化工生产技术PPt课件02第二章

《化工生产技术PPt课件02第二章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工生产技术PPt课件02第二章（92页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工生产技术化工生产技术第二章化工生产过程分析与组织化工生产过程分析与组织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二章化工生产过程分析与组织化工生产过程分析与组织第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺

2、指标化工生产工艺指标提高产品产量提高产品产量;提高产品质量提高产品质量;提高原料的利用率提高原料的利用率;降低生产过程的能量消耗。降低生产过程的能量消耗。化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织化工生产的目标化工生产的目标:安全、优质、高产和低消耗安全、优质、高产和低消耗天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期1.反应时间反应时间化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 气固相或液固相催化反应，用原料气在反应条件下的空间速度的倒数来表示。(也即停留时间或接触

3、时间)（1）空间速度（）空间速度（简称空速）单位时间内，每单位体积的催化剂上所通过的反应物的体积流量（在标准状态下），单位为标准米3米3催化剂小时，简写成h-1。用SV表示。空速不仅影响反应的完全程度和副反应的进行，而且也决定着生产能力，生产中必须注意选择适宜的空速。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期1.反应时间反应时间化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织（2）接触时间（）接触时间（停留时间）反应物料（蒸汽或气体）在催化剂上的停留时间。常用表示，单位为

4、秒，s。接触时间与空间速度有着密切的关系。空间速度越大，接触时间越短；反之，空间速度越小，接触时间越长。因此，在生产中常用它们来配合温度、压力等反应条件进行工艺控制。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期1.反应时间反应时间化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织【例2.1.1】某低压法合成甲醇装置，生产能力为95000ta；操作压力5MPa，温度523K，铜基触媒装填量44.9m3，进塔合成气（新鲜气和循环气）为280000Nm3h。计算通入合成气的空间速度

5、和在催化剂上的接触时间。V气天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期2.操作周期操作周期化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 在化工生产中，一种产品从原料准备、投料升温、各步单元反应，直到出料，所有操作时间之和为操作周期，也叫生产周期。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度1生产能力生产能力化化工工生生产产过过程程分分析析与与组

6、组织织 是一台设备、一套装置或是一个工厂，在单位时间内生产的产品量或处理的原料量，表示为kg/h、t/d、kt/a或万t/a。年产30万t合成氨工厂 百万吨的乙烯和千万吨的炼油工程？原料处理量 加工能力天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度2生产强度生产强度化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 单位容积或单位面积（或底面积）的设备在单位时间内生产的产品量或加工的原料量。kg/(hm3)、t/(hm3)时空收率是指单位时间内、单位体积（质量）催化剂所能获得的

7、产品量，记作kg/(hm3)催化剂）设备内进行的过程速率越快，该设备的生产强度就越高，设备生产能力也就越大。用生产强度指标比较生产情况的优劣。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率1.反应转化率反应转化率化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 平衡转化率是最高转化率，作为提高实际转化率、改进生产过程与条件的依据。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、反应转

8、化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率1.反应转化率反应转化率化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织理解：在实际生产中，尤其对低单程转化率反应过程，采用循环的方法，是提高原料利用率最主要和有效的方法。【例2.1.2】思考：在实际生产中，是否转化率越高越好？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率2.选择性选择性化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织表示了参加反应的反应物实际转化为目的产物的比例。思考：在实际生产中，是否选择性越高越好？

9、理解：在实际生产中选择性的重要性，如何实现？选择性和产率？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、三、反应转化率、选择性和收率反应转化率、选择性和收率化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织从选择性可以看出在各种主副反应中主反应所占的百分比，当人们提高转化率的时候，必须考虑到选择性变化的趋势，如果选择性变差（副产物增加过多）会使原料消耗定额升高而目的产物的产量减少，因此一般要求选择性愈高愈好。在化工生产中，仅仅是选择性高并不意味着过程就一定经济合理，因为它只能说明过程的副反应很少。如果通过反应器的原料

