化学工艺基础课件

第二章

化学工艺基础11/22/20221第二章化学工艺基础11/21/20221上次课回顾1.1化学工艺学的研究范畴

对象、内涵（源头、内容、目标）化学工程与化学工艺1.2化学工业的发展、地位和作用1.3现代化学工业的特点和发展方向1.4化学工业的原料资源和主要产品11/22/20222上次课回顾1.1化学工艺学的研究范畴11/21/2022化学工程（chemicalengineering）研究化学工业和其他过程工业中所进行的化学（反应、反应工程）过程和物理（传递----三传）过程共同规律的一门工程学科。化学工艺（chemicaltechnology）即化学生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。11/22/20223化学工程（chemicalengineering）研究化学主要内容2.1原料资源及其加工2.2化工生产过程及流程2.3化工过程的主要效率指标2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响2.5催化剂的性能及使用2.6反应过程的物料衡算和热量衡算基础11/22/20224主要内容2.1原料资源及其加工11/21/20224基本要求了解主要化工原料及其加工过程；化学工艺学中的基本概念重点：石油的一次加工和二次加工的工艺和特点；化工过程的主要效率指标；热量衡算和物料衡算11/22/20225基本要求了解主要化工原料及其加工过程；化学工艺学中的基本概2.1原料资源及其加工化学矿石油天然气煤生物质空气水11/22/202262.1原料资源及其加工化学矿11/21/202262.1.1

主要无机化学矿及加工11/22/202272.1.1

主要无机化学矿及加工11/21/202271.化学矿种类盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿、铝土矿、硼矿、锰矿、钛矿、锌矿、钡矿、天然沸石、硅藻土等。

11/22/202281.化学矿种类盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿、铝土矿、硼矿、锰2.磷矿和硫铁矿的加工磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料。85%以上的磷矿用于制造磷肥，生产磷肥的方法有两大类：

酸法用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。

热法利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。11/22/202292.磷矿和硫铁矿的加工磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和硫铁矿用于制造硫酸，生产硫酸的过程主要有以下步骤11/22/202210硫铁矿用于制造硫酸，生产硫酸的过程主要有以下步骤11/22.1.2

石油及其加工11/22/2022112.1.2石油及其加工11/21/202211简介形成、分布石油化工自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90%左右的有机化工产品使用的原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇11/22/202212简介形成、分布11/21/20221211/22/20221311/21/20221311/22/20221411/21/20221411/22/20221511/21/202215三烯——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11/22/20221611/21/202216

1.石油的组成

由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物，其中化合物的沸点从常温到500℃以上石油中的化合物分为烃类非烃类胶质和沥青11/22/2022171.石油的组成由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的烃类化合物非烃化合物胶质和沥青质

链式饱和烃环烷烃芳香烃

硫化物氮化物含氧化合物

稠环烃类等11/22/202218烃类化合物链式饱和烃硫化物氮化物稠根据沸程的不同，将石油分类

2.油品的概念

石脑油（轻汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃润滑油

350－520℃重、渣油

>520℃11/22/202219根据沸程的不同，将石油分类2.油品的概念石脑油（轻汽油来源

常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油催化裂化、重整（二次加工）得到催化汽油指标：辛烷值汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好测定方法：研究法(RON)、马达法(MON)

汽油的来源和指标11/22/202220来源

将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准汽油。将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中炕爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量问题：93＃

？

90＃

辛烷值定义11/22/202221将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制评定柴油发火性能（自燃性）的指标定义：在单缸发动机中，当试验油料的自燃性和十六烷与2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同时，待测油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的体积百分数相同

柴油的指标----十六烷值11/22/202222评定柴油发火性能（自燃性）的指标柴油的指标----十六馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是50%和90%的馏出温度凝点：在规定的实验条件下，试样开始失去流动性的温度冷滤点：通过过滤器的流量每分钟不足20mL时的最高温度

柴油的其他性能指标11/22/202223馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是50%和90%的馏出

5＃:8℃以上0＃:8℃至4℃－10＃:4℃至－5℃－20＃:－5℃至－14℃－35＃:－14℃至－29℃－50＃:－29℃至－44℃根据使用时的气温选用不同标号柴油标号的依据是柴油的凝固点

柴油的标号11/22/202224柴油标号的依据是柴油的凝固点柴油的标号11/21/202【1.石油的组成2.油品的概念】

小结

11/22/202225【1.石油的组成2.油品的概念】

小结11/21/202石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥青辛烷值汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好十六烷值评定柴油发火性能（自燃性）的指标11/22/202226石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥青11/21/2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

3、石油的加工一次加工——油品的加工11/22/202227利用原油中各组分沸点的差别进行分离3、石油的加工一次加工催化重整（catalyticreforming）催化裂化(catalyticcracking)催化加氢裂化(catalytichydrocracking)

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11/22/202228催化重整（catalyticreformin催化重整在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程。11/22/202229催化重整在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重催化重整（续1）原料油：石脑油，当以生产高辛烷值汽油为目的时，采用80～180℃的馏分，以生产芳烃为主要目的时，采用60～140℃的馏分。产物:提供高辛烷值汽油，苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料，以及液化气和溶剂油，并副产氢气。11/22/202230催化重整（续1）原料油：石脑油，当以生产高辛烷值汽油为目的催化重整（续2）反应：主要发生环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成芳烃的反应，此外还有烷烃的异构化和加氢裂化等反应。催化剂：活性组分（铂）、助催化剂和酸性载体；铂-铼双金属11/22/202231催化重整（续2）反应：主要发生环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成催化重整（续3）以高辛烷值汽油为主：原料预处理、重整反应

