《化工工藝學(xué)》課程考前輔導(dǎo)考試形式：開卷試題類型和題量：一、判斷題，10題，共10分：對(duì)√錯(cuò)×；二、單選題，10題，共20分：每題有四個(gè)選項(xiàng)，其中僅1個(gè)正確。選對(duì)得分，選錯(cuò)不得分；三、多選題，10題，共30分：每題有四個(gè)選項(xiàng)，其中2~3個(gè)正確。每題全選對(duì)得3分；部分選對(duì)按比例得分；只要選擇了錯(cuò)誤答案就不得分；四、簡(jiǎn)述題，4題，共20分：按要求回答；五、反應(yīng)流程分析題，1題，20分：根據(jù)所給流程回答。第1章緒論有機(jī)化工生產(chǎn)中的九大基礎(chǔ)原料：三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘、甲醇。三大合成材料：合成樹脂、合成橡膠、合成纖維化工生產(chǎn)部門是耗能大戶，合理用能和節(jié)能顯得極為重要；化工生產(chǎn)具有易燃、易爆、有毒、有害特點(diǎn)煤埋藏在地底下，呈灰黑、褐色的固體物質(zhì)。煤的成分主要是C，煤既能作燃料，又能作化工生產(chǎn)原料煤作為化工原料的加工方法有焦化、氣化和液化一碳化學(xué)：以含有一個(gè)碳原子的化合物（如C、CO、CH3OH等）為原料，通過化學(xué)加工，合成含有兩個(gè)及兩個(gè)以上碳原子的有機(jī)化工產(chǎn)品（如甲醇、醋酸、二甲醚等）的生產(chǎn)技術(shù)。石油又稱原油，一種有氣味的粘稠液體，是多種烴類（主要含C、H元素）、并含有少量的硫、氧和氮的復(fù)雜混合物。石油加工方式分一次加工和二次加工常壓、減壓蒸餾——直接以原油為原料，稱為一次加工催化裂化、催化重整、烷基化、延遲焦化、尿素脫蠟等——以常壓、減壓蒸餾的產(chǎn)品為原料繼續(xù)加工，稱為二次加工。催化裂化是在催化劑作用下進(jìn)行的裂化反應(yīng)，是熱裂化技術(shù)的改進(jìn)。使大分子烴類化合物裂化而轉(zhuǎn)化成碳原子數(shù)較少的輕質(zhì)油，裂化反應(yīng)的目的是為了增加汽油的產(chǎn)量，并提高汽油和柴油的品質(zhì)。。加氫裂化是催化裂化技術(shù)的改進(jìn)。在臨氫的條件下進(jìn)行催化裂化反應(yīng)，可抑制催化裂化時(shí)發(fā)生的脫氫縮合反應(yīng)，避免了焦炭的生成。天然氣埋藏在地下的可燃性氣體，既可作為化工原料，又可作燃料。將天然氣劃分為干氣和濕氣：干氣主要成分是CH4，其次是C2H6，C3H8和C4H10等。它稍加壓縮不會(huì)有液體產(chǎn)生，故被稱作干氣。干氣中絕大部分是甲烷，是制造合成氨和甲醇的好原料，由于熱值很高，也是很好的燃料。濕氣在濕氣中除CH4、C2H6等低碳烷烴外，還含有少量輕汽油，對(duì)它稍加壓縮就有汽油析出來，故稱濕氣。第3章有機(jī)化工反應(yīng)單元

1、烴類熱裂解乙烯、丙烯、丁二烯等低級(jí)不飽和烯烴具有雙鍵，化學(xué)性質(zhì)非常活潑，能合成多種化工產(chǎn)品。乙烯是世界上產(chǎn)量最大的化學(xué)產(chǎn)品之一，工業(yè)上所用的乙烯，大部分是從石油煉制工廠和石油化工廠所生產(chǎn)的氣體里分離出來的。乙烯工業(yè)是石油化工的龍頭，乙烯產(chǎn)量往往標(biāo)志著一個(gè)國家化學(xué)工業(yè)發(fā)展的水平。乙烯生產(chǎn)方法

石油系烴類原料(天然氣、輕質(zhì)油，柴油等）經(jīng)高溫作用（注意：無催化劑），使之發(fā)生C-C鍵斷裂（裂解）或C-H鍵斷裂（脫氫）反應(yīng)，生成分子量較小的烯烴、烷烴和其它烴類。烴類熱裂解采用的原料，目前主要是輕質(zhì)烴，例如氣態(tài)烴、石腦油、輕柴油、粗柴油和減壓柴油烴類熱裂化是工業(yè)生產(chǎn)低級(jí)烯烴（乙烯、丙烯、丁烯和丁二烯）的主要方法。

烴類熱裂解反應(yīng)工藝影響因素裂解原料

輕油是目前世界上廣泛采用的裂解原料。裂解反應(yīng)壓力裂解反應(yīng)是體積增大、反應(yīng)后分子數(shù)增多的反應(yīng)，低壓對(duì)裂解反應(yīng)有利。裂解不允許在負(fù)壓下操作，負(fù)壓下操作可能會(huì)：管道密封不嚴(yán)易泄漏,空氣進(jìn)入裂解反應(yīng)系統(tǒng)，易釀成爆炸等意外事故；生產(chǎn)中都是用水蒸氣作為稀釋劑，水蒸氣主要作用：降低烴分壓、清焦。

在原料烴中混入水蒸氣的主要優(yōu)點(diǎn)：①水蒸氣價(jià)廉易得，易于產(chǎn)物分離；②可避免原料烴因預(yù)熱溫度過高而在預(yù)熱器中結(jié)焦；水蒸氣熱容大，可穩(wěn)定爐管溫度；水蒸氣在高溫下可起清焦作用：

C+H2O＝CO+H2水蒸氣能有效抑制原料中的硫?qū)α呀夤艿母g；水蒸氣對(duì)設(shè)備、管道等金屬表面起一定的氧化作用，減輕金屬對(duì)烴類氣體分解生碳的作用。

水蒸氣應(yīng)適量，過量水蒸氣的缺點(diǎn)：進(jìn)入裂解爐的原料烴含量低，降低裝置生產(chǎn)能力；大量的水被加熱成為高溫水蒸氣，增加能耗；在裂解氣冷卻過程中，其中的水蒸氣也被冷凝下來，產(chǎn)生大量廢水。

停留時(shí)間

裂解反應(yīng)是平行、聯(lián)串副反應(yīng)交叉進(jìn)行的復(fù)雜反應(yīng)，適當(dāng)?shù)亩掏Ａ魰r(shí)間有利于一次反應(yīng)；控制停留時(shí)間的目的是為了控制二次反應(yīng)，讓裂解反應(yīng)停留在適宜的裂解深度上；

