化学工艺学-第1章 概论

1、2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,第1章 概论,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,学时安排,54学时 周三 3-4节 （9509） 周四 1-2节 (9705)（双周） 教材：刘晓勤，化学工艺学，化学工业出版社，2010.,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,教学组织,课程根据化学工业的结构特点，以典型化工产品为主线组织教学，共介绍6类：合成气及衍生品、硫酸；石油炼制、烃类热裂解及分离；烯烃为原料的化学品；芳烃为原料的化学品。每一个均介绍典型产品的生产原理（包括主副反应、反应机理、催化剂组成等），工艺条件（包括从热力学和动力学上分析影响因素和寻找最佳工艺条件）

2、和工艺流程与设备（包括反应器选型、组织原则、生产方法比较及最新进展）。,主要内容,1.1 化学工艺学研究范畴 1.2 化学工业的分类及特征 1.3 化工原料、产品及其工艺 1.4 化工过程 1.5 化工过程的主要效率指标 1.6 反应条件对化学平衡和反应速率的影响 1.7 化工工艺计算*,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.1 化学工艺学研究范畴 化学工业：又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。 化学工艺 原料 化学产品 化学工艺(chemical technology)：即化工生产技术，指将原料物质主要经过化

3、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。 感性认识 理性认识 化学工艺学：根据化学、物理和其他科学的成就，来研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产上安全的化工生产工艺的学科。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.1 化学工艺学研究范畴,化学工程 研究化学工业和其他过程工业中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。提供过程的技术基础。 化学工艺 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。,2020/6/29,化

4、学工艺学 概论 卢莲英,化工工艺 个性 研究具体过程 从原料到产品,化学工程 共性 单元操作 工程因素尤其是放大,两者相辅相承，密不可分,两者的关系,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,化学工艺学的范畴：（11个方面） 一般包括原料的选择和预处理； 生产方法的选择及方法原理； 设备(反应器和其他)的作用、结构和操作； 催化剂的选择和使用； 其他物料的影响； 操作条件的影响和选定； 流程组织； 生产控制； 产品规格和副产物的分离与利用； 能量的回收和利用； 对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,化学工程学的研究内容 单元操作：流体输送

5、、换热（加热和冷却）、蒸馏、吸收、蒸发、萃取、结晶、干燥等。 化学反应工程：化学反应是化工生产的核心部分，它决定着产品的收率，对生产成本有着重要影响。 传递过程：动量传递、热量传递和质量传递。传递过程着重研究上述三种传递的速率及相互关系，连贯起一些本质类同但表现形式各异的现象。 化工热力学：研究传递过程的方向和极限，提供过程分析和设计所需的有关基础数据。 化工系统工程：化工过程中，各个过程单元相互影响，相互制约，因此很有必要将化工过程看作一个综合系统，并建立起整体优化的概念。,1.2 化学工业的分类及特征,1.2.1 化学工业的分类,（1）无机化学工业 合成氨、无机酸、碱、盐和无机化学肥料 （

6、2）基本有机化学工业 合成醇、有机酸、醛、酯、酮以及烷烃、烯烃、芳烃系列产品 （3）高分子化学工业 合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶 （4）精细化学工业 试剂、催化剂、助剂、添加剂、活性剂、染料、颜料、香料、 涂料、农药、医药等 （5）生物化学工业 有机酸、生物农药、饲料蛋白、抗生素、维生素、疫苗等,按产品分类：,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.2 化学工业的分类及特征,1.2.1 化学工业的分类,（1）石油化工 以石油和天然气为原料的化学工业 （2）煤化工 通过煤的气化、干馏和生产的电石为原料的化学工业 （3）生物化工 采用农、林等生物资源以及非生物资源，通过发酵、水解、

7、酶 催化而生产的化工产品 （4）矿产化工 以化学矿为原料的化工产品 （5）海洋化工 从海水中提炼的化工产品,按原料分类：,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.2 化学工业的分类及特征,1.2.2 化学工业的特征,1.原料、生产方法和产品的多样性与复杂性 ； 2.向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高； 3.多学科合作、生产技术密集型的生产部门； 4.重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法； 5.资金密集，投资回收进度快，利润高； 6.化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概

8、论 卢莲英,高新技术，缩短开发周期 最充分、最彻底地利用原料 大力发展绿色化工 化工过程要高效、节能和智能化 实施废弃物再生利用工程,1.2 化学工业的分类及特征,发展方向,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,化学工业的发展、地位和作用,制陶、酿造、冶炼,制碱、制酸、煤化学、合成氨,石油化工,高分子化工：合成材料,新兴的化学工业,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,非自然资源,生物资源,矿物原料,金属矿、非金属矿 化石燃料矿,动、植物体,“废料” “垃圾”,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.1 化学工业的原料资源,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,40%,

