化工工艺学复习要点

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1、1化学工艺学的任务:化工工艺要精细化和个性化，必 须根据用户要求、资源、设备、技术和管理等条件， 开发最经济、最有效的心的化工工艺，以及对生产控 制更高和更精细的要求。2现代化学工业的特点（1）原料路线、生产方法和产品品种的多方案性与复 杂性:用同一种原料可以制造多种不同的化工产品；同 一种产品可采用不同原料、不同方法和工艺路线来生 产；同一种原料可以通过不同生产方法和技术路线生 产同一种产品；一种产品可以有不同的用途，而不同 的产品又可能有相同用途。（2）生产过程综合化、装置规模大型化、化工产品精 细化:生产过程的综合化既可以使资源和能源得到充分 合理的利用，就地将副产物和“废料”转化成有用

2、产品， 做到没有废物排放或排放最少；又可以表现为不同化 工厂的联合及其与其他产业部门的有机联合。装置规 模增大，其单位容积、单位时间的产出率随之显著增 大，有利于降低产品成本和能量综合利用。精细化不 仅指生产小批量的化工产品，更主要的是指生产技术 含量高、附加产值高的具有优异性能或功能并能适应 快速变化的市场需求的产品 （3）技术和资金密集，经济效益好:高度自动化和机械 化的现代化学工业，正朝着智能化方向发展 。化学工 业是技术和资金密集型行业，它需要高水平、有创造 性和开拓能力的多种学科不同专业的技术专家，以及 受过良好教育及训练、懂得生产技术的操作和管理人 员。化学工业的产值是国民经济总产

3、值指标的重要组 成部分。第二章 化工原料及加工1原油进行预处理的原因和方法 （P13）原因：从地底油层中开采出来的石油都伴有水，这些 水中都溶解有无机盐，如NaCl、MgCl2、CaCl2等，并 以乳化状态存在于原油中，很难分离，给原油运输、 贮存、加工和产品质量都会带来危害。原油含水过多 会造成蒸馏塔操作不稳定，严重时甚至造成冲塔事故， 含水多增加了热能消耗，增大了冷却器的负荷和冷却 水的消耗量。原油中的盐类一般溶解在水中，这些盐 类的存在对加工过程危害很大。主要表现在：1、在换 热器、加热炉中，随着水的蒸发，盐类沉积在管壁上 形成盐垢，降低传热效率，增大流动压降，严重时甚 至会堵塞管路导致

4、停工。 2、造成设备腐蚀。 3、原油 中的盐类在蒸馏时，大多残留在渣油和重馏分中，将 会影响石油产品的质量。方法：（1）加热沉降法Tf , 粘度；，水受重力下沉。（2）化学处理法加破乳剂破 化乳化（ 3）高压电场法 2原油常减压蒸馏及二次加工的方法 常减压蒸馏：常压分馏:塔内压力接近大气压力的分馏 方法，处理沸点350oC的石油产品，可以得到石油气、 汽油、挥发油、煤油、柴油等。 减压分馏法：处理沸 点350oC的重质馏分，塔内压力低于大气压力一般只 有400010000Pa，甚至低于1333Pa，也称真空分馏. 依据压力降低，沸点降低的原理来处理沸点高于350oC 以上的重质馏分提高轻质产品

5、的收得率。可提炼常压 下沸点为350500oC的粗柴油和轻质润滑油等 二次加工：催化裂化 (以重质馏分油为原料，在催化 剂作用下于 0.1-0.3MPa 和 450-530 度进行裂化的过 程。催化重整(在催化剂作用下，将60130C的直 馏汽油进行碳链骨架的结构调整发生脱轻芳构化反应 可得到高辛烷值汽油和芳烃。直馏汽油一芳香烃、高 辛烷值汽油、h2、液化气。催化加氢、热裂化(是指 将烃类加热到 750-900度使其发生裂解的过程。主要目 的是为了得到乙烯和苯烯。)延迟焦化、减粘裂化 3煤化工的利用途径1) 煤的干馏：将煤隔绝空气加热，随着温度的升高, 煤中的有机物开始分解，以气相的形式从煤中