裂解溫度高，停留時(shí)間短，相應(yīng)的乙烯收率提高，但丙烯收率下降。因此烴類熱裂解工藝應(yīng)該為：

高溫、低壓、短停留時(shí)間裂解生產(chǎn)主要工序

裂解氣生產(chǎn)的主要工序有裂解、急冷換熱、油淬冷、油洗、水洗。見工藝流程圖輕柴油生產(chǎn)低級(jí)烯烴的裂解工藝5、裂解爐；6、急冷換熱器、7、氣包；8、急冷器；9、油洗塔；17、水洗塔急冷換熱器也稱廢熱鍋爐，列管式、間接冷卻。作用：迅速降低裂解氣的溫度到600℃以下，使裂解反應(yīng)在驟冷下迅速終止，抑制二次反應(yīng)，控制結(jié)焦；回收熱量，發(fā)生蒸汽。主要工藝參數(shù)：出口處600℃以下，副產(chǎn)飽和高壓蒸汽。油淬冷器急冷油直接噴入裂解氣，與之混合，冷卻裂解氣，直接冷卻。作用：裂解氣進(jìn)一步冷卻，完全終止二次反應(yīng)，出口處210℃以下。油洗塔急冷油噴淋，空塔，直接冷卻作用：將裂解氣繼續(xù)冷卻；使裂解氣中的重質(zhì)油和部分輕質(zhì)油冷凝，洗滌下來回收，副產(chǎn)液相產(chǎn)品。出口處的裂解氣約為105-110℃；水洗塔冷卻水直接噴淋空塔，直接冷卻作用：使裂解氣中所含的稀釋水蒸汽冷凝下來，同時(shí)將油洗時(shí)沒有冷凝下來的一部分輕質(zhì)油也冷凝下來。出口處的裂解氣40℃以下。兩種冷卻方式：直接冷卻和間接冷卻直接冷卻冷卻劑和被冷卻物質(zhì)直接接觸，冷卻效果好，所用設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常為空塔或塔內(nèi)裝部分填料，以增加冷卻劑和被冷卻物的接觸面積。應(yīng)用有局限性：產(chǎn)生廢液，可能會(huì)污染被冷卻物，被冷卻物放出的熱量不能利用。間接冷卻冷卻劑和被冷卻物質(zhì)不直接接觸，熱量是通過管壁進(jìn)行交換的，冷卻效果較差，通常采用列管式換熱器；使用較普遍，最大的優(yōu)點(diǎn)是被冷卻物放出的熱量可以得到利用。脫除酸性氣體：CO2、H2S+CS2等硫化物理由：酸性氣體腐蝕設(shè)備管道，H2S等硫化物，使脫炔催化劑中毒；CO2在低溫會(huì)結(jié)成干冰，堵塞管道；采用方法：堿洗法，用NaOH

水溶液噴淋除去：

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaOH+H2S=Na2S+2H2O脫水：理由：低溫下水結(jié)冰，并與烴類形成固體結(jié)晶水合物結(jié)在管壁上，增加動(dòng)力消耗，堵塞管道。

采用方法：分子篩、硅膠、等吸水劑吸附水。

脫炔：乙炔、丙炔等理由炔的存在使乙烯和丙烯聚合催化劑中毒；炔類會(huì)在系統(tǒng)里自聚；乙炔積累過多時(shí)易引起爆炸。采用方法：催化加氫法：

C2H2+H2==C2H4

此操作既可將有害的炔類除掉，又可增加乙烯生成量。深冷分離法

采用－100℃左右的低溫將裂解氣中各組分按沸點(diǎn)不同，逐個(gè)用精餾方法分離出來的方法；該法產(chǎn)品收率高、質(zhì)量好，是目前工業(yè)生產(chǎn)聚合級(jí)烯烴的主要方法，缺點(diǎn)是能耗較大、流程復(fù)雜。裂解氣深冷分離中，有3種分離流程：順序分離流程、前脫乙烷流程、前脫丙烷流程。脫甲烷塔作用為脫除裂解氣中的氫和甲烷，是裂解氣分離過程中重要設(shè)備，因其操作溫度極低，能耗消耗很大，分離效率直接影響乙烯收率和能量消耗；其操作條件的確定及運(yùn)行效果的好壞對(duì)整個(gè)分離過程都是很重要的，在分離流程中占有很重要的地位。冷箱

冷箱是在－l00~－160℃下操作的低溫設(shè)備。裂解氣分離過程中溫度低，極易散冷，為減少散熱降低能耗，用絕熱材料把高效板式換熱器和氣液分離器等都放在一個(gè)箱子里，稱為冷箱。復(fù)迭制冷:在深冷分離中，為達(dá)-100℃的低溫需用乙烯或更低溫度級(jí)位的冷劑。由于乙烯的臨界溫度為9.5℃，而通常自來水溫約20℃，不可用自來水作冷卻水使乙烯液化，只能選用另一種溫度級(jí)位比乙烯高的冷劑，才能使乙烯逐步液化。如為使甲烷液化，首先必須用水讓丙烯液化，再用丙烯將乙烯液化，之后再用乙烯使甲烷液化，最后得到很低溫度級(jí)別的冷劑，這就稱作復(fù)疊制冷。換句話說，在本復(fù)疊制冷過程中，水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷向需-100℃的用戶供冷。2、氯化在化合物分子中引入氯原子，以生產(chǎn)氯的衍生物的過程統(tǒng)稱為氯化。氯化反應(yīng)類型的分類

取代氯化、加成氯化、氧氯化、氯化物裂解。氯化劑

向作用物輸送氯的試劑稱為氯化劑。工業(yè)上常采用的氯化劑是氯氣、氯化氫、次氯酸和次氯酸鹽。氯氣反應(yīng)活性高，一般就能直接參與反應(yīng)。氯化氫的反應(yīng)活性比氯氣差，一般要在催化劑存在下才能進(jìn)行取代和加成反應(yīng)。平衡氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯平衡氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯包括以下三步反應(yīng)：乙烯加成氯化生產(chǎn)1,2-二氯乙烷乙烯氧氯化生產(chǎn)1,2-二氯乙烷1,2-二氯乙烷進(jìn)行裂解，生產(chǎn)氯乙烯平衡型氧氯化法就是指由乙烯、氯氣、氧氣為原料，經(jīng)過加成反應(yīng)、氧氯化反應(yīng)和氯化物裂解反應(yīng)生產(chǎn)氯乙烯的方法，在整個(gè)生產(chǎn)過程中氯可全部利用。這里的“平衡”即是指HCl的平衡。反應(yīng)，即二氯乙烷裂解所產(chǎn)生的HCl，能剛好滿足反應(yīng)②，即氧氯化反應(yīng)所需HCl，這樣才能使HCl在整個(gè)生產(chǎn)過程中平衡。圖示為氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯的流程方框示意圖。輕組分CH2=CH2O2

