化工工艺学课程考前辅导--201103.ppt

1、化工技术学课程的考前指导考试形式：卷门，问题类型和题量： 1，判决问题，10题，订正10分：正确的二，单选问题，10题，订正20分：各题有4个选项，其中只有一个是正确的。 选分，选错不能得分三，多选题，十题，订正三十分：每题有四个选项，其中二十三个是正确的。 每个问题都是3分。部分选择对比分选择错误的回答不能得分的四，简述题，四题，修正20分：按要求回答五，反应过程分析问题，一题，20分：根据给定的过程回答。 第1章引言有机化工生产中的9种基础原料：三苯(乙烯、丙烯、丁二烯)、三苯(苯、甲苯、二甲苯)、乙炔、萘、甲醇。 三大合成材料：合成树脂、合成橡胶、合成纤维化工生产部门是耗能大的家庭，合理

2、使用能源和节能极为重要的化工生产具有易燃、易爆、有毒、有害的特点，第二章化工资源及其初步加工，自然界化工原料来源为矿物资源、海洋资源其中矿产资源包括化矿、煤、石油和天然气，是化工的主要原料来源。 水既可以在化工生产中作为原料使用，也可以作为溶剂、冷却剂、热介质、洗涤剂、吸收剂、稀释剂等辅助材料使用，可以用于各种生产。 空气经过空分操作可以得到氮气和氧气。 煤埋藏在地下，呈灰黑褐色的固体物。 煤的成分主要是c，煤可以作为燃料也可以作为化工生产原料，煤作为化工原料的加工方法有焦炭、气化和液化碳化学：以含有一个碳的化合物(如c、CO、CH3OH等)为原料，经化学加工，得到含有两个以上碳的有机化工制品

3、(如甲醇合成的石油也称原油，是一种有气味的粘稠液体，是多种烃类(主要含有c、h元素)，是含有少量硫、氧和氮的复杂混合物。 石油加工方式分为一次加工和二次加工的常压、减压蒸馏，以直接原油为原料，以一次加工催化分解、催化重整、烷基化、延迟焦炭、尿素脱蜡等常压、减压蒸馏的产品为原料继续加工，称为二次加工。 催化裂化是催化裂化反应，是热裂化技术的改进。 分解大分子烃类化合物转化为碳原子数少的轻质油，分解反应的目的是增加汽油的产量，提高汽油和柴油的质量。 的双曲馀弦值。 加氢裂化是催化裂化技术的改进。 通过在临氢条件下进行催化分解反应，可以抑制催化分解时发生的脱氢缩合反应，避免焦炭的生成。 改性是将轻质

4、原料油，例如直馏汽油、粗汽油等，经过热和催化剂的作用，使结构重新调整为油中的烃类，生成大量芳香族烃的工艺。 催化剂重整催化剂的重整过程由于长期使用铂催化剂，因此也称为铂重整。 天然气埋藏在地下的可燃性气体可以同时作为化工原料和燃料使用。 天然气分为干气和湿气：干气的主要成分为CH4、C2H6、C3H8和C4H10等。 即使稍微压缩也不会产生液体，所以称为干气。 干气大部分是甲烷，是制造合成氨和甲醇的好原料，由于热值高，也是好燃料。 湿气中除了CH4、C2H6等低碳烷烃以外，还含有少量轻的汽油，对其稍加压缩就会析出汽油，所以称为湿气。 第三章有机化工反应单元1、烃类热分解，乙烯、丙烯、丁二烯等低

