化工工艺学第五章教材
化工工艺学课件第五章 2012
5.2.1 概述
1923年，BASF公司实现工业化生产，高压法
（T>380℃ ，P=30MPa）
1966年，ICI， 1971年，Lurgi， 1972年，ICI， 低压法 低压法 中压法 总生产能力4000万吨
1973年，意大利开发成功联醇法。 甲醇的产量和消耗仅次于乙烯、乙烷、苯。
催化加氢
5.2.2 合成甲醇基本原理
（3）乙苯脱氢工艺改进。
5.1 催化加氢概述
5.1.1 加氢反应类型
催化加氢
1.不饱和键加氢
烯烃加氢，乙烯反应速度最快。C原子数↑， 加氢速度↓。同C数有取代基的加氢速度慢，二烯烃 无取代基双键先加氢。 2.芳烃加氢
芳烃加氢生成酯环化物；取代基越多，加氢越慢。
单独加氢： r烯烃> r炔烃> r芳烃， r二烯烃> r烯烃
大型合成氨装置有34套，生产能力为1000万t/a；
下游产品除1套装置生产硝酸磷肥之外,均为尿素。
中型合成氨装置有55套，生产能力为500万t/a；
下游产品主要是尿素和硝酸铵。
小型合成氨装置有700多套，生产能力为3000万t/a。
下游产品主要是碳酸氢铵和尿素。
自2004年起我国合成氨产量跃居世界第一。
共同存在： r炔烃> r二烯烃> r烯烃> r芳烃
5.1.1 加氢反应类型
3.含氧化合物加氢
加氢
催化加氢
醛、酮、酸、酯 醇 加氢能力：醛>酮，酸>酯， 醇和酚加氢困难
4.含氮化合物加氢
－CN，－NO2
加氢
－NH2
5.氢解
指加氢过程有裂解，产生小分子混合物。 酸、酯、醇、烷基芳烃加氢时可产生氢解。
化工工艺学第五章
H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，由煤气化生产方法确定
5.2.2 煤气化的生产方法及主要设备
煤气化： 强吸热 煤气化过程的分类 ◆按操作方式分: 间歇式（逐渐被淘汰） 大量供热 燃烧煤
连续式
◆按反应器的形式分:固定床 流化床(沸腾床） 气流床 熔融床（中试）
●固定床间歇式气化制水煤气
● 固定床连续气化法 由德国鲁奇公司开发——鲁奇法 原 气 化 料：块煤或焦炭 剂：水蒸汽和氧气的混合物
燃料层分层：与间歇法大致相同 特点： ★碳与氧的燃烧放热反应与碳与水蒸汽的吸热反应同时进行 ★气化反应至少在600～800℃进行 ★调节H2O/O2的比例，可控制炉中各层温度,并使温度稳定。
★原料为块煤或焦炭，反
●气流床连续式气化制水煤气 第一代气流床：K-T法，由德国Koppers公司开发，是一种常
压、高温（1500~1600℃）下以水蒸气和氧气与煤粉反应的气 化法。 第二代气流床：德士古法，由美国Texaco公司开发
煤粉制成水煤浆, 泵入气化炉，纯氧燃烧，省水蒸汽；
反应温度：2000℃，出口煤气温度1400℃； 反应压力：9.8MPa以下； 水煤浆在炉中停留：5-7秒； 液态排灰，煤转化率97-99%；
电石 粗苯精制 制氢 合成氨
乙炔 BDO等 (1,4丁二醇) 氮肥
烯烃
煤炭能源化工 产业线 煤气化 合成气 甲醇 二甲醚 醋酸 间接液化 烯烃 直接液化 汽柴油 传统煤化工 现代煤化工 汽柴油等
什么是煤制合成气？
以煤或焦炭为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水
蒸汽等为气化剂，在高温条件下，通过化学反应把煤或焦炭
合成醋酸 CH3OH+CO==CH3COOH 1960年，BASF公司将甲醇羰基化合成醋酸工业化，70MPa， 醋酸收率90% 1970年，Monsanto公司低压法工业化，碘化物促进的铑配位催 化剂， 180℃, 3~4MPa，醋酸收率99%
《化工工艺学》课程教案
2014 学年第 2 学期函授 13化学工程（专升本）专业《化工工艺学》课程教案4课时/次共10次 40课时教师：教研室：§1 第一章合成氨原料气的制备教学目的：掌握优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程的基本原理；原料和工艺路线；主要设备和工艺条件的选择；消耗定额的计算和催化剂的使用条件。
教学重点：优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程。
教学难点：消耗定额的计算和催化剂的使用条件。
新课内容：第一节固体燃料气化法一、概述固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）气化：用氧或含氧气化剂对其进行热加工，使碳转变为可燃性气体的过程。
气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为煤气发生炉。
二、基本概念1、煤的固定碳；固体燃料煤除去灰分、挥发分、硫分和水分以外，其余的可燃物质称为固定碳。
2、煤的发热值：指1公斤煤在完全燃烧时所放出的热量。
