化工生产技术（高教出版社) 02第2章化工生产过程分析.doc

第二章 化工生产过程分析与组织 第一节 化工生产工艺指标 一、反应时间和操作周期 1.反应时间 反应时间也即停留时间或接触时间，对于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。 （1）空间速度 指在单位时间内，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。 空间速度简称空速，常用SV表示，其计算式为: 式中 —反应气体在标准状态下的体积流量，m3／h ——催化剂的体积，m3 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。 （2）接触时间 是指反应物料（蒸汽或气体）在催化剂上的停留时间又称停留时间。常用τ表示，单位为秒，s，可用下式计算： 式中——催化剂的体积，m3 ——反应气体在操作条件下的体积流量，m3／h 。 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。 【例2.1.1】 某低压法合成甲醇装置，生产能力为95000t／a,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280000Nm3／h。计算通入合成气的空间速度和在催化剂上的接触时间。 解：=280000（Nm3／h） =44.9（m3） 通入合成气的空间速度为： 在操作条件下，即P=5MPa，T=523K, 合成气的体积流量为： 接触时间 2.操作周期 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。 二、生产能力与生产强度 生产能力与生产强度是评价化工生产效果的重要指标之一。 1．生产能力 生产能力是指一台设备、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。例如，一台管式裂解炉一年可生产乙烯产品5万t．即50 kt／（a·台）；年产5 000 t聚乙烯醇的生产装置，表示该装置一年可以生产5 000t的聚乙烯醇产品；又如年产30万t合成氨的工厂，指的是该厂一年能生产30万t的合成氨产品。 原料处理量也称为加工能力。如处理原油为500万t／a的炼油厂，是指每年可将500万t原油加工炼制成各种油品。 生产能力有设计能力、核定能力和现有能力之分。设计能力是设备或装置在最佳条件下可达到最大的生产能力，即设计任务书规定的生产能力。核定能力是在现有条件的基础上结合实现各种技术、管理措施确定的生产能力。现有能力也称作计划能力，是根据现有生产技术条件和计划年度内能够实现的实际生产效果，按计划产品方案计算确定的生产能力。 设计能力和核定能力是编制企业长远规划的依据，而现有生产能力则是编制年度生产计算的重要依据。 2．生产强度 生产强度指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，其单位是kg／（h·m3）、t／（h·m3）、kg／（h·m3）、t／（h·m3）。 具有相同化学或物理过程的设备（装置），可用生产强度指标比较其优劣。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。如催化反应装置的生产强度，常用时空收率表示。 时空收率是指单位时间内、单位体积（质量）催化剂所能获得的产品量，记作kg ／（h·m3催化剂）或kg／（h·kg催化剂）。 例如，醋酸乙烯酯的合成，乙炔气相法的时空收率为1～2 t／（d·m3催化剂）；乙烯气相法为6～7 t／（d·m3催化剂）。显然，乙烯气相法设备的生产强度比较高。 三、反应转化率、选择性和收率 衡量化学反应进行的程度及其效率，常用转化率、选择性及收率等指标。是化学反应工程的几个专门名词，它们和物料衡算有密切关系。 1.反应转化率 转化率是某种反应物转化掉的量占投入该反应物总量的百分数。反映了原料通过反应器之后产生化学变化的程度。 转化率愈高说明产生化学变化的原料在总投料量中所占比例愈大。一般情况下，通入系统的每一种原料都不大可能全部参加化学反应，也就是说，转化率通常小于1OO％。 工业生产中有单程转化率和总转化率，它们的区别在于系统划分的不同，单程转化率以生产过程中的反应器为系统，其表达式为： 总转化率是以整个生产过程为系统，其表达式为： 对于可逆平衡反应，当反应达到平衡时的转化率为平衡转化率，其表达式为： 平衡转化率是在一定条件下，某种原料参加某一化学反应的最高转化率，作为一个理论值虽然不能反映实际生产过程中反应的效果，但是由于它表示了一定条