5、级不饱和烯烃具有双键，化学性质非常活跃，可合成多种化工产品。 乙烯是世界上产量最高的化学制品之一，工业上使用的乙烯，大部分是从石油精炼厂和石油化工厂生产的气体中分离出来的。 乙烯工业是石油化工的龙头，乙烯产量往往标志着国家化工发展的水平。乙烯制造方法石油系烃系原料(天然气、轻质油、柴油等)在高温作用(注意：无催化剂)下，发生C-C键断裂(开裂)或C-H键断裂(脱氢)反应，生成分子量小的烯烃、烷烃及其他烃类。 用于烃类热分解的原料目前主要是轻质烃，如气态烃、石脑油、轻柴油、粗柴油和减压柴油类的热分解是工业生产低级烯烃(乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯)的主要方法。 烃类热分解反应烃类热分解的化学反应复杂

6、，有脱氢、断链、二烯合成、异构化、脱氢环化、脱烷基、叠加、歧化、聚合、脱氢交联和焦化等。 烃类的热分解反应分为一次反应和二次反应。 一次反应是原料烃类热分解生成乙烯和丙烯等的反应。 二次反应主要是由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生成多种生成物，最后生成焦炭和碳的反应。 二次反应不仅可以降低低级烯烃的收率，而且由于生成的焦炭和碳堵塞了管路和设备，破坏了分解操作的正常进行，所以应该抑制二次反应。 烃类热解反应工艺的影响因素分解原料轻油是目前世界上广泛采用的分解原料。 裂解反应的压力裂解反应是体积增大、反应后的分子数变多的反应，低压有利于裂解反应。 分解不允许在负压下操作。 负压下的操作，管道密封

7、不严格就容易泄漏，空气进入分解反应系统，在容易发生爆炸等事故的生产中作为稀释剂使用水蒸气，水蒸气的主要作用是降低烃分压，降低焦化。 原料烃中混入水蒸气的主要优点：水蒸气便宜，容易获得，生成物的分离容易，预热温度过高，可以避免原料烃粘结在预热器上，水蒸气的热容量大， 炉管温度稳定的水蒸气可以在高温下发挥清焦作用： C H2OCO H2水蒸气可以有效抑制原料中硫对分解管的腐蚀，水蒸气对设备、管道等金属表面发挥一定的氧化作用，减轻金属对烃类气体分解碳的作用。 水蒸气适量，过剩水蒸气的缺点：进入裂解炉的原料碳氢化合物含量低，使装置的生产能力降低，大量的水被加热变成高温水蒸气，在能源消耗增加的裂解气冷却

8、过程中，其中的水蒸气也冷凝，产生大量的废水。 裂解温度裂解反应是强的吸热反应，高温对裂解反应有利，但也存在提高温度的问题：在对裂解管的材质有更高要求的高温下，必须缩短原料的滞留时间，在对裂解炉的要求高的高温下进行分解反应，生成的碳量显着变多的分解温度过高时停留时间的裂解反应是平行、连锁副反应交叉的复杂反应，适当的短停留时间控制有利于一次反应的停留时间的目的是控制二次反应，使裂解反应停留在适当的裂解深度，裂解温度高，停留时间短，相应的乙烯收率提高，但丙烯收率降低。 因此，烃类的热分解工艺应该是高温、低压、短滞留时间，分解生产的主要工序分解气体生产的主要工序是分解、急冷热交换、油急冷、油洗、水洗。

9、 参照工艺流程图，轻柴油生产低级烯烃的分解工艺，5、分解炉6 .急冷换热器，7、气囊8 .急冷器9 .油洗塔17 .水洗塔，主要设备介绍分解炉目前工业上广泛采用管式分解炉。 裂解反应在细长的管中进行，总是并管结构，即裂解管阶段性合并，管数逐渐减少的裂解炉由耐火炼瓦制成，裂解管列入炉内，气相燃料燃烧并供热，裂解温度由燃料流量和压力控制。 原料与水蒸气混合，从喷嘴吹到裂解管上。 原料在裂解管内发生热裂解反应，产生裂解气体的炉管内温度： 850左右，炉管外温度： 1000-1600，急冷热交换器也称为废热锅炉，是列管式、间接冷却。作用：将分解气体的温度迅速降低到600以下，使分解反应在急冷下迅速结束