6、挥 发出来，残留的不挥发物质就是焦或半焦。2) 煤的气化:煤、焦或半焦，在高温常压或加压下，与水蒸汽、空气或它们的混合气反应转化为CO、 H2 等可燃性汽体的过程称为煤的气化。 气化 CO、H2合成氨、甲醇、烯烃。煤的气化， 是获得合成气的重要途径。煤气应用：冶金 、发 电、城市合成气3) 煤的液化:煤的高温加氢，称为煤的液化。加氢、 热解、脱灰液化-石油组份-汽、煤、柴，化 工原料4) 煤的电石化：生产电石乙炔化工C +CaOCCj(+HO TH第三章 化工基础知识 1化工原料及选择原则 根据物质来源分，有无机原料和有机原料两大类。前 者主要有空气、水和化学矿物；后者主要是煤、石油、 天然气

7、和生物物质。(1) 无机化工原料：空气经液化和精馏为化工生产提供 氧气和氮气。氧气与诸多化工原料反应生成含氧产 品；氮气既可作为原料，也可用于洗涤、分离气体 混合物。水主要用做原料、溶剂、冷却剂、蒸汽(热 源或动力)。化学矿物有制硫酸的黄铁矿和硫，制 磷酸盐的磷灰石等。(2) 有机化工原料a.煤煤焦油、焦碳、苯、焦炉气(CH4)、硫等。b.天然气 甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷。c.石油 油品、炼厂气、裂解、重整。d.农 林作物 油料、药用、纤维作物、橡胶、染料等。原料选择原则：在选择原料路线和技术路线时，应全 面权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。要考 虑原料的来源、种类，路线是否可行，技术上

8、是否合 理，分析原料的经济性。2. 化工生产过程由几个步骤构成(1) 原料预处理 主要目的是使初始原料达到反应所 需要的状态和规格。(2) 化学反应 通过该步骤完成由原料到产物的转 变，是化工生产过程的核心。（3）产品的分离利精制 目的是获取符合规格的产品； 并回收、利用副产物。3化工生产中具有共性的过程与操作单元 “三传一反”：动量传递、热量传递、质量传递和化学 反应工程化工单元操作：流体流动过程:包括流体输送、过滤、固体流态化等。传热过程:包括热传导、蒸发、冷凝等。 传质过程:即物质的传递，包括气体吸收、蒸馏、萃取、 吸附、干燥等。热力过程:即温度和压力变化的过程， 包括液化、冷冻等。机械

9、过程:包括固体输送、粉碎、 筛分等。4.化工过程的主要效率指标的有关计算例 1 乙烷脱 氢生产乙烯时 ，原料乙烷处 理量8000kg/h，产物中乙烷为4 OOOkg/h，获得产物乙烯为3 2 00kg/h，求乙烷转化率、乙烯的选择性及收率。 解：乙烷转化率=（8000-4000）/8000*100%=50% 乙烯的选择性=（3200*30/28）/4000*100%=85.7%乙烯的收率=50%*85.7%*100%=42.9%例 2 丙烷脱氢生产丙烯时，原料丙烷处理量为3OOOkg/h,丙烷单程转化率为70%,丙烯选择性为96%, 求丙烯产量。解：丙烯产量=3000*70%*96%*42/4

10、4=1924.4（kg/h）5催化剂的作用，特征，失活的原因与再生的方法 作用：（1）提高反应速率和选择性;（2）改进操作条件;（3）催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工 技术;（4）催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要 作用。特征：（1）催化剂是参与了反应的，但反应终 了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化;（2） 催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速用），但 不能改变平衡;（3）催化剂具有明显的选择性失活原因 主要有：络合催化剂：超温；生物催化剂：过热、化 学物质和杂菌的污染、 PH 值失调等均；固体催化剂：超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物 相转变；原料气中混有

11、毒物杂质，使催化剂中毒； 有污垢覆盖催化剂表面。 再生的方法：蒸汽再生法、 化学方法6有关化学热力学和动力学的有关实际应用 第四章 硫酸1. 生产原理：SO2 的生成 S+O2=SO2 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2SO2 的氧化SO2+1/2O2=SO3SO3 与水结合nSO3+H2O=H2SO4+（n-1）SO3工艺流程：原料及预处理、焙烧、净化、转化、吸收、 三废处理2. 硫酸生产中的三废处理方法1）污水处理：原理：用石灰或电石渣中和法CaO+H2O=Ca（OH）2Ca（OH）2+H2SO4=CaSO4 +?H3Ca（OH）22+2H2 F=4=CaF2+2H4 2O 22

