化学工艺学电子教案第五章(精)
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初中化学第五章电子教案
初中化学第五章电子教案教学目标：1. 了解原子的电子排布规律；2. 掌握电子排布的方法和规律；3. 能够应用电子排布知识解释原子性质。
教学内容：1. 原子结构：电子、质子、中子；2. 电子的排布规律：主能级、次能级、轨道；3. 电子排布的方法：泡利不相容原理、洪特规则、马德隆规则。
教学重点和难点：重点：电子的排布规律及方法；难点：理解和运用电子排布规律及方法解释原子性质。
教学步骤：一、导入：老师通过举例子引入电子结构的概念，引起学生的兴趣。
二、概念讲解：1. 原子结构：介绍原子的组成及各部分作用；2. 电子排布规律：详细讲解主能级、次能级、轨道的关系；3. 电子排布的方法：通过实例介绍泡利不相容原理、洪特规则、马德隆规则的应用。
三、案例分析：老师以实例做练习，让学生运用电子排布知识解释原子性质。
四、讨论互动：学生讨论不同原子的电子排布及性质，共同探讨解决问题的方法。
五、小结：总结本节课的重点内容，强调电子排布规律及方法的应用。
教学反馈：布置作业，让学生巩固所学知识，并在下节课进行检查。
教学资源：1. PPT课件；2. 实验器材和实验用品；3. 电子结构模型。
教学评估：1. 课堂表现：学生积极发言、思维活跃；2. 课后作业：学生能准确理解并运用电子排布知识解释问题。
教学延伸：1. 可以引导学生做一些实验，观察电子在原子轨道中的运动轨迹；2. 可以通过实例分析，让学生理解电子排布对原子性质的影响。
以上是初中化学第五章电子结构的教案范本，希望对您有所帮助。
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。
化工工艺学教案
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。
CO变换过程
化学工艺学
3.耐硫变换催化剂
特点：不需脱S，多用于重油、煤气化
Co-Mo-Al2O3
使用前预硫化（H2S) MoS2
（1）有较好的低温活性和宽的活性温 度（ 160～ 500℃ ） （2）有突出的耐S和抗毒性 （3）强度高
化学工艺学
5.5 CO的变换
对合成气中CO/H2比值要求不同。
41.19KJ/mol
③ 缓释剂：偏钒酸钾 2.5gV2O5/l溶液。 ④ 消泡剂：聚醚 几十个ppm↓
化学工艺学
①中间间接冷却式多段绝热反应器（换热式）
化学工艺学
②原料气冷激式多段绝热反应器
化学工艺学
③水蒸汽或冷凝水冷激式多段绝热反应器
化学工艺学
5.6.4 工艺流程
流程：中（高）变—低变串连流程 多段变换流程
化学工艺学
中（高）变—低变串连流程
化学工艺学
多段变换流程
化学工艺学
5.7 原料气脱S
H2S 有机硫：CS2、COS、硫醇、硫醚、噻吩 脱S方法：干碳变换过程
CO变换 步骤、功能和发展 5.5.1 热力学 5.5.2 催化剂 5.5.3 动力学 5.5.4 反应器 5.5.5 工艺流程
化学工艺学
1. 热效应
CO+ H2O ↔ CO2 + H2 热力学分析
H 298 (H 298 H ) ( H H ,CO2 298, H 2 298,CO 298, H 2O )
＝（-393.51+0）-（-110.52-241.83） ＝－41.19kJ/mol
可逆放热反应
化学工艺学
不同温度下变换反应热
温度℃ 25 200 ΔH kJ/mol -41.19 -40.07
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
化学工程基础
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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
化学工程基础
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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。
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。
第五章 气固相体系解读
（2）吸附 多孔固体吸附剂与气相接触，流 体相中的单一或多种溶质向多孔固体颗粒表面 选择性传递，积累于多孔固体吸附剂微孔表面 的过程。
吸收过程示意图
变温吸附：利用温度的变化完成循环操作。 变压吸附：利用压力的变化完成循环操作。 变浓度吸附：待分离溶质为热敏性物质时可利 用溶剂冲洗或萃取剂抽提来完成解吸再生。 色谱分离：
图5-2 气－固相反应体系的等粒径缩芯模型示意图
四川大学本科生课程化学工艺学
4/89
气固反应缩芯模型