10、，抑制二次反应，回收控制结合的热量，产生蒸汽。 主要工艺残奥表：出口600以下，副产饱和高压蒸汽。 油急冷器急冷油直接喷吹分解气体，与其混合冷却分解气体，直接冷却。 作用：分解气体进一步冷却，完全停止二次反应，出口在210以下。 油洗塔急冷油喷雾，空塔，直接冷却作用：持续冷却分解气体使分解气体中的重质油和轻质油的一部分凝结，洗涤回收，副生成液相制品。 出口的分解气体约为105-110水洗塔冷却水直接喷洒在空塔上，直接冷却作用：在使分解气体中含有的稀释水蒸气凝结的同时，也使油洗涤时未凝结的轻质油的一部分凝结。 出口的分解气体在40以下。 两种冷却方式：直接冷却和间接冷却直接冷却冷却冷却剂与被冷却

11、物质直接接触，冷却效果好，使用设备结构简单，通常在空塔或塔内加入填充剂，增加冷却剂与被冷却物的接触面积。 应用有限：产生废液，可能污染被冷却物，被冷却物放出的热量不能利用。 间接冷却制冷剂与被冷却物质直接接触，热量通过管壁交换，冷却效果差，通常采用列管式热交换器，最大的优点是能够利用从被冷却物放出的热量。 4、分解气体的分离、沸点高的重组成分冷凝成为液相制品，分解气体中主要为C5以下的气体： H2、CH4、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、C4、C5、CO、CO2、H2S，分解气体的大多数成分沸点低，各成分间的沸点差大裂解气净化除去裂解气中的有害杂质，在分离过程中操作，分离单一产品，为化工产品的生产提供

12、基本原料。 需要除去的有害杂质有酸性气体、水、CO、乙炔类。 酸性气体：除去CO2、H2S CS2等硫化物理由：酸性气体腐蚀设备配管、H2S等硫化物，使脱乙炔催化剂中毒的CO2在低温下变成干冰，堵塞配管的方法：采用碱清洗法， 用NaOH水溶液喷淋除去：2NaOH co2=na2c o3h2o2naohh2s=na2s2h2o脱水：理由：低温下水冻结，与烃类形成固体结晶水合物，与管壁结合，增加动力消耗，堵塞管路。 采用方法：分子筛、硅胶、等吸水剂吸水。 脱乙炔：乙炔、丙烯等理由乙炔的存在中毒乙烯和丙烯的聚合催化剂乙炔类在系统内自己聚集。乙炔的蓄积过多容易引起爆炸。 采用方法：催化加氢法： C2H

13、2 H2=C2H4该操作可在除去有害乙炔类的同时，增加乙烯生成量。 脱CO :理由： CO是使乙炔系加氢催化剂中毒的采用方法：通过催化作用将CO转化为甲烷的所谓甲烷化法，即CH4制氢的逆反应： CO 3H2 CH4 H2O注：氢气中含有少量CO时，适用该方法。 例如，CO含量高时，氢气量过多，这个方法不合适，需要先转换成碱洗的方法。 精馏分离系统在深冷环境下，采用精馏分离方法在一系列精馏塔中分离H2、CH4、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、C4和C5等馏分。 为了得到更多的乙烯，最优选的分解原料是乙烷，深冷分离法是在100左右的低温下使分解气体中的各成分按沸点不同，采用精馏法一个一个分离的方法，该方法

14、产品收率高，质量好，是目前工业上生产聚合级烯烃的主要方法，能耗大分解气体深冷分离有顺序分离流程、前脱乙烷流程、前脱丙烷流程3种分离流程。脱甲烷塔的作用是去除裂解气体中的氢和甲烷，是裂解气体分离过程的重要设备，由于其操作温度极低，能耗大，分离效率直接影响乙烯收率和能耗，其操作条件的确定和运行效果的好坏对整个分离过程至关重要，在分离过程中冷冻柜是用l00 160操作的低温设备。 为了降解气体分离过程中温度低，非常容易冷却，减少散热，降低能耗，用绝热材料将高效板式换热器和气液分离器等放入一个箱子，称为冷冻库。 重叠制冷：在深冷分离中，为了达到-100的低温，需要乙烯以下的温度顺序的制冷剂。 乙烯的临