12、）硒的提取3）尾气处理主要 反应：S O2+2NH3+H2O= （NH4）2SO3 S O2+（NH4）2SO3+H2O=2NH4HSO3 （NH4）2SO3+SO3+H2O=2NH4HSO3+（NH4）2SO4 第五章 纯碱和烧碱1氨碱法生产纯碱的原理，工艺流程 化学原理：石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2CaO +H2O =Ca（OH） 2 3 2 2 碳酸化nh3+h2o+co2=nh4hco3 JNH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 煅烧和氨的回收 2NaHCO3=NaCO3+CO2T+H2OT Ca（OH）2+NH4Cl=CaCl2 +H2O 工艺流程：（1

13、）CO2 气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和 二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。（2）盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。（3）氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱 煅烧的CO2，经压缩、冷却送至碳化塔。（4）重碱的过滤及洗涤（即碳化所得晶浆的液固分 离）。（5）重碱煅烧制得纯碱成品及CO2（6）母液中氨的蒸馏回收。 2氨碱法与联碱法优缺点比较1）氨碱法优点：原料易于取得且价廉，生产过程中的 氨可循环利用，损失较少；能够大规模连续生产，易 于机械化，自动化；可得到较高质量的纯碱产品。2）氨碱法缺点：是原料利用率低，造成大量废液废渣 排出，严重污染环境；碳化后母液中含有大量的氯化 铵，需加

14、入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨，这 样就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而 造成流程长，设备庞大和能量上的 浪费。3）联合制碱法优点：原料利用率高；不需石灰石及焦 碳，降低了很多成本；纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰 窖、化灰机等笨重设备，缩短了流程，建长投资花费 减少；无大量废液、废渣排出，可在内地建厂。3电解法和离子膜法生产烧碱的原理 电解食盐水生产烧碱的原理 NaCl = Na Cl H2O=HOH 通入直流电后，离子们被迫按一定的方向游动， 阳离子在阴极获得电子变成原子，或进而结合成为分 子；阴离子在阳极给出电子，同样变成原子，并结合 成分子。这些分子如属气体，则从电解槽中逸出。

15、 水银法原理 2NaCl+2Hg=Cl2 f+2Na（Hg） 2Na（Hg） +2H2O=2NaOH+H2 f+2Hg 离子膜2 法：电解槽的2阴极室和阳极室用阳离子交换膜 隔开，精制盐水进入阳极室，纯水加入阴极室。通电 时 H2O 在阴极表面放电生成氢气， Na 离子通过离子 膜由阳极室迁移到阴极室与 OH 结合成 NaOH；Cl 离子则在阳极表面放电生成氯气。经电解后的淡盐水 随氯气一起离开阳极室。 4生产纯碱和烧碱的安全生产技术分析 主要危险危害因素有中毒、火灾和爆炸、灼伤、触电、 噪声、高处坠落和机械伤害等。氯气是一种具有窒息性的毒性很强的气体，其对人体 的危害主要是通过呼吸道和皮肤粘

16、膜对人的上呼吸道 及呼吸系统和皮下层发生毒害作用。在整个生产装置 中最可能发生氯气泄漏的地方是离子膜电解及湿氯气 水封处，如果设备、管道等密闭性不好，氯气管道、 阀门、法兰等也可能因腐蚀或安装等方面的原因，造 成氯气的泄漏，引起中毒。氢气是易燃易爆物质，此 外如果氯气及氢气的配比不当或出现其他异常情况， 空气或氧气与氢气相混合达到爆炸极限，均可能发生 火灾爆炸。在离子膜电解装置中存在着大量的盐酸、 烧碱及浓硫酸，由于它们都具有强腐蚀性，一旦发生 泄漏，可能造成化学性灼伤。安全对策： 一、防毒对策措施（1）工艺参数选择：注意工艺参数的选择及量的控制， 在满足生产条件的前提下，尽可能选择低温、低压

17、操 作条件，减小氯气的泄漏等。（2） 设备材质选择。（3） 报警及安全联锁装置。（4）隔离体设置。（5）加强个 体防护：除防护眼镜、手套、洗眼淋浴器等一般防护 外，还应设有专用的防毒面具；对关键操作应强制操 作人员使用防护设备。（6）监测及事故处理系统设置： 监测设备的振动、腐蚀，也是避免造成意外泄漏的有 效方法。所有贮有氯气的容器能泄压到事故碱洗塔系 统。泄料控制应自动或遥控执行。（7）加强安全管理 措施。二、防火防爆对策措施 （1）严格遵循标准：在设计和建设时，应该严格按照 有关规范标准设置安全消防防护措施。（2）集散控制系统（DCS）：工程设计采用可靠的集 散控制系统（DCS）,实现生产