气相非催化反应的过程: 1：气相主体扩散到固体表面 2：向内的固体膜扩散 3：表面反应 4：向外的固体膜扩散 5：固体表面到气流主体的气膜扩散。
稳态假定：
气－固相体系缩芯模型浓度分布
分为气膜扩散控制、固体层扩散控制、界面反应控制
n=1~2
最快
加压有利
最慢
n=0
在常压和高压下煤焦气化反应速率的比较
四川大学本科生课程化学工艺学
25/89
5.2.2 移动床煤气化
原料：块煤 加料方式：煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入 气化反应：气化剂与煤逆流接触 产物气体：显热供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低 产物灰渣：显热预热入炉气化剂
-57.80 -67.64
-10.1 -49.2
R10
CHXOY=(1-y)C+yCO+x/2H2
R11
CHXOY=(1-y-x/8)C+ x/4H2+x/8CH4+yCO
四川大学本科生课程化学工艺学
23/89
元素 S N
煤气化过程中硫和氮的基本化学反应
反应
S+O2=SO2 SO2+3H2=H2S+2H2O SO2+2CO=S+2CO2 2H2S +SO2= 3S+2H2O
吸收过程示意图
变温吸附：利用温度的变化完成循环操作。 变压吸附：利用压力的变化完成循环操作。 变浓度吸附：待分离溶质为热敏性物质时可利 用溶剂冲洗或萃取剂抽提来完成解吸再生。 色谱分离：
图5-2 气－固相反应体系的等粒径缩芯模型示意图
四川大学本科生课程化学工艺学
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气固反应缩芯模型
气相非催化反应的过程: 1：气相主体扩散到固体表面 2：向内的固体膜扩散 3：表面反应 4：向外的固体膜扩散 5：固体表面到气流主体的气膜扩散。
稳态假定：
气－固相体系缩芯模型浓度分布
分为气膜扩散控制、固体层扩散控制、界面反应控制
n=1~2
最快
加压有利
最慢
n=0
在常压和高压下煤焦气化反应速率的比较
四川大学本科生课程化学工艺学
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5.2.2 移动床煤气化
原料：块煤 加料方式：煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底送入 气化反应：气化剂与煤逆流接触 产物气体：显热供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低 产物灰渣：显热预热入炉气化剂
-57.80 -67.64
-10.1 -49.2
R10
CHXOY=(1-y)C+yCO+x/2H2
R11
CHXOY=(1-y-x/8)C+ x/4H2+x/8CH4+yCO
四川大学本科生课程化学工艺学
23/89
元素 S N
煤气化过程中硫和氮的基本化学反应
反应
S+O2=SO2 SO2+3H2=H2S+2H2O SO2+2CO=S+2CO2 2H2S +SO2= 3S+2H2O
化学工艺学-第五章b
y/(1+m+2x) ·p
p
影响甲烷蒸汽转化反应 平衡组成的因素
水碳比
反应温度
反应压力
水碳比的影响
水碳比
2 4 6
甲烷平衡含量(%)
18.0 7.9 1.0
p=3.5MPa、T=800℃
反应压力影响
16
14
甲 12 烷 10 平 衡8 含6 量4 ％
2
0
1.4
2.8
3.5
反应压力 MPa
水碳比为2
甲烷蒸汽转化动力学
在镍催化剂表面甲烷 和水蒸汽解离成次甲 基和原子态氧，并在 催化剂表面吸附与互 相作用，最后生成 CO、CO2和H2。
CH 4 CH 2 H2 CH 2 H2O(g) CO 2H2 CO CO H2O(g) O H2 CO O CO2
碳与CO2的脱炭速度比由一氧化碳歧化反应生 成炭的速度快10倍左右。
碳与水蒸汽的反应比碳与CO2的反应的脱炭速 度快2~3倍，而碳与氢的反应速度则较慢。
析炭可能性
对于CO的歧化反应与还原反应，不同活 性的催化剂在转化管的任何部位均不会 析炭。
在转化管内进口一段的气体组成由于甲 烷裂解而析炭，对高活性催化剂的析炭 范围比低活性催化剂要狭窄一些。
5.3 由天然气制造合成气
第 5 章 合成气的生产过程
5.1 概述 5.2 由煤制合成气 5.3 由天然气制合成气
5.3 由天然气制合成气
5.3.1 天然气制合成气的方法 5.3.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理 5.3.3 天然气蒸汽转化过程的工艺条件 5.3.4 天然气蒸汽转化流程和主要设备
天然气制合成气的方法
p
影响甲烷蒸汽转化反应 平衡组成的因素
水碳比
反应温度
反应压力
水碳比的影响
水碳比
2 4 6
甲烷平衡含量(%)