3、标煤：低位发热值为7000kcal/kg的燃料4．空气煤气：以空气作为气化而生成的煤气其中含有大量的氮(50％以上)及一定量的一氧化碳和少量的二氧化碳和氢气。
5．混合煤气(发生炉煤气)：以空气和适量的蒸汽的混合物为气化剂生成的煤气，其发热量比空气煤气为高。
在工业上这种煤气一般作燃料用。
6．水煤气：以蒸汽作为气化剂而生成的煤气，其中氢及—氧化碳的含量高在85％以上，而氮含量较低。
7．半水煤气：以蒸汽加适量的空气或富氧空气同时作为气化剂所创得的煤气或适当加有发生炉煤气的水煤气，其含氮量为21—22％。
三、气化对煤质的基本要求(1)保持高温和南气化剂流速(2)使燃料层各处间一截而的气流速度和温度分布均匀。
这两个条件的获得，除了与炉子结构(如加料、排渣等装置)的完善程度有关外，采用的燃料性质也具有重大影响。
1水分：<５％2挥发份：<６％煤中所含挥发分量和煤的碳化程度有关，含量少的可至I一2％，多的可达40％以上。
它的含量依下列次序递减：泥煤褐煤烟煤无烟煤焦炭3灰份：15-20％灰分中主要组分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。
化工工艺学第5章烧碱-ppt课件
10.3 电解法制烧碱技术
（2）阴极材料 ➢ 对阴极材料的要求：
❖ 耐氢氧化钠、氯化钠的腐蚀； ❖ 导电性能好； ❖ 氢在电极上的过电位低。
➢ 低碳钢 ➢ 立式吸附隔膜电解槽：
❖ φ2.6的铁丝编织成孔眼尺寸3×3钢丝网 ❖ 打孔的铁板
10.3 电解法制烧碱技术
（3）隔膜材料 ① 隔膜材料的选择
（2）电解法及发展概况
➢ 据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同
隔膜法 水银法 离子交换膜法
➢ 将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠
分开
阳极室和阴极 通过生成钠汞 选择透过性的阳离
室间设置多孔 齐来使氯气分 子交换膜分隔阳极
渗透性隔层
开
室与阴极室
离子交换膜法：实质上也是一种隔膜法。用有 选择性的离子交换膜来分隔阳极和阴极。这种 离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子和水 通过。
（3）稳定的操作性能。为适应生产变化，必须能在较大电流波 动范围内正常工作，且操作条件变化时能迅速恢复其电化学 性能。
（4）较高的机械强度。具有较好的物理性能，膜 薄但不易破，柔韧性好但不易变形。由于要长时 间在盐水中工作，要具有较小的膨胀率。
离子交换膜的种类
根据离子交换基团的不同，可分为以下3种， P132。
① 金属离子在电极上放电时过电位不大，可忽略； ② 当电极上发生气体，如Cl2、H2等的反应时，过电位比较大，
不可忽略。 过电位的数值主要取决于电极材料性质，电流密度、电解液
温度、电极表面特性等也过电位的大小有不同程度影响。 注：过电位虽然消耗了一部分电能，但在电解技术中作用重要
。由于过电位的存在，结合选择适当的电解条件可使电解过 程按照要求进行。
离子膜是离子交换法制碱的核心部位，应具备以下特性：
化学工艺学电子教案第五章(精)
5.2.2.3
脱氢反应动力学
脱氢反应的速率控制步骤是表面化学反应，都可 按双位吸附理论来描述其动力学方程，其速率方程可用 双曲模型来表示。
铁系催化剂脱氢反应时催化剂颗粒大小对反应速率 和选择性都有影响，图6-2是催化剂颗粒度反应速率的 影响，而图6-3是催化剂颗粒度对选择性的影响。
5.3 合成氨和尿素
氨的用途很广，除氨本身可用作化肥外，还可以加工 成各种氮肥和含氮复合肥料，如氨与二氧化碳合成尿素， 与多种无机酸反应制得硫酸胺、硝酸胺、磷酸胺等。氨还 可用来制造硝酸、纯碱、氨基塑料、聚酰氨纤维、丁腈橡 胶、磺胺类药物及其他含氮的无机和有机化合物。 （自 学）
5.4 甲醇的合成
甲醇是十分重要的基本有机化工原料之一，由它可以 合成甲醇蛋白、汽油添加剂及甲醇燃料等，具有广泛的用 途。合成甲醇的工艺流程有低压法合成甲醇和三相流化床 反应器合成甲醇的工艺流程。由于低压法技术指标先进， 现在世界各国合成甲醇已广泛采用了低压合成法。（自学）
（2）压力影响 加氢反应是分子数减少的反应，即加氢反 应前后化学计量系数的变化Δν＜0，因此，增大反应压力， 可以提高Kp值，从而提高加氢反应的平衡产率，如提高反 应压力，可提高氨合成产率，甲醇合成产率等。 （3）氢用量比 从化学平衡分析，提高反应物H2的用量， 可以有利反应向右进行，以提高其平衡转化率，同时氢作 为良好的载热体及时移走反应热，有利于反应的进行。但 氢用量比也不能过大，以免造成产物浓度降低，大量氢气 的循环，既消耗了动力，又增加了产物分离的困难。
