化工工艺学个人复习
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、化学工艺发展的方向
1、面向市场竞争激烈的形势，积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度。
2、最充分、更彻底的利用原料。除了发展大型的综合性生产企业，使原料、产品和副产品得到综合利用外，提倡设计和开发原子经济性。
3、大力发展绿色化工。
4、化工过程要高效、节能和智能化。
7、特性因素（K）
K
—立方平均沸点，K
—相对密度
K反映了烃的氢饱和程度，乙烯丙烯的总体收率大体随K的增大而增大。
8、关联指数
—体积平均沸点，K
—相对密度
烃类芳香性越强，则BMCI值越大、
芳香性大小：正构链烷烃 带支链烷烃 烷基单环烷烃 无烷基单环烷烃 双环烷烃 烷基单芳烃 无烷基单芳烃 双环芳烃 三环芳烃 多环芳烃。
2、裂解深度各参数关系
KSF
—转化率
—当量停留时间
—反应器出口温度
3、KSF分为三个区：
KSF 1——浅度裂解区，正戊烷含量迅速下降，乙烯、丙烯迅速增加；
1 KSF 2.3——中度裂解区，正戊烷含量迅速下降，乙烯、丙烯迅速增加，出现二次反应
KSF 2.3——深度裂解去，一次反应基本完成，二次反应大量发生。
乙烯的收率随BMCI的增大而减小。
9、烃类裂解反应动力学
Zdonik公式：
—
—待测的烃的碳原子数
10、稀释剂
1、为什么要使用稀释剂
由于裂解是在高温下操作的，不宜与用抽真空减压的方法降低分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗，而稀释剂可以降低反应物的分压。
1、族组成
P：烷烃
N：环烷烃
O：烯烃
A：芳烃
2、氢含量
可以用 或者碳氢比来表示
氢含量：P N A
当裂解原料氢含量低于13%时，可能达到的乙烯收率将低于20%。
从氢平衡可以断定，裂解原料氢含量越高，获得的、 及 以下的轻烃的收率越高，相应乙烯和丙烯收率一般也高。根据裂解原料的氢含量即可以判断该原料可能达到的裂解深度，也可以评价该原料裂解所得 及 以下的轻烃的收率。
5、烃类裂解的反应规律
1、正构烷烃
断链比脱氢容易：烷烃的C-H键能大于C-C。
随着碳链增长，其键能数据下降，表明热稳定性下降，碳链越长裂解反应越易进行。
烷烃裂解是强吸热反应，脱氢反应比断链反应吸热更高，这是由于C-H键能高于C-C键能所致。
断链反应的 有较大负值，是不可逆过程，而脱氢反应的 是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化学平衡限制。
12、深冷分离
1、概念
在-100 左右低温下将净化后的裂解气，除氢气、甲烷以外全部分离下来，利用各种烃的相对挥发度不同，在精馏塔内精馏，将各种烃全部分离出来。（深冷：深度冷冻）
2、特点
（1）优点：
操作稳定，产物纯度高，经济效益好。
（2）缺点：
流程长，设备多，高压低温，适用于大量生产。
13、碱洗法脱除酸性气体
压力越高速率越快（但要考虑对设备的影响）
4、反应过程的物料衡算和热衡算
1、反应过程的物料衡算
（1）物料衡算基本方程：
输入物料的总质量=输出物料的总质量+系统内积累的物料质量（有化学反应过程）
（2）稳定操作过程的物料恒算：
特点：系统中各点的参数例如温度、压力、浓度和流量等不随时间而变化，系统中没有积累。
2、后加氢
后加氢过程是指裂解气分离出 馏分和 馏分后，在分别对 馏分和 馏分进行催化加氢，以脱出乙炔、甲基乙炔和丙二烯。后加氢过程所需氢气是根据炔烃含量定量供给，温度较易控制，不易发生飞温的问题。
16、水煤气的合成原理
1、以煤为原料
主反应：
副反应：
（1）以水蒸气为气化剂：
（2）以空气为气化剂：
一、反应条件：
高温（900°C）、先高压（2.5-3.2MPa）后低压、适宜的水碳比
2、以甲烷为原料
（1）蒸汽转化法
2、水蒸气做稀释剂的优点
（1）便宜，惰性；
（2）裂解反应后通过急冷即可以实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离难度；
（3）水蒸气热容大，使系统有较大的热惯性，当操作供热不平衡，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热；
（4）抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀；
（5）脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。