原料预处理重整反应系统重整原料拔头油副产氢气燃料气高辛烷值汽油组分重整循环氢11/22/202232催化重整（续3）以高辛烷值汽油为主：原料预处理、重整反应原料催化重整（续4）以生产芳烃为主：原料预处理、重整反应、芳烃抽提和分离部分

11/22/202233催化重整（续4）以生产芳烃为主：原料预处理、重整反应、芳烃抽催化裂化

在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化的过程11/22/202234催化裂化11/21/202234催化裂化（续1）原料油：直馏柴油减压柴油重柴油焦化馏分油（碳数多在18以上）产物:高质量汽油（产率30%～60%）并副产柴油（产率≤40%，其中的烷基苯和烷基萘，可以提取出来作为化工原料）锅炉燃油、液化气和气体等产品11/22/202235催化裂化（续1）原料油：直馏柴油减压柴油重柴油焦化馏催化裂化（续2）反应条件：450～530℃0.1～0.3MPa催化剂：为微球形，颗粒直径10～100μm，目前采用高活性的分子筛催化剂，添加少量稀土氧化物的分子筛催化剂性能更好。11/22/202236催化裂化（续2）反应条件：450～530℃0.1～0.3催化裂化（续3）裂化反应非常复杂，主要有大分子烷烃的碳-碳链断裂生成较小分子的烷烃和烯烃；直链烷烃脱氢生成烯烃和氢；正烷烃异构化为异烷烃；支链烷烃脱氢环化生成芳烃；环烷烃脱氢生成芳烃；烯烃脱氢环化或聚合结焦；芳烃脱氢缩合结焦等等11/22/202237催化裂化（续3）裂化反应非常复杂，主要有大分子烷烃的碳-碳链催化裂化（续4）催化裂化装置曾使用过固定床和移动床两种型式，当今均采用流化床型式11/22/202238催化裂化（续4）催化裂化装置曾使用过固定床和移动床两种型式，11/22/20223911/21/202239加氢裂化催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应。11/22/202240加氢裂化催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂加氢裂化（续1）原料油：减压柴油重柴油减压渣油产品：航空煤油、柴油、汽油(或重整原料)和气体等产品。11/22/202241加氢裂化（续1）原料油：减压柴油重柴油减压渣油11/21加氢裂化（续2）工艺：高压法和中压法。高压法的操作压力高于10MPa，反应温度370～450℃；中压法压力5～10MPa，反应温度370～380℃。催化剂：分为两类，即Ni、Mo、W、Co的非贵金属氧化物和Pt、Pd氧化物，均用硅酸铝加分子筛或氧化铝为载体。11/22/202242加氢裂化（续2）工艺：高压法和中压法。高压法的操作压力高于1热裂解将烃类加热到750~900℃使其发生裂解。（下一章详细介绍）原料油：乙烷丙烷石脑油产物:乙烯丙烯丁烯丁二烯三苯等芳烃石油的二次加工还有烷基化、异构化、焦化等，可获得高辛烷值汽油和化工原料。11/22/202243热裂解将烃类加热到750~900℃使其发生裂解。（下一章详细【3、石油的加工】

小结11/22/202244【3、石油的加工】

小结11/21/202244一次加工——油品的加工（常减压蒸馏）二次加工——馏分油的化学加工，调整烃类的组成

11/22/202245一次加工——油品的加工（常减压蒸馏）11/21/20224催化重整：在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排列形成新分子，生产富含芳烃的高辛烷值汽油的工艺过程。催化裂化：在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化，生产高辛烷值汽油的过程。加氢裂化：催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应，增产航空喷气燃料和优质轻柴油的过程。11/22/202246催化重整：在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排石油加工的主要途径和产品11/22/202247石油加工的主要途径和产品11/21/202247天然气

主要成分是甲烷干气

甲烷含量高于90%

湿气

C2~C4烷烃含量≥15%~20%油田伴生气

天然气于石油伴生煤层气（瓦斯气）

吸附在煤上的甲烷天然气水合物

冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物2.1.3天然气及其加工利用11/22/202248天然气主要成分是甲烷2.1.3制氢气和合成氨经合成气路线制燃料和化工产品直接催化转化成化工产品热裂解制化工产品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化湿气中C2~C4烷烃的利用天然气的化工利用11/22/202249制氢气和合成氨天然气的化工利用11/21/20224煤(coal)

由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成

成煤过程的程度不同分为

泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤

H%O%含量顺序

泥煤>褐煤>烟煤>无烟煤2.1.4煤及其加工利用11/22/202250煤(coal)由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅

高温干馏（炼焦）低温干馏煤气化煤液化（直接液化间接液化）煤的加工11/22/202251煤的加工11/21/202251煤的干馏在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。煤干馏过程又分高温、低温两类。11/22/202252煤的干馏在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗高温干馏是在炼焦炉中隔绝空气于900—1000℃进行的干馏过程。产生焦炭、焦炉气、粗苯、氨和煤焦油：11/22/202253高温干馏是在炼焦炉中隔绝空气于900—1000℃进行的干馏过高温干馏（续1）焦炉气主要成分：氢(54％一63％)和甲烷(20％一32％)；粗苯中主要含苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯等单环芳烃，以及少续不饱和化合物(如戊烯、环戊二烯、苯乙烯等)和含硫化合物(二硫化碳、噻吩等)，还有很少量的酚类和吡啶等；11/22/202254高温干馏（续1）焦炉气主要成分：氢(54％一63％)和甲烷(高温干馏（续2）煤焦油中含有多种重芳烃、醚类、烷基荼、吡啶、咔唑、蒽、菲、芴、苊等及杂环有机化合物．日前已鉴定的有400一500种．是制取塑料、染料、香料、农药、医药及溶剂等的原料。其中含量最大且应用最广的是萘、目前工业萘来源仍以煤焦油为丰。11/22/202255高温干馏（续2）煤焦油中含有多种重芳烃、醚类、烷基荼、吡啶、低温干馏是在较低终温(500一600℃)下近行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物。11/22/202256低温干馏是在较低终温(500一600℃)下近行的干馏过程，煤气化是指在高温(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。气化剂主要是水蒸气、空气或氧气。11/22/202257煤气化是指在高温(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固煤气化（续）生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方法、气化条件的不同而有差别。生成的H2和co是合成氨、合成甲醇以及c1化工的基本原料，还可用来合成甲烷，称为替代天然气，可作为城市煤气。11/22/202258煤气化（续）生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方煤的液化指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。分为：直接液化和间接液化两大类过程。11/22/202259煤的液化指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。11/21/20直接液化是采用加氢方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤的加氢液化。液化产物亦称为人造石油，可进一步加工成各种液体燃料。11/22/202260直接液化是采用加氢方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤的加氢液间接液化是预先制成合成气，然后通过催化刑作用将合成气转化为烃类燃料、含氧化合物燃料(例如低碳混合醇、二甲醚)。甲醇、低碳醇的抗爆性能优异，可替代汽油，而二甲醚的十六烷值很高，是优良的柴油替代品。近年来还开发丁甲醉转化为高车烷值汽油的技术，促进厂煤间接液化的进展。11/22/202261间接液化是预先制成合成气，然后通过催化刑作用将合成气转化为烃煤低温干馏

焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等

低温煤焦油

酚类、烷烃、环烷烃等

半焦

气化合成气

高温干馏

焦炉煤气粗苯分离苯二甲苯甲苯氧（杂）茚茚煤焦油分离苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料气化合成气合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等高压加氢液化汽油、煤油、柴油等11/22/202262煤低温干馏焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等低温煤焦油酚类、烷糠醛的生产2C6H10O5

H2O淀粉C12H22O11(麦芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生产

2.1.5生物质及其加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O

戊糖11/22/202263糠醛的生产2C6H10O5H2O淀粉C12H22O11(麦芽11/22/20226411/21/2022642.2化工生产过程及流程2.2.1化工生产过程

2.2.2化工生产工艺流程1工艺流程和流程图2化工生产工艺流程的组织11/22/2022652.2化工生产过程及流程2.2.1化工生产过程1工艺产品分离与精制

化学反应

原料预处理

2.2.1化工生产过程达到所需状态和规格原料到产物的转变得到符合规格的产品回收利用副产物

化工生产的核心；工艺学研究的重点内容11/22/202266产品分离与精制化学反应原料预处2.2.2化工生产工艺流程11/22/2022672.2.2化工生产工艺流程11/21/202267工艺流程和流程图按物料加工顺序将各功能单元有机地组合起来，则构筑成工艺流程。

表达方法：工艺流程多采用图示方法来表达，称为工艺流程图(flowsheet或processflowsheet)。课本中的表达方法？11/22/202268工艺流程和流程图课本中的表达方法？11/21/202268化工生产工艺流程的组织推论分析功能分析形态分析11/22/202269化工生产工艺流程的组织推论分析11/21/202269化工生产工艺流程组织——推论分析法从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合化工工艺过程的

“洋葱”模型反应器分离与再循环换热网络公用工程如合成氨工艺组织11/22/202270化工生产工艺流程组织——推论分析法从“目标”出发对不同功能化工生产工艺流程组织——功能分析法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如合成氨制气原料不同11/22/202271化工生产工艺流程组织——功能分析法分析每个单元的基本功能和化工生产工艺流程组织——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11/22/202272化工生产工艺流程组织——形态分析法对不同流程方案精确分析评例1：丙烯液相水合制异丙醇工艺设计工艺：在20MPa和200～300℃及硅钨酸催化剂水溶液中进行，该工艺异丙醇选择性为98％～99％，但尚有30％～40％的丙烯未反应。11/22/202273例1：丙烯液相水合制异丙醇工艺设计工艺：在20MPa和20难点：原料是昂贵的，制造成本很高解决问题关键：提高原料利用率How？原料循环11/22/202274难点：原料是昂贵的，解决问题关键：How？原料循环11/2111/22/20227511/21/202275工艺评价

主要优点：能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，也减少了对环境的污染。缺点：循环体系中惰性物质和其它杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必需定期排出这些物质以避免积累。11/22/202276工艺评价