10、只有很少一部分进行反应，则设备的利用率即单位时间的生产能力大大降低，显然只有综合考虑转化率和选择性，才有助于确定合理的工艺指标。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率2.收率收率化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织表示：生成目的产物所转化的某反应物的量占投入某反应物的量的百分数。思考：在实际生产中，是否收率越高越好？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标三、

11、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率4.转化率、选择性和单程收率的相互关系转化率、选择性和单程收率的相互关系化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织转化率选择性=单程收率体会：工程观念、工程意识天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织【例2.1.3】一套年产1500t苯乙烯的乙苯脱氢装置，以每千克乙苯加2.6kg水蒸气的配比进料，在650的操作温度下，苯乙烯的产率为90，收率为40，其余产物的产率为：苯3，甲苯5，焦炭2，装置年生产时间为7200

12、h，已知原料乙苯的纯度为98%（质量分数），其余为甲苯，试计算每小时进出装置的物料量。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织【例2.1.4】苯和乙烯烷基化反应制取乙苯，每小时得到烷基化液500 kg，质量组成为苯45，乙苯40，二乙苯15。假定原料苯和乙烯均为纯物质，控制苯和乙烯在反应器进口的摩尔比为10.6。试求（1）进料和出料各组分的量；（2）假定苯不循环，乙烯的转化率和乙苯的收率；（3）假定离开反应器的苯有90%可以循环使用，此时乙苯的总收率。天津石油职业技

13、术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标四、消耗定额四、消耗定额 1.原料消耗定额原料消耗定额化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第一节第一节 化工生产工艺指标化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期一、反应时间和操作周期1.反应时间反应时间2.操作周期操作周期二、生产能力与生产强度二、生产能力与生产强度1生产能力生产能力2生产强度生产强度三、反应转化率、选择性和收率三、反应转化率、选择性和收率1.反应转化率反应转化率 2.选择性选择性3

14、.收率收率4.转化率、选择性和单程收率的相互关系转化率、选择性和单程收率的相互关系四、消耗定额四、消耗定额 1.原料消耗定额原料消耗定额2.公用工程的消耗定额公用工程的消耗定额化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织只涉及化学反应过程的始态和终态，不涉及中间过程；不考虑时间和速度，仅说明过程的可能性及其进行的限度。（1）判别化学反应过程能否发生和进行的方向。自由能的计算。（2）确定化学反应过程进行的最大限度。化

15、学平衡原理和平衡常数的计算。（3）化学反应过程热效应的计算。热力学分析的依据：热力学第二定律。热力学分析的依据：热力学第二定律。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析二、反应系统中反应难易程度分析二、反应系统中反应难易程度分析三、化学反应限度分析三、化学反应限度分析四、化学反应平衡移动分析四、化学反应平衡移动分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工

16、生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织用反应的吉氏函数变化值来判断反应进行的可能性。用反应的吉氏函数变化值来判断反应进行的可能性。0 反应自发不能进行反应自发不能进行天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析一、化学反应可能性分析一、化学反应可能性分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织例例【2.2.1】试用标准吉氏函数数值判断下列由苯制取苯胺的各种方法的可能性（101.3kPa，298K）。硝化以后将

17、硝基苯还原（苯的冷凝及由稀酸变为浓酸的值均可忽略）。在氯化以后，用氨作用氯苯。直接与氨作用。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析二、反应系统中反应难易程度分析二、反应系统中反应难易程度分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织值大，反应正向进行的可能性很大（容易进行）在化工生产过程中,同一反应器中，可根据主、副反应 值的大小判断其难易程度。条件变化，难易程度的差距也会随之变化。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学

18、分析化工生产过程热力学分析三、化学反应限度分析三、化学反应限度分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织平衡转化率和平衡产率是反应进行的最大限度 越大，反应进行的越深，反应进行的限度越大。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析四、化学反应平衡移动分析四、化学反应平衡移动分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 平衡移动在工业生产中的实际意义：以人为地选择适宜的操作条件，使化学反应尽可能向生成物方向移动。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院