第一类是加氢反应在热力学上是很有利的，即使是在高温 条件下，平衡常数仍很大。如乙炔加氢反应，当温度为 127℃时，Kp值为7.63×1016；而温度为427℃时，Kp值 仍为6.5×1016。一氧化碳加氢甲烷化反应也属这一类。 第二类是加氢反应的平衡常数随温度变化较大，当反应温 度较低时，平衡常数甚大，而当反应温度较高时，平衡常 数降低，但数值仍较大。为了达到较高的转化率，需要采 用适当加压或氢过量的办法。如苯加氢制取环己烷，当反 应温度从127℃升到227℃时，Kp值则由7×107降至 1.86×102，平衡常数下降3.70×105倍。 第三类是加氢反应在热力学上是不利的，很低温度下才具 有较大的平衡常数值，温度稍高，平衡常数变得很小，这 类反应的关健是化学平衡问题，常采用高压方法来提高平 衡转化率。
化学工艺全册配套完整课件
三、合成氨生产的总流程： 1、以煤为原料的生产流程 2、以天然气为原料的生产流程 两种特殊净化方案： 1、碳酸氢铵的生产 2、双甲精制：
化学工程基础
化学工程基础
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水 煤蒸空
汽气
造气
以
煤
为
除尘、脱硫
原
料 的
压缩
合
成
氨
流
程
软水 合成
氨
变换
脱碳
甲烷化 水蒸汽
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天然气 压缩
脱硫
以
水蒸汽
脱硫、变换、脱碳、原料气的精制
3、一氧化碳变换的反应方程式是 CO H2O CO2 H2。 4、合成氨原料气的净化时，二氧化碳的脱除通常采用 的 方法。 碳酸钾溶液吸收 5、氨合成时，惰性气体增加，平衡氨含量会 下降 。
6、石油炼制的主要方法有 、 、 等。 常减压蒸馏、催化裂化、催化重整
7、裂解气深冷分离时，裂解气的净化包括
铜洗 压缩 合成
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授课教师:邸凯
第五章 化工工艺学
第二节 石油炼制与 石油烃热裂解
一、概述
石油化工：以石油或天然气、油田气、炼厂气为原料生产基础
化工原料、基本有机原料、合成材料以及精细化工
产品的工业。
三苯：苯、甲苯、二甲苯 石 基础石油化工原料 三烯：乙烯、丙烯、丁二烯 化 基本有机原料：醇、醛、酮、酸、酯、酐…… 产 合成材料：合成塑料、合成橡胶、合成纤维 品 精化产品：洗涤剂、涂料、染料、医药、助剂……
1、常减压蒸馏 原理：利用原油中各组分沸点不同，以物理方法进行加工分离。 流程： 特点：①按一定沸程收集馏出物，产品非纯净物；
②多侧线出料； ③石油加热在塔外进行，不在塔釜； ④塔底吹入过热蒸汽，防止结焦。
化工工艺学完美打印版
第一章绪论1化工生产的起始原料主要有矿物资源，生物资源，空气和水四类。
2化学工业中，设备投资所占比例最大的是产品提纯设备。
3一个化学生产过程，可分为原料预处理，化学反应，产品分离与精制三个步骤。
4天然气主要由甲烷，乙烷，丙烷和丁烷组成。
第二章化学工艺基础1用原油炼制燃料油，一次加工时，原油首先经过的加工设备是常压塔。
2常压蒸馏和减压蒸馏是对石油的一次加工。
3汽油品质最重要的指标是辛烷值。
4在石油催化裂化中，正碳离子中最容易断裂的键是β键。
5石油一次加工过程的主要任务是将原油分离成不同沸点范围的馏分，所用的设备是常压蒸馏塔，减压蒸馏塔。
6常，减压蒸馏塔获得的产品都是混合物。
7原油经过初馏塔，从初馏塔塔顶蒸出的轻汽油，也称石脑油。
8原油在蒸馏前，一般经过脱盐脱水处理。
第三章烃类热裂解1石油中所含烃类有烷烃，环烷烃和芳香烃。
2石油裂解制取乙烯等所用的反应器是管式裂解炉。
3按顺序深冷分离法分离裂解气，裂解气首先进入的设备（塔）是甲烷塔。
4烃类热裂解的后续深冷分离工序之前，要进行裂解气的净化，主要包括：脱除酸性气体，脱水和脱炔三步。
5工业上控制石油深度的措施是控制停留时间。
6裂解气分离的工艺采用用深冷分离法，其中甲烷塔技术含量最高。
7裂解原料的含氢量越高，裂解产物中乙烯收率越高。
第四章芳烃转化过程1工业上已用于苯烷基化工艺的催化剂是酸性催化剂。
第五章合成气的生产过程1合成气的CO变换的主要目的是使CO变成CO2便于除去。
2通过CO变换可产生更多氢气和降低CO含量.3干法脱硫中，能把大部分有机硫转化为无机硫的方法是钴—钼加氢法。
4合成气净化过程中的脱碳是指去除CO25为了脱除合成气中极少的残渣，最适合的脱硫法措施是氯化锌法。
第六章加氢与脱氢过程1可使合成氨催化剂永久性中毒的是二氧化硫。
2N2与H2合成氨所用的催化剂是Fe3O4。
3用于氨合成的熔铁催化剂，必须升温还原活化。
4不论是脱氢反应或是断链反应，都是热效应很大的吸热反应。
5化学工艺学课件第五章
●裂解气其他分离方法： ②吸收（精馏）法； ③ 吸附法； ④络合物分离法等。
▲②③④分离方法特点： 虽然能耗低，但乙烯收率下降，乙烯和丙 烯纯度达不到要求，工业上应用不多。