18.0 7.9 1.0
p=3.5MPa、T=800℃
反应压力影响
16
14
甲 12 烷 10 平 衡8 含6 量4 ％
2
0
1.4
2.8
3.5
反应压力 MPa
水碳比为2
甲烷蒸汽转化动力学
在镍催化剂表面甲烷 和水蒸汽解离成次甲 基和原子态氧，并在 催化剂表面吸附与互 相作用，最后生成 CO、CO2和H2。
CH 4 CH 2 H2 CH 2 H2O(g) CO 2H2 CO CO H2O(g) O H2 CO O CO2
碳与CO2的脱炭速度比由一氧化碳歧化反应生 成炭的速度快10倍左右。
碳与水蒸汽的反应比碳与CO2的反应的脱炭速 度快2~3倍，而碳与氢的反应速度则较慢。
析炭可能性
对于CO的歧化反应与还原反应，不同活 性的催化剂在转化管的任何部位均不会 析炭。
在转化管内进口一段的气体组成由于甲 烷裂解而析炭，对高活性催化剂的析炭 范围比低活性催化剂要狭窄一些。
5.3 由天然气制造合成气
第 5 章 合成气的生产过程
5.1 概述 5.2 由煤制合成气 5.3 由天然气制合成气
5.3 由天然气制合成气
5.3.1 天然气制合成气的方法 5.3.2 天然气蒸汽转化过程工艺原理 5.3.3 天然气蒸汽转化过程的工艺条件 5.3.4 天然气蒸汽转化流程和主要设备
天然气制合成气的方法
化学工艺学-第五章有机化工反应单元工艺
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
2.烃类热裂解反应机理 烃类热裂解属自由基链反应机理，分链引发、
链增长、链终止三个过程。 （1）乙烷链反应机理 a. 链引发：
CH3-CH3
2 CH3
b. 链转移和链增长：
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
CH3 + CH3-CH3
CH4 + CH3-CH2
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
R-CH=CH2 + H2 R-CH=CH2 + R'H
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
断键规律：（用键能大小来判断） a.同碳原子数的烷烃，C-H键能大于C-C键能，故断
链比脱氢容易； b.烷烃的相对稳定性随碳原子数的增大而降低，因
此分子量大的烷烃比分子量小的容易裂解； c.烷烃中叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢最难； d.带支链C-C键或C-H键，较直链的键能小，因此支
CmH2m +
2.脱氢产物为二烯烃
Cm'H2m' (m + m'=n)
CnH2n
CnH2n-2 +
H2
（5） 热裂解规律总结
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
1.直链烷烃易得乙烯、丙烯等低级烯烃，相对分子
质 量愈小，烯烃总收率愈高；
2.异构烷烃裂解时低级烯烃收率比同碳数的直链烷
烃低，随着相对分子质量增大，这种差别减小；
采用深冷分离方法在－100℃以下将低级烯
烃用精馏方法逐个分离，这种分离方法能
耗相当的大，需考虑节能问题。
有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解
（4）其他裂解方法和分离方法 a.裂解 裂解重质油的蓄热炉法和砂子炉法，规模不大 b.分离 除采用深冷分离方法外，还有吸收（精馏）法， 吸附法和络合分离法等。
化学工艺学课件——08合成气概述
化 学 工 程 与 工 艺 教 研 室
化 学 工 艺 学 电 子 教 案
5.1.1 合成气的生产方法
• (2)以重油或渣油为原料的生产方法 • 主要采用部分氧化法(partial oxidation)，即 在反应器中通入适量的氧和水蒸气，使氧与 原料油中的部分烃类燃烧，放出热量并产生 高温，另一部分烃类则与水蒸气发生吸热反 应而生成CO和H2气，调节原料中油、H2O 与O2的相互比例，可达到自热平衡而不需外 供热。
化 学 工 程 与 工 艺 教 研 室
化 学 工 艺 学 电 子 教 案
5.1.3 合成气应用新途径
• (3)甲醇同系化制乙烯 • 在均相羰基金属配合物催化剂存在和200℃、 20MPa条件下，甲醇与合成气反应，主要产物是 乙醇。 • 文献报道，羰基钻Co(Co)8催化剂在用碘化钴作促 进剂和二苯膦基烷烃作配位体后，可使生成乙醇的 选择性达到90％。近来还有以钌(Ru)或铼(Re)代替 钴的羰基金属配合物催化剂，可进一步提高选择性。 甲醇的同系化，也可称为氢羰基化。乙醇催化脱水 化 学 生成乙烯是已经成熟的技术。 工 程 • 乙烯是重要的有机化工原料，传统上由石油馏分热 与 工 裂解制取，用合成气制取可扩大乙烯的来源。 艺
艺 教 研 室