直接氯化

氧氯化Cl2EDC

EDC提純

EDC裂解HCl

氯乙烯精制純氯乙烯水、重組分

圖1

氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯的流程框圖乙烯加成氯化生產(chǎn)1,2-二氯乙烷乙烯與氯氣液相加成生產(chǎn)1,2-二氯乙烷，放熱反應(yīng)。采用三氯化鐵為催化劑，氯氣為氯化劑。主要副產(chǎn)物：多氯化物——三氯乙烷，四氯乙烷等。乙烯液相加成氯化工藝有低溫法和高溫法

低溫法采用強(qiáng)制外循環(huán)氣液相鼓泡塔反應(yīng)器。反應(yīng)溫度50℃，產(chǎn)物呈液相溢流流出，反應(yīng)溫度通過冷卻水流量控制。高溫法采用自然外循環(huán)氣液相鼓泡塔反應(yīng)器。反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)物以氣相出料，反應(yīng)熱由反應(yīng)物氣化潛熱帶走。乙烯氧氯化生產(chǎn)1,2-二氯乙烷

強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度220-230℃，HCl為氯化劑主要副產(chǎn)物：氯乙烷、三氯乙烷、三氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烯等。采用流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器傳熱性好，床層內(nèi)溫度分布均勻，不產(chǎn)生熱點(diǎn)，控溫容易等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是催化劑易磨損流失，物料返混嚴(yán)重。催化劑為以γ-Al2O3為載體的CuCl2催化劑。二氯乙烷裂解生產(chǎn)氯乙烯管式裂解爐，反應(yīng)溫度500℃以上，無需催化劑。強(qiáng)吸熱反應(yīng)，管外燃料燃燒提供反應(yīng)所需的熱量，裂解溫度由控制燃料的流量或壓力來調(diào)節(jié)。從裂解爐出來的約500℃高溫物料進(jìn)入急冷塔，急冷塔為一空塔，急冷液從上往下直接噴淋。急冷塔作用為迅速冷卻裂解氣以中止反應(yīng)，將焦油等高沸物副產(chǎn)物洗滌下來。急冷液采用約40℃的以二氯乙烷為主的循環(huán)液，防止鹽酸對(duì)設(shè)備的腐蝕。出急冷塔頂?shù)牧呀鈿饨?jīng)分離，脫除低沸點(diǎn)物和高沸點(diǎn)物后，最后得到純產(chǎn)品氯乙烯。氯化氫回收塔頂?shù)玫郊兌群芨叩腍Cl，作為反應(yīng)的原料循環(huán)回氧氯化反應(yīng)器參與氧氯化反應(yīng)；未反應(yīng)的二氯乙烷由氯乙烯精餾塔底分離出來，返回到二氯乙烷精制單元中，經(jīng)精制后再進(jìn)入裂解工序裂解。由乙烯平衡氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯的工藝流程見下圖。部分降解氧化

作用物分子脫氫和C-C鍵裂解同時(shí)發(fā)生，產(chǎn)物的碳原子數(shù)少于作用物的碳原子數(shù)。如苯部分降解氧化制苯酐，丙烯部分降解氧化制乙醛。完全降解氧化

作用物中的C-C鍵和C-H鍵全部斷裂，氧化產(chǎn)物只有CO2和H2O。工業(yè)上按反應(yīng)相態(tài)分為氣-液相氧化反應(yīng)（也稱液相氧化或均相氧化）和氣-固相氧化反應(yīng)(催化劑為固相，反應(yīng)物及氧氣為氣相，也稱非均相氧化)。第4章氧化氧化反應(yīng)的共同特點(diǎn)1、反應(yīng)放熱量很大氧化反應(yīng)都是強(qiáng)放熱反應(yīng)，氧化深度越大，放出的反應(yīng)熱越多，完全氧化反應(yīng)放熱量約為選擇性氧化反應(yīng)時(shí)的8~10倍。反應(yīng)熱的及時(shí)移除非常重要，否則會(huì)使反應(yīng)溫度迅速上升，副反應(yīng)加劇，選擇性顯著下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致反應(yīng)溫度無法控制，甚至發(fā)生爆炸。2、氧化反應(yīng)都是不可逆反應(yīng)

氧化反應(yīng)的△G0＜0，從熱力學(xué)分析屬不可逆反應(yīng)，反應(yīng)不受化學(xué)平衡限制，理論上可達(dá)100％的單程轉(zhuǎn)化率。關(guān)鍵是要提高目的產(chǎn)物的選擇性。3、反應(yīng)途徑復(fù)雜多樣

氧化反應(yīng)中反應(yīng)復(fù)雜，視催化劑和反應(yīng)條件的不同，生成的氧化產(chǎn)物不同。如丙烯的氧化反應(yīng)存在著平行、串連副反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)，視反應(yīng)條件和催化劑的不同，可能的產(chǎn)物有丙醛、丙酮、丙烯酸、丙烯醛。4、氧化反應(yīng)過程易燃易爆

烴類與氧或空氣容易形成爆炸混合物，在氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)上必須考慮提供足夠的傳熱面積以移走熱量（如在外部加夾套、內(nèi)部裝冷卻盤管等）。設(shè)備上還必須開設(shè)防爆口，裝上安全閥或防爆膜，裝自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。非均相催化氧化反應(yīng)過程

經(jīng)歷擴(kuò)散、吸附、表面反應(yīng)、脫附和擴(kuò)散等多個(gè)步驟，影響因素較多。非均相催化氧化反應(yīng)器

氧化反應(yīng)放熱量很大，需要及時(shí)移出，非均相氧化反應(yīng)器一般需采用流化床反應(yīng)器和換熱型固定床反應(yīng)器，不用絕熱型反應(yīng)器。列管式換熱反應(yīng)器催化劑裝填在列管內(nèi)，管間以高壓熱水為冷卻劑移出熱量。反應(yīng)物氣體在床層內(nèi)的流動(dòng)接近平推流，返混較小。對(duì)催化劑的強(qiáng)度和耐磨性能的要求比流化床反應(yīng)器低得多。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，催化劑裝卸困難，生產(chǎn)能力比流化床小。列管式換熱反應(yīng)器內(nèi)沿軸向溫度分布有一高點(diǎn)，稱為熱點(diǎn)。如放熱速率＞除熱速率，除熱效果不佳，反應(yīng)系統(tǒng)中熱量不斷增多，床層溫度逐漸升高，就產(chǎn)生熱點(diǎn)。如熱點(diǎn)溫度得不到及時(shí)控制，反應(yīng)加速，溫度迅速升高，以致無法控制，產(chǎn)生飛溫甚至爆炸。催化劑床層內(nèi)存在熱點(diǎn)和軸、徑向溫差：催化劑床層內(nèi)溫差是絕對(duì)存在的，要考慮的是：將溫差控制在允許范圍之內(nèi)。工業(yè)上控制熱點(diǎn)的方法原料氣中加入微量抑制劑，使催化劑部分中毒以抑制活性；在反應(yīng)器進(jìn)口段裝填用惰性載體稀釋的催化劑或部分老化的催化劑，以降低反應(yīng)初期的反應(yīng)速率和放熱速率；采用分段冷卻法，根據(jù)在不同催化劑床層高度的不同放熱量，選擇不同的冷卻劑的種類和流量。流化床反應(yīng)器