●烃类热裂解工艺成就
①原料多样化； ②裂解方式多样化（过热水蒸气法、部 分氧化法、加氢裂化法和催化裂化法 等）； ③裂解炉炉型不断更新； ④废热锅炉多样化、高效率； ⑤能量回收更趋合理。
⑷.荷兰的GK型裂解炉：该炉型有GK-Ⅰ发展到 GK-Ⅴ，停留时间逐渐缩短，由0.4~0.5 s降低到 0.2 s 左右，裂解的选择性得到改善。 ⑸.LSCC型裂解炉：停留时间控制在0.2 s 左右， 裂解的选择性明显提升。
●思考题：管式裂解炉不能使用重质烃（重 柴油、重油、渣油等）为原料裂解的原因？ ●重质烃在裂解时，炉管易结焦，造成清 焦操作频繁，生产中稍有不慎，还会堵塞 炉管，造成炉管爆炸等事故。
●蓄热式裂解炉操作方式： 分为顺向和逆向。烟道气与裂解气的流向 相同即为顺向；两者流向相反即为逆向。
▲砂子裂解炉：重质油为裂解原料，砂子作为热载 体，将砂子加热至850~900℃，然后进入反应器进 行裂解反应。我国兰州石化从德国进口，目前使用 的不多。
★管式裂解炉：目前国内外广泛采用，裂 解反应在一根细长的管内进行。
●炼厂汽裂解工艺流程：
尾气（甲烷，氢气等）
炼厂气 原料 预处理 裂解气 压缩及 预处理 分离
乙烯 C3馏分 C4+馏分 液状生成物
裂解 及骤冷
乙烷
⑶ 由液态烃生产烯烃： ●常用原料： 石脑油（粗汽油）；轻油； 直馏汽油；轻柴油。
●或采用部分重质油如重柴油、 渣油、重油或原油等。 ●利用液态烃生产烯烃是目前的主 要方法。
⑵.压缩和冷冻： 将裂解气加压、降温、冷冻处理； ⑶.精馏分离： 利用多个精馏塔将H2，CH4，乙烯，丙烯， C4及C5馏分逐个分离。
化工工艺学培训教材
化工工艺学教案（无机部分）学院、系：化学与制药工程学院任课教师：赵风云授课专业：化学工程与工艺课程学分：课程总学时：64 课程周学时： 42008年 9月 2日合成氨教学进程周次上课方式学时章节及主要内容备注1 讲授 2第一章绪论一、化学工程与化学工艺二、氨的发现与制取三、合成氨的原料四、氨的生产工艺分类五、氨生产技术的发展六、氨合成工业的发展方向七、氨的性质和用途多媒体2 讲授 4第二章原料气的制取第一节煤气化制取氨合成气的基本原理第二节、煤气化的工业方法第三节、间歇制气过程及工艺条件第四节、煤气化工艺流程及存在的问题第五节、水煤浆加压气化制气技术第六节灰熔聚流化床制气技术第七节烃类蒸汽转化法7 讲授 4第三章硫化物的脱除第一节脱硫概述第二节湿式氧化法脱硫第三节对苯二酚氨水液相催化法第四节栲胶法脱硫第五节脱硫主要设备第六节干法脱硫8 讲授 4第四章一氧化碳变换第一节一氧化碳变换的基本原理第二节变换催化剂第三节工艺流程主要设备第五节多段变换炉温度曲线第六节变换系统的热能回收9 讲授 3第五章二氧化碳的脱碳第一节二氧化碳的脱除概述第二节氨水中和法脱除二氧化碳第三节热碳酸钾法脱除二氧化碳第四节主要设备第五节 NHD脱碳6 讲授 4第六章原料气的精制第—节铜氨液洗涤法第二节第—节甲烷化法第三节深冷分离法8 讲授 4第七章：氨合成第—节氨合成原理及热力学基础第二节氨合成催化剂第三节氨合成工艺条件第四节氨的分离及氨合成流程第五节主要设备9 讲授 2 第八章：尿素生产简介第九章烧碱生产简介河北科技大学教案用纸上次课复习：本次课题（或教材章节题目）：第一章绪论教学要求：了解氨的生产发展历程和氨的性质及用途，掌握气态烃蒸汽转化法制取合成氨原料气的原理、工艺条件的制定原则。
重点：1、氨的性质，氨合成工业的发展：单系列、大型化、生产规模、生产能力、劳动强度。
2、气态烃蒸汽转化法的原理、工艺条件、主要设备。
难点：1、氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能够发生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨-空气混合物的爆炸界限较窄。
化工专业《化工工艺学》教学大纲
《化工工艺学》教学大纲课程编码：0412101404课程名称：化工工艺学学时/学分：56/3.5先修课程：《化工原理》、《化学反应工程》、《化工热力学》适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是化学工程与工艺专业的专业必修课。
本课程主要是从化工生产的工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论。
2．课程任务：本课程的任务是通过分析和讨论生产工艺中反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织，使学生掌握化工生产与开发研究工作中的基本方法，对化工生产更加深入的了解，培养学生理论联系实际、应用已学过的基础理论解决实际工程问题的能力。