9、22,25,6,7,全世界能源使用情况,石油是“工业的血液”,硫酸是工业之母,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.2 石油及其加工工艺,从油田开采出来的石油称为原油，原油是一种褐黄色或黑色的粘稠液体，具有特殊气味，原有的化学组成非常复杂，主要有碳和氢两种元素所组成的各种烃类，并含有少量的氮、氧、硫化合物。烃类化合物分为烷烃、环烷烃和芳香烃。,石蜡基原油含较多的石蜡，烷烃含量超过50%，密度小，凝固点高，含硫及胶质较少，大庆原油属于此类。 环烷基原油含有较多的环烷烃和芳香烃，密度较大，凝固点低，含硫及胶质较多，沥青亦较多。 中间基原油的性质介于前两类之间。,原油按组成可分为：,2020/6/

10、29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,杂质成分：水，氯化钙，氯化镁 等盐类,油田 原油,危害：水-浪费燃料 盐-腐蚀设备、结垢，堵塞管路,处理：脱水 脱盐盐含量 /， 水含量 。,原油的预处理-从油田里开采出来的没有经过加工处理的石油叫原油,1.3 化工原料、产品及其工艺,以石油为原料加工出来的产品甚多，按其主要性质和用途可分为燃料油（汽油、煤油、柴油）、润滑油、沥青、石油焦以及基本化工产品六大类。 基本化工产品为烯烃（乙烯和丙烯）、芳烃（苯、甲苯、二甲苯）、液化石油气和合成气等。以这些物质为原料进一步加工，可以制得各种各样的化工产品和日用产品。,石油经

11、热裂解生成重要的有机化工原料包括“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）、“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）等。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,为了充分利用宝贵的石油资源，要对石油进行一次加工和二次加工，在生产出汽油、航空煤油、柴油、锅炉燃油和液化气的同时，制取各类化工原料。,一次加工：原油的常压蒸馏和减压蒸馏过程。 蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥发度的差别（沸点不同）进行分离的方法，是一种没有化学反应的传质、传热物理过程。 二次加工：常减压蒸馏馏份油的进一步化学加工过程。 主要包

12、括重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.3 天然气及其加工工艺,主要成分：气态烃类（烷烃 CH4, C2H6） ，还含有少量的二氧化碳、氮气和硫化物等杂质。 来源：伴生气和非伴生气。伴生气是伴随石油共生，通称为油田气；非伴生气为单独的气田资源，纯气田的天然气主要成分是甲烷。,干气：每m3气体中C5以上重质烃含量低于13.5 cm3（液体） 湿气：每m3气体中C5以上重质烃含量高于13.5 cm3（液体） 贫气：含C3以上烃类高

13、于94 cm3（液体） 富气：含C3以上烃类低于94 cm3（液体）,C3,C4的烃类-液化气,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,天然气 主要成分是甲烷 干气 甲烷含量高于90% 湿气 C2C4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,1.3 化工原料、产品及其工艺,几种气田的天然气组成,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,天然气的初步加工处理工艺流程,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,

14、1.3 化工原料、产品及其工艺,天然气的化学加工途径,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.4 煤及其加工工艺,主要成分：碳、氢和氧，并含有少量的氮、硫、磷等杂原子。 煤的基本结构单元为缩合芳烃及环烷烃及多种侧链，杂原子及官能团。,不同煤的主要元素组成,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,在煤化工范畴内的煤加工过程主要有煤的干馏、气化、液化等。,煤的干馏是在隔绝空气的条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程，也

15、称为煤的热解或热分解。 高温干馏：煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000左右，经过干馏的一系列阶段，最终得到焦炭，该过程也称为高温炼焦或简称炼焦。 低温干馏：煤在终温500700下进行的干馏过程，产生半焦、低温焦油和煤气等产物。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,煤的气化：以煤或煤焦（半焦）为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温（9001300）通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。气化时所得到的气体称为煤气，其有效部分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。,煤的液化：通过化学加工将煤转化为液体燃料的过程

