影响对于芳烃决定于取代基，取代基增加则。增加；对于烯烃取决于碳的多少，碳增加，什

6、么都增加。 3反应类型异构化；歧化与烷基转移；烷基化和脱烷基化4混合氧化物cat无机酸H2SO4、HCl、H3PO4 质子酸腐蚀性强酸性卤化物AlCl3通式HX-MXn固体酸5烷基化的方法及机理方法：气液相烷基化法；气固相法；低浓度乙烯气固相法机理：AlCl3为主cat，HCl为助cat6 反应器的选择气液相反应；有AlCl3和HCl存在；反应易达平衡，受返混影响不大；乙烯溶解及反应均为放热反应；络合物长期使用，易树脂化造成堵塞Ch4.加氢1.脱氢反应的反应类型环烷烃的脱氢；芳香烃的脱氢或脱氢缩合；链烃的脱氢；直链烃的脱氢环化或芳构化；醇类的脱氢2.乙苯脱氢制苯乙烯主反应：副反应：3.影响因素

7、1）温度脱氢是吸热反应T X 有利2）压力脱氢反应是分子增多的反应P Kx x 有利3）cata.铁系b.镍系c.铬系4.反应器结构等温式列管反应器优点：反应器轴向温度分布均匀，易于控制，不需要过热蒸汽，蒸汽耗量少，能量消耗少。缺点：需要特殊合金钢，结构复杂，检修不方便。绝热式列管反应器优点：结构简单，反应空间利用率高，不需耐热金属材料，检修方便，基建投资少。缺点：温度波动大，操作不平稳，消耗大量的高温蒸汽。Ch5.脱氢1.脱氢反应的反应类型环烷烃的脱氢；芳香烃的脱氢或脱氢缩合；直链烃的脱氢；直链烃的脱氢环化或芳构化；醇类的脱氢2.乙苯脱氢制苯乙烯主反应：副反应：3.影响因素1）温度脱氢是吸热

8、反应T X 有利2）压力脱氢反应是分子增多的反应。P Kx x 有利3）cata.铁系b.镍系c.铬系4.反应器结构等温式列管反应器优点：反应器轴向温度分布均匀，易于控制，不需要过热蒸汽，蒸汽耗量少，能量消耗少。缺点：需要特殊合金钢，结构复杂，检修不方便。绝热式列管反应器优点：结构简单，反应空间利用率高，不需耐热金属材料，检修方便，基建投资少。缺点：温度波动大，操作不平稳，消耗大量的高温蒸汽。Ch6.催化氢化1.氧化反应的类型1）在作用物分子中直接引入氧CH3CHO1/2O2CH3COOHCH2=CH21/2O2CH3CHO2）作用物分子脱去氢同时添加氧CH2=CHCH3O2CH2=CHCHO

9、H2O3）作用物分子只脱去氢，氢被氧化成水氧化脱氢反应CH3CH2OH1/2O2CH3CHOH2OCH3CH2CH=CH21/2O2CH2=CHCH=CH2H2O4）两个作用物分子共同失去氢，氢被氧化为水氧化偶联反应CH3CHCH3NH33/2O2CH2=CHCN3H2O降解氧化反应2.均相氧化反应的机理3.cat加入后的作用缩短或清除了诱导期促进过氧化物的分解，加速分支氧化反应的进行可提高氧化反应选择性4.均相氧化反应的特点气液相反应；氧的传递过程对反应影响大；反应热效应大；具有腐蚀性；有爆炸危险性5.氧化反应器能提高供充分的相接触表面；能有效的移出反应热；设备必须防腐；需有安全装置6.非均

10、相催化氧化反应的特点反应过程复杂:A扩散反应物通过流体相向cat表面扩散B吸附反应物在cat表面吸附C表面反应D脱附产物从cat表面脱附E反扩散脱附的产物内由表面扩散到流体相并带出热量强放热反应7.络合催化氧化的特点反应条件温和；反应选择性高；反应产物可预见；反应产物和调Ch7.氯化1.氯化反应的方法热氯化法；光氯化法；化氯化法；氧氯化法2.烃类氯化反应的一般规律1）在低温和中温时，不同位置上的氢原子被取代的速度按下列次序递增伯<仲<叔2）在高温时，各氢原子被取代的速度相等（趋近于）。3）在液相中进行氯化时，反应速度较快。既液相氯化可在比气相氯化为低的温度下达到同一相对取代速度。4

11、）水分、炭、cat和光的作用对伯、仲、叔氢原子的相对取代速度没有重大影响。5）升高温度和延长时间可以导致一氯代物的裂解而脱掉氯化氢。此时最稳定的是伯位氯取代物，其次是仲、叔。6）当烃类过量，并且氯化物条件维持不变时，则生成的一氯代物与多氯代物的产率可以用下式表示：x=k·y式中：x一氯代物与多氯代物的重量比k对一定的烃是一常数3.取代和加成反应的竞争规律低温时发生加成反应活化能起决定因素高温时发生取代反应位阻起决定作用Ch8.物料及能量衡算化工过程的主要效率指标1转化率（conversion）X=反应掉的量/进入反应器的原料量2选择性（selectivity）S=转化为目的产物的原料

