化工工艺概论课程总结.doc

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1、化工工艺概论课程总结化工工艺概论课程总结化工工艺概论教学课程总结2022-2022学年第二学期的教学工作已经结束,回顾这半年来的工作，我在系领导及各位同事的支持与帮助下，严格要求自己，按照学校的要求，较好地完成了自己的本职工作。通过半年来的学习与工作，教学模式上有了新的突破，工作方式有了较大的改变，现将半年来的化工工艺概论教学工作情况总结如下：一、化工工艺概论课程性质和任务课程性质：本课程属于专业课，是我系化工专业的一门必修课程，也是一门与化工生产技术紧密联系的课程。任务：依据应用性、实用性、综合性、先进性原则进行教学。使学生掌握典型无机化工产品生产的基础知识，拉近理论与实践的距离，开阔学生视

2、野，激发学习兴趣。二、课程的基本要求与重点、难点基本要求：掌握典型化工工艺的基本原理、工艺条件的确定、生产工艺流程、主要设备的结构特点及具有代表性的产品的生产操作的控制分析等知识。同时要了解有关化工生产的新工艺、新技术、新设备、发展动态能量回收、三废处理等问题。重点、难点：化工产品的生产原理、工艺条件的确定、生产工艺流程及生产操作控制的分析为重点；难点是重点工段生产原理的分析和工艺条件的确定分析。三、本课程与其它课程的关系本课程具有较强的专业性和原则性，是在学习大化、物化、化工原理等基础理论的基础上开设的专业课，也是学生深入化工生产理论与实际的基础课。内容有一定的难度，因此，学生在学习本课程之

3、前必须掌握一些有关方面的知识，需要学生阅读一些相关资料，加深印象。学生在学习过程中不仅仅要仅限书本上的知识，还应该理论联系实际，理论与实践相结合，通过一定的实践来了解和掌握化工工艺理论，可以锻炼学生的动手能力以及激发学生对这门课程的学习兴趣。四、教材选择本课程所选用的教材是“教育部高职高专规划教材”。规划教材是高职高专教育专业人才培养目标及规格的要求，在对有关专业的人才培养模式和教学内容体系改革进行充分调研和论证的基础上，充分吸取高职高专在探索培养技术应用性专门人才方面取得的成功经验和教学成果编写而成的系列教材之一。它是化学工业出版社教材出版中心出版的教材，全书共分七章。本书在介绍各化工工艺原

4、理、操作条件选择、工艺流程和典型设备的同时，对能量分析及某些操作的处理原则进行了分析，对当前化工发展的前沿，如化工微电子材料、纳米技术、绿色化工等也做了较多的介绍。辅助教材采用的是化工工艺学、实用化工工艺、无机化工生产技术、有机化工生产技术等参考书籍，借助于参考辅助教材的内容，简化教材中的难点，补充教材中不完善的内容，使学生易于理解教材中的难点及重点。对授课起到了较大的帮助。五、关于教学方法化工工艺概论是一门专业必修课，由于充分注意到高职专科学校培养技术应用人才的特点和教材内容以“人需和够用”为原则，着重考虑了精选教材内容，加强联系实际，培养务实能力。教学方法上应采用课堂教授法时，多注意联系生

5、产实际，引导学生加深对教学内容的理解，增强学生独立思考能力和创新能力。六、教学质量05级化工班和工业班共有学生49名，出勤率较好，课堂上学生的听纪律较好，听课表现情况一般，约一半学生能认真听课，部分学生能响应提问，也有部分同学在课堂上表现不好，学习热情不高，听课不认真，注意力不够集中，作业完成情况良好，考试成绩比较正常，可以认为多数学生基本掌握了本门课程的重点内容，基本达到了学期初制定的教学计划。七、课程考核平时成绩占30%：由作业、出勤、课堂表现等来评定；期末成绩占70%。采取闭卷笔试形式。八、感想本人在教学过程中得到了系领导及其他老师的很多帮助，总体来说，比较顺利地完成了本门课程的教学任务