19、第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织以上仅是定性的热力学条件分析，具体条件需借助热力学的定量计算来寻求适宜的外界条件。热力学没有时间概念，只考虑了反应到达平衡的理想状况，没有考虑反应速度。（只有当几个反应在热力学上都有可能同时发生，反应都很快时，热力学因素对于这几个反应的相对优势才起决定作用。）切实可行的外界条件应结合动力学分析和技术上的可行性并经过生产实践验证才能综合确定。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二节第二节 化工生产过程热力学分析化工生产过程热力学分析化化工工生生产产过

20、过程程分分析析与与组组织织【实例分析实例分析2.2.1】烃类热裂解反应的热力学分析烃类热裂解反应的热力学分析分析的目的是：烃类热裂解反应的特点；烃类热裂解反应的的规律；烃类热裂解反应的适宜条件。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.2.1原料烃rGm与T的关系化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析一、化学动力学与化学热力学的关系一、化学动力学与化学热力学的关系化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织化

21、学热力学:研究物质变化过程的能量效应，解决反应过程的方向与限度问题；化学动力学:研究物质变化过程的步骤、方式，解决反应过程的时间与速度问题；是实现化工生产的相辅相成的两个方面 1.进行反应的热力学分析，得到能否实现的结论；2.做动力学分析，得到各种因素对速率的影响规律。3.从热力学和动力学两方面综合考虑，选择最佳工艺操作条件、进行反应器的选型与设计。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析二、二、影响化学反应速度因素分析影响化学反应速度因素分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织速度是影响

22、产量的关键，对企业的经济效益影响大=-239.68KJmol 氢和氧化合成水：碳氧化为二氧化碳=-394.67kJmol 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析二、二、影响化学反应速度因素分析影响化学反应速度因素分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织影响反应速度的因素:反应器的结构、形状、材质，意外的杂质等等(不宜调节);温度、压力、原料浓度和停留时间等(可调节)多数反应影响速度的关键是催化剂。在一般情况下，温度和催化剂对速度的影响最大。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油

23、职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织活化分子 能量高于平均能量 有效碰撞 能发生反应的碰撞有效碰撞多反应速度快提高温度碰撞多、能量高提高温度反应速度？升高温度，反应速度明显加快升高温度，反应速度明显加快 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析化化工工生生产产过过程程分分析析

24、与与组组织织阿仑尼乌斯反应比速方程:活化能:指（数）前参量天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析五种反应类型的反应速度随温度变化的情况：第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织三、温度对化学反应速度的影响分析三、温度对化学反应速度的影响分析n化工生产中对前四类反应在比极值（拐点）对应的温度低的温度范围讨论安

25、全生产和用升高温度的办法来加快化学反应速度是有意义的。而接近于极值点的温度为过高温度或不安全温度。n生产中根据以上规律确定安全生产的适宜温度范围。第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织活化能：活化状态的分子所具有的最低能量与普通分子所具有的平均能量之差。，kJ/mol l活化能数值的大小，表现了反应的难易程度和温度对该反应影响的

26、敏感度;l活化能小，反应易；温度对活化能大的反应影响更大;l活化能降低可显著加快反应速度;l适宜的催化剂能够显著降低反应的活化能.天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织催化剂加速化学反应的主要原因分析:催化剂改变了反应的途径，使反应按照新的途径进行,活化能降低.天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.3.2非催化与催化反应活化能的比较化化工

27、工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析四、催化剂对化学反应速度的影响分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织催化剂既能加快正向反应速率，也能加快逆向反应速率，从而缩短化学反应达到平衡的时间，但不能改变平衡的状态 催化剂特殊的选择性，不仅可以合成多种多样的产品，而且抑制不必要的副反应，有选择性的合成目的产品，节省原材料，在工业上具有特别重要的意义。在一个反应体系中，当几个反应在热力学上都有可能同时发生的情况下，如果各个