二、课程教学基本要求通过对本课程的学习，要求学生掌握合成氨、尿素、甲醇等化工产品生产过程的工艺原理、操作条件(工艺参数)的确定，熟悉有关工艺流程以及主要设备结构；了解当今化学工业的概貌及发展方向，了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。
使学生获得基本的化学工艺知识，培养理论联系实际的能力，为其将来从事化工过程的开发、设计、建设和科学管理建立化工工艺基础。
成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（作业、期中考试等）（30%)。
成绩评定采用百分制，60分为及格。
三、课程教学内容第一章绪论1.教学基本要求掌握化学工业的分类和特点，掌握各类化工资源的加工利用。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生熟悉化工生产的基本过程和化工资源，掌握合成氨、尿素和甲醇生产的基本过程。
3.教学重点和难点教学重点是化工过程的主要效率指标，石油及其加工利用。
教学难点是石油的几种不同的一次加工方法。
4.教学内容（1）概述主要知识点：化学工艺学研究范畴；化学工业的发展历史及其在人类社会中的作用；现代化学工业的特点和发展方向；化学工业的原料资源和主要产品；化工过程的主要效率指标。
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化学工艺学课程教案课次12课时2课型（请打V）理论课V讨论课口实验课口习题课口其他口授课题目（教学章、节或主题）：第5章芳烃转化过程5.1概述；5.2芳烃的转化；5.3 C8芳烃的分离教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1. 了解芳烃的来源与生产技术2. 掌握芳烃的烷基化、脱烷基化、烷基转移；3. 掌握C8芳烃单体的分离。
教学重点及难点：重点：芳烃的烷基化、烷基转移及C8芳烃单体的分离难点：芳烃的脱烷基化与烷基化、芳烃的转化与烷基转移、C8芳烃的异构化。
教学基本内容方法及手段教学过程5.1概述芳烃是含苯环结构的碳氢化合物的总称。
芳烃中的“三苯”（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX ）是化学工业的基础原料，具有重要地位。
芳烃可直接作为溶剂使用；芳烃的衍生物广泛用于生产合成生产合成纤维、合成树脂、合成橡胶以及各种精细化学品。
因此，芳烃生产的发展对国民经济的发展、人民生活水平的提高和国防工业的巩固发展起着极为重要的作用。
5.1.1芳烃的来源与生产技术来源：煤焦化芳烃和石油芳烃。
5.1.1.1焦化芳烃生产煤干馏T粗煤气T初冷、净化、冷却、洗油吸收、蒸馏脱吸T粗苯。
5.1.1.2石油芳烃生产石油芳烃来源于两种加工过程：其一为石油馏分的催化重整油；另一种烃裂解副产的裂解汽油。
以石脑油和裂解汽油为原料生产芳烃的过程可分为反应、分离和转化三部分。
讲解烷基芳烃分子中与苯环直接相连的烷基在一定的条件下可以被脱去，此类反应称芳烃的脱烷基化。
521.1芳烃的脱烷基化方法(1)烷基芳烃催化脱烷基在催化裂化的条件下可以发生脱烷基反应生成苯和烯烃。
特点：①强吸热反应；②烷基愈大愈容易脱去，具体规律为叔丁基〉异丙基〉乙基> 甲基；③不适用于甲苯脱甲基制苯(2)烷基芳烃催化氧化脱烷基»C n H 2n+1+(3/2) nO +nCO 特点：①以甲苯为例，选择性70%②氧化催化剂如铀酸铋；③氧化深度难控，选择性低，未工业化(3)烷基芳烃加氢脱烷基特点：①工业上广泛用于甲苯脱甲基制苯；②临氢条件下，有利于抑制焦炭生成；③存在深度加氢副反应。
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2.化工生产的基本任务 研究化工生产的基本过程和反应原理 确认化工生产的工艺流程和最佳工艺条件。 生产中运用的主要设备的构造、工作原理及强
化生产的方法。
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温度变化率很小的情况下，也可将气体当作不可压缩流体来处理。 当气体的压力不太高，温度又不太低时，可近似按理想气体状
态方程来计算密度。由
p -------- 气体的绝对压强，kPa或kN/m2； M -------- 气体的摩尔质量，kg/kmol； T -------- 气体的绝对温度，K； R -------- 气体常数，8.314 kJ/(kmol K)。
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1.2.1 流量
单位时间内流过管道任一截面的流体量称为 流量。若流体量用体积来计算，称为体积流量， 以Vs表示，其单位为m3/s；若流体量用质量来 计算，则称为质量流量，以ws表示，其单位为 kg/s。
计算