6、，但在教学中也存在着很多问题，需要今后改进，自己的教学水平还需要不断地提高，并充实自己的其他相关学科的知识，加深本科教学理念，更好地完成今后的教学任务。二七年六月二十八日扩展阅读：化工工艺知识总结第二章石油化工基础知识第一节化工生产过程及工艺流程一化工生产过程一个化工生产过程一般包括原料预处理.化学反应和产品分离及精制等三大部分。1.原料预处理原料预处理的主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格2化学反应通过该步骤完成了由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。（1）化学反应类型按反应特性分：氧化.还原.加氢.脱氢.歧化.异构化.烷基化.脱烷基化.脱基化.分解.水合.偶合.聚合.缩聚.缩

7、合.酯化.磺化.硝化.卤化.重氮化等按反应体系中的物料的相态分：均相反应和非均相反应按是否使用催化剂：催化反应和非催化反应（2）反应器种类按结构特点分：管式反应器.床式反应器.釜式反应器和塔式反应器按操作方式分：间歇式.连续式和半连续式按热状况分：等温反应器.绝热反应器和变温反应器按换热方式分：间接换热和直接换热的反应器3.产品的分离和精制化工生产的目的是获取符合规格的产品，并回收利用副产物分离和精制的方法通常有：冷凝.吸附.吸收.冷冻.萃取.闪蒸.精馏.渗透膜分离.结晶.过滤和干燥等。到目前为止，采用最多.最广泛的是精馏。二.化工生产工艺流程1.工艺流程和流程图按物料加工顺序将这些功能单元有

8、机地组合起来，构成工艺流程，用图的形式表示的就是工艺流程图。2.化工生产工艺流程图的组织（1）推论分析法（2）功能分析法（3）形态分析法3.化工生产工艺流程设计第二节化工过程的主要技术指标一.生产能力.生产强度和开工因子1.生产能力指一个设备.一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内所处理的原料量。2.生产强度指设备在单位特征集合量上的生产能力。即设备单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。在分析对比催化反应器的生产强度时，通常要看在单位时间内,单位体积催化剂或单位质量催化剂上所获得的产品量，亦即催化剂的生产强度，有时也成为时空收率或空时得率。3.有效生产周期工厂的有效生产

9、周期经常用开工因子来表示，开工因子通常在0.9左右。开工因子=全年开工生产天数/365（2-1）二.化学反应的效率指标1.原子经济性原子经济性AE=目的产物的原子质量/反应物的总原子质量（2-2）2.环境因子环境因子E=废物质量/目标产物质量（2-3）三.转化率.选择性和收率化工总过程的核心是化学反应，提高反应的转化率.选择性和产率是提高化工过程效率的关键。1.转化率转化率=转化掉的原料量/投入反应器的总原料量（2-4）人们常常对关键反应物的转化率感兴趣，所谓关键反应物是指反应物中价值最高的组分或者说希望都反映掉的那个组分，为使其尽可能转化，常使其他反应组分过量。对于不可逆反应，关键组分的转化

10、率最大为100%，对于可逆反应，关键组分的转化率最大为其平衡转化率。在循环过程中必须有部分放空（防止惰性物的积累）A的单程转化率=原料A在反应器中转化掉的量/反应器进口物料中的A的总量（2-7）A的全程转化率=原料A在反应器中转化掉的量/反应器进口物料中新鲜A的量（2-8）2.选择性对于复杂反应体系，同时存在有生成目的产物的主反应和生产副产物的许多副反应，只用转化率来衡量是不够的。因为尽管有的反应体系原料转化率很高，但大多数转变成副产物了，目的产物很少，意味着许多原料浪费了。所以需要用选择性这个指标来评价反应过程的效率。选择性=生成目的产物所消耗的原料量/转化掉的原料量（2-9）选择性表达了主

11、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。3.收率（产率）收率=生成目的产物所消耗的原料量/投入反应器的总原料量（2-11）或写成：收率=转化率*选择性*100%（2-12）4.质量收率指投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量质量收率=生成目的产物的质量/投入反应器的原料质量（2-13）质量收率主要针对复杂反应，难以写出定量反应式的过程的计算，如乙烯厂乙烯收率的计算一般均采用质量收率。四.平衡转化率和平衡收率的计算可逆反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率，此时所得产物的收率（产率）为平衡收率（产率）。平衡转化率和平衡产率是可逆反应所能达到的极限值（最大值），但是，反应达到平