15、界温度为9.5，通常自来水的温度约为20，不能以自来水为冷却水使乙烯液化。 只有选择另一种温度顺序高于乙烯的冷却剂，才能使乙烯逐渐液化。 要液化甲烷，必须先用水液化丙烯，接着用丙烯液化乙烯，然后用乙烯液化甲烷，最后得到极低温度的冷却剂。 这叫堆冷气。 换言之，在本堆制冷过程中，水向丙烯制冷，丙烯向乙烯制冷，乙烯向甲烷制冷，甲烷向需求-100的用户制冷。 2、氯化、向化合物分子中导入氯原子，生产氯衍生物的过程统称为氯化。 氯化反应类型的分类置换氯化、加成氯化、氯化、氯化物分解。 氯化剂向作用物输送氯的试剂称为氯化剂。 工业上常用的氯化剂是氯气、氯化氢、次氯酸和次氯酸盐。 氯气反应活性高，一般可直

16、接参与反应。 氯化氢的反应活性比氯气差，一般在催化剂存在下进行置换和加成反应。 平衡氧氯化法氯乙烯的制造，平衡氧氯化法氯乙烯的制造，乙烯加成氯化的1，2 -二氯乙烷的乙氧氯化的1，2 -二氯乙烷的制造，氯乙烯的制造，平衡型氯化法是指乙烯、氯、氯由反应、即二氯乙烷的分解产生的HCl可以满足正好反应、即氧氯化反应所需的HCl，从而可以在整个生产过程中平衡HCl。 图2是表示利用氧氯化法制造氯乙烯的流程的框图。 轻成分，图1的氧氯化法氯乙烯制造的流程图，乙烯加成氯化的1，2 -二氯乙烯和氯气液相加成生产1，2 -二氯乙烷，发热反应。 以氯化铁为催化剂，氯气为氯化剂。 主要副产物：聚氯化物三氯乙烷、四

17、氯乙烷等。 乙烯液相加成氯化工艺分为低温法和高温法低温法，采用强制外循环气液相鼓泡塔反应器。 反应温度50、生成物以液相溢出流出，反应温度由冷却水流量控制。 高温法采用自然外循环气液相冒泡塔反应器。 反应温度90，反应物在气相中发出材料，反应热在从反应物气化的潜在热带行走。 乙氧氯化产生1，2 -二氯乙烷的强发热反应，反应温度220-230，HCl是氯化剂的主要副产物：氯乙烷、三氯乙烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烯等。 使用流化床反应器。 该反应器具有传热性好、床层内温度分布均匀、不产生热点、容易控制温度等优点。 缺点是催化剂容易磨损失去，材料门严重。 催化剂是以-Al2O3为载体的CuCl2催化剂。二氯乙烷分解生产氯乙烯管式裂解炉，反应温度在500以上，不需要催化剂。 强吸热反应、管外燃料的燃烧提供反应所需的热量，开裂温度通过控制燃料的流量和压力来调节。 分解炉出来的约500的高温材料进入急冷塔，急冷塔为空塔，急冷液从上到下直接淋浴。 急冷塔起到中止迅速冷却分解气体的反应，清洗焦油等高沸物副产物的作用。急冷液使用以二氯乙烷为主的循环液约40种，防止盐酸对设备的腐蚀。 急冷分离出塔顶的分解气体，除去低沸点物和高沸点物后，最后得到纯制品氯乙烯。 氯化氢回收塔顶得到纯度高的HCl，作为反应的原料，氧氯化