第二章

化學工藝基礎2.1

原料資源及其加工

石油天然氣煤生物質空氣水石油及其加工利用

石油化工自20世紀50年代開始蓬勃發(fā)展基本有機化工、高分子化工、精細化工及氮肥工業(yè)等的產品中大約有90%來源于石油和天然氣

石油及其加工三烯——乙烯、丙烯、丁二烯

石油制取三苯——苯、甲苯、二甲苯

石油、天然氣和煤制取

1.石油的組成

由分子量不同、組成和結構不同、數量眾多的化合物構成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上石油中的化合物分為烴類非烴類膠質和瀝青烴類化合物非烴化合物膠質和瀝青質

鏈式飽和烴環(huán)烷烴芳香烴

硫化物氮化物含氧化合物

稠環(huán)烴類等根據沸程的不同，將石油分類

2.油品的概念

石腦油（輕汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃潤滑油

350－520℃重、渣油

>520℃來源

常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油辛烷值汽油在內燃機中燃燒時，抗爆震性能的指標。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質量也愈好測定方法：研究法(RON)、馬達法(MON)

汽油的來源和指標

將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制成標準汽油。將待測汽油與標準汽油相比較，若兩者在標準汽油機中炕爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同測標準汽油中異辛烷的百分含量

93＃

？

90＃

辛烷值定義評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標定義：在單缸發(fā)動機中，當試驗油料的自燃性和十六烷與2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同時，待測油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分數相同

柴油的指標----十六烷值餾程閃點：評定柴油蒸發(fā)性能的指標，主要是50%和90%的餾出溫度凝點：在規(guī)定的實驗條件下，試樣開始失去流動性的溫度冷濾點：通過過濾器的流量每分鐘不足20mL時的最高溫度

柴油的其他性能指標

5＃:8℃以上0＃:8℃至4℃－10＃:4℃至－5℃－20＃:－5℃至－14℃－35＃:－14℃至－29℃－50＃:－29℃至－44℃根據使用時的氣溫選用不同標號柴油標號的依據是柴油的凝固點

柴油的標號利用原油中各組分沸點的差別進行分離常壓蒸餾減壓蒸餾

3、石油的加工一次加工——油品的加工催化重整（catalyticreforming）催化裂化(catalyticcracking)催化加氫裂化(catalytichydrocracking)

烴類熱裂解（pyrolysisofhybrocarbons）二次加工——餾分油的化學加工調整烴類的組成石油的加工的主要途徑和產品天然氣

主要成分是甲烷干氣

甲烷含量高于90%

濕氣

C2~C4烷烴含量≥15%~20%油田伴生氣

天然氣于石油伴生煤層氣（瓦斯氣）

吸附在煤上的甲烷天然氣水合物

凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物2.1.3天然氣及其加工利用制氫氣和合成氨經合成氣路線制燃料和化工產品直接催化轉化成化工產品熱裂解制化工產品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化濕氣中C2~C4烷烴的利用天然氣的化工利用煤(coal)

由含碳、氫的多種結構的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物質組成

成煤過程的程度不同分為

泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤

H%O%含量順序

泥煤>褐煤>煙煤>無煙煤2.1.4煤及其加工利用

高溫干餾（煉焦）低溫干餾煤氣化煤液化（直接液化間接液化）煤的加工煤低溫干餾

焦爐煤氣含氫、甲烷、乙烯等

低溫煤焦油

酚類、烷烴、環(huán)烷烴等

半焦

氣化合成氣

高溫干餾

焦爐煤氣粗苯分離苯二甲苯甲苯氧（雜）茚茚煤焦油分離苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料氣化合成氣合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等高壓加氫液化汽油、煤油、柴油等糠醛的他生產2C2H10O5H2O淀粉C12H22O11(麥芽溝糖)H2O2C6H12O6(葡萄叔糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的累生產2.1餡.5生物質及垮其加工利敬用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O產品分杯離與精算制化學反應原料預齒處理2.2化工生螺產過程留及流程化工生服產過程達到所需狀態(tài)和規(guī)格反應類型、反應器得到符合規(guī)格的產品回收利用副產物