16、。 直接加氢液化：在高压（1020MPa）、高温（420480）和催化剂作用下转化成液态烃的过程。 间接液化：将煤预先制成合成气，然后在催化剂的作用下是合成气转化成烃类燃料、含氧化合物燃料的过程。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.5 化学矿及其加工工艺,固体化学矿的种类甚多，大多数化学矿是以化合物的形态存在，且含有多种元素。通常按某种元素在矿石中含量的高低分为高品位矿和低品位矿，低品位矿必须通过选矿富集才能作为原料。 化学矿主要用于制取金属和无机盐类产品。化学矿种

17、类繁多，主要矿物举例如下。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,盐矿：岩盐、海盐或湖盐等，用于制造纯碱、烧碱、盐酸和氯乙烯等 硫矿：硫磺(S)、硫铁矿(FeS2)等，用于生产硫酸和硫磺 磷矿：氟磷灰石Ca5F(PO4)3、氯磷灰石Ca5Cl(PO4)3，用于生产磷肥，磷酸及磷酸盐等 钾盐矿：钾石盐(KCl和NaCl混合物)、光卤石(KClMgCl26H2O)、钾盐镁矾(KClMgSO43H2O) 铝土矿：水硬铝石(-Al2O3H2O)和三水铝石(Al2O33H2O)的混合物 硼矿：硼砂矿(Na2O2B2O310H2O)、硼镁石(2MgOB2O3H2O)

18、等,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,锰矿：锰矿(和-MnO2)、菱锰矿(MnCO3)等 钛矿：金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)等 锌矿：闪锌矿(ZnS)、菱锌矿(ZnCO3) 钡矿：重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等 天然沸石：斜发沸石、丝光沸石、毛沸石(化学组成均为NaOAl2O3nSiO2xH2O)等 硅藻土(含83%89% SiO2nH2O) 膨润土(Mg, Ca)OAl2O35SiO2nH2O，可作吸附剂和催化剂载体,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,化学矿的加工方法主要有热化

19、学加工（煅烧、焙烧等）、浸取分离、萃取分离、提取分离和电化学等。除热化学加工外，其他各种加工方法是用水或溶剂把所需的金属化合物提取出来，这些方法通称为湿法冶金。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,主要矿物质的加工利用,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,1.3.6 生物质及其加工工艺,来源：农、林、牧、副、渔业的产品及其废弃物（壳、芯、秆、糠、渣）等农副产品。 利用方法：一是直接提取其中固有的化学成分；二是利用化学或生物化学的方法将其分解为基础化工产品或中间品。 加工过程：涉及萃取、微生物水解、酶水解、化学水

20、解、裂解、催化加氢、皂化、气化等一系列生产工艺和操作。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,糠醛和糠醇的生产,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.3 化工原料、产品及其工艺,乙醇的生产,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,湖北化工企业发展：资源凸显,磷矿：我国磷矿资源居世界第3位，湖北磷矿资源储藏全国第4。 盐矿：湖北是全国富盐省份，储量居全国第2位，总储量约为 2900亿吨。 80万吨乙烯工程：“石化产业将成为武汉市新的千亿元产业。” 将成为华中地区最大的石化基地。 精细化学品：以

21、楚源为核心，努力建成集染料、医药及中间体、 纺织印染助剂、农用化学品、基础化工为一体的化工产 业集群；力争2015年实现销售收入100亿元、利税16亿 元，打造世界染料之都。”,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,高附加值产品比重不断增加，油品质量全面达到国标准，高浓度化肥、离子膜烧碱、子午线轮胎、基本有机化工、新材料、新领域精细化工、生物农药等高档次产品的比例进一步提高。,苯甲酸钠、季戊四醇,磷矿石、磷肥、氯化苄,世界第一位,全国第一位,化肥、硫酸,全国第二位,氮肥,全国第三位,湖北化工企业发展：产品结构合理,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,已形成武汉石化、荆门石化和

22、江汉油田等大型炼化一体化基地，基本建成宜昌猇亭、荆门东宝和胡集、潜江泽口、襄樊余家湖和老河口、荆州沙市和石首、孝感应城、黄冈武穴等一批化学工业园区，形成了一批各具特色的石油化工、煤化工、磷化工、盐化工、精细化工和化工新材料产业基地和产业集群。,湖北化工企业发展：产业基地初具规模,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,宜化集团已经建设成为全国重要的磷、盐化工及化肥生产综合性的产业集团和亚洲最大的联碱生产企业,兴发集团以发展精细磷化工为核心，基本建成中国最强、世界知名的国际磷化工企业,洋丰集团已建成为全国最大的磷复肥生产企业,楚源集团已经建设成为国内最大和全球重要的活性染料和染料中间体生产