主要优点：能显著地提高原料利用率，缺点：循环体例2丙烯氨氧化制丙烯腈生产分离与精制流程选择过程丙烯氨氧化的副反应很多，主要副产物有氢氰酸(HCN)和乙腈(CH3CN)，需要从反应后混合物中将丙烯腈分离出来，副产物氢氰酸是很有用的化工原料，应分离出来加以利用。如何分离出丙烯腈和副产物？11/22/202277例2丙烯氨氧化制丙烯腈生产分离与精制流程选择过程丙烯氨氧化方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来，冷凝后再逐个精馏分离；Q？丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难于将它们分离方案二：采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCN解吸出来，乙腈留在水溶液中，然后再分离丙烯腈和HCN

乙腈与水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取剂，使两者精馏分离变得很容易11/22/202278Q？丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难于将它们分离方案方案评价显而易见，第二种流程优于第一种流程，在工业上广泛采用。该流程见图所示该流程，可获得纯度很高的聚合级丙烯腈，回收率也高，且处理过程较简单。11/22/202279方案评价显而易见，第二种流程优于第一种流程，在工业上广泛11/22/20228011/21/202280合理利用能量

在组织工艺流程时，不仅要考虑高产出、高质量的问题，还要考虑合理地利用能、回收能，尽可能利用物料所带的显热，使之在离开系统时接近环境温度，以免热量损失到环境中。11/22/202281合理利用能量在组织工艺流程时，不仅要考虑高产出、高质量的问2.3化工过程的主要效率指标

生产能力和生产强度化学反应的效率——合成效率转化率选择性收率平衡转化率和平衡产率11/22/2022822.3化工过程的主要效率指标生产能力和生产强度11/21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)？设计能力：在最佳条件下可以达到的最大生产能力11/22/202283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设备的单位体积（或面积）的生产能力单位：

kg/h·m3，t/d·m3kg/h·m2，t/d·m2

生产强度？时空收率催化剂的生产强度单位时间、单位体积（质量）催化剂所得产品量11/22/202284设备的单位体积（或面积）的生产能力生产强度？时空收率催化剂的合成效率原子经济性AE

环境因子11/22/202285合成效率原子经济性AE环境因子11/21/20228511/22/20228611/21/202286（反应器）（反应系统）循环流程转化率11/22/202287（反应器）（反应系统）循环流程转化率11/21/202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11/22/202288选

择

性表达主、副反应进行程度的大小11/21/20228从产物角度来描述反应过程的效率？单程收率总收率？平衡转化率平衡产率？转化率、选择性和收率的关系

收率产率11/22/202289从产物角度来描述反应过程的效率收率产率11/21/2022.4

反应条件对化学平衡和反应速率的影响

可逆反应，平衡常数与温度的关系温度的影响——化学平衡吸热反应ΔHө>0，K值随着温度升高而增大,有利于平衡产率增加放热反应ΔHө<0，K值随着温度升高而减小，降低温度使平衡产率增加11/22/2022902.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响可逆反应，平衡常2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响

温度的影响——反应速率ｋ总是随温度的升高而增加不可逆反应，产物生成速率随温度的升高而加快可逆吸热反应，净速率随温度的升高而增高可逆放热反应，在最佳反应温度下净反应速率最大11/22/2022912.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响温度的影响——2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响

浓度的影响反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反应物过量，提高价贵难得反应物的利用率反应物浓度愈高，反应速率愈快11/22/2022922.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响浓度的影响反应物2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响

压力的影响压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率分子数减少的反应，提高压力可以提高平衡产率分子数不变的反应，压力对平衡产率无影响一定的压力范围内加压，对加快反应速率有一定好处，但压力过高，反而不经济惰性气体的存在，降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡11/22/2022932.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响压力的影响压力对2.5

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，发展新的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11/22/2022942.5催化剂的性能及使用提高反应速率和选择性11/2催化剂的基本特征催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化

催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用），但不能改变平衡

催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应

11/22/202295催化剂的基本特征催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂催化剂的分类

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11/22/202296催化剂的分类按催化反应体系的物相均一性按反应机理

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11/22/202297按反应机理工业催化剂的使用性能

活性选择性寿命

寿命的影响因素

化学稳定性热稳定性力学性能稳定性耐毒性11/22/202298工业催化剂的使用性能活性寿命的影响因素11/21/失活原因：

超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物相转变；原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；

有污垢覆盖催化剂表面催化剂的失活和再生11/22/202299失活原因：催化剂的失活和再生11/21/202299再生：暂时性中毒是可逆的，当原料中除去毒物后，催化剂可逐渐恢复活性永久性中毒则是不可逆的。催化剂积碳可通过烧碳再生无论是暂时性中毒后的再生，还是积碳后的再生，均会引起催化剂结构的损伤，致使活性下降催化剂的失活和再生11/22/2022100再生：催化剂的失活和再生11/21/20221002.6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11/22/20221012.6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11/22/2022102间歇操作过程的物料衡算以每批生产时间为基准11/21/202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+Δmi

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

11/22/2022103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11/22/2022104物料衡算的步骤绘出流程的方框图，以便选定衡算系统11/21/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11/22/2022105物料衡算的步骤绘出流程的方框图，以便选定衡算系统11/21/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W