异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷烃裂解所得收率低，而氢、甲烷、 及 以上烯烃收率较高。（环烷烃有一个烯键；芳烃有三个烯键。）
随着碳原子的增加，正构烷烃与异构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减小。
键能大小：叔碳氢 仲碳氢 ；异构烷烃 正构烷烃；芳烃 环烷烃 异构烷烃 正构烷烃。
6、判断是否作为裂解原料的原则
T越高速率越快
2、浓度的影响
（1）对化学平衡的影响：
浓度越高越有利平衡向产物方向进行
（2）对反应速率的影响
浓度越高速率越快
3、压力的影响
（1）对化学平衡的影响：
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，反之。
对分子数没有发生变化的反应，压力对平衡产率无影响。
（2）对反应速率的影响：
（3）稳定流动过程的物料衡算式：
输入系统的物料总质量=输出系统的物料总质量
一、组分恒算：
二、原子恒算：
输入物料中所有原子的物质的量之和=输出物料中所有原子的物质的量之和
（4）物料衡算步骤：
一、绘出流程的方框图，以便选定恒算系统；
二、写出化学反应方程式并配平之；
三、选定衡算基准；
四、收集或计算必要的各种数据，要注意数据的适用范围和条件；
断链反应，从热力学分析C-C键断裂在分子两端的优势比断链在分子中央要大；断链所。得分子，较小的是烷烃，较大的是烯烃占优势。
乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应，生成乙烯；而甲烷在一般裂解温度下不发生变化。
2、异构烷烃的裂解反应
C-C键或C-H键的键能较正构烷烃的低，故容易裂解或脱氢。
脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢 仲碳氢 （从易到难）
1、吸收剂
NaOH溶液
2、方程式
14、裂解气的干燥
1、3A分子筛和活性氧化铝
3A分子筛在相对湿度达20%以上时，其平衡吸附量接近饱和值。但即使在很低的相对湿度下，仍有较大的吸附能力。而活性氧化铝的吸附容量随相对湿度变化很大，在相对湿度超过60%时，其吸附量高于3A分子筛。随着相对湿度的降低，其吸附容量远低于3A分子筛。3A分子筛是离子型极性吸附剂，对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附；而对氢气、甲烷和 以上的烃类均不吸附。因而，用于裂解气和烃类干燥时，不仅烃的损失少，也可减少高温再生时由于形成聚合物或结焦而使吸附剂性能劣化，反之，活性氧化铝可吸附 不饱和烃，不仅造成 烯烃损失，影响操作周期，而且再生时易生成聚合物或结焦而使吸附剂性能劣化。
5、实施废物再生利用工程。
2、合成效率
1、原子经济性
2、环境因子
3、转化率、选择性和收率
（1）转化率：
一、单程转化率：
二、全程转化率：
4、选择性
5、收率
Y=SX
6、质量收率
3、反应条件对化学平衡和反应速率的影响
1、温度的影响Βιβλιοθήκη Baidu
（1）对化学平衡的影响：
对于吸热反应，T温度越大越有利；而放热反应，反之。
（2）对反应速率的影响：
15、前加氢和后加氢
1、前加氢
前加氢是在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中的氢对炔烃进行选择性加氢，以脱出其中炔烃。前加氢利用裂解其中含有的氢进行加氢反应，流程简化，节省投资，但他的最大缺陷是操作稳定性差。前加氢是在大量氢气过量的条件下进行加氢反应，当催化剂性能较差时，副反应剧烈，选择性差，不仅造成乙烯和丙烯损失，严重时还会导致反应温度失控、床层飞温，威胁生产安全。
水蒸气的稀释比不宜过大，因为它使裂解炉生产能力下降，能耗增加，急冷负荷加大。
11、裂解深度及正庚烷衡量裂解深度的依据
1、衡量裂解深度的参数
动力学裂解深度函数（KSF）
—停留时间
—正戊烷裂解反应速率常数
—正戊烷裂解反应的频率因子
—正戊烷裂解反应的活化能
动力学裂解深度函数KSF是与原料性质无关的参数，它反映了裂解温度分布和停留时间对裂解深度的影响。此法之所以选定正戊烷作为衡量裂解深度的当量组分，是因为在任何轻质油中，均有正戊烷，且在裂解过程中正戊烷含量只会减少，不会增加，选它做当量组分，足以衡量裂解深度。
五、设未知数，列方程组，联立求解；
六、计算和核对；
七、报告计算结果。
2、反应过程的热量衡算
（1）原理：
能量守恒定律：
输出能量=输出能量+积累能量
（2）化学反应过程中涉及的焓变：
一、相变过程的焓变：
蒸发热、熔融热、溶解热、升华热。
二、反应的焓变
三、显焓变：
只有温度压力变化而无相变和化学变化的过程焓变。