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑裝卸方便，空速大；具有良好的傳熱速率，反應(yīng)器內(nèi)溫度均一，溫差小，反應(yīng)溫度易于控制；缺點(diǎn)：全混反應(yīng)器，原料和反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)短不一，串聯(lián)副反應(yīng)嚴(yán)重，不利于高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的獲得。流化床反應(yīng)器內(nèi)催化劑處于動(dòng)態(tài)，催化劑顆粒間、催化劑顆粒與冷卻管壁、與流化床內(nèi)壁等內(nèi)部構(gòu)件之間都有碰撞磨損，催化劑磨損嚴(yán)重，對(duì)催化劑強(qiáng)度要求高。流化床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了一定數(shù)量的冷卻管，管內(nèi)通入加壓熱水，借助水的汽化移出反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度；冷卻管還有控制氣泡聚集和改善流化質(zhì)量作用。在反應(yīng)器上部設(shè)置旋風(fēng)分離器，分離回收反應(yīng)氣流中夾帶的催化劑顆粒。乙烯環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷乙烯環(huán)氧化反應(yīng)除生成目的產(chǎn)物環(huán)氧乙烷外，還生成副產(chǎn)物CO2、水、少量甲醛和乙醛。主反應(yīng)：主要副反應(yīng)——完全氧化副反應(yīng)，主要副產(chǎn)物CO2、H2O：反應(yīng)產(chǎn)物中主要是環(huán)氧乙烷、CO2和水，生成的乙醛和甲醛很少。主反應(yīng)和副反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，但完全氧化副反應(yīng)釋放出的熱量是主反應(yīng)的十幾倍。必須抑制副反應(yīng)。若副反應(yīng)進(jìn)行迅速，釋放出的熱量又來不及傳出系統(tǒng)，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)溫度迅速上升，產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象。催化劑銀催化劑，活性組分是金屬銀、載體和助催化劑組成。反應(yīng)條件反應(yīng)溫度有完全氧化副反應(yīng)發(fā)生，反應(yīng)溫度是影響環(huán)氧乙烷選擇性的主要因素。反應(yīng)溫度升高，主、副反應(yīng)的速率都加快，而完全氧化反應(yīng)的速率增加更快。溫度升高，轉(zhuǎn)化率增加，選擇性下降，CO2和水大量生成，溫度過高還會(huì)導(dǎo)致催化劑的使用壽命下降。工業(yè)上的反應(yīng)溫度在220~260℃?？账倏账倥c反應(yīng)溫度相比，影響是次要的?？账俚母拍睿?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位質(zhì)量（或單位體積）催化劑處理的物料量（即反應(yīng)物料在催化劑床層停留時(shí)間的倒數(shù)），空速單位：m3/h·m3(Cat.)空速=單位時(shí)間處理的物料量（h-1）催化劑量空速小，停留時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)加劇，選擇性降低，放熱量大；空速大，停留時(shí)間短，選擇性高，轉(zhuǎn)化率小，循環(huán)的物料量增多，增加能耗；

空速計(jì)算舉例：

某臺(tái)固定床反應(yīng)器，裝有12.5M3催化劑，若原料液空速為0.8h-1，請(qǐng)計(jì)算該臺(tái)反應(yīng)器的原料年處理量為多少噸？（設(shè)開工日以300天/年計(jì)，設(shè)原料比重=0.867）根據(jù)：空速=單位時(shí)間處理的物料量（h-1）催化劑量先計(jì)算每小時(shí)處理的物料量：0.8×12.5=10.0M3/h再計(jì)算每年處理的物料量：10.0×24×300×0.867=62424噸/年致穩(wěn)氣生產(chǎn)中用加入第三種氣體來縮小乙烯在原料氣中的爆炸極限范圍，常稱為致穩(wěn)氣。致穩(wěn)氣是惰性的，能縮小混合氣的爆炸極限范圍，增加體系安全性；工業(yè)上多采用甲烷作致穩(wěn)氣。抑制劑

生產(chǎn)中還需加入抑制劑，其作用是使催化劑表面部分可逆中毒，使反應(yīng)活性適當(dāng)降低，減少深度氧化，抑制CO2的生成，提高選擇性。工業(yè)生產(chǎn)中最常用的抑制劑是二氯乙烷。原料氣純度