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1.1.2 流体的静压强
一. 静压强
流体垂直作用于单位面积上的力，称为压强， 或称为静压强。其表达式为
式中
N；
p -------- 流体的静压强，Pa； FV------- 垂直作用于流体表面上的力，
A -------- 作用面的面积，m2。
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化工工艺操作培训教材(PPT64页)
《化工工艺学》课程教学大纲
《化工工艺学》课程教学大纲制定人：张红教学团队审核人：门勇开课学院审核人：饶品华课程名称：化工工艺学/ Chemical Engineering Technology课程代码：040399适用层次（本/专科）：本科学时：32 学分：2 讲课学时：32 上机/实验等学时：0 考核方式：考查先修课程：物理化学、化工原理、有机合成单元反应适用专业：化学工程与工艺专业教材：朱志庆．化工工艺学．北京；化学工业出版社，2011．主要参考书：1. 薛荣书．化工工艺学．重庆：重庆大学出版社，2004．2. 陈五平．无机化工工艺学．北京：化学工业出版社，2004．3. 林玉波．合成氨生产工艺．北京：化学工业出版社，2006．4. 韩冬冰．化工工艺学．北京：中国石化出版社，2011．5.黄仲九．化学工艺学．北京：高等教育出版社，2001．一、本课程在课程体系中的定位培养学生的化工工艺过程生产技术创新能力。
二、教学目标1.培养学生建立独立设计，独立思考、解决问题的意识。
2.培养学生从典型化工生产工艺中，总结规律、开拓创新，建立技术创新的能力。
3.培养学生具备将新型化工生产技术、产品、工艺管理融会贯通的素质。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1.化工生产独立设计，独立思考、解决问题的意识。
2.从典型化工生产工艺中，总结规律、开拓创新，建立技术创新的能力。
3.了解基本化工生产工艺通用规律。
4.掌握运用Auto CAD、Aspen等软件，进行工艺流程绘图的能力。
5.具备将新型化工生产技术、产品、工艺管理融会贯通的素质。
6.结合实际化工生产，建立节能、环保可持续发展理念。
五、教学内容和基本要求第一章绪论教学内容：本课程的性质、地位和内容；概述化学工业的发展，现状，分类；概念、任务、三个基本概念；化学工业的发展方向；本课程的学习方法。
教学要求：1、了解《化工工艺学》课程的发展、性质、地位和作用；2、了解化学工业的发展史、范畴、分类和特点；3、熟练掌握化工过程的物料衡算中的三个基本概念；4、了解化学工艺学的发展方向和国内外化学工业发展的现状。
《化学工艺学》课程教学大纲
《化学工艺学》课程教学大纲课程名称：化学工艺学课程类别：专业选修课适用专业：化学专业考核方式：考查总学时、学分： 32 学时 2 学分其中实验学时： 0 学时一、课程教学目的通过对本课程的学习，可使学生了解化工生产中各类重要反应单元及具有代表性产品的生产工艺。
学习过程中对于典型反应过程，要求理解并掌握工艺原理、选定工艺条件的依据、流程的组织和特点、各类反应设备的结构特点和优缺点等，了解能量回收利用方法、副产物回收利用等。
本课程旨在培养学生的化工工艺意识、工程观点和实际分析、解决问题的能力。
二、课程教学要求第1章绪论了解基本有机化学工业生产的任务及其在国民经济中的重要地位；基本有机化学工业的四种原料；基本有机化学工业的主要产品。
第2章原料资源及其加工了解无机化学矿及其加工、石油及其加工、天然气及其加工、煤及其加工、生物质及其加工、再生资源的开发利用、空气和水。
第3章烃类热裂解熟练掌握热裂解过程的化学反应与反应机理：烃类热裂解的一次反应；烃类热裂解的二次反应；烃类热裂解反应机理与动力学。
熟练掌握烃类管式炉裂解生产乙烯：原料烃组成对裂解结果的影响；操作条件的影响；管式反应器的改进与急冷器。
掌握裂解气的净化与分离：概述；酸性气体的脱除；脱水与脱炔；裂解气的压缩。
熟练掌握裂解气的深冷分离：顺式分离流程；优化分离流程的组织原则；乙烯分离的三种流程及其比较；脱甲烷塔及操作条件；能量的综合利用。
第4章芳烃的转化了解芳烃的来源；芳烃的供需和芳烃间的相互转化。
掌握芳烃转化反应的化学过程：主要转化反应及其反应机理；催化剂。
熟练掌握芳烃的歧化和烷基转移：甲苯歧化的化学过程；工业生产方法；掌握C8芳烃的分离和异构化：C8芳烃的分离；C8芳烃的异构化。
熟练掌握芳烃的烷基化：概述；烷基化方法。
会芳烃的脱烷基化：方法简介；甲苯加氢脱烷基制苯。
第5章合成气的生产过程了解合成气的生产方法和合成气的应用。
掌握由煤、天然气和渣油制合成气的工艺原理、工艺条件、工艺流程和主要设备；熟练掌握一氧化碳变换过程的工艺原理、工艺条件、工艺流程和主要设备；了解合成气的净化方法。
吴指南《基本有机化工工艺学》课件 第五章催化氧化1.
