化工基础知识

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• 甲醇合成所选用的空速的大小，既涉及合成反应 的醇净值、合成塔的生产强度、循环气量的大小 和系统压力降的大小，又涉及到反应热的综合利 用。
• 当甲醇合成反应采用较低的空速时，气体接触催 化剂的时间长，反应接近平衡，反应物的单程转 化率高。由于单位时间通过的气量小，总的产量 仍然是低的。由于反应物的转化率高，单位甲醇 合成所需要的循环量较少，所以气体循环的动力 消耗小。
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• 甲醇合成是放热反应，依靠反应热来维持 床层温度，那么若空速增大，单位体积气 体产生的反应热随醇净值的下降而减少； 空速过大，催化剂温度就难以维持，合成 塔不能维持自热则可能在不启用加热炉的 情况下使床层温度跨掉。
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4)入塔气体组成
• 氢碳比的控制对甲醇合成的影响：甲醇由CO、CO2与H2反应 生成，反应如下：
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什么是沸点？
• 沸点：1个大气压下，液体沸腾时的温度。 • 如在1个大气压下水的沸点为100℃,甲醇
的沸点64.7 ℃. • 1个大气压下，液氧的沸点约90K(-183
℃ )，液氮沸点约77K (-196 ℃).
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7、甲醇合成主要的化学反应？试分析影
响甲醇合成的工艺因素及工艺条件的选择。
• 甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的 复杂的、可逆的化学反应。
• 主反应有：
•
CO+2H2
CH3OH+102.5kJ/mol
•
CO2+3H2
CH3OH+H2O+59.6kJ/mol
•
CO+H2O
CO2+H2+41.19
kJ/mol
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• 甲醇合成反应为放热、体积缩小的可逆反 应，温度、压力及气体组成对反应进行的 程度及速度有一定的影响。下面围绕温度、 压力、气体的组成及空间速度对甲醇合成 反应的影响来讨论工艺条件的选择。
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4、影响化学平衡的因素有哪些？
• （1）浓度对化学平衡的影响。对任何可逆反应， 在其它条件不变的情况下，增大某一反应物的浓 度或减少生成物的浓度，都能使平衡向增加生成 物方向，即正反应方向移动；增大生成物浓度或 减小反应物浓度，都可以使平衡向逆反应方向移 动。
• （2）压力对化学平衡的影响。当增加气体反应 的总压力时，平衡向气体分子数减少的方向移动； 减少压力，平衡向增加气体分子数方向移动。
• 转化率是指参加反应的原料数量与通入反 应器原料数量比值的百分率，它说明原料 的转化程度。转化率越大，参加反应的原 料越多。
• 参加反应的原料量=通入反应器的原料量－ 未反应的原料量
• 收率是指转化为目标产物的原料量与通入 反应器原料量之比。
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9、CO变换反应的原理是什么？
• 原料气中的CO与水蒸汽的的变换反应可用下式表 示：
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• （3）温度对化学平衡的影响。在其它条件 不变的情况下，升高温度会使化学平衡向 吸热反应的方向移动；降低温度会使化学 平衡向放热反应的方向移动。
• （4）催化剂对化学平衡的影响。由于催 化剂只能同等程度地增加正、逆反应速率， 因此，它只能使平衡较快达到，而不能使 平衡发生移动。
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• （2）温度对反应速率的影响。提高温度 是常用的加快反应速度的方法。当反应物 浓度不变时，改变温度，速率就改变。可 见，反应速率常数K随温度的升高而增大。
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• （3）催化剂对反应速率的影响。催化剂又 叫触媒，是一类能改变化学反应速率，而 本身的组成、质量和化学性质在反应前后 保持不变的物质。能加快反应速率的催化 剂叫做正催化剂；能减缓反应速率的催化 剂叫负催化剂。不同的化学反应需要不同 的催化剂，这是催化剂的选择性。每一种 催化剂必须在一个合适的温度范围内才能 发挥最大的催化效力，这个温度范围称为 催化剂的活性温度范围。
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• 当空速增大时，将使出口气体中醇含量降 低，即醇净值降低，催化剂床层中既定部 位的醇含量与平衡醇浓度增大，反应速度 也相应增大。由于醇净值降低的程度比空 速增大的倍数要小，从而合成塔的生产强 度在增加空速的情况下有所提高，因此可 以增大空速以增加产量。但实际生产中也 不能太大，否则会带来一系列的问题：提 高空速，意味着循环气量的增加，整个系 统阻力增加，使得压缩机循环功耗增加;
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3、何为可逆反应与化学平衡？
• 在同一条件下，能同时向两个方向（正、 逆反应方向）进行的化学反应叫做可逆反 应。可逆反应常用可逆号“ ”表示，例 如：
• N2 ＋ 3H2 2NH3