硫化物、砷化物、鹵化物、炔類等使催化劑中毒；乙炔與銀反應(yīng)生成有爆炸危險(xiǎn)的乙炔銀；氬氣和氫氣含量過高都會(huì)增大混合氣體的爆炸限；影響生產(chǎn)安全性；鐵離子會(huì)加速環(huán)氧乙烷重排為乙醛的副反應(yīng)，導(dǎo)致生成CO2和水，使乙醛選擇性下降。CO2也能縮小反應(yīng)氣的爆炸極限范圍，循環(huán)氣中允許一定量的CO2含量存在。乙烯氧氣氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝流程2、工藝流程簡(jiǎn)介新鮮原料（乙烯+氧氣）與循環(huán)氣混合，并加入抑制劑和致穩(wěn)氣后從反應(yīng)器頂部進(jìn)入；采用列管式反應(yīng)器，管內(nèi)充填催化劑，管殼走冷卻劑。在吸收塔中用冷卻水噴淋反應(yīng)后的氣體，將環(huán)氧乙烷溶于水中吸收下來。吸收塔塔頂氣體富含未反應(yīng)的乙烯和CO2，大部分循環(huán)到反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，一部分放空，一部分導(dǎo)入熱碳酸鉀洗滌塔脫除CO2（反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物）。吸收塔頂氣體分出一部分導(dǎo)入熱碳酸鉀洗滌塔。熱碳酸鹽塔的作用是脫除氣體中的CO2，脫除了CO2的氣體再返回反應(yīng)器系統(tǒng)。飽吸了CO2的熱碳酸鉀液進(jìn)入熱碳酸鉀再生塔，其化學(xué)反應(yīng)為：K2CO3+CO2+H2O2KHCO3低溫下K2CO3吸收了CO2生成KHCO3，提高溫度，KHCO3解吸，放出CO2，K2CO3也得到再生。加熱再生常溫吸收吸收塔塔底液為富含環(huán)氧乙烷的水溶液，進(jìn)入汽提塔，將其中含有的環(huán)氧乙烷汽提出來。汽提塔頂氣主要成分是環(huán)氧乙烷，經(jīng)冷卻冷凝后，依次進(jìn)入幾個(gè)塔蒸餾精制，除去伴隨環(huán)氧乙烷的輕組分物質(zhì)，并使環(huán)氧乙烷脫水提濃，最終獲得符合質(zhì)量指標(biāo)的環(huán)氧乙烷產(chǎn)品。乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷反應(yīng)器強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)器的選擇要考慮能及時(shí)除去反應(yīng)熱，理論上采用流化床反應(yīng)器更為合適，但因銀催化劑的熔點(diǎn)低、硬度低，導(dǎo)致耐磨性差，容易結(jié)塊，由此而引起的流化質(zhì)量差等問題難以解決，目前工業(yè)反應(yīng)都采用列管式反應(yīng)器。催化劑被磨損不僅造成催化劑的損失，而且會(huì)造成“尾燒”，即出口尾氣在催化劑粉末催化下繼續(xù)進(jìn)行催化氧化反應(yīng)。由于反應(yīng)器出口處沒有冷卻設(shè)施，反應(yīng)溫度自動(dòng)迅速升至460℃以上。有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。列管式反應(yīng)器的冷卻劑是高壓熱水，部分水吸收熱量氣化為水蒸氣，將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)為蒸發(fā)潛熱移出。列管式反應(yīng)器的溫度控制和調(diào)節(jié)方式：反應(yīng)溫度控制：水蒸氣的飽和蒸汽壓與溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，控制副產(chǎn)高壓水蒸汽的壓力，就間接的控制了反應(yīng)的溫度。反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)：如反應(yīng)溫度偏高，則增加高壓水蒸汽排放量，蒸汽壓力降低，冷卻劑（熱水）溫度也相應(yīng)降低，致使反應(yīng)溫度下降。如反應(yīng)溫度偏低，操作反之。丙烯氨氧化制丙烯腈烴類的氨氧化是指用空氣或氧氣對(duì)烴類及氨進(jìn)行共氧化，生成腈類或有機(jī)氮化物的過程。丙烯腈是重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，在丙烯系列產(chǎn)品中居第二位，僅次于聚丙烯。丙烯腈分子中含有C＝C雙鍵和氰基，化學(xué)性質(zhì)活潑，能發(fā)生聚合、加成、氰基化和氰乙基化等反應(yīng)，是各種合成纖維、合成橡膠、塑料的單體。烯丙基催化氧化反應(yīng)三個(gè)碳原子以上的烯烴，在α-碳原子上氧化反應(yīng)，稱為烯丙基氧化反應(yīng)。烯丙基氧化反應(yīng)可生成不飽和氧化產(chǎn)物，仍保留雙鍵，易聚合，是高分子材料的重要單體。丙烯的烯丙基氧化反應(yīng)最具典型，可生成丙烯醛、丙烯酸、丙烯腈等產(chǎn)物。非均相催化氧化反應(yīng)，主反應(yīng)工業(yè)上使用的催化劑是P-Mo-Bi-O副產(chǎn)物1、氰化物，這是主要副產(chǎn)物：乙腈和氫氰酸；2、含氧化合物，丙烯醛、丙酮、乙醛；3、深度氧化產(chǎn)物CO2和CO。主副反應(yīng)均是強(qiáng)放熱反應(yīng)丙烯氨氧化制丙烯腈反應(yīng)溫度

對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性和丙烯腈的收率都有明顯影響。在溫度低時(shí)氨氧化反應(yīng)不發(fā)生。隨著溫度的升高，在催化劑作用下，氨氧化反應(yīng)發(fā)生，丙烯轉(zhuǎn)化率提高。但溫度過高，深度氧化反應(yīng)的加劇，丙烯腈的收率會(huì)明顯下降；過高的溫度還會(huì)縮短催化劑的使用壽命。適宜的反應(yīng)溫度一般440~470℃左右。生產(chǎn)工藝本反應(yīng)為非均相催化氧化反應(yīng)，強(qiáng)放熱反應(yīng)，工業(yè)上多采用流化床反應(yīng)器。反應(yīng)溫度440~470℃，稍高于常壓。反應(yīng)器內(nèi)U形冷卻管內(nèi)通入高壓熱水做冷卻劑，用以移走反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度。用水吸收法將反應(yīng)氣體中易溶于水的有機(jī)物與不溶或微溶水的惰性氣體分離；在用水吸收之前，先在氨中和塔用稀硫酸溶液將反應(yīng)氣中剩余的氨除去。脫除了氨的反應(yīng)氣從氨中和塔頂部出來，進(jìn)入水吸收塔。水吸收塔上部噴淋水吸收液。反應(yīng)氣中的丙烯腈、乙腈氫氰酸等溶入水吸收液中；N2、CO2、CO等尾氣由水吸收塔塔頂出來，經(jīng)處理后排放。主要副產(chǎn)物與產(chǎn)物丙烯腈的分離水吸收塔底部液相物料中主要為含有丙烯腈、氫氰酸、乙腈及少量丙烯醛的水溶液，需逐一分離；丙烯腈和氫氰酸沸點(diǎn)差較大，用普通的蒸餾方法很容易將兩組分分離。丙烯腈與乙腈的分離則要麻煩得多，兩者沸點(diǎn)差約4℃，普通的精餾方式不能滿足分離要求，需采用萃取蒸餾，一般選用水作萃取劑。丙烯氨氧化反應(yīng)器丙烯氨氧化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度較高，上業(yè)上一般采用流化床反應(yīng)器，以便及時(shí)排出熱量。流化床反應(yīng)器具有傳熱性好，床層內(nèi)溫度分布均勻，不產(chǎn)生熱點(diǎn)，控溫容易等優(yōu)點(diǎn)。流化床反應(yīng)器組成流化床反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件有：空氣分布板、丙烯-氨混合氣體分配管、U形散熱管和旋風(fēng)分離器組。流化床中的氣體分布板有三個(gè)作用：（1）支承床層上的催化劑；（2）使氣體均勻分布在床層的整個(gè)截面上，創(chuàng)造良好的流化條件；（3）氣體導(dǎo)向作用。均相催化氧化特點(diǎn)：反應(yīng)物與催化劑同相，催化劑活性高，選擇性好；反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)較平穩(wěn)，易于控制；反應(yīng)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力較高；反應(yīng)液腐蝕性較強(qiáng)，有時(shí)需采用特殊材質(zhì)；催化劑多為貴金屬，必須分離回收。乙烯均相絡(luò)合催化氧化制乙醛乙烯均相絡(luò)合催化氧化制乙醛化學(xué)反應(yīng)式：CH2=CH2+1/2O2CH3-CHO催化劑均相（氣液相）反應(yīng)，放熱反應(yīng)PdCl2-CuCl2-HCl-H2OPdCl2-CuCl2-HCl-H2O此反應(yīng)實(shí)際上是由三個(gè)基本過程組成：①乙烯的羰基化反應(yīng)，乙烯被氧化成乙醛（反應(yīng)速度慢，控制步驟）