Uin+QP=Uout+W11/22/2022106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热量衡算的关键首先要确定衡算对象，即明确系统及其周围环境的范围选定物料衡算基准，物、热衡算方程式要联立求解，均应有同一物料衡算基准确定温度基准，多以298K（或273K）为基准温度注意物质的相态，计算相应的焓变11/22/2022107热量衡算的关键首先要确定衡算对象，即明确系统及其周围环境的范本章结束11/22/2022108本章结束11/21/2022108o11/22/2022109o11/21/2022109370℃280℃拔头原油常压渣油，AR400℃减压渣油，VRo11/22/2022110370℃280℃拔头原油常压渣油，AR400℃减压渣油，VR11/22/202211111/21/2022111o11/22/2022112o11/21/2022112END!11/22/2022113END!11/21/2022113思考题1现代化学工业的特点是什么？2化学工艺学的研究范畴是什么3简述石油化工原料乙烯的用途？4利用合成气可以合成哪些产品？5为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？6生物质和再生资源的利用前景如何？7何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的。8何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？9何谓转化率？何谓选择性？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？11/22/2022114思考题1现代化学工业的特点是什么？11/21/20221110催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？11假设某天然气全是甲烷，将其燃烧来加热一个管式炉，燃烧后烟道气的干基摩尔组成为86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。试计算天然气与空气的摩尔比，并列出物料收支平衡表12一氧化碳与水蒸气发生的变换反应为CO+H2O==CO2+H2，若初始混合原料的摩尔比为H2O/CO=2/1，反应在500℃进行，此温度下反应的平衡常数4.88。求反应后混合物的平衡组成和CO的平衡转化率。13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进裂解器的乙烷可获得46.4kg乙烯，裂解气经分离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器（设循环气只是乙烷），在产物中除乙烯及其它气体外，尚含有4kg乙烷。求生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率、乙烯全程收率和全程质量收率。11/22/202211510催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产第二章

化学工艺基础11/22/2022116第二章化学工艺基础11/21/20221上次课回顾1.1化学工艺学的研究范畴

对象、内涵（源头、内容、目标）化学工程与化学工艺1.2化学工业的发展、地位和作用1.3现代化学工业的特点和发展方向1.4化学工业的原料资源和主要产品11/22/2022117上次课回顾1.1化学工艺学的研究范畴11/21/2022化学工程（chemicalengineering）研究化学工业和其他过程工业中所进行的化学（反应、反应工程）过程和物理（传递----三传）过程共同规律的一门工程学科。化学工艺（chemicaltechnology）即化学生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。11/22/2022118化学工程（chemicalengineering）研究化学主要内容2.1原料资源及其加工2.2化工生产过程及流程2.3化工过程的主要效率指标2.4反应条件对化学平衡和反应速率的影响2.5催化剂的性能及使用2.6反应过程的物料衡算和热量衡算基础11/22/2022119主要内容2.1原料资源及其加工11/21/20224基本要求了解主要化工原料及其加工过程；化学工艺学中的基本概念重点：石油的一次加工和二次加工的工艺和特点；化工过程的主要效率指标；热量衡算和物料衡算11/22/2022120基本要求了解主要化工原料及其加工过程；化学工艺学中的基本概2.1原料资源及其加工化学矿石油天然气煤生物质空气水11/22/20221212.1原料资源及其加工化学矿11/21/202262.1.1

主要无机化学矿及加工11/22/20221222.1.1

主要无机化学矿及加工11/21/202271.化学矿种类盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿、铝土矿、硼矿、锰矿、钛矿、锌矿、钡矿、天然沸石、硅藻土等。

11/22/20221231.化学矿种类盐矿、硫矿、磷矿、钾盐矿、铝土矿、硼矿、锰2.磷矿和硫铁矿的加工磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料。85%以上的磷矿用于制造磷肥，生产磷肥的方法有两大类：

酸法用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。

热法利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。11/22/20221242.磷矿和硫铁矿的加工磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和硫铁矿用于制造硫酸，生产硫酸的过程主要有以下步骤11/22/2022125硫铁矿用于制造硫酸，生产硫酸的过程主要有以下步骤11/22.1.2

石油及其加工11/22/20221262.1.2石油及其加工11/21/202211简介形成、分布石油化工自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90%左右的有机化工产品使用的原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇11/22/2022127简介形成、分布11/21/20221211/22/202212811/21/20221311/22/202212911/21/20221411/22/202213011/21/202215三烯——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11/22/202213111/21/202216

1.石油的组成

由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物，其中化合物的沸点从常温到500℃以上石油中的化合物分为烃类非烃类胶质和沥青11/22/20221321.石油的组成由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的烃类化合物非烃化合物胶质和沥青质

链式饱和烃环烷烃芳香烃

硫化物氮化物含氧化合物

稠环烃类等11/22/2022133烃类化合物链式饱和烃硫化物氮化物稠根据沸程的不同，将石油分类

2.油品的概念

石脑油（轻汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃润滑油

350－520℃重、渣油

>520℃11/22/2022134根据沸程的不同，将石油分类2.油品的概念石脑油（轻汽油来源

常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油催化裂化、重整（二次加工）得到催化汽油指标：辛烷值汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好测定方法：研究法(RON)、马达法(MON)