28、反应的速度相差很悬殊，则动力学因素对其反应结果将起到关键作用。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第三节第三节 化工生产过程动力学分析化工生产过程动力学分析【实例分析实例分析2.3.1】烃类热裂解动力学分析烃类热裂解动力学分析化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 石油加工生产中，高温和适宜的短停留时间是获得高产乙烯的两个关键因素。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析化化工工生生产产过

29、过程程分分析析与与组组织织影响最大生产能力的因素：影响最大生产能力的因素：n设备因素设备因素n人为因素人为因素n化学反应进行的状况等等化学反应进行的状况等等 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析 实现消耗最少的原料生产得到更多实现消耗最少的原料生产得到更多的目的产品：的目的产品：要了解通过控制哪些基本因素可以保证要了解通过控制哪些基本因素可以保证实现化工产品工业化的最佳效果；实现化工产品工业化的最佳效果；明确这些外界条件对化学反应过程

30、的影明确这些外界条件对化学反应过程的影响规律；响规律；找出最佳工艺条件范围并实现最佳控制。找出最佳工艺条件范围并实现最佳控制。化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析一、化工生产能力影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标2温度对化学反应过程的影响规律温度对化学反应过程的影响规律3压力对化学反应过程的影响规律压力对化学反应过程的影响规律4原料

31、配比对化学反应过程的影响规律原料配比对化学反应过程的影响规律5停留时间对化学反应过程的影响规律停留时间对化学反应过程的影响规律化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织（中间产物R为目的产物）化学上的最佳点化学上的最佳点 工艺上的最佳点工艺上的最佳点 设计中的最佳点设计中的最佳点 三种最佳点分别以目的

32、产物不同的标准为优化的三种最佳点分别以目的产物不同的标准为优化的目标，各有其不同的含义目标，各有其不同的含义 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第四节第四节 化工生产过程影响因素分析化工生产过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析二、化学反应过程影响因素分析1反应过程工艺条件优化的目标反应过程工艺条件优化的目标化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 影响反应过程能否达到工艺上最佳点的因素很影响反应过程能否达到工艺上最佳点的因素很多，如设备的结构、催化剂的性能和用量、反应过多，如设备的结构、催化剂的性能和用量、反应过程的工艺参数（温度、压力

33、、原料配比、停留时间）程的工艺参数（温度、压力、原料配比、停留时间）以及原料的纯度等等。虽然各个化工产品的反应过以及原料的纯度等等。虽然各个化工产品的反应过程各有自己的特点，工艺过程差别很大。但总的说程各有自己的特点，工艺过程差别很大。但总的说来，每一个工艺因素，不论是温度、压力、原料配来，每一个工艺因素，不论是温度、压力、原料配比以及停留时间，对化学反应的影响都有一些共同比以及停留时间，对化学反应的影响都有一些共同之处。之处。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参

34、数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织反应器的主要工艺参数反应温度反应压力反应物进口组成停留时间(空速)天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节

35、第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织1 反应温度确定反应温度，一般考虑下述因素:（1）反应方程和化学平衡 反应方程正向放热反应，就化学平衡而言升温不利反应方程正向吸热反应，就化学平衡而言升温有利如何确定反应温度？怎样进行控制？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组

36、织织（2）反应特性 根据主、副反应活化能相对大小等反应特性选择温度。适宜的温度为某种限制条件的边界处对主反应是可逆吸热反应且E主高于E副的过程：若主反应是可逆放热反应，且E主低于E副的过程：温度越高越有利。温度低更有利。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织（3）温度的限制条件 催化剂使用温度范围；反应压力；反应物自分解，或物态变化的温度；材质使用的温度范围；加热和吸热工艺方案设备使用

37、的条件。化工生产中，温度的测量使用最多的是热电偶和热电阻两种感温元件。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织2.压力压力确定反应压力，一般考虑下述因素:（1）反应方程和化学平衡 反应方程分子数增加反应，就化学平衡而言升压不利反应方程分子数减少反应，就化学平衡而言升压有利如何确定反应压力？怎样进行控制？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节