18、过程的正常操作、开停 车操作以及生产过程数据采集、信息处理和生产管理 的集中控制。（3）多启动消防设施：考虑到该项目的火灾危险性， 建议消防泵应能自动连续顺次地启动，同时也可从控 制室遥控启动，以便在事故情况下快速启动消防水系 统。（ 4）其他方面措施：在满足工艺流程顺捷，功能分区 明确等生产特点和总平面布置图要求的同时，也须满 足安全间距、照明采光、通风、日晒等防火、防爆、 卫生及设备检修等要求。第六章 合成氨 合成氨生产原理，工艺流程，工艺过程条件分析（热 力学和动力学）热力学：0.5N2 + 1-5H2=NH3 AH%= _ 46.22 kJmol-1是体积缩小的可逆放热反应低温、高压操

19、 作有利于氨的生成。压力和温度的影响（温度越低， 压力越高，平衡常数 Kp 越大，平衡氨含量越高），氢 氮比的影响：当温度、压力及惰性组分含量一定时， 使yNH3为最大的条件为R=3。惰性气体的影响：惰性 组分的存在，降低了氢、氮气的有效分压，会使平衡 氨含量降低。 动力学：氨合成为气固相催化反应，它 的宏观动力学过程包括以下几个步骤：a.混合气体向 催化剂表面扩散（外，内扩散过程）；b.氢,氮气在催化剂 表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应，生成的氨从催 化剂表面解吸（表面反应过程）； c. 氨从催化剂表面向 气体主流体扩散（内,外扩散过程）。氨合成工艺条件的 优化：压力：提高压力利于提高氨的平

20、衡浓度，也 利于总反应速率的增加。高压法动力消耗大，对设备 材料和加工制造要求高。 30MPa 左右是氨合成的适宜压 力。从节省能源的观点出发，合成氨的压强应为15 20 MPa的压力。温度：温度过高，会使催化剂过早 失活。塔内温度应 维持在催 化剂的活性温 度范围 （400520C）内。空间速度（简称空速），是指单位 时间内通过单位体积催化剂的气体体积 （标准状态下 的体积） ，采用中压法合成氨，空间速度为 20 000 30 000 h-1较适宜。氢氮比：动力学指出，氮的活 性吸附是控制阶段，适当增加原料气中氮含量利于提 高反应速率。为达到高的出口氨浓度、生产稳定的目 的，循环气氢氮比略低

21、于 3（取 2.8-2.9），新鲜原料 气中的氢氮比取3： 1。惰性气体含量以增产为主要 目标，惰气含量约10%14%，若以降低原料成本为主， 约为16%20%。催化剂的粒径：在反应初期粒径小， 反应后期粒径大。1. 热裂解的定义及反应类型 定义：将石油烃原料经高温作用，使烃类分子发生断 裂键或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃，烷 烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。 反应类型：脱氢、断链、异构化、叠合，焦化2. 烃类热裂解的工业应用 一次反应：由烃类裂解生成乙烯和丙烯的反应。（有利） 二次反应：乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、二烯烃、 芳烃直至生成焦或碳的反应。（不利）3. 热裂解生产

22、乙烯的工艺过程分析1、裂解温度的影响：裂解反应是强吸热反应，需要在 高温下进行。T f对一次反应有利，故乙烯收率f, 焦量（；T f,故 f ， f ,焦量f,乙烯 量f。故高温裂解时，必须减少停留时间以减少焦的 生成。 2、停留时间的影响：定义：物料从反应开始到 达某一转化率时，在反应器中经历的时间。始T f,乙 烯f;然后T f,乙烯（。因此关键是控制T，减少 二次反应。 3、烃分压和稀释剂的影响：烃分压：烃裂 解：分子数f, V体f。因此P （，乙烯f。对二次反 应：摩尔数V体因此P；,生焦量（。工业上： 在常压下操作，真空下易进入空气发生爆炸。加 入稀释剂，P烃（，从而乙烯量f。稀释剂