CH2=CH2+PdCl2+H2OCH3CHO+Pd0↓+2HCl②Pd0的再氧化反應(yīng)，Pd0

被氧化成Pd2+Pd+2CuCl2PdCl2+CuCl③CuCl

的再氧化反應(yīng)，Cu+被氧化成Cu2+ 2CuCl+1/2O22CuCl2+H2O反應(yīng)體系中，PdCl2是催化劑，CuCl2是氧化劑催化劑溶液組成對(duì)反應(yīng)活性和穩(wěn)定性的影響：在反應(yīng)器內(nèi)的液相反應(yīng)物中有Pd2+、Cu2+、Cu+、Cl-、H+和H2O，它們的配比要?jiǎng)偤眠m合反應(yīng)，并且要控制Pd0的量，不能有積累，否則會(huì)有沉淀，影響反應(yīng)。反應(yīng)溫度放熱反應(yīng)，乙醛的深度氧化反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，溫度低有利于主反應(yīng)。適宜溫度：120~130℃反應(yīng)壓力

高壓不利于反應(yīng)，一般的反應(yīng)溫度為120~130℃時(shí)，相應(yīng)的反應(yīng)壓力為稍高于常壓，通常400~450Kpa。工藝過程工業(yè)生產(chǎn)采用具有外循環(huán)管的鼓泡床塔式反應(yīng)器，乙烯和氧氣鼓泡進(jìn)入液相中反應(yīng)，反應(yīng)后的物料由反應(yīng)器上部以氣相狀態(tài)出反應(yīng)器，并夾帶部分催化劑液體進(jìn)入氣液分離器分離。經(jīng)氣液分離后，氣相中主要是產(chǎn)物和水，經(jīng)后續(xù)的分離精制操作得到產(chǎn)品乙醛。液相中主要為催化劑溶液，抽出部分到再生塔進(jìn)行催化劑再生，其余大部分循環(huán)返回反應(yīng)器。催化劑的失活原因：乙烯與CuCl2生成了草酸銅：2CH2=CH2+10CuCl2+3O2+2H2O2CuC2O4（草酸銅）+

8CuCl+12HCl草酸銅為固體沉淀，該反應(yīng)消耗CuCl2，使反應(yīng)液中的銅離子濃度下降，影響了催化劑活性。催化劑再生方法抽出一部分催化劑溶液進(jìn)入再生塔，通入氧和加入一定量鹽酸，在氧和鹽酸作用下，Cu+氧化為Cu2+：2CuCl+2HCl+1/2O22CuCl2

+2H2O

這樣Cu+氧化成了Cu2+，然后將溶液再升溫至170℃，在此條件下，Cu2+具有氧化作用，能將草酸銅分解，放出CO2并生成Cu+：CuCl2+CuC2O42CuCl+2CO2

由此草酸銅又分解成了銅離子，催化劑得到再生恢復(fù)活性，再生后的催化液送回反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)器具有外循環(huán)管的鼓泡塔式反應(yīng)器反應(yīng)器選擇依據(jù)：該反應(yīng)器具有良好的傳質(zhì)傳熱效果，氣液間有充分的接觸表面，催化劑溶液有充分的軸向混合，反應(yīng)器內(nèi)濃度均一，能有效除去反應(yīng)熱。反應(yīng)器除熱方式

在反應(yīng)溫度和壓力下，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)液處于沸騰狀態(tài)，反應(yīng)液的泡點(diǎn)就是為反應(yīng)溫度，在此溫度下產(chǎn)物乙醛和水氣化，氣相出料，以氣化潛熱方式帶走反應(yīng)熱。反應(yīng)溫度控制：為保持反應(yīng)液處于沸騰狀態(tài)，反應(yīng)溫度是根據(jù)設(shè)定的壓力而相應(yīng)確定的：如增大壓力，又要求保持反應(yīng)液沸騰，反應(yīng)溫度必定相應(yīng)提高；因此反應(yīng)壓力必須嚴(yán)格控制。像這種反應(yīng)液處于沸騰狀態(tài)，泡點(diǎn)即為反應(yīng)溫度，產(chǎn)物以氣相形態(tài)出料的鼓泡式反應(yīng)器的反應(yīng)溫度是根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)的壓力來控制的。第5章加氫和脫氫

加氫反應(yīng)

H2與N2制合成氨、CO與H2制造甲醇、苯酚(或苯)加氫制造環(huán)已醇(或環(huán)已烷)、硝基苯加氫制造苯胺等屬加氫反應(yīng)范疇。催化加氫還用于化工產(chǎn)品的精制過程，如烯類產(chǎn)物中含有少量的炔類、二烯烴等雜質(zhì)，可采用催化加氫的方法其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的烯烴而除去，催化加氫方法可脫除S、Cl、N、O等有害物質(zhì)。

催化加氫也應(yīng)用于CO的脫除：當(dāng)氫氣中含有少量的CO時(shí)，用甲烷化反應(yīng)脫除CO：CO+3H2CH4+H2O如當(dāng)有大量CO存在時(shí)，則不宜采用甲烷化法脫除，而應(yīng)采用：先水蒸氣變換為CO2，并產(chǎn)生H2：CO+H2OCO2+H2

再用堿洗，除去CO2：CO2+2NaOHNa2CO3+H2O以此法脫除CO，以免耗費(fèi)大量的氫氣。脫氫反應(yīng)：脫氫指從化合物中除去氫原子的過程，是氧化反應(yīng)的一個(gè)特殊類型。加熱并使用催化劑的脫氫反應(yīng)稱為催化脫氫反應(yīng)。利用催化脫氫反應(yīng)，可將低級(jí)烷烴、烯烴轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的烯烴、二烯烴，它們大部分都是高分子材料的重要單體。苯乙烯和丁二烯產(chǎn)量大、用途廣，是最重要的兩個(gè)化工產(chǎn)品。加氫和脫氫加氫和脫氫是一對(duì)可逆反應(yīng)。在進(jìn)行加氫的同時(shí)，也發(fā)生脫氫反應(yīng)。一般而言，加氫反應(yīng)是放熱、分子數(shù)減少的反應(yīng)，高壓和低溫的反應(yīng)條件對(duì)加氫反應(yīng)有利；脫氫反應(yīng)是吸熱、分子數(shù)增加的反應(yīng)，低壓和高溫的反應(yīng)條件對(duì)脫氫反應(yīng)有利。催化加氫反應(yīng)