38、第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织2.压力压力（2）反应速度 压力增高，对提高反应速率有利（3）后续分离系统的要求 例如：冷却分离时加压等天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织2.压力压力（4）压力的限制因素设备的费用；运行的可靠性和安全性；压力对反应温度的

39、影响；压力对原料和产物的影响等等压力是很敏感的操作参数。测压仪表有：液柱式压力计、弹性式压力计等等天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织3原料配比原料配比（1）某一反应物要求有很高的转化率可通过提高其反应速度实现。任何一种原料过量带来的利益都是以过量原料的分离和循环为代价的，因此，必须权衡得失，进行参数优化的工作后确定。原料配比即进料组成是一个需决策的变量（2）反应物和产物分离可能需要

40、反应物某过量（3）分离循环费用降低可能需要反应物某过量 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织4反应时间和转化率反应时间和转化率。低的转化率则将增加原料消耗费用，或者增加原料和产品的分离和将其循环回反应器进口的费用。一般希望增加反应停留时间以求有较高的转化率，但转化率并非越高越好。转化率提高，单位产品所需的反应器体积急剧增加 转化率提高，将使选择性下降 天津石油职业技术学院天津石油职业

41、技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织4反应时间和转化率反应时间和转化率。（1）转化率和所需反应时间的关系；（2）各种转化率下的产品分布；（3）计算产品和原料分离回收利用所需各种物性数据；（4）各种物料主、副产品和公用工程的价格；（5）反应系统和分离系统的设备价格；（6）反应时间和化学平衡的关系；（7）反应时间和反应速度的关系；（8）回收的物能消耗。根据综合评价的方法确定反应的停留时间和转化率。天津石油职业技术学院天

42、津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织5催化剂催化剂。催化剂的品种不同可直接影响到选择性、转化率、产率和反应周期（寿命）等 催化剂的投入量与放热量、反应温度、反应速度和原料配比息息相关，天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制化化工工生生产产过过程程分分析

43、析与与组组织织1主要控制点和控制范围主要控制点和控制范围（1）主要控制点）主要控制点（2）控制范围）控制范围（3）工艺操作规程）工艺操作规程 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织2操作控制方案操作控制方案操作控制一般要分三个方面：操作控制一般要分三个方面：检测；检测；对比判断；对比判断；操作控制。操作控制。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五

44、节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织3巡视与观测巡视与观测严格执行操作控制条件 严格执行巡回检查和观测制度 巡视和观测是化工工艺过程控制中必不可少的内容，在产品工艺操作规程中要明确给予规定，不仅要规定巡回检查的间隔时间，而且要规定巡回检查的路线和观测点。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组

45、织织4监测监测包括工艺参数和取样分析测试 天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织操作控制、巡回检查和监测情况，必须做好原始记录。原始记录内容包括时间；工艺参数（温度、压力、压差、流量、液位）；加料与出料，取样；不正常情况及排除；要求下一班操作人员引起注意的问题等等。原始记录是技术管理的重要依据，是总结经验、改进工艺的依据，也是查清质量问题、安全事故的依据。原始记录是操作控制的重要组成部分。天津石油

46、职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制一、化工生产过程工艺参数的确定一、化工生产过程工艺参数的确定二、化工生产过程操作控制二、化工生产过程操作控制1主要控制点和控制范围主要控制点和控制范围2操作控制方案操作控制方案3巡视与观测巡视与观测4监测监测三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测1条件控制条件控制2随机取样和定时取样分析随机取样和定时取样分析3在线分析与报警在线分析与报警4现场办公检测与显示现场办公检测与显示5紧急停车紧急停车6产品检验与合格证产品检验与合格证化