1、面向市场竞争激烈的形势，积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度。
2、最充分、更彻底的利用原料。除了发展大型的综合性生产企业，使原料、产品和副产品得到综合利用外，提倡设计和开发原子经济性。
3、大力发展绿色化工。
4、化工过程要高效、节能和智能化。
7、特性因素（K）
K
—立方平均沸点，K
—相对密度
K反映了烃的氢饱和程度，乙烯丙烯的总体收率大体随K的增大而增大。
8、关联指数
—体积平均沸点，K
—相对密度
烃类芳香性越强，则BMCI值越大、
芳香性大小：正构链烷烃 带支链烷烃 烷基单环烷烃 无烷基单环烷烃 双环烷烃 烷基单芳烃 无烷基单芳烃 双环芳烃 三环芳烃 多环芳烃。
2、裂解深度各参数关系
KSF
—转化率
—当量停留时间
—反应器出口温度
3、KSF分为三个区：
KSF 1——浅度裂解区，正戊烷含量迅速下降，乙烯、丙烯迅速增加；
1 KSF 2.3——中度裂解区，正戊烷含量迅速下降，乙烯、丙烯迅速增加，出现二次反应
KSF 2.3——深度裂解去，一次反应基本完成，二次反应大量发生。
乙烯的收率随BMCI的增大而减小。
9、烃类裂解反应动力学
Zdonik公式：
—
—待测的烃的碳原子数
10、稀释剂
1、为什么要使用稀释剂
由于裂解是在高温下操作的，不宜与用抽真空减压的方法降低分压，这是因为高温密封困难，一旦空气漏入负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险，而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能量消耗，而稀释剂可以降低反应物的分压。
1、族组成
P：烷烃
N：环烷烃
O：烯烃
A：芳烃
2、氢含量
可以用 或者碳氢比来表示
氢含量：P N A
当裂解原料氢含量低于13%时，可能达到的乙烯收率将低于20%。
从氢平衡可以断定，裂解原料氢含量越高，获得的、 及 以下的轻烃的收率越高，相应乙烯和丙烯收率一般也高。根据裂解原料的氢含量即可以判断该原料可能达到的裂解深度，也可以评价该原料裂解所得 及 以下的轻烃的收率。
5、烃类裂解的反应规律
1、正构烷烃
断链比脱氢容易：烷烃的C-H键能大于C-C。
随着碳链增长，其键能数据下降，表明热稳定性下降，碳链越长裂解反应越易进行。
烷烃裂解是强吸热反应，脱氢反应比断链反应吸热更高，这是由于C-H键能高于C-C键能所致。
断链反应的 有较大负值，是不可逆过程，而脱氢反应的 是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化学平衡限制。
12、深冷分离
1、概念
在-100 左右低温下将净化后的裂解气，除氢气、甲烷以外全部分离下来，利用各种烃的相对挥发度不同，在精馏塔内精馏，将各种烃全部分离出来。（深冷：深度冷冻）
2、特点
（1）优点：
操作稳定，产物纯度高，经济效益好。
（2）缺点：
流程长，设备多，高压低温，适用于大量生产。
13、碱洗法脱除酸性气体
压力越高速率越快（但要考虑对设备的影响）
4、反应过程的物料衡算和热衡算
1、反应过程的物料衡算
（1）物料衡算基本方程：
输入物料的总质量=输出物料的总质量+系统内积累的物料质量（有化学反应过程）
（2）稳定操作过程的物料恒算：
特点：系统中各点的参数例如温度、压力、浓度和流量等不随时间而变化，系统中没有积累。
2、后加氢
后加氢过程是指裂解气分离出 馏分和 馏分后，在分别对 馏分和 馏分进行催化加氢，以脱出乙炔、甲基乙炔和丙二烯。后加氢过程所需氢气是根据炔烃含量定量供给，温度较易控制，不易发生飞温的问题。
16、水煤气的合成原理
1、以煤为原料
主反应：
副反应：
（1）以水蒸气为气化剂：
（2）以空气为气化剂：
一、反应条件：
高温（900°C）、先高压（2.5-3.2MPa）后低压、适宜的水碳比
2、以甲烷为原料
（1）蒸汽转化法
2、水蒸气做稀释剂的优点
（1）便宜，惰性；
（2）裂解反应后通过急冷即可以实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离难度；
（3）水蒸气热容大，使系统有较大的热惯性，当操作供热不平衡，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热；
（4）抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀；
（5）脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体的生碳反应。