汽油的来源和指标11/22/2022135来源

将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准汽油。将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中炕爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量问题：93＃

？

90＃

辛烷值定义11/22/2022136将异辛烷规定为100，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制评定柴油发火性能（自燃性）的指标定义：在单缸发动机中，当试验油料的自燃性和十六烷与2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同时，待测油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的体积百分数相同

柴油的指标----十六烷值11/22/2022137评定柴油发火性能（自燃性）的指标柴油的指标----十六馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是50%和90%的馏出温度凝点：在规定的实验条件下，试样开始失去流动性的温度冷滤点：通过过滤器的流量每分钟不足20mL时的最高温度

柴油的其他性能指标11/22/2022138馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是50%和90%的馏出

5＃:8℃以上0＃:8℃至4℃－10＃:4℃至－5℃－20＃:－5℃至－14℃－35＃:－14℃至－29℃－50＃:－29℃至－44℃根据使用时的气温选用不同标号柴油标号的依据是柴油的凝固点

柴油的标号11/22/2022139柴油标号的依据是柴油的凝固点柴油的标号11/21/202【1.石油的组成2.油品的概念】

小结

11/22/2022140【1.石油的组成2.油品的概念】

小结11/21/202石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥青辛烷值汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好十六烷值评定柴油发火性能（自燃性）的指标11/22/2022141石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥青11/21/2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

3、石油的加工一次加工——油品的加工11/22/2022142利用原油中各组分沸点的差别进行分离3、石油的加工一次加工催化重整（catalyticreforming）催化裂化(catalyticcracking)催化加氢裂化(catalytichydrocracking)

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11/22/2022143催化重整（catalyticreformin催化重整在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程。11/22/2022144催化重整在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重催化重整（续1）原料油：石脑油，当以生产高辛烷值汽油为目的时，采用80～180℃的馏分，以生产芳烃为主要目的时，采用60～140℃的馏分。产物:提供高辛烷值汽油，苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料，以及液化气和溶剂油，并副产氢气。11/22/2022145催化重整（续1）原料油：石脑油，当以生产高辛烷值汽油为目的催化重整（续2）反应：主要发生环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成芳烃的反应，此外还有烷烃的异构化和加氢裂化等反应。催化剂：活性组分（铂）、助催化剂和酸性载体；铂-铼双金属11/22/2022146催化重整（续2）反应：主要发生环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等生成催化重整（续3）以高辛烷值汽油为主：原料预处理、重整反应

原料预处理重整反应系统重整原料拔头油副产氢气燃料气高辛烷值汽油组分重整循环氢11/22/2022147催化重整（续3）以高辛烷值汽油为主：原料预处理、重整反应原料催化重整（续4）以生产芳烃为主：原料预处理、重整反应、芳烃抽提和分离部分

11/22/2022148催化重整（续4）以生产芳烃为主：原料预处理、重整反应、芳烃抽催化裂化

在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化的过程11/22/2022149催化裂化11/21/202234催化裂化（续1）原料油：直馏柴油减压柴油重柴油焦化馏分油（碳数多在18以上）产物:高质量汽油（产率30%～60%）并副产柴油（产率≤40%，其中的烷基苯和烷基萘，可以提取出来作为化工原料）锅炉燃油、液化气和气体等产品11/22/2022150催化裂化（续1）原料油：直馏柴油减压柴油重柴油焦化馏催化裂化（续2）反应条件：450～530℃0.1～0.3MPa催化剂：为微球形，颗粒直径10～100μm，目前采用高活性的分子筛催化剂，添加少量稀土氧化物的分子筛催化剂性能更好。11/22/2022151催化裂化（续2）反应条件：450～530℃0.1～0.3催化裂化（续3）裂化反应非常复杂，主要有大分子烷烃的碳-碳链断裂生成较小分子的烷烃和烯烃；直链烷烃脱氢生成烯烃和氢；正烷烃异构化为异烷烃；支链烷烃脱氢环化生成芳烃；环烷烃脱氢生成芳烃；烯烃脱氢环化或聚合结焦；芳烃脱氢缩合结焦等等11/22/2022152催化裂化（续3）裂化反应非常复杂，主要有大分子烷烃的碳-碳链催化裂化（续4）催化裂化装置曾使用过固定床和移动床两种型式，当今均采用流化床型式11/22/2022153催化裂化（续4）催化裂化装置曾使用过固定床和移动床两种型式，11/22/202215411/21/202239加氢裂化催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应。11/22/2022155加氢裂化催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂加氢裂化（续1）原料油：减压柴油重柴油减压渣油产品：航空煤油、柴油、汽油(或重整原料)和气体等产品。11/22/2022156加氢裂化（续1）原料油：减压柴油重柴油减压渣油11/21加氢裂化（续2）工艺：高压法和中压法。高压法的操作压力高于10MPa，反应温度370～450℃；中压法压力5～10MPa，反应温度370～380℃。催化剂：分为两类，即Ni、Mo、W、Co的非贵金属氧化物和Pt、Pd氧化物，均用硅酸铝加分子筛或氧化铝为载体。11/22/2022157加氢裂化（续2）工艺：高压法和中压法。高压法的操作压力高于1热裂解将烃类加热到750~900℃使其发生裂解。（下一章详细介绍）原料油：乙烷丙烷石脑油产物:乙烯丙烯丁烯丁二烯三苯等芳烃石油的二次加工还有烷基化、异构化、焦化等，可获得高辛烷值汽油和化工原料。11/22/2022158热裂解将烃类加热到750~900℃使其发生裂解。（下一章详细【3、石油的加工】