2.2化工生騾產過程梢及流程化工生踐產工藝滿流程組糾織——推論分析笛法從“目榨標”出近發(fā)對不薄同功能撞的單元是進行邏統(tǒng)輯組合化工工剃藝過程勸的芽“洋否蔥”模紗型反應器分離與再猜循環(huán)換熱網康絡公用工捧程2.2化工生原產過程公及流程化工生產豎工藝流程掉組織——功能分析張法分析每個到單元的基屢本功能和激屬性，列摔出不同方抱案不同功玩能單元涼的實施訴方法不同設妖備型式不同流程患方案2.2化工生渡產過程黨及流程化工生剝產工藝裹流程組故織——形態(tài)分勸析法對不同流老程方案精扔確分析評隨價，擇優(yōu)別汰劣原畢則是否滿足皮所要求的題技術指標經濟指標碼的先進性環(huán)境、柳安全和復法律技術資料壺的完整性荷和可信度[例]丙烯氨氧犁化制丙烯蒙腈生產過勝程主反應：C3H6+NH3+1/2戲O2CH2=C謊HCN+H2O主要副湯產物：HCN聾C漠H3CNQ?如何從盟吸收塔砌底流出逮的水溶岔液中分睡離出丙厚烯腈和歲副產物務呢？方案一截：將丙烯迷腈和各及副產物毯同時從窩水溶液留中蒸發(fā)徒出來，海冷凝后泳再逐個蹲精餾分牧離；Q？丙烯腈與詞乙腈的沸饒點相近，敘普通精餾革方法難于成將它們分皆離方案二烤：采用萃恭取精餾鏡法先將威丙烯腈眾和HCN解吸出來蓄，乙腈留床在水溶液歌中，然后稻再分離丙炒烯腈和HCN乙腈與雅水完全逗互溶，絞而丙烯哄腈在水梁中的溶遠解度很肚小，用涌水作萃棵取劑，址使兩者績精餾分鍛離變得這很容易2.3化工過踐程的主妙要效率偵指標生產能訂力和生砍產強度化學反應才的效率—監(jiān)—合成效栗率轉化率敗選擇性豆收率平衡轉亮化率和且平衡產副率生產能力一個設備夫、一套裝跑置或一個秀工廠在單勁位時間內康生產的產遷品量或處再理的原料救量單位千克/時（kg/葵h）噸/天(t/d嶄)萬噸/鄉(xiāng)豐年兩(達10k茂t/a)？設計能力：在最佳條爭件下可以肯達到的最濁大生產能頌力設備的牧單位體主積（或崗面積）軍的生產部能力單位：kg/拳h(huán)·m3，t/丟d·m3kg/孤h·m2，t/寶d·m2生產強度？時空收率催化劑帶的生產圈強度單位時間透、單位體召積（質量侵）催化劑壁所得產品抵量合成效淋率原子經濟晃性AE環(huán)境因子（反應器聲）（反應辱系統(tǒng)）循環(huán)狼流除程轉化率選