异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷烃裂解所得收率低，而氢、甲烷、 及 以上烯烃收率较高。（环烷烃有一个烯键；芳烃有三个烯键。）
随着碳原子的增加，正构烷烃与异构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减小。
键能大小：叔碳氢 仲碳氢 ；异构烷烃 正构烷烃；芳烃 环烷烃 异构烷烃 正构烷烃。
6、判断是否作为裂解原料的原则
T越高速率越快
2、浓度的影响
（1）对化学平衡的影响：
浓度越高越有利平衡向产物方向进行
（2）对反应速率的影响
浓度越高速率越快
3、压力的影响
（1）对化学平衡的影响：
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，反之。
对分子数没有发生变化的反应，压力对平衡产率无影响。
（2）对反应速率的影响：
（3）稳定流动过程的物料衡算式：
输入系统的物料总质量=输出系统的物料总质量
一、组分恒算：
二、原子恒算：
输入物料中所有原子的物质的量之和=输出物料中所有原子的物质的量之和
（4）物料衡算步骤：
一、绘出流程的方框图，以便选定恒算系统；
二、写出化学反应方程式并配平之；
三、选定衡算基准；
四、收集或计算必要的各种数据，要注意数据的适用范围和条件；
断链反应，从热力学分析C-C键断裂在分子两端的优势比断链在分子中央要大；断链所。得分子，较小的是烷烃，较大的是烯烃占优势。
乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应，生成乙烯；而甲烷在一般裂解温度下不发生变化。
2、异构烷烃的裂解反应
C-C键或C-H键的键能较正构烷烃的低，故容易裂解或脱氢。
脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢 仲碳氢 （从易到难）
1、吸收剂
NaOH溶液
2、方程式
14、裂解气的干燥
1、3A分子筛和活性氧化铝
3A分子筛在相对湿度达20%以上时，其平衡吸附量接近饱和值。但即使在很低的相对湿度下，仍有较大的吸附能力。而活性氧化铝的吸附容量随相对湿度变化很大，在相对湿度超过60%时，其吸附量高于3A分子筛。随着相对湿度的降低，其吸附容量远低于3A分子筛。3A分子筛是离子型极性吸附剂，对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附；而对氢气、甲烷和 以上的烃类均不吸附。因而，用于裂解气和烃类干燥时，不仅烃的损失少，也可减少高温再生时由于形成聚合物或结焦而使吸附剂性能劣化，反之，活性氧化铝可吸附 不饱和烃，不仅造成 烯烃损失，影响操作周期，而且再生时易生成聚合物或结焦而使吸附剂性能劣化。
5、实施废物再生利用工程。
2、合成效率
1、原子经济性
2、环境因子
3、转化率、选择性和收率
（1）转化率：
一、单程转化率：
二、全程转化率：
4、选择性
5、收率
Y=SX
6、质量收率
3、反应条件对化学平衡和反应速率的影响
1、温度的影响Βιβλιοθήκη Baidu
（1）对化学平衡的影响：
对于吸热反应，T温度越大越有利；而放热反应，反之。
（2）对反应速率的影响：
15、前加氢和后加氢
1、前加氢
前加氢是在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中的氢对炔烃进行选择性加氢，以脱出其中炔烃。前加氢利用裂解其中含有的氢进行加氢反应，流程简化，节省投资，但他的最大缺陷是操作稳定性差。前加氢是在大量氢气过量的条件下进行加氢反应，当催化剂性能较差时，副反应剧烈，选择性差，不仅造成乙烯和丙烯损失，严重时还会导致反应温度失控、床层飞温，威胁生产安全。
水蒸气的稀释比不宜过大，因为它使裂解炉生产能力下降，能耗增加，急冷负荷加大。
11、裂解深度及正庚烷衡量裂解深度的依据
1、衡量裂解深度的参数
动力学裂解深度函数（KSF）
—停留时间
—正戊烷裂解反应速率常数
—正戊烷裂解反应的频率因子
—正戊烷裂解反应的活化能
动力学裂解深度函数KSF是与原料性质无关的参数，它反映了裂解温度分布和停留时间对裂解深度的影响。此法之所以选定正戊烷作为衡量裂解深度的当量组分，是因为在任何轻质油中，均有正戊烷，且在裂解过程中正戊烷含量只会减少，不会增加，选它做当量组分，足以衡量裂解深度。
五、设未知数，列方程组，联立求解；
六、计算和核对；
七、报告计算结果。
2、反应过程的热量衡算
（1）原理：
能量守恒定律：
输出能量=输出能量+积累能量
（2）化学反应过程中涉及的焓变：
一、相变过程的焓变：
蒸发热、熔融热、溶解热、升华热。
二、反应的焓变
三、显焓变：
只有温度压力变化而无相变和化学变化的过程焓变。