小结11/22/2022159【3、石油的加工】

小结11/21/202244一次加工——油品的加工（常减压蒸馏）二次加工——馏分油的化学加工，调整烃类的组成

11/22/2022160一次加工——油品的加工（常减压蒸馏）11/21/20224催化重整：在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排列形成新分子，生产富含芳烃的高辛烷值汽油的工艺过程。催化裂化：在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化，生产高辛烷值汽油的过程。加氢裂化：催化剂存在及高氢压下，加热重质油使其发生各类加氢和裂化反应，增产航空喷气燃料和优质轻柴油的过程。11/22/2022161催化重整：在催化剂作用下加热汽油馏分，使其中的烃类分子重新排石油加工的主要途径和产品11/22/2022162石油加工的主要途径和产品11/21/202247天然气

主要成分是甲烷干气

甲烷含量高于90%

湿气

C2~C4烷烃含量≥15%~20%油田伴生气

天然气于石油伴生煤层气（瓦斯气）

吸附在煤上的甲烷天然气水合物

冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物2.1.3天然气及其加工利用11/22/2022163天然气主要成分是甲烷2.1.3制氢气和合成氨经合成气路线制燃料和化工产品直接催化转化成化工产品热裂解制化工产品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化湿气中C2~C4烷烃的利用天然气的化工利用11/22/2022164制氢气和合成氨天然气的化工利用11/21/20224煤(coal)

由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成

成煤过程的程度不同分为

泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤

H%O%含量顺序

泥煤>褐煤>烟煤>无烟煤2.1.4煤及其加工利用11/22/2022165煤(coal)由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅

高温干馏（炼焦）低温干馏煤气化煤液化（直接液化间接液化）煤的加工11/22/2022166煤的加工11/21/202251煤的干馏在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。煤干馏过程又分高温、低温两类。11/22/2022167煤的干馏在隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗高温干馏是在炼焦炉中隔绝空气于900—1000℃进行的干馏过程。产生焦炭、焦炉气、粗苯、氨和煤焦油：11/22/2022168高温干馏是在炼焦炉中隔绝空气于900—1000℃进行的干馏过高温干馏（续1）焦炉气主要成分：氢(54％一63％)和甲烷(20％一32％)；粗苯中主要含苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯等单环芳烃，以及少续不饱和化合物(如戊烯、环戊二烯、苯乙烯等)和含硫化合物(二硫化碳、噻吩等)，还有很少量的酚类和吡啶等；11/22/2022169高温干馏（续1）焦炉气主要成分：氢(54％一63％)和甲烷(高温干馏（续2）煤焦油中含有多种重芳烃、醚类、烷基荼、吡啶、咔唑、蒽、菲、芴、苊等及杂环有机化合物．日前已鉴定的有400一500种．是制取塑料、染料、香料、农药、医药及溶剂等的原料。其中含量最大且应用最广的是萘、目前工业萘来源仍以煤焦油为丰。11/22/2022170高温干馏（续2）煤焦油中含有多种重芳烃、醚类、烷基荼、吡啶、低温干馏是在较低终温(500一600℃)下近行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物。11/22/2022171低温干馏是在较低终温(500一600℃)下近行的干馏过程，煤气化是指在高温(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有氢、一氧化碳等气体的过程。气化剂主要是水蒸气、空气或氧气。11/22/2022172煤气化是指在高温(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固煤气化（续）生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方法、气化条件的不同而有差别。生成的H2和co是合成氨、合成甲醇以及c1化工的基本原料，还可用来合成甲烷，称为替代天然气，可作为城市煤气。11/22/2022173煤气化（续）生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方煤的液化指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。分为：直接液化和间接液化两大类过程。11/22/2022174煤的液化指煤经化学加工转化为液体燃料的过程。11/21/20直接液化是采用加氢方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤的加氢液化。液化产物亦称为人造石油，可进一步加工成各种液体燃料。11/22/2022175直接液化是采用加氢方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤的加氢液间接液化是预先制成合成气，然后通过催化刑作用将合成气转化为烃类燃料、含氧化合物燃料(例如低碳混合醇、二甲醚)。甲醇、低碳醇的抗爆性能优异，可替代汽油，而二甲醚的十六烷值很高，是优良的柴油替代品。近年来还开发丁甲醉转化为高车烷值汽油的技术，促进厂煤间接液化的进展。11/22/2022176间接液化是预先制成合成气，然后通过催化刑作用将合成气转化为烃煤低温干馏

焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等

低温煤焦油

酚类、烷烃、环烷烃等

半焦

气化合成气

高温干馏

焦炉煤气粗苯分离苯二甲苯甲苯氧（杂）茚茚煤焦油分离苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料气化合成气合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等高压加氢液化汽油、煤油、柴油等11/22/2022177煤低温干馏焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等低温煤焦油酚类、烷糠醛的生产2C6H10O5