催化剂能加速链的引发，促进反应生成自由 基,缩短或消除了反应诱导期，大大加速氧化反应， 称为催化自氧化反应。
一、催化自氧化
㈠ 反应机理、催化剂和氧化促进剂 ㈡ 影响氧化反应过程的诸因素 ㈢ 乙醛催化自氧化生产醋酸 ㈣ 过氧化氢异丙苯的制备及应用
㈠ 反应机理、催化剂和氧化促进剂
重点：乙醛催化自氧化生成醋酸的工艺流程；乙 烯络合催化氧化直接生产乙醛工艺流程；乙烯直 接氧化法生产环氧乙烷工艺流程。
难点：不同氧化法工艺条件的选择。
第五章 催化氧化
第一节 概述 第二节 均相催化氧化 第三节 非均相催化氧化 第四节 氧化操作的安全技术
第一节 概述
一、催化氧化在基本有机化学工业中的重要地位 二、氧化过程的一些共同特点
㈠ 环氧化催化剂 ㈡ 影响因素讨论 ㈢ 环氧化法生产环氧丙环联产苯乙烯的方
法简介和示意流程
1. 基本反应过程 2. 催化剂溶液的组成对其活性和稳定性的影
响 3. 主要副反应及其对催化剂活性和稳定性的
影响
㈡ 乙烯钯盐络合催化氧化制乙醛的工艺
1.乙烯钯盐络合催化氧化制乙醛的工艺流程
2. 工艺条件的控制 3. 主要技术经济指标及其生产工艺的改进
三、烯烃的液相环氧化
㈣ 过氧化氢异丙苯的制备及应用
1. 过氧化氢异丙苯的制备
⑴ 主要副反应和影响反应选择性诸因素 ⑵ 异丙苯自氧化制备过氧化氢异丙苯的工艺流 程。
2. 过氧化氢异丙苯的工业应用
二、络合催化氧化
㈠ 烯烃钯盐络合催化氧化的化学 ㈡ 乙烯钯盐络合催化氧化制乙醛的工艺
㈠ 烯烃钯盐络合催化氧化的化学
1. 氧化反应机理及动力学 2. 催化剂 3. 氧化促进剂
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（400~450℃ 8~15MPa）
➢用于制醋酸、醋酐、甲醛、甲酸甲酯、甲基叔丁基醚 （MTBE）、二甲醚、汽油（MTG）、低碳烯烃（MTO）、 芳烃（MTA）等。
CO+2H2=CH3OH
合成气 调整H2/CO摩尔比
H2/CO≈2.2
铜基催化剂
甲醇
260~270℃ 5~10MPa
出口煤气温度：500℃ ★反应压力：3.0MPa ★煤转化率：88-95% ★水煤气中CH4和CO2含
量较高，CO较低 ★适合做城市煤气
调节H2O/O2比例
●流化床连续式制水煤气 由温克勒公司(Winkler)开发 原料：小颗粒碎煤, 可用褐煤等高灰分煤 炉体: 立式圆筒，下部:圆锥，内径:5.5m， 高度:23m 特点：
气 化 剂：水蒸汽和氧气的混合物
燃料层分层：与间歇法大致相同
特点：
★碳与氧的燃烧放热反应与碳与水蒸汽的吸热反应同时进行
★气化反应至少在600～800℃进行
★调节H2O/O2的比例，可控制炉中各层温度,并使温度稳定。
★原料为块煤或焦炭，反 应速度快，生产能力大
★水蒸气和纯氧为气化剂 ★反应温度：1200℃，
C+CO2=2CO
+172.6KJ/mol
CO+1/2O2=CO2
-283.183KJ/mol
总压0.1MPa时空气为气化剂的煤气的平衡组成
温度℃
CO2
650
10.8
CO
N2 α=CO/(CO+CO2)
16.9 72.3
61.0
800
1.6
31.9 66.5
95.2
900
0.4
34.1 65.5
98.8
第五章 合成气的生产过程
讲授内容
➢概 述 ➢ 煤制合成气 ➢ 天然气制合成气 ➢ 渣油制合成气 ➢ 一氧化碳变换过程 ➢ 气体中硫化物和二氧化碳的脱除
5.1 概述
• 什么是合成气？ 指H2 和CO的混合气（Synthesis gas or Syngas）。 其中，H2 /CO的摩尔比为1/2~3/1。
1000
0.2
34.4 65.4
99.4
T CO CO2 ; T>900℃，CO2含量很少，主要是CO 高温有利
以水蒸气为气化剂
C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2 C+2H2=CH4
+131.390KJ/mol -41.194KJ/mol -74.898KJ/mol
平衡组成的计算：
★水蒸气与氧在流化床不同高度分几排 喷嘴引入 ★床的上部引入二次水蒸气与纯氧，用 于气化离开床层但未气化（反应）的碳 ★气体组成和温度均匀
●气流床连续式气化制水煤气
第一代气流床：K-T法，由德国Koppers公司开发，是一种常 压、高温（1500~1600℃）下以水蒸气和氧气与煤粉反应的气 化法。 第二代气流床：德士古法，由美国Texaco公司开发
固定床间歇法（蓄热法）
为保证温度波动不致过大，各阶段经历的时间应尽量缩 短，一般3~4min完成一个循环。
★ 优点：制气时不用氧气，不需空分装置。 ★ 缺点：生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量 要求高。
生产过程：
吹 风 阶 段： 吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放 空，1200℃结束。
传统制氧能耗高，N2的影响
5.3.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理 ●甲烷水蒸汽转化反应
降低催化剂活性 堵塞催化剂床层 迫使停工 防止析碳反应
合成乙二醇
用途：是合成聚酯树脂、表面活性剂、增塑剂、聚乙二 醇、乙醇胺等的主要原料，可作为防冻剂，用量大。
目前工业生产方法：