12、量/反应掉的原料量3收率（yield）Y=S·X一、常用的几个衡算方法原子衡算:这是物料衡算的一种重要形式，在做衡算时不需要考虑化学反应的细节。Ex1.石油化工厂中一种制氢方法是将烃类气体（如甲烷、乙烷）在镍cat上与水蒸气反应。若离开反应器气体的干基数据为：化合物CH4C2H6CO CO2H2组成mol% 4.6 2.5 18.6 4.6 69.7若反反应器进料中的烃只含甲烷和乙烷，问：1. 进料中这两种气体的mol比是多大？2. 反应器中每1000标m3烃气进料需多少千克水蒸气？组分衡算:对于没有反应的过程，就不需做原子衡算，这时做组分衡算就比较适合。Ex2. 在一吸收塔中要制含

13、10%（wt）丙酮的水溶液50kg进塔气中含丙酮20%，其余为空7 气，塔顶用水吸收。吸收尾气中尚含3%（wt）丙酮。求：加入到吸收塔中的丙酮空气混合物的量。解：基准50kg产物设加入到吸收塔中的丙酮空气混合物的量为x，则0.2x加入的丙酮量0.8x加入的空气量0.8x/0.97尾气量（0.8x/0.97）×0.03尾气中放走的丙酮量0.2x=（0.8x/0.97）×0.03+5x=28.5节点衡算 联系物衡算Ex3.环境部门认为，若离开烟囱的气体中CO2的含量大于15%时，对健康不利，违反城市卫生规定。假定燃烧的是100%天然气，空气量刚好调到130%，检查时发现CO2的

14、含量为20%。问：这数据是否可靠？解：取100mol天然气为基准CH4+2O2CO2+2H2O100molCH4需O2为200mol实际200×1.3=260molO2260molN2978.1mol 进入反应器 出反应器 CH4 100 / O2 260 60 N2 978.1 978.1 CO2 / 100 1138.1 CO2含=8.8%<15%具有循环过程的衡算1总衡算FF=P+W一般在已知总转化率时可采用注：不涉及RC，与具体过程无关。2反应器它是将MF、RPs 联系起来与RC有关3.节点A.FF+RC=MF B.SP=RC+W+P Ex5:氢、一氧化碳在高压下合成甲

15、醇的反应CO+2H2CH3OH。H2和CO以化学计量比加入，这两种原料是天然气重整得到的。这种天然气含0.5%（体）的杂质I，每次通过反应器的转化率是60%，进入反应器的杂质应保持低于2%（体），所有的流股都是理想气体。a.对每mol原料应有多少mol循环回到反应器？b.对每mol新鲜原料应排放多少mol？Ex6:当丙烷脱氢时主反应为C3H8C3H6+H2副反应为C3H8C2H4+CH4其总转化率为95%，选择性为90%。反应产物经分离后，分成三股，一股是C2H4、CH4、H2，一股是C3H6和占反应产物0.5%丙烷，另一股是丙烷和占产物中5%的丙烯为循环料。求：1）各流股的组成 2）RC/F

16、F 3）单程转化率sEX7: 在银cat作用下,乙烯可被空气氧化成环氧乙烷,副反应是乙烯完全被氧化成CO2和H2O.已知离开氧化反应器的气体干基组为:C2H43.22%,N279.64%,O210.81%,C2H4O0.83%,CO25.5%(V)该气体进入水吸收塔,其中的环氧乙烷和水蒸汽全部溶解于水中,而其它气体不溶于水.由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余循环回氧化反应器.计算: 1.乙烯的单程转化率. 2.生成环氧乙烷,的选择性. 3.循环比. 4.新鲜原料中乙烯和空气量之比Ex8:原料AB进行下列反应：2A+5B=3C+6D，若新鲜原料中A过剩10，B的单程转化率是60，B的总转化率

17、是90，反应器出来的产物进分离器将产物C与D分出，剩下未反应的A、B组分，一部分排放，其余循环返回反应器。求：1. 循环气（RC）的组成；2. 排放气（W）与循环气之比； 3. 循环气与进反应器原料（MF）之比；热量衡算确定的问题：1. 加热（或冷却）剂的用量，为公用工程提供依据。2. 设备传递的热量，为设备设计提供依据。3. 分析热量利用方案是否合理，以提高热量的综合利用。1.列出热量衡算式Q=Q1+Q2+Q3 Q出=Q4+Q5+Q6+Q7+Q损2.确定计算基准温度 选择0或253.各种热量的计算1）Q1和Q4 Q=G·C·t2）Q3 Q3=Qp+Qc3）Q5 Q5=W·C（twK-twH）4）Q6a过程是在敞口的设备中进行的 Q6=