47、化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第五节第五节 化工生产过程检测与操作控制化工生产过程检测与操作控制三、化工生产过程中间分析和现场检测三、化工生产过程中间分析和现场检测1条件控制条件控制2随机取样和定时取样分析随机取样和定时取样分析3在线分析与报警在线分析与报警4现场办公检测与显示现场办公检测与显示5紧急停车紧急停车6产品检验与合格证产品检验与合格证化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产

48、过过程程分分析析与与组组织织 在了解和熟悉了化工生产过程的基础上，基于不同的生产过程进行化工热力学分析和动力学分析，进而进行影响生产过程的各种条件分析，寻找各个因素对生产过程的影响规律，在此基础上根据生产实际，运用规律选择确定合理的、最佳的工艺操作条件。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织1.理论上的正确性2.技术上的可行性3.操作上的安全性4.经济上的合理性在保证社会效益的前提下，研究怎样创造最优化的生产条件和创造更好的经济效益是工程技术人员的职责，也是必备的观念。怎样减少生产过程的物

49、料损失和能量损失，提高能量的有效利用率，保证设备的综合性能是是工程技术人员经常考虑的课题。（工程观念、工程意识）天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织烃类热裂解生产乙烯工艺参数选择及控制烃类热裂解生产乙烯工艺参数选择及控制一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析二、烃类热裂解影响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析三、裂解自动调节控制方案的选择三、裂解自动调节控制方案的选择天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分

50、析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析一、烃类热裂解热力学分析和动力学分析 烃类热裂解反应及特点以及具体分析，烃类热裂解反应及特点以及具体分析，请参考本章前两个实例分析请参考本章前两个实例分析天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织二、烃类热裂解影响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析反应温度反应压力停留时间（空速）原料组成影影响响因因素素天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化

51、化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织裂解温度是影响乙烯收率的一个极重要的因素。从烃类热裂解过程的热力学分析和动力学分析可知，裂解反应是吸热反应，要在高温下才能进行，温度愈高，对乙烯、丙烯的生成愈有利。二、烃类热裂解影响因素分析二、烃类热裂解影响因素分析1裂解温度裂解温度但温度愈高，更有利于烃类分解成碳和氢的副反应。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织图2-6 乙烷裂解反应与温度的关系反应1反应4反应3天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【

52、实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织综合热力学分析结果：综合热力学分析结果：温度低于1065K时，0;由曲线（1）可见：由此说明乙烷裂解生成乙烯的最低温度是1065K。温度高于1065K时，0;由曲线（4）可见：由此说明乙烷裂解生成乙烯的最高温度是1380K。温度高于1380K时，0;控制裂解温度在1380K以下，可减少或抑制反应（4）乙烷裂解生成乙烯的温度范围是10651380K。天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织综合热力学分析结果综合热力学分析结果：由曲线

53、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)可见：温度高于1065K时，0;且比反应(1)小很多；说明副反应的反应可能性都比主反应(1)大很多，尤其是生成碳和焦的各反应可能性为最大。乙烷裂解生成乙烯的温度在10651380K范围要适当控制天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织u裂解反应中，一次反应较二次反应具有动力学上的优势；u如果反应物在反应区的停留时间太短，大部分反应物来不及反应就离开了反应区，原料的转化率就很低，增加了未反应原料分离、回收带来的能量消耗；u停留时间过长，二次反应有充分的时间

54、进行，虽然转化率提高，但选择件却降低了，既浪费了原料，生成的焦和碳又会影响生产的正常进行。u适宜的停留时间要结合温度、原料的组成、原料的转化率和循环量、生产能力和能量消耗等诸多因素综合分析，以获得最好的经济效果为目标来确定。2停留时间停留时间天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响接触时间/s40302010裂解气中乙烯含量/%（体积）0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1116 K1089 K1055 K图2-2 温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津

55、石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织由图中所示的三条不同温度的曲线变化规律可见：l裂解温度愈高，对应的适宜停留时间可愈短，裂解气中乙烯的含量也愈高，乙烯产率也愈高；l没有高温，停留时间无论如何变动也得不到高产率的乙烯；l生产上若能缩短停留时间，便有条件提高裂解温度；l温度和停留时间二者的关系一定要配合好。2停留时间停留时间天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 降低压力有利于生成乙烯的一次反应，又可抑制聚合

