化学工艺学_第三章通用反应单元工艺.pptVIP

第三章 通用反应单元工艺第一节 氧化第二节 氢化和脱氢第三节 电解 第一节 氧化 利用氧化反应，将氧原子引进化合物内，或由化合物中除去氢原子，已成为化学工业中生产诸如硫酸、硝酸、醇、酮、醛、酸和环氧化物等的重要方法。 能输送氧或夺取氢原子的物质称为氧化剂。 使用催化剂的氧化反应称为催化氧化。 通用反应单元工艺 ——氧化 一、概述 1.氧化反应的分类 (1)按反应类型分类 氧原子直接引入作用物的分子内。 作用物分子只脱去氢，氢被氧化为水（称为氧化脱氢） 通用反应单元工艺 ——氧化 CH2=CH2 + 1/2O2 → CH3CHO CH3CHOHCH3 + 1/2O2 → CH3COCH3 + H2O 作用物分子脱氢（氢被氧化为水）并同时添加氧 两个作用物分子共同脱去氢，氢被氧化为水（称作氧化偶联） 碳-碳链部分氧化，作用物分子脱氢和碳键的断裂同时发生（称作部分降解氧化） 通用反应单元工艺 ——氧化 碳-碳键完全氧化（称作完全降解氧化） 间接氧化 氮-氢键的氧化 通用反应单元工艺 ——氧化 硫化物的脱氢或氧化 (2)按反应相态分类 气-液相氧化 习惯上称作液相氧化，因氧化反应在整个液相中进行，又常称为均相催化氧化反应 气-固相氧化 固相为催化剂，作用物和氧化剂为气相，因氧化反应在气-固相界面上进行，又常称为非均相催化氧化反应 通用反应单元工艺 ——氧化 2.氧化反应的共同特点 (1)氧化反应是一个强放热反应 (2)氧化反应途径多样，生成的副产物多 (3)从热力学趋势看，烃类氧化成CO2和H2O的倾向性很大，应设法及时中止反应，避免原料和中间产物的损失 通用反应单元工艺 ——氧化 3.氧化剂 按照Fieser的分类方法，氧化剂可以分为八种 (1)氧或空气 (2)氧化物 (3)过氧化物 (4)过氧酸 (5)含氧盐 (6)含氮化合物 (7)卤化物 (8)其他氧化剂 有臭氧，发烟硫酸，熔融碱和叔丁醇铝[AlOC(CH3)3] 通用反应单元工艺 ——氧化 4.作用物的分子结构与氧化难易的关系 (1)碳氢化合物中的C-H键的氧化活性顺序为： 叔C-H仲C-H伯C-H (2)具C=C和C=O双键时，以α-位的C-H键较易被氧化； (3)醛类中的C-H键容易被氧化成过氧酸； 通用反应单元工艺 ——氧化 (4)苯核相当安定，不容易被氧化； (5)烷基芳烃的侧链中 α 位置易被氧化 (6)烷基芳烃中，有第二取代基存在时，烷基的氧化会受其影响。 通用反应单元工艺 ——氧化 5.反应热的合理应用 (1)反应温度在300℃以上的，可利用反应热产生中、高压蒸气，过热后用来推动空压机透平，也可以用来发电，汽轮发电机的背压气(0.5~1.5MPa)用于装置的加热。 通用反应单元工艺 ——氧化 反应热合理应用的原理流程图 (2)低位废热(80~100℃)的利用 可先用于加热沸点低于100℃的工作介质，如丁烷，氟利昂等，使它们汽化过热后可带动透平做功。 (3)尾气的利用 可利用膨胀透平机来带动鼓风机或泵。 (4)反应热的综合利用 氧化反应热的利用可与整个企业的能量利用结合起来考虑，以达到热量综合利用的目的。 通用反应单元工艺 ——氧化 二.二氧化硫催化氧化制硫酸 硫酸是一种无色透明的油状液体，工业品因含有杂质，呈淡黄色，有强烈的腐蚀作用，浓硫酸遇水会释放出大量热量。 2014年我国硫酸总产量为88.5Mt/a.居世界第一. (1)硫酸的工业用途 是无机化工最重要的产品之一，70%用来生产化肥，其他如金属清洗、木材水解、石油精制、提铀、炼钛、合成洗涤剂、三大合成材料的制备等。 (2)原料 主要有硫磺、有色金属冶炼烟气、硫铁矿。现在，尾气中回收H2S后制硫酸也受到重视。 通用反应单元工艺 ——氧化 (3)商品规格 稀硫酸ω(H2SO4)=75%~78%； 浓硫酸ω(H2SO4)=93%或98%(俗称93酸和98酸)； 发烟硫酸内含游离SO3 φ (SO3)=20%或65%(俗称105酸和115酸) (4)安全和环保 安全 浓硫酸有强氧化性，会灼伤皮肤，稀、浓硫酸还 有腐蚀性，对管道和设备造成腐蚀，因此在生产中