23、企业,武汉有机实业公司是世界最大的苯甲酸钠生产基地,沙隆达集团是全国重要的农药生产企业,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,湖北化工企业发展：现有问题,集约化程度不高,创新能力不强,产品结构不优,中低端产品比重较大，高端产品、高附加值产品少,规范化和规模化化工园区建设工作有待提升，产业布局分散，园区化建设没有按照资源、市场、产品配套、辅助工程一体化、“三废”集中治理、基础和物流服务设施共享等要求来实现产业联合布局、集中分局、上下游一体化布局,高端产品生产技术和大型成套装备主要依靠进口，部分领域技术创新能力，特别是自主研发能力弱，部分行业的技术装备水平落后,企业所需化工专业人才缺失,2

24、020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,化工生产过程：有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得产品的工业过程。,产品,1.4 化工过程,1.4.1 化工生产过程,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,产品分离与精制,化学反应,原料预处理,化工生产过程,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,例如：,可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。,苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2输送加热反应器减压蒸馏精馏苯（99.99299.999%）,甲醇的生产： 合成气（CO，H2，CO2）输送管式反应器粗甲醇冷却精馏精甲醇（

25、99.8599.95%）,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.4.2 化工生产过程的检测与控制,在任何化工生产过程中，需要检测和控制的指标有温度、压力、流量、液面、组成等几类。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,化工系统优化包含三个层次：,(1)化工工艺路线的最优化。即系统总体方案的最优化设计和选择。,(2)流程结构的最优化。即流程最优化设计和选择。,(3)流程工艺参数和操作参数的最优化。,1.4.3 化工生产过程的优化,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,（1）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 “

26、洋葱”模型,反应器,分离与再循环,换热网络,公用工程,1.4.4 化工生产过程的流程,1、化工生产过程的流程组织,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,（2）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,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,（3）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,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2、化工生产过程的流程图,为描述化工

27、生产过程，工程上通常用形象的图形、符号和代号表示设备，用箭头表示物料流动方向，将化工过程从原料到最终产品经过的所有设备和相互关系以及物料流动顺序，以图示的方式表达出来，这种表示整个化工生产过程全貌的图形称为工艺流程图。,工艺流程图是工厂设计的基础，也是操作和检修的指南。一般分为生产工艺流程图、物料流程图和带控制点的工艺流程图。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,工艺流程图中的设备的图形和符号已标准化。生产工艺流程图常将设备的大致几何形状画出，或以方框表示。,无论采用那种流程图表达工艺流程，从左向右展开，有必要的文字进行说明，如设备名称(符号代号)、物料流向、物料名称、图名、图号、设

28、计阶段等。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1物料流程: (1) 设备示意图; (2) 流程管线及流向箭头; (3) 文字注解 2图例 3设备一览表,图0-3,工艺流程图,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,工艺管道及仪表流程图,又称施工流程图或带控制点的工艺流程图,比例与图幅,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,车间厂房布置包括车间平面布置和立面布置，主要取决于生产规模、生产流程、生产种类、厂区面积、厂区地形和地形条件。它必须满足工艺要求，同时也应符合国家的防火卫生标准等各种规范和规定。 (1)生产设施包括生产工段、原料和产品仓库、控制室、露天堆场或贮罐区等

29、。 (2)生产辅助设施包括除尘通风室、变电配电室、机修仪修室、化验室和贮藏室等。 (3)生活行政设施包括车间办公室、工人休息、更衣室、浴室、厕所等。 (4)其他特殊用室如劳动保护室保健室等。 车间平面布置就是将上述车间（装置）组成在平面上进行组合布置,车间平面布置,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.5.1 生产能力和生产强度 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，或在单位时间内处理的原料量。 单位为kgh，td或 k

30、 ta，万ta等。 生产强度：设备的单位特征几何量的生产能力，即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。 单位：kg(hm3)，t/(dm3)或 kg(hm2)，或t/(dm2)等。 1.5.2 转化率、选择性和收率(产率) I.转化率(conversion)：某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的分率或百分率，用符号X表示。 其定义见式 (1-1)： 转化率表征原料的转化程度，反映了反应进度。,1.5 化工过程的主要效率指标,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,计算转化率时，反应物起始量的确定很重要。 对于间歇过程，以反应开始时装入反应器的某反应物料量为起始量；