56、或缩合的二次反应从而减轻结焦的程度。总之，压力降低对烃类裂解生成乙烯是有利的。3压力压力实际工业生产中，是否采用系统在减压下的操作呢？天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 工业上采取在裂解原料气中添加稀释剂以降低烃分压的方法进行生产。3压力压力稀释剂：惰性气体（氮气）或水蒸气，工业上多用水蒸气用水蒸气作稀释剂的优点？水蒸气的用量是生产中的重要因素天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织

57、 原料的含氢量是衡量该种原料可裂解性和潜在乙烯含量的重要尺度。原料含氢量愈大，愈不容易生焦，裂解深度便可以愈高，产气率和乙烯收率也可以提高。4原料烃类组成对裂解结果的影响原料烃类组成对裂解结果的影响天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院【实例分析实例分析】化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织 影响裂解过程的主要因素为反应温度、停留时间和水蒸气用量。其中影响反应温度的因素主要是原料（温度和流量的变化）、燃料情况（燃料流量和由于成分变化而引起燃烧值变化）、传热情况（如管壁上的结焦会使传热效果变坏）。原料的流量变化不仅影响带出的热量而导致温度变化，也

58、使得原料在反应高温区的停留时间发生变化。此外，蒸汽量变化既影响反应的进行，也因其带走热量的变化而影响裂解温度。因此，要达到裂解炉工艺参数稳定控制的目的，就必须设置原料流量、稀释蒸汽流量和裂解气出口温度三个基本的调节回路。（二）乙烯裂解炉的自动调节控制方案（二）乙烯裂解炉的自动调节控制方案天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二章化工生产过程分析与组织化工生产过程分析与组织图图片片图2.2.1 原料烃rGm与T的关系图2.3.1 k-T关系的五种情况图2.3.2 非催化与催化反应活化能的比较图2.4.1 连串反应的c-t关系图图2.5.1 乙烷裂解反应

59、与温度关系图2.5.2 温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.2.1原料烃rGm与T的关系化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.3.1 k-T关系的五种情况化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.3.2非催化与催化反应活化能的比较化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学

60、院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院连串反应的c-t关系图化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织k1 k2k1 k2k1 k2cYcRcAcYcRcAcm(c)tcotmtcocAcRcY(a)tco(b)图2-5 连串反应的ct关系图天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.5.1 乙烷裂解反应与温度关系 化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院图2.5.2温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响接触时间/s40302010裂解气中乙烯含量

61、/%（体积）0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1116 K1089 K1055 K图2.5.2 温度和停留时间对乙烷裂解反应的影响化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院第二章化工生产过程分析与组织第二章化工生产过程分析与组织数据表格数据表格表表2.2.1正构烷烃在正构烷烃在1000K下进行脱氢和断链反应下进行脱氢和断链反应的的 和和表表2.3.1催化反应与非催化反应活化能的比较催化反应与非催化反应活化能的比较化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业

62、技术学院天津石油职业技术学院表表2.2.1正构烷烃在正构烷烃在1000K下进行脱氢和断链反应的下进行脱氢和断链反应的 和和反应脱氢8.87-9.54-5.54-8.08-7.41144.4129.5131.0130.8130.8断链-53.89-68.99-42.34-69.08-61.03-42.72-70.08-60.08-60.38-46.2778.366.588.365.475.290.166.675.577.088.8化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院表表2.3.1催化反应与非催化反应活化能的比较催化反应与非催化反应活化能的比较反应活化能 Ea/kJmol-1催化剂热反应催化反应碘化氢分解氧化氮的分解乙醛的分解合成氨184.1244.8190.2334.9104.6134.0136.8167.4AuPtIFe化化工工生生产产过过程程分分析析与与组组织织