H2O淀粉C12H22O11(麦芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生产

2.1.5生物质及其加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O

戊糖11/22/2022178糠醛的生产2C6H10O5H2O淀粉C12H22O11(麦芽11/22/202217911/21/2022642.2化工生产过程及流程2.2.1化工生产过程

2.2.2化工生产工艺流程1工艺流程和流程图2化工生产工艺流程的组织11/22/20221802.2化工生产过程及流程2.2.1化工生产过程1工艺产品分离与精制

化学反应

原料预处理

2.2.1化工生产过程达到所需状态和规格原料到产物的转变得到符合规格的产品回收利用副产物

化工生产的核心；工艺学研究的重点内容11/22/2022181产品分离与精制化学反应原料预处2.2.2化工生产工艺流程11/22/20221822.2.2化工生产工艺流程11/21/202267工艺流程和流程图按物料加工顺序将各功能单元有机地组合起来，则构筑成工艺流程。

表达方法：工艺流程多采用图示方法来表达，称为工艺流程图(flowsheet或processflowsheet)。课本中的表达方法？11/22/2022183工艺流程和流程图课本中的表达方法？11/21/202268化工生产工艺流程的组织推论分析功能分析形态分析11/22/2022184化工生产工艺流程的组织推论分析11/21/202269化工生产工艺流程组织——推论分析法从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合化工工艺过程的

“洋葱”模型反应器分离与再循环换热网络公用工程如合成氨工艺组织11/22/2022185化工生产工艺流程组织——推论分析法从“目标”出发对不同功能化工生产工艺流程组织——功能分析法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如合成氨制气原料不同11/22/2022186化工生产工艺流程组织——功能分析法分析每个单元的基本功能和化工生产工艺流程组织——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11/22/2022187化工生产工艺流程组织——形态分析法对不同流程方案精确分析评例1：丙烯液相水合制异丙醇工艺设计工艺：在20MPa和200～300℃及硅钨酸催化剂水溶液中进行，该工艺异丙醇选择性为98％～99％，但尚有30％～40％的丙烯未反应。11/22/2022188例1：丙烯液相水合制异丙醇工艺设计工艺：在20MPa和20难点：原料是昂贵的，制造成本很高解决问题关键：提高原料利用率How？原料循环11/22/2022189难点：原料是昂贵的，解决问题关键：How？原料循环11/2111/22/202219011/21/202275工艺评价

主要优点：能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，也减少了对环境的污染。缺点：循环体系中惰性物质和其它杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必需定期排出这些物质以避免积累。11/22/2022191工艺评价

主要优点：能显著地提高原料利用率，缺点：循环体例2丙烯氨氧化制丙烯腈生产分离与精制流程选择过程丙烯氨氧化的副反应很多，主要副产物有氢氰酸(HCN)和乙腈(CH3CN)，需要从反应后混合物中将丙烯腈分离出来，副产物氢氰酸是很有用的化工原料，应分离出来加以利用。如何分离出丙烯腈和副产物？11/22/2022192例2丙烯氨氧化制丙烯腈生产分离与精制流程选择过程丙烯氨氧化方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来，冷凝后再逐个精馏分离；Q？丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难于将它们分离方案二：采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCN解吸出来，乙腈留在水溶液中，然后再分离丙烯腈和HCN

乙腈与水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取剂，使两者精馏分离变得很容易11/22/2022193Q？丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难于将它们分离方案方案评价显而易见，第二种流程优于第一种流程，在工业上广泛采用。该流程见图所示该流程，可获得纯度很高的聚合级丙烯腈，回收率也高，且处理过程较简单。11/22/2022194方案评价显而易见，第二种流程优于第一种流程，在工业上广泛11/22/202219511/21/202280合理利用能量

在组织工艺流程时，不仅要考虑高产出、高质量的问题，还要考虑合理地利用能、回收能，尽可能利用物料所带的显热，使之在离开系统时接近环境温度，以免热量损失到环境中。11/22/2022196合理利用能量在组织工艺流程时，不仅要考虑高产出、高质量的问2.3化工过程的主要效率指标

生产能力和生产强度化学反应的效率——合成效率转化率选择性收率平衡转化率和平衡产率11/22/20221972.3化工过程的主要效率指标生产能力和生产强度11/21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)？设计能力：在最佳条件下可以达到的最大生产能力11/22/2022198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设备的单位体积（或面积）的生产能力单位：

kg/h·m3，t/d·m3kg/h·m2，t/d·m2

生产强度？时空收率催化剂的生产强度单位时间、单位体积（质量）催化剂所得产品量11/22/2022199设备的单位体积（或面积）的生产能力生产强度？时空收率催化剂的合成效率原子经济性AE

环境因子11/22/2022200合成效率原子经济性AE环境因子11/21/20228511/22/202220111/21/202286（反应器）（反应系统）循环流程转化率11/22/2022202（反应器）（反应系统）循环流程转化率11/21/202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11/22/2022203选

择

性表达主、副反应进行程度的大小11/21/20228从产物角度来描述反应过程的效率？单程收率总收率？平衡转化率平衡产率？转化率、选择性和收率的关系

收率产率11/22/2022204从产物角度来描述反应过程的效率收率产率11/21/2022.4

反应条件对化学平衡和反应速率的影响

可逆反应，平衡常数与温度的关系