31、对于连续过程，一般以反应器进口物料中某反应物的量为起始量； 对于采用循环流程的过程来说，则有单程转化率和全程转化率之分。 新鲜原料 混合原料 产品 单程转化率：原料每次通过反应器的转化率;见(1-2)式: 全程转化率（总转化率）：新鲜原料进入反应系统到离开该系统所达到的转化率。见(1-3)式:,循环物料,弛放物料,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,主反应 目的产物 复杂反应体系 副反应 副产物 .选择性(selectivity)：体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。 用符号S表示，其定义式如下(1-4),(1-5): 在复杂反应体系中，选择性是个

32、很重要的指标，它表达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,.收率(产率，yield)：从产物角度来描述反应过程的效率。 见式(1-6): 介绍了以上三个量，三者之间的联系： 根据转化率、选择性和收率的定义可知，相对于同一反应物而言， 三者有以下关系 Y=S.X 无副反应的体系，S=1，故收率在数值上等于转化率，转化率越高则收率越高； 有副反应的体系，s0，K值随着温度升高而增大，有利于反应，产物的平衡产率增加。 对于放热反应，H0，K值随着温度升高而减小，平衡产率降低。故只有降低温度才能使平衡产率增高。,1.6 反应条件对

33、化学平衡和反应速率的影响,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,温度对反应速率的影响：反应速率常数与温度的 关系见阿累尼乌斯方程，即 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,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,对于放热的可逆反应，当温度较低时，净反应速率随温度的升高而增高；当温度超过某一值后，净反应速率开始随着温度的升高而下降。净速率有一个极大值，此极大值对应的温度称为最佳反应温度(TOP)，亦称最适宜反应温度。净速率随温度的变化如图所示。,2020/6/29,化

34、学工艺学 概论 卢莲英,1.6.2 浓度 浓度对化学平衡的影响：反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。当有多种反应物参加反应时，往往使价廉易得的反应物过量，从而可以使价贵或难得的反应物更多地转化为产物，提高其利用率。 浓度对反应速率的影响：对于正反应,反应物浓度愈高，反应速率愈快。一般在反应初期，反应物浓度高，反应速率大，随着反应的进行，反应物逐渐消耗，反应速率逐渐下降。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.6.3 压力 压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大: 对分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率； 对分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大； 对分子数没有

35、变化的反应，压力对平衡产率无影响。 在一定的压力范围内，加压可减小气体反应体积，且对加快反应速率有一定好处，但效果有限，压力过高，能耗增大，对设备要求高，反而不经济。 惰性气体的存在，可降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡。,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1、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。,1.6.4 催化剂,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,2、工业

36、催化剂的使用性能,活性使原料转化的能力 选择性有多少转化为目的产物。 寿命 使用期限的长短,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,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,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,3、催化剂的失活和再生,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,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,

37、催化剂的失活和再生,对于稳定的连续流动系统过程，无物料的积累，再若过程中无物料的损失，则输入的总物料量 等于输出的总物料量 ，即,1.7 化工工艺计算,1.7.1 物料衡算,物料衡算的依据是质量守恒定律： 进入系统的物料量 = 离开系统的物料量 + 系统内物料积累量,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.7 化工工艺计算,（1）必须选择某一物料的数量作为计算的依据，称为物料衡算的基准。 （2）所选组分往往是不发生变化的惰性物料。对于发生复杂化学反应的过程，最好选用元素的物质的量（如kmol）。 （3）在一个系统中进行各设备的物料衡算时，应采用同一个基准，以避免发生计算错误。,在进行

38、物料衡算时应注意的问题：,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,1.7 化工工艺计算,1.3.1 物料衡算（物理变化过程）,总物料衡算式,干气体的物料衡算式,水的物料衡算式,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,连续过程的物料衡算 一般表示式为： 系统中积累 = 输入 输出 + 生成 消耗 稳态过程时 输入 = 输出 生成 + 消耗 无化学反应的稳态过程 输入 = 输出,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,物料平衡形式 总平衡式 *总质量平衡式 总摩尔平衡式 组分平衡式 组分质量平衡式 组分摩尔平衡式 元素原子平衡式 *元素原子质量平衡式 *元素原子摩尔平衡式,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,物料衡算的基本步骤, 画出流程示意图 列出已知数据 列出由物料平衡所需求解的问题 决定系统的边界 写出主、副产品的化学反应方程式,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英, 约束条件 选择计算基准 进行物料平衡计算 列出物料和能量平衡表，并进行校核 结论,2020/6/29,化学工艺学 概论 卢莲英,关于基准, 时间基准 连续（小时，天） 间歇（釜，批） 质量基准 kg，mol，