擇擊性表達主宵、副反踢應進行搏程度的蛋大小反映原玻料的利梨用是否定合理從產物角饞度來描述葬反應過程尚的效率？單程收詠率屠總糞收率？平衡轉化很率平衡填產率？轉化率、抵選擇性和薪收率的關訪系收率芽產率2.4反應條件犬對化學平現(xiàn)衡和反應塌速率的影舞響可逆反孝應，平惑衡常數演與溫度否的關系溫度的影裁響——化學平衡吸熱反悲應Δ酒H?>0，K寫值隨著溫循度升高而銷增大,有屬利于平衡篇產率增加放熱反千應朱ΔH?<0，K喬值隨著溫童度升高而蝕減小，降坡低溫度使壤平衡產率隙增加2.4反應條錘件對化懶學平衡抄和反應筑速率的建影響溫度的影蜜響——反應速率ｋ總是隨江溫度的儀升高而摩增加不可逆毫反應，鉆產物生推成速率籌隨溫度尼的升高晌而加快可逆吸熱下反應，凈稅速率隨溫遵度的升高秘而增高可逆放熱晨反應，在寸最佳反應熟溫度下凈莊反應速率職最大2.4反應條件屈對化學平燭衡和反應扶速率的影間響濃度的影眼響反應物濃鹿度越高，哪越有利于蓋平衡向產湖物方向移歷動使廉禍價易得的茶反應物過姜量，提高憐價貴難得立反應物的慚利用率反應物濃沙度愈高，票反應速率耐愈快2.4反應條件斃對化學平柏衡和反應虜速率的影療響壓力的籃影響壓力對有永氣相物質最參加的反礦應平衡影語響很大分子數增恢加的反應從，降低壓嫂力可以提冬高平衡產律率分子椒數減少的界反應，提佛高壓力可毛以提高平兆衡產率提分子數不粗變的反應恩，壓力對強平衡產率沾無影響一定的揭壓力范咽圍內加靈壓，對賺加快反往應速率圈有一定撇好處，刮但壓力諷過高，便反而不夾經濟惰性氣體魯的存在，算降低反應笨物的分壓情，對反應劈燕速率不利鞏，但有利誦于分子數嘩增加的反容應的平衡2.5催化劑的茶性能及使躁用提高反應霧速率和選疑擇性改進操作抖條件催化劑閣有助于達開發(fā)新勞的反應翻過程，身發(fā)展新蓋的化工沿技術催化劑肆在能源碌開發(fā)和矮消除污槐染中可喘發(fā)揮重寨要作用催化劑懼的基本鴉特征催化劑是虧參與了反幼應的，但啊反應終了然時，催辣化劑本身虹未發(fā)生化臣學性質和修數量的變斬化催化劑只青能縮短達賤到化學平眾衡的時間斧（即加速錘作用），漁但不能改奸變平衡催化劑具盞有明顯的刺選擇性，置特定的催亦化劑只能績催化特定碼的反應催化劑列的分類按催化醒反應體峰系的物翼相均一候性均相催爪化劑保非均癥相催化津劑按反應外類別加氫、丟脫氫、氏氧化、抵裂化、步水合、谷聚合、疾烷基化淚、異構姑化、芳把構化、橡羰基化餅、鹵化按反應趨機理氧化還原括型催化劑膏、酸堿催漿化劑按使用條扎件下的物座態(tài)金屬催化嶼劑、氧化芹物催化劑疊、硫化物寬催化劑、蝕酸催化劑超、堿催化笛劑、絡合避物催化劑銜和生物催隸化劑工業(yè)催化籍劑的使用衡性能活性選擇性壽命壽命的影騙響因素化學穩(wěn)定稱性熱穩(wěn)定性力學性能牧穩(wěn)定性耐毒性失活原銷因：超溫過肉熱，使奪催化劑調表面發(fā)編生燒結童，晶型愛轉變或買物相轉殘變；原料氣中兔混有毒物婦雜質，使旺催化劑中鴿毒；有污垢服覆蓋催督化劑表償面催化劑襯的失活妹和再生再生：暫時性友中毒是俘可逆的耽，當原誼料中除杯去毒物高后，催用化劑可紙逐漸恢柏復活性永久性趕中毒則援是不可含逆的。遞催化劑簽積碳可張通過燒薄碳再生無論是暫碗時性中毒抵后的再生版，還是積侍碳后的再屢生，均會貢引起催化愛劑結構的陷損傷，致剝使活性下遞降催化劑橫的失活虹和再生2.6反應過凝程的物兩料衡算她和熱量矮衡算基穿礎輸入物逝料的總欲質量瞞=輸出物料裁的總質量耐+系宅統(tǒng)內積累題的物料質鎮(zhèn)量衡算系朽統(tǒng)的物政料衡算噴通式間歇操馬作過程幕的物料番衡算以每批節(jié)生產時洗間為基候準輸入物料夫量標每批投到入的所有恨物料質量齊的總和（縣包括反應伴物、溶劑萬、充入的婦氣體、催儀化劑等）輸出物料赤量菠該批卸針出的所有肢物料質量義的總和（歐包括目的妙產物、副協(xié)產物、剩剝余反應物拍、抽出的閱氣體、溶悅劑、催化糕劑等）投入料總連量與卸出浮料總量之沃差為殘存紫在反應器勞內的物料榜量及其它盛機械損失穩(wěn)定流首動過程厲的物料屋衡算系統(tǒng)中各麻點的參數遙（溫度、己壓力、濃日度和流量魂等）不隨組時間而變示化，系統(tǒng)搞中沒有積姿累輸入系縫統(tǒng)的物橋料總質封量=貌輸出衡系統(tǒng)的趟物料總濟質量組分衡算（∑mi）入=（∑備mi）出+Δmi原子衡刊算輸入物料宣中所有原俯子的摩爾考數之和悲=輸出面物料中所鄭有原子的凡摩爾數之踩和物料衡算史的步驟繪出流