可逆放熱反應(yīng)，由于有機(jī)化合物的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)不同，加氫時(shí)放出的熱量也不盡相同；通常認(rèn)為消耗1摩爾氫氣放出的熱量越多，則加氫反應(yīng)越容易進(jìn)行。工藝條件對(duì)加氫反應(yīng)影響氫氣用量加氫反應(yīng)一般總是采用H2過量。提高反應(yīng)物H2的用量，有利反應(yīng)進(jìn)行，可以提高被加氫物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率和加快反應(yīng)速率，同時(shí)氫作為良好的載熱體，能及時(shí)帶走反應(yīng)熱，有利于反應(yīng)熱移出和延長(zhǎng)催化劑的壽命，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。H2過量不能過多，以免造成產(chǎn)物濃度降低，大量氫氣的循環(huán)，既消耗了動(dòng)力，又增加了產(chǎn)物分離的困難。溫度烴類脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，大多數(shù)脫氫反應(yīng)在低溫下平衡常數(shù)很小。隨著反應(yīng)溫度升高而平衡常數(shù)增大，脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率也升高。提高溫度有利于脫氫反應(yīng)的進(jìn)行，既可加快脫氫反應(yīng)速率，又可提高轉(zhuǎn)化率。溫度升高則副反應(yīng)必然加劇，導(dǎo)致選擇性下降，同時(shí)催化劑表面聚合生焦，使催化劑的失活速度加快，縮短催化劑再生周期，降低催化劑使用壽命。載熱體

脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，需向反應(yīng)提供熱量。工業(yè)上脫氫反應(yīng)中常用的載熱體有：熱水、加壓熱水、飽和水蒸氣、礦物油、煙道氣、融鹽、水銀等。載熱體根據(jù)需要選取。壓力脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低總壓力可使產(chǎn)物的平衡濃度增大。工業(yè)上此常采用惰性氣體作稀釋劑以降低烴的分壓，降低烴分壓對(duì)平衡產(chǎn)生的效果和降低總壓是相似的。工業(yè)上常用水蒸氣作為稀釋劑，其好處是：產(chǎn)物易分離，熱容量大，既可提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，又可消除催化劑表面的積炭或結(jié)焦。水蒸氣用量也不能過大、以免造成能耗增大。催化劑顆粒催化劑顆粒大小對(duì)反應(yīng)速率和選擇性都有影響，使用小顆粒催化劑不僅可以提高脫氫反應(yīng)速率，而且還可以提高產(chǎn)物選擇性。催化劑

工業(yè)上一般對(duì)催化劑的要求：使反應(yīng)有足夠的速度；有良好的選擇性；催化反應(yīng)條件盡可能溫和；催化劑壽命要長(zhǎng)；價(jià)格便宜。加氫催化劑

使用最多的是金屬催化劑：其優(yōu)點(diǎn)是活性高，適用于大多數(shù)官能團(tuán)的加氫反應(yīng)。缺點(diǎn)是容易中毒，含鹵素、S、As、N等的化合物都是催化劑的毒物，常將活性組分Ni、Pd、Pt等金屬載于載體上制成負(fù)載型催化劑，常用的載體有氧化鋁、硅膠和硅藻土等。常用的加氫反應(yīng)催化劑還有骨架催化劑、金屬氧化物催化劑、金屬硫化物催化劑、金屬絡(luò)合物催化劑。脫氫催化劑

脫氫反應(yīng)溫度較高，副反應(yīng)多，脫氫催化劑應(yīng)滿足下列要求：具有良好的活性和選擇性；熱穩(wěn)定性好；催化劑的化學(xué)穩(wěn)定性好，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；有良好的抗結(jié)焦和易再生性能。金屬氧化物催化劑的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能均好于金屬催化劑，所以金屬氧化物催化劑在脫氫反應(yīng)中受到重視。氫氣制?。汗I(yè)上常用煤、天然氣、石油烴等原料作為制取H2的原料由煤制氫煤或焦炭等固體燃料在高溫下與空氣和水蒸氣作用，生成含氫煤氣：

C+H2O→H2+CO，C+2H2O→2H2+CO2

2C+O2→2CO；C+O2→CO2

將這種混合氣（工業(yè)上常稱之為合成氣）中的CO再經(jīng)水蒸氣變換轉(zhuǎn)化為H2：CO+H2O→H2+CO2則最終可制得純氫，用于合成氨等生產(chǎn)。由天然氣制氫：兩種方法水蒸氣轉(zhuǎn)化法：吸熱反應(yīng)，鎳催化劑CH4+H2O=3H2+COCH4+2H2O=4H2+CO2

CO+H2O=H2+CO2

部分氧化法：在供氧不足的情況下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)2CH4+O2=4H2+2CO放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度1400~1500℃，不用催化劑。N2加H2制取合成氨操作溫度和壓力氨合成是放熱反應(yīng)，低溫對(duì)反應(yīng)平衡有利；但在低溫下反應(yīng)速度很低，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)；而且目前使用的催化劑的活性溫度較高，即須在較高溫度下才具有催化作用，因此實(shí)際反應(yīng)溫度較高。反應(yīng)溫度高，對(duì)反應(yīng)平衡不利，必須采用高壓，彌補(bǔ)高溫對(duì)平衡的不利影響。氨合成是分子數(shù)減少反應(yīng)，高壓有利于向氨合成方向進(jìn)行。考慮到反應(yīng)速度和催化劑的活性溫度，一般選用催化劑活性較高，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度作為操作溫度。一般400~450℃

，壓力10MPa以上。最佳反應(yīng)溫度

對(duì)于可逆放熱（如加氫）反應(yīng)，存在最佳反應(yīng)溫度分布曲線。氨合成是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中溫度上升，為穩(wěn)定生產(chǎn)，需一邊反應(yīng)一邊冷卻，但操作溫度都不可能完全滿足沿最適宜溫度曲線反應(yīng)，只是盡可能地接近而已。合成氨廠常采用冷激式反應(yīng)器，將催化劑分成數(shù)段，段與段之間用冷原料氣和反應(yīng)氣混合以降低反應(yīng)氣溫度。采用多段冷激，并控制加入的冷原料氣量，就能將操作溫度控制在最佳溫度線附近，使反應(yīng)在接近最佳狀態(tài)下進(jìn)行。圖11中間冷激式(直接冷卻)多段絕熱反應(yīng)的x-T圖冷原料氣反應(yīng)氣反應(yīng)器催化劑顆粒度