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• 当可逆反应开始时，正反应速率（以r正 表 示）最大，但随着反应的进行，反应物浓 度不断下降，正反应速率就逐渐减少。而 生成物浓度从无到有，浓度在逐渐增大， 逆反应速率（以r逆表示）也就增大。当反 应进行到某一时刻，就会出现正、逆反应 速率相等（r正＝r逆）的状态。这时体系所 处的平衡状态叫做化学平衡。化学平衡状 态下，反应物和生成物的浓度叫做平衡浓 度。
• 工作原理：离心泵在起动前必须向泵壳内注水，将吸 水管与泵壳中充满液，然后起动泵，此时电动机带动 泵轴，使叶轮旋转，叶轮的叶片迫使液体转动，产生 离心力，在离心力的作用下，液体从叶轮中心甩向叶 轮边缘，以高速进入泵壳，液体从叶轮流出时，获得 了能量（动能和压能），这些高能量的液体经过泵壳 导流，流向排出管。当叶轮将液体率向边缘的同时， 叶轮中心形成真空，因而使液体在外界压力的作用下， 不断地进入叶轮中，这样，液体就连续不断地通过离 心泵输送出去。
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1、化学反应速率是怎样定义的？
• 化学反应速率指的是化学反应进行的快慢 程度。化学反应速率通常用单位时间内反 应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量 来表示。其单位是：mol.L-1.s-1或mol. L1.min-1。
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2、影响化学反应速率的因素有哪些？
• （1）浓度对反应速率的影响。反应物质的 浓度越大，反应速率越快，反之则越慢。
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• 3) 空间速度
• 所谓空间速度（简称空速），是指在单位 时间内，单位体积的催化剂所通过气体体 积数。其单位是m3/（m3催化剂·h，即h— 1）。可用来表示反应器的生产能力，即空 速越高，单位体积催化剂处理能力越大， 生产能力就越大。
• 空速的大小意味着气体与催化剂接触时间 的长短，在数值上，空速与接触时间互为 倒数。一般来说，催化剂活性愈高，对同 样的生产负荷所需的接触时间就愈短，空 速愈大。
• 1) 温度
• 在甲醇合成反应过程中，温度对于反应混 合物的平衡和速率都有很大影响。
• 对于化学反应来说，温度升高会使分子的 运动加快，分子间的有效碰撞增多，并使 分子克服化合时的阻力的能力增大，从而 增加了分子有效结合的机会，使甲醇合成 反应的速度加快； 精品PPT
热反应，对于可逆的放热反应来讲，温度升 高固然使反应速率常数增大，但平衡常数的 数值将会降低。因此，选择合适的操作温度 对甲醇合成至关重要。
• 1Mpa = 106Pa = 10 kg/ cm2。
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• 大气压力：气压表是用于衡量大气的压力。当加 上仪表压力上就可得出绝对压力。
• 大气压力通常是以水银mm为单位，但是任何一 个压力单位都能作出同样很好的解释： 1个物理大气压力 = 760毫米汞柱 = 10.33米水柱 =1.033kgf/cm2≌0.1MPa.
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6、什么是饱和蒸汽压？
• 在一定温度下，任何液体的表面分子都会有飞到 空间的倾向，即气化。同时，飞到空间去的分子， 由于不停的地运动，也有飞回液面形成液体的倾 向，即液化。当飞到空间去的分子数与飞回液面 形成液体的分子数相等时，即气化和液化的相对 量不再变化而建立了动态平衡。此时，液体上方 的蒸汽压即为该液体在该温度下的饱和蒸汽压， 简称蒸汽压。同一液体在不同的温度下，或同一 温度的不同液体，它们的饱和蒸汽压是不同的。
• CO＋2H2 CH3OH CO2＋3H2 CH3OH ＋H2O
• 从反应式可以看出，氢与一氧化碳合成甲醇的物质的量比 为2，与二氧化碳合成甲醇的物质的量比为3，当一氧化碳和 二氧化碳都有时，对原料气中氢碳比（f或M值）有以下表示 方法：
•
H2－CO2
H2
• f＝—————— ＝2.05～2.15 ； M＝------------ ＝2.0～2.5
8、什么叫CO的变换反应？什么是 变换率？什么是汽气比？
• 即在一定的温度T、压力P及催化剂条件下， CO和水蒸汽发生反应生成CO2和H2的反应。
• 变换率是已变换的CO量与变换前的CO量 的百分比。
• 汽气比就是蒸汽与原料气的摩尔比。
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转化率
参加反应的原料量 通入反应器的原料量
100 %
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• （1）甲烷的生成
• 2CO ＋ 2H2 CH4＋ CO2＋ Q
• CO ＋ 3H2 CH4 ＋ H2O ＋ Q
• CO ＋ 4H2 CH4 ＋ 2H2O ＋Q
• （2）CO的分解反应
•
2CO C ＋CO ＋Q
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• （3）有机硫的转化反应
•
COS ＋ H2 CO ＋ H2S
•
COS ＋ H2O CO2 ＋ H2S
•
CS2 ＋ 2H2O CO2 ＋ 2H2S
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10、压力表示什么意义，常用什么 单位？
• 单位面积上的作用力叫压力。对静止的气体，压 力均匀地作用在与它接触的容器（气瓶、储气罐） 的壁面上；对于液体，由于液体本身受到重力的 作用，底部的压力高于表面的压力，而且随深度 增加而增大。按国家标准，力的单位为牛（N）， 面积的单位为m2，则压力的单位为N/㎡,叫帕 （Pa）. 工程上应用此单位嫌太小，实际常用的 它的单位Mpa。