程杯的方框圖寇，以便選鹿定衡算系鎖統(tǒng)寫出化弟學反應旁方程式場并配平選定衡擔算基準備，以計伸算方便索為原則收集或計娘算必要的充各種數據設未知數覽，列方程泡式組，份聯(lián)立求解計算和貴核對報告計裳算結果物料衡蟻算的步占驟繪出流程洋的方框圖戒，以便選擠定衡算系鄙統(tǒng)寫出化學刃反應方程遷式并配平選定衡膜算基準叫，以計昌算方便愿為原則收集或計類算必要的測各種數據設未知數指，列方程庭式組，葵聯(lián)立求解計算和核產對報告計拐算結果穩(wěn)態(tài)流土動反應醋過程的拴熱量衡訂算穩(wěn)態(tài)流動羞反應過程澡是一類最慎常見的恒登壓過程，遲在該系統(tǒng)帖內無能量跑積累。輸入該系孫統(tǒng)的能量喊=安輸入物料桃的內能Uin+環(huán)抽境傳入訊的熱量QP輸出該系歐統(tǒng)的能量距=膝輸捧出物料的綢內能Uout+系統(tǒng)抓對外作的內功WUin+QP=Uout+W熱量衡濱算的關久鍵首先要兄確定衡噴算對象智，即明括確系統(tǒng)給及其周靠圍環(huán)境晚的范圍選定物遞料衡算化基準，蘭物、熱陡衡算方丹程式要億聯(lián)立求漆解，均備應有同肅一物料豬衡算基塊準確定溫濱度基準宮，多以仙298優(yōu)K（紹或27旦3K）出為基準散溫度注意物質悅的相態(tài)，挑計算相應慮的焓變本章結束END儲!9、靜夜四狂無鄰，荒宇居舊業(yè)貧田。。4月-久234月-2完3Fri琴day鄭,A柳pri電l2托8,腰202時310、雨中動黃葉樹滅，燈下隨白頭人弦。。05:3聾5:1905:3蜻5:1905:栽354/28瀉/202患35:考35:1卻9AM11、以我賺獨沈久間，愧君鼓相見頻白。。4月-勾2305:峽35:蒼1905:床35Apr-首2328-A設pr-2牙312、故人江懸海別，幾規(guī)度隔山川隨。。05:3鍋5:1905:3佳5:1905:纏35Fri誼day瘦,A駝pri均l2同8,呀202收313、乍見翻紹疑夢，相愧悲各問年拍。。4月-小234月-富2305:3鑼5:1905:泄35:跳19Apr茅il轟28,罵20萬2314、他鄉(xiāng)短生白發(fā)勢，舊國淋見青山餐。。28慶四月估202修35:3忘5:1雨9上霜午05:菌35:償194月-2粉315、比不了懂得就不比結，得不到層的就不要殖。。。四月挎235:3析5上恩午4月-庭2305:泥35Apri捕l28悉,20擱2316、行動出貸成果，工聯(lián)作出財富沫。。202擱3/4破/28己5:攤35:細2005:3任5:2028A天pril古202川317、做前，趙能夠環(huán)視濟四周；做繪時，你只查能或者最曠好沿著以暈腳為起點仰的射線向乘前。。5:3敏5:2殖0上琴午5:35堆上午05:3歉5:204月-總239、沒有失較敗，只有旨暫時停止鵲成功！。4月-疼234月-2嬸3Fri淚day減,A遮pri篩l2睡8,詞202撥310、很多事查情努力了槍未必有結趙果，但是替不努力卻共什么改變晝也沒有。廚。05:頸35:濾2005:3音5:2005:3眼54/2拆8/2勵023雪5:臭35:錢20器AM11、成功就殘是日復一祝日那一點遲點小小努潑力的積累補。。4月-2棕305:市35:株2005:3豆5Apr-定2328-A眠pr-2堡312、世間董成事，瘋不求其么絕對圓拳滿，留鴿一份不桑足，可鵲得無限群完美。功。05:3兼5:2005:3荒5:2005:3粘5Fri輸day居,A犧pri竄l2奸8,矮202肺313、不知香編積寺，數枕里入云峰營。。4月-貴234月-莖2305:3棕5:2005:征35:詳20Apri烤l28識,20竹2314、意志賀堅強的尊人能把綿世界放居在手中拿像泥塊巧一樣任疊意揉捏混。28四紅月20梅235:3潛5:2灘0上氧午05:3副5:204月-鉤2315、楚塞三設湘接，荊屈門九派通服。。。四月2師35:35押上午4月-2儀305:3稼5Apr議il籮28,鐘20降2316、少年十抖五二十時栗，步行奪幟得胡馬騎扇。。2023老/4/2弓85:驚35:2壞005:至35:糕2028鑒Apr泳il凈202鬧317、空山甲新雨后稿，天氣拐晚來秋紀。。5:35繡:20愿上午5:3砍5上粒午05:3扛5:204月-2板39、楊柳額散和風基，青山腔澹吾慮恐。。4月-您234月-不23Fri惑day圖,A品pri素l2廈8,占20