23、的影响：P；,V体f,生焦量（，有利炉管传热，保护炉管寿 命。第七章 催化加氢与脱氢1催化加氢在石化工业中的应用（一）合成有机产品：1苯制环己烷 2苯酚制环己醇 3一氧化碳催化加氢 4丙酮制异丙醇 5羧酸或酯 制高级伯醇 6己二腈合成己二胺 7硝基苯制苯胺 8杂环化合物加氢 9甲苯加氢制苯 （二）加氢精制 工业应用： 1乙烯丙烯（精制）2裂解汽油加氢精 制芳烃3精制氢气：原料H2中含有CO、CO2，易 使 cat 中毒，故需先加氢再脱水干燥。4精制芳烃： 焦炉气中粗苯中含有硫化物，加氢除之。2加氢反应类型：不饱和键加氢（双键，三键 ），芳 环加氢（制备环己烷），含氧化物加氢（脱除氧）， 含氮化

24、物加氢（脱除氮），氢解（加氢分解）3. 合成甲醇的工艺条件分析CO 加氢合成甲醇1 原理：主：CO+2H2 CH3OH （g） +Q畐I：CO2+3H2 t CH3OH （g） +H2O （g） 2CO+4H2 -（CH3）2+H2CO+3H2t CH4+H2O 4CO+8H2t C4H9OH+3H2O CO2+H2t CO+H2O2. 催化剂：二元系（Zn-Cr）：机械强度好，耐热性好, 使用寿命长， 用于高压法合成甲醇。三元系（Cu-Zn-Cr）：活性高，低温性能良好，副产物量少， 易 中毒，寿命为 1-2 年，用于中低压法合成 甲醇。3. 反应条件：1）温度：温度升高对反应不利，且不同活

25、性催化剂最 适宜反应温度不同。注意：为延长催化剂寿命，开始易用较低温度，过 一定时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度 升高，反应程度也相应高。因反应放热，反应热应 及时移出，否则畐反应增加，催化剂易溶解，活性降 低。故，严格控制温度，及时有效地移走反应热是合 成塔设计、操作之关键。2）压力：加压有利于反应。但压力过大，会使能耗增 加，设备材质要求提高。3）H2与CO比：CO过量能引起羰基铁在催化剂上积 聚，使催化剂失活，故 常用氢气过量的反应。工业上， 用Zn-Cr2O3催化剂时，H2与CO比为4.5左右；用铜 基催化剂，H与CO比为2.2- 3.0。4）惰气及杂质的影响：A.当原料气中

26、N2、CH4存在时， 可使 H2、 CO 分压降低，使转化率降低，故应采用循 环气定期排放的方法; B.Fe（CO）5 对二 元、三元系催 化剂均有害。 Fe 易沉淀于催化剂表面,影响催化剂活性, 但促进畐反应速度,特别是甲烷化反应.故:工艺生产中 原料气进反应塔前应先除去 Fe（CO）5; C.S,Cl 等杂质. 为避免羰基铁的生成，合成塔用铜里.SV0.06PPM.。5） 空速：合成甲醇空速大小能影响选择性和转化率, 直接关联到催化剂的生产能力和单位时间的反应放热 量。1. 催化氧化反应的共性： 1）强放热反应飞温、爆 炸； 2）不可逆性， kp 大； 3）多途径氧化性一个 原料多个产品；

27、4）易爆性一需在爆炸极限外反应。2乙烯催化氧化制备环氧乙烷的原理，工艺过程，影 响因素，安全技术分析 环氧乙烷在常温下为气体,沸点低，在空气中的爆 炸限范围宽，有毒。1.环氧乙烷易自聚，自聚时放出大 量热，甚至发生爆炸， 2.由于环氧乙烷具有含氧三元 环结构，性质非常活泼，极易发生开环反应，在一定 条件下，可与水、醇、氢卤酸、氯及氨的化合物等发 生加成反应。环氧乙烷的工业生产有氯醇法和乙烯直接氧化法（空 气氧化法和氧气氧化法） 工艺流程包括反应部分和环氧乙烷回收、精制两大部 分。影响因素：1）温度：温度过高，反应速度快、转化率 高、选择性下降、催化剂活性衰退快、易造成飞温； 温度过低，速度慢、生产能力小；适宜温度，220 260C。2）空速：影响较温度的影响低，适宜。3） 反应压力:原料对选择性无显著影响；高压可提高反 应器的生产能力；操作压力，2 MPa4）原料配比及致 稳气5）原料纯度 杂质 毒化催化剂（乙炔、硫化物 使银催化剂中毒）；选择性下降（铁离子加速环氧乙烷 异构化）；热效应增大 （杂质完全氧化释放大量的热）； 影响爆炸极限 6）乙烯转化率