化学工艺第二章化学工艺 的共性知识.ppt

2.2 化工生产过程及流程 2.2.1化工生产过程 化工生产过程一般可概括为三个步骤 原料预处理 化学反应 产品的分离和精制 2.2.2 化工生产工艺流程 2.2.2.1 工艺流程和流程图 工艺流程 化工生产中将原料转变成产品的生产步骤和顺序的有机组合。 工艺流程图 通过绘图来表示的的工艺流程 主要包括方框图、流程示意图（教材所示都属于此类）、管道和仪表流程图（工程图）。 流程图的概念 通过管道将反应器与单元操作设备的合理连接，称为为工艺流程。 通过规定的图例、标线来表现工艺流程的图，工艺流程图 最基本的 方框图 简单的 示意图（主线） 全面的 工艺流程图 （管道及仪表流程图） （施工图） 2.2.2.2化工生产工艺流程的组织 推论分析法：从目标出发，寻找实现的前提，将具有不同功能的单元进行组合，形成一个具有整体功能的系统 功能分析法：认真研究每个单元的基本功能和属性，然后组成几个可以比较的方案以供选择 形态分析法：对每种可供选择 的方案进行精确的分析和评价，择优汰劣，选择最优方案 (1)满足技术要求（2）技术选进（3）经济合理（4）环保。 举例：丙烯氨氧化剂丙烯晴 ，如何分离丙烯晴（含有HCN、乙晴） 一、同时将丙烯晴和副产物蒸发出来，冷凝后，精馏，但丙烯晴与乙晴沸点差别小。 二、采用萃取精馏法，先将丙烯晴和HCN解吸出来，乙晴留在水溶液中。然后再用分离丙烯晴和HCN。 硫酸的生产中，由于“一转一吸” 原料利用率低，尾气排放量高，主要使用二转二吸。但更多吸收转化不经济。 丙烯液相水合制异丙醇流程，丙稀只有60—70%转化，尚有30—40%没有转化，采用循环流程更合理。（不是多个反应器串联） 除了工艺满足上述合理要求外，还要考虑，合理利用和回收利用能量，回收热能的过程中，要考虑温位高温位的热能先做功，低温位的用于工艺原料、加热介质。 2.3化工过程的主要效率指标 2.3.1生产能力和生产强度 生产能力是指一个设备、一个装置或一个工厂在单位时间内生产的产品数量。 生产能力的单位： kg/h t/d kt/a 万 t/a 生产强度是指设备单位体积（面积）的生产能力 生产强度的单位 kg/(h.m3) t/(d.m3) 2.3.2转化率、选择性和收率（产率） 转化率是指某一反应物在反应中转化的数量占该反应物起始量的分率 X= 某一反应物的转化量/该反应物的起始量 通常计算关键组分的转化率 不可逆反应最大转化率为100%，可逆反应的最大转化率为平衡转化率 循环流程中可分为单程转化率和总转化率 选择性 是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。 S=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的转化总量 收率（产率） 是从产物角度来描述反应过程的效率 Y=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的起始量 Y=S.X 质量收率 是指投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量 Ym=目的产物的质量/某原料的起始量 2.4.反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.4.1温度的影响 （1）对平衡的影响 放热反应 提高温度Kp增大 吸热反应 提高温度Kp下降 (2)对反应速率的影响 不可逆反应 温度增大 反速加快 可逆吸热反应 温度增大 反速加快 可逆放热反应存在最适宜温度的概念 2.4.2.浓度的影响 对平衡的影响 反应物浓度增加，有利于平衡向产物方向移动。 实际操作中，往往使非关键反应物的量过量以求得关键反应物的转化率和收率提高。 再就是寻求一个最适宜的配比，使产物量增加。 对速度的影响 由反速r=k.c可知C提高有于反速加快。一般随反应进行C降低反速会逐渐降低。 可逆反应，反应物浓度与平衡浓度之差为反应推动力，反应过程中不断取出产物，反应远离平衡可保持高速率和反应向产物方向移动，近年来反应-精馏，反应-膜分离，反应-吸收新技术的应用，就是其于这样的原理。 2.4.3.压力的影响 主要是对气相反应的影响 提高压力 对分子数减少的反应有利 可使反应向产物方向移动 提高压力 可加快反应速率 惰性气体存在可降低反应物系的压力 2.5.催化剂的性能及使用 催化剂的作用: 提高反速和选择性 改进操作条件；降温、降压、节能、降低成本 有助于开发新的反应过程，发展新技术. 在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。 2、5、1、催化剂的基本特征 催化剂 加快反应系统的反应速度，而自身数量、组成在反应前后不变化。 机理 形成中间络合物，改变反应途径 降低活化能 催化剂特征：（1）参与反应 但反应终了时其性质和数量不变（2）改变速度不改变平衡（3）明显