环氧化
乙烯
水合
环氧乙烷
乙二醇
具有竞争力的合成路线：
氧化羰基化
加氢
甲醇
草酸二甲酯
乙二醇
4CH3OH+O2==(COOCH3)2+2H2O (COOCH3)2+4H2==(CH2OH)2+2CH3OH
甲醇是一种非常重要的中间产品 （MTG、MTO）olefine
经甲醇合成烃类（Mobil工艺）
合成气
甲醇
脱水
二甲醚
一反
二反 脱水
370℃ 1.5MPa ZSM-5
C5~C10链烷烃、环烷烃和芳烃 （汽油）
烷基化
C2~C4烯烃
脱氢环化
甲醇同系化制乙烯
CH3OH+CO+2H2==CH3CH2OH+H2O
合成气
锌、铬系催化剂
铑络合物－碘化物催化剂
甲醇
高压、380℃
3MPa，175℃
醋酸
铜、锌系催化剂
汽油、烯烃、芳烃
中低压、230－270℃
乙二醇
同系化
甲醇
乙醇
乙烯
合成气 ＋ 丙烯醇
1,4－丁二醇（BDO）
5.2 煤制合成气
近年来，化石能源在我国一次能源消耗结构占60-70%，而 煤化工产品链产品达到112种之多。不仅可以补充国内油气资 源不足和满足对化工产品需求，还对保障能源安全、促进经济 可持续发展具有现实和长远意义。
化工产品 化工产品 化工产品
➢ 合成氨
氨用于制备氮肥，也是重要的化工原料，是目前世界产量 最大的化工产品之一。
F. Haber
N2+3H2
2NH3 (可逆反应)
C. Bosch
含碳原料+水蒸气+空气
H2和N2的粗原料气
脱除杂质
氨
铁催化剂
500~600℃ 17.5~20MPa 体积H2:N2=3:1的原料气
热效率高、H2/CO易于调节 ➢ 重油或渣油为原料
部分氧化法—调节原料中油、水蒸气和氧气比例，可达到自 热平衡 ➢ 不同原料制合成气成本
天然气 < 重质油 ≈ 煤
重质油和渣油制合成气使石油资源得到充分利用
5.1.2 合成气的应用
生产工业化的一些主要产品
合成气应用新途径（p154） 乙烯或其他烃类
合成气 甲醇
➢ 合成气与烯烃衍生物羰基化
羰基钴或铑的配位化合物催化剂
合成气+烯烃衍生物
羰基化产物
不饱和的醇、醛、酯、醚、缩醛、卤化物和含氮化合物等
特点：双键参与羰基化反应，官能团不参与反应
➢ 合成天然气、汽油和柴油
合成气
镍催化剂 甲烷化
甲烷 (SNG)
费托(Fischer-Tropsch)合成
液体烃燃料
200~240℃ 2.5MPa
气化生成的混合气称为水煤气，以上反应均为可逆反应， 总过程为强吸热。
压力的影响：低压有利于生成CO和H2，高压有利于生成CH4
➢ 煤气化反应的热力学分析 温度的影响：强吸热，提高温度，有利于煤气化，不利于CH4生成
➢ 气化剂
以空气为气化剂
C+O2=CO2 C+1/2O2=CO
-406KJ/mol -123KJ/mol
相同T，P↑，H2O、CO2、CH4含量增加，H2和CO含量减小。 低压、高温有利于反应的进行
➢ 煤气化反应的动力学分析
C-O2反应速度快105倍 C-H2O较C-CO2快 C-H2最慢 较高压力下
C-H2反应加快，呈1-2 级反应 C-H2O和C-CO2变化 不大，零级反应
×
➢ 煤气化反应条件
(1)
反应条件：200℃，2MPa，均相羰基金属配合物催化剂
钴（Co），钌（Ru），铼（Re）
CH3CH2OH==C2H4+H2O
(2)
乙醇催化脱水制乙烯技术成熟
活性氧化铝（320~450℃），或沸石分子筛（250~320 ℃ ）
合成醋酸
CH3OH+CO==CH3COOH
1960年，BASF公司将甲醇羰基化合成醋酸工业化，70MPa， 醋酸收率90% 1970年，Monsanto公司低压法工业化，碘化物促进的铑配位催 化剂， 180℃, 3~4MPa，醋酸收率99%
蒸汽等为气化剂，在高温条件下，通过化学反应把煤或焦炭 中的可燃部分转化为气体的过程。
煤气 有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等 可用作城市煤气、工业燃气、合成气和工业还原气
5.2.1 煤气化过程的工艺原理
➢ 煤气化的基本反应
（5-12）
（5-13） （5-14） （5-15） （5-16） （5-17）
蒸 汽 吹 净： 置换炉内和出口管中的吹风气，以保证 水煤气质量。
一次上吹制气：燃料层下部温度下降，上部升高。 下 吹 制 气： 使燃料层温度均衡 二次上吹制气：将炉底部下吹煤气排净，为吸入空气做
准备。 空 气 吹 净： 此部分吹风气可以回收。
● 固定床连续气化法
由德国鲁奇公司开发——鲁奇法
原
料：块煤或焦炭
21世纪中期将是以天然气为主要能源的时代。 目前，世界上约有80％的合成氨及尿素、80％的甲醇及甲醇
化学品以天然气为原料生产的。 我国天然气资源量为38万亿m3,可开采资源量为10.5万亿m3。
5.3.1 天然气制合成气的方法
➢ 蒸汽转化法（Steam Reforming）
CH4 H2O CO 3H2 H(298K) 206kJ / mol
大量供热
燃烧煤
➢ 煤气化过程的分类
◆按操作方式分: 间歇式（逐渐被淘汰） 连续式
◆按反应器的形式分:固定床 流化床(沸腾床） 气流床 熔融床（中试）
●固定床间歇式气化制水煤气
燃烧与制气分阶段进行。将煤 或焦炭加入煤气发生炉，首先 吹入空气使煤完全燃烧生成 CO2并放出热量，使煤层升温， 烟道气放空。待煤层温度达到 1200℃，停止吹风，转换为水 蒸汽，与高温煤层反应，生成 CO和H2等气体。