催化劑的內(nèi)擴(kuò)散對(duì)氨合成反應(yīng)的影響十分顯著。減少催化劑的粒徑，采用小顆粒催化劑，可增加催化劑內(nèi)表面利用率，提高反應(yīng)效率，但床層阻力降增大。采用徑向流動(dòng)的合成塔，氣流阻力較小，可采用較小顆粒的催化劑，以增加其內(nèi)表面利用率，對(duì)提高氨合成反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率都有利。合成氨反應(yīng)器——徑向反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：徑向反應(yīng)器是絕熱反應(yīng)器的一種，反應(yīng)氣體由外沿向中心呈徑向流動(dòng)，床層壓降小，可裝填小顆粒催化劑，內(nèi)擴(kuò)散降低，使反應(yīng)效率提高，減少壓縮機(jī)負(fù)荷。化學(xué)反應(yīng)

主反應(yīng)：吸熱、分子數(shù)增大反應(yīng)主要副反應(yīng)：苯環(huán)較穩(wěn)定，在鐵系或鋅系催化劑作用下苯環(huán)不會(huì)被脫氫，脫氫只能發(fā)生在側(cè)鏈上。乙苯脫氫制苯乙烯乙苯脫氫副反應(yīng)主要有乙苯裂解和乙苯加氫兩類。苯乙烯、乙烯等不飽和物在高溫下會(huì)聚合、縮合，產(chǎn)生焦油等高聚物，它們會(huì)覆蓋在催化劑表面使催化劑活性下降。乙苯脫氫反應(yīng)主要副產(chǎn)物有甲苯和苯，以及C2H6、CH4、H2、CO2和碳（焦）等。乙苯脫氫催化劑乙苯裂解副反應(yīng)和乙苯加氫裂解副反應(yīng)均比乙苯脫氫主反應(yīng)有利，故要使主反應(yīng)進(jìn)行順利，必須采用高活性、高選擇性的催化劑。對(duì)乙苯加氫催化劑的要求除了活性和選擇性、具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、須能抗結(jié)焦和易于再生。乙苯脫氫催化劑Fe2O3/K2O/Cr2O3，活性組分是Fe2O3，助催化劑有鉀、釩、鉬、鎢、鈰等氧化物。乙苯脫氫反應(yīng)在等溫反應(yīng)器或絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行，研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器內(nèi)擴(kuò)散阻力不容忽略。小顆粒催化劑不僅可提高脫氫反應(yīng)速率，也有利于選擇性的提高。反應(yīng)溫度

乙苯脫氫反應(yīng)溫度通常為580~620℃，由于是吸熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度對(duì)熱力學(xué)平衡和反應(yīng)速率都有利。在高溫下，乙苯脫氫裂解、聚合等副反應(yīng)的反應(yīng)速率增加更快，導(dǎo)致反應(yīng)選擇性下降，催化劑因表面結(jié)焦活性下降速率加快，再生周期縮短隨溫度升高，轉(zhuǎn)化率增大，但選擇性下降。操作壓力

乙苯脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增加的反應(yīng)，低壓或負(fù)壓對(duì)操作有利。為降低乙苯分壓，采用添加水蒸氣的辦法。要求乙苯脫氫催化劑具有耐水性(否則只能在低壓或負(fù)壓下操作)，并盡可能降低反應(yīng)器的阻力。操作壓力低，平衡轉(zhuǎn)化率高。水蒸氣和苯的用量比

：水蒸汽是乙苯脫氫反應(yīng)的稀釋劑，作用：降低烴分壓、清焦和提供熱量。水蒸汽的用量與脫氫反應(yīng)器形式有關(guān)，絕熱反應(yīng)器需由過熱水蒸氣供熱，用量比管式反應(yīng)器大，管式反應(yīng)器由管外載熱體供熱。乙苯脫氫反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率隨水蒸汽用量的增加有所提高，但提高到一定程度，在增加水蒸汽用量，影響就不明顯了。乙苯脫氫工藝流程多管等溫反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程見工藝流程圖。多管等溫反應(yīng)器列管中裝有催化劑，脫氫反應(yīng)所需熱量通過管壁由高溫?zé)煹罋夤┙o，也可由融鹽作載熱體。乙苯蒸氣水蒸氣混合后，經(jīng)第一預(yù)熱器、熱交換器和第二預(yù)熱器預(yù)熱至540℃左右，進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行催化脫氫反應(yīng)。反應(yīng)后的脫氫產(chǎn)物經(jīng)與原料氣熱交換回收熱量后，進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷卻冷凝，冷凝液分層，下層為水層，上層油層送粗苯乙烯貯槽，不凝氣體中主要為H2，其余為CO2和少量CH4和C2H6。與絕熱式反應(yīng)器相比，等溫反應(yīng)器的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性都較高。但等溫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需大量的特殊合金鋼材，反應(yīng)器造價(jià)高。裝置生產(chǎn)能力也比較小。因此多管等溫反應(yīng)器脫氫工藝在工業(yè)上應(yīng)用不普遍，大型生產(chǎn)裝置很少采用。圖21多管等溫反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程圖1、脫氫反應(yīng)器；2、第二預(yù)熱器；3、第一預(yù)熱器；

4、熱交換器；5、冷凝器；6、粗苯乙烯儲(chǔ)槽；7、煙囪；8、加熱爐多管等溫反應(yīng)器乙苯脫氫反應(yīng)載熱體：煙道氣——燃燒燃料獲得的高溫氣體。煙道氣供熱的最佳范圍：200℃~600℃，組成：必有CO2、H2O、N2；可能有O2、CO。熔鹽：鹽類混合物，高溫下呈熔融狀態(tài)，熔點(diǎn)：142℃，沸點(diǎn)＞1000℃，供熱的最佳范圍為150℃~600℃，組成(wt%)：KNO3：53%；NaNO2：40%；NaNO3：7%絕熱式反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程圖示出了單段絕熱反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程。循環(huán)乙苯和新鮮乙苯與部分水蒸氣（主要起降低烴分壓、清焦作用）混合后，經(jīng)熱交換被加熱到520~550℃，再與過熱到720℃的過熱水蒸氣（主要起載熱體供給反應(yīng)所需熱量作用）混合，進(jìn)入脫氫反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。出反應(yīng)器的脫氫產(chǎn)物溫度為585℃左右，經(jīng)熱交換、冷卻冷凝，冷凝液分離去水后，進(jìn)粗苯乙烯貯槽。圖23單段絕熱型反應(yīng)器乙苯脫氫工藝流程圖1、水蒸氣過熱爐；2、脫氫反應(yīng)器；3、4、熱交換器；

5、冷凝器；6、分離器本工藝僅由過熱水蒸氣一次供熱，反應(yīng)器進(jìn)、出口溫度相差較大。這樣的溫度分布對(duì)反應(yīng)是不利的，因此單段絕熱式工藝單程轉(zhuǎn)化率和選擇性都