化 学 工 艺 学 电 子 教 案
5.1.2 合成气的应用实例
• 已工业化的主要产品 • (1)合成氨 • 20世纪初，德国人哈伯发明了由氢气和氮气直接 合成氨，并于1913年与博茨创建了合成氨工艺， 由含碳原料与水蒸气、空气反应制成含H2和N2的 粗原料气，再经精细地脱除各种杂质，得到 H2:N2=3:l(体积比)的合成氨精原料气，使其在 500～600℃、17.5～20MPa及铁催化剂作用下合 成为氨。近年来，该过程已可在400～450℃、8～ 15MPa下进行。 • 氨的最大用途是制氮肥，这是目前世界上产量最大 的化工产品之一，氨还是重要的化工原料。
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5.5.1制取苯乙烯的方法简介
1 乙苯脱氢法
2 乙苯共氧化法
3 甲苯为原料合成苯乙烯
4 乙烯和苯直接合成苯乙烯
5 乙苯氧化脱氢
5.5.2乙苯催化脱氢的基本原理
1 乙苯催化脱氢的主、副反应 主反应 副反应
5.1.1加氢反应的类型
1 不饱和炔烃、烯烃重键的加氢
2 芳烃加氢
3 含氧化合物加氢
4 含氮化合物的加氢
5 氢解
5.1.2脱氢反应的类型
1 烷烃脱氢，生成烯烃、二烯烃及芳烃
2 烯烃脱氢生成二烯烃
3 烷基芳烃脱氢生成烯基芳烃
4 醇类脱氢可制得醛和酮类
Hale Waihona Puke .2 加氢、脱氢反应的一般规律5.2.1催化加氢反应的一般规律
（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。
加氢催化剂种类很多，其活性组分的元素分布主要 是第Ⅵ和第Ⅷ族的过渡元素，这些元素对氢有较强的亲 合力。 金属催化剂
骨架催化剂 金属氧化物催化剂 金属硫化物催化剂 金属络合物催化剂
5.2.2催化脱氢反应的一般规律
5.2.2.1 热力学分析 温度影响 压力影响
5.2.2.2
催化剂
脱氢催化剂应满足下列要求：首先是具有良好的活 性和选择性，能够尽量在较低的温度条件下进行反应。 其次催化剂的热稳定性好，能耐较高的操作温度而不失 活。第三是化学稳定性好，金属氧化物在氢气的存在下 不被还原成金属态，同时在大量的水蒸气下催化剂颗粒 能长期运转而不粉碎，保持足够的机械强度。第四是有 良好的抗结焦性能和易再生性能。
5.2.1.1热力学分析 催化加氢反应是可逆放热反应，由于有机化合物的 官能团结构不同，加氢时放出的热量也不尽相同。
（1）温度影响 当加氢反应的温度低于100℃时，绝大多 数的加氢反应平衡常数值都非常大，可看作为不可逆反应。 由于加氢反应是放热反应，其热效应ΔHӨ＜0，所以加氢 反应的平衡常数Kp随温度的升高而减小。 从热力学分析可知，加氢反应有三种类型。
5.2.1.2
动力学分析
苯气相加氢生成环己烷的反应步骤就有两种不同的看 法，一种认为是在催化剂表面活 性中心进行多位吸附， 使得苯分子的6个碳原子被活化，并同时加氢生成了环 己烷；另一种认为在催化剂表面有两另一类活牲中心只 吸附氢，氢被一步一步地加入到苯环上，直至生成环己 烷为止。
5.2.1.3 催化剂
化学工艺学电子教案——第五章
加氢与脱氢过程
5 加氢与脱氢过程
内容提要: 加氢与脱氢反应的一般规律；乙苯和苯乙烯的性质、用途、 主要生产方法和工艺流程；乙苯脱氢制苯乙烯的主副反应、 操作参数等。
5.1 概
述
通常催化加氢系指有机化合物中一个或几个不炮和的 官能团在催化剂的作用下与氢气加成。H2和N2反应生成 合成氨以及CO和H2反应合成甲醇及烃类亦为加氢反应。 而在催化剂作用下，烃类脱氢生成两种或两种以上的新物 质称为催化脱氢。催化加氢和催化脱氢在有机化工生产中 得到广泛应用。如合成氨、合成甲醇、丁二烯的制取，苯 乙烯的制取等都是极为重要的化工产品。催化加氢反应分 为多相催化加氢和均相催化加氢两种，相比之下，多相催 化加氢的选择性较低，反应方向不易控制，而均相催化加 氢采用可溶性催化剂，选择性较高，反应条件较温和。
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。
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）
5.5 乙苯脱氢制苯乙烯
苯乙烯，C8H8，相对分子质量104.14。 苯乙烯是不饱和芳烃，无色液体，沸点145℃，难溶于水， 能溶于甲醇、乙醇、四氯化碳及乙醚等溶剂中。 苯乙烯是高分子合成材料的一种重要单体，自身均聚可制 得聚苯乙烯树脂，其用途十分广泛，与其他单体共聚可得 到多种有价值的共聚物，如与丙烯腈共聚制得色泽光亮的 SAN树脂，与丙烯腈、丁二烯共聚得ABS树脂，与丁二烯 共聚可得丁苯橡胶及SBS塑性橡胶等。此外，苯乙烯还广 泛用于制药、涂料、纺织等工业。
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