12、衡需要相当长时间。对于反应:若为气象反应体系，其标准平衡常数表达式为：Kp=（2-14）理想气体的Kp只是温度的函数，与反应体系的总压和组成无关；在低压活着压力不高（3MPa）和温度较高（200以上）的条件下，真实气体接近理想气体，此时可用理想气体的气液平衡场常数及有关平衡数据，及可忽略压力与组成的影响。若为液相反应体系，其标准平衡常数表达式为：Kp=（2-16）第三节反应条件对化学平衡和反应速率的影响一.反应温度的影响1.温度对化学平衡的影响对于吸热反应，K值随着温度升高而增加，有利于反应，平衡产率增加。对于放热反应，K值随着温度升高而减小，不利于反应，平衡产率降低。2.温度对化学反应速率的

13、影响反应速率指单位时间单位体积某反应物组分的消耗量，或某产物的生成量。反应速率方程可以用浓度的幂函数形式来表示，例如对于反应：其反应速率方程为反应速度常数与温度的关系可以用如下的阿伦尼乌斯方程表示由上式可知，k总是随着温度的升高而增加的（有极少数例外），一般反应温度每升高10，反应速率常数增大24倍。对于不可逆反应，逆反应速率忽略不计，故产物生成速率总是随温度的升高而加快；对于可逆反应而言，正.逆反应速率之差即为产物生成的净速率。温度升高时，正逆反应速率常数都增大，所以正逆反应速率都提高，净反应速率是否怎加呢？经过分析知：对于吸热的可逆反应，净速率r总是随着温度的升高而增高的；而对于放热的可逆

14、反应，净速率r随温度变化有3种可能性，当温度较低时，r随温度的升高而增高，当温度超过某一值后，r随着温度的升高而下降。r有一个极大值，此极大值对应的温度称为最佳反应温度，亦称最适宜反应温度。二.浓度的影响根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。当有多种反应物参加反应时，往往使廉价易得的反应物过量，从而可以使价贵或者难得的反应物更多地转化为产物，提高其利用率。由反应速率式可知，反应物浓度越高，反应速率越快，一般在反应初期，反应物浓度高，反应速率大，随着反应的进行，反应物逐渐消耗，反应速率逐渐下降。提高溶液浓度的方法有：对于液相反应，采用能提高反应物溶解度的溶剂，或者在反

15、应中蒸发或冷冻部分溶剂等；对于气相反应，可适当压缩或降低惰性物的含量等。对于可逆反应，反应物浓度与其平衡浓度差是反应的推动力，此推动力越大则反应速率越快。所以，在反应过程中不断从反应区取出生成物，使反应远离平衡，既保持了高速率，又使平衡不断向产物方向移动，对于受平衡限制的反应有利于提高产率。三.压力的影响一般来说，压力对液相和固相反应的平衡影响较小。气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应的平衡影响很大。其规律为：（1）对于分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率；（2）对于分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大；（3）对于分子数没有变化的反应，压力对平衡产率无影响。在一

16、定的压力范围内，加压可减少反应体积，加快反应速率，但效果有限，压力过高，能耗增大，对设备要求高，反而不经济。惰性气体的存在，可降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡，是否添加惰性组分，添加多少，也要根据实际而定。四.停留时间的影响停留时间是指从物料进入设备到离开设备所需要的时间，若有催化剂存在指催化剂的接触时间（反应时间），单位一般用秒（s）表示。一般停留时间越长，原料转化率越高，产物的选择性越低，设备的生产能力小，空速越小，反之亦然。五.空速的影响空速为停留时间的倒数，一般空速越大，停留时间越短，原料转化率越低，产物的选择性越高，设备的生产能力大，反之亦然。六.原料

17、配比的影响实际中总是那些廉价易得的易回收的无毒的无腐蚀的无污染的反应物过量（大于理论配比）以提高另外一个反应物的转化率。第四节催化剂的性能及使用能加快化学反应速度的的催化剂称为正催化剂；能减缓化学反应速度的叫负催化剂或阻催化剂；有些反应所产生的某种产物也会使反应迅速加快，这种现象称为自催化作用。1.催化剂的基本特征在一个反应系统中因加入催化剂而使反应速度明显加快，主要是因为它能与反应物生成不稳定的中间化合物，改变了化学反应途径，使反应的活化能得以降低。由阿伦尼乌斯方程可知，活化能降低可使反应速率常数增大，从而加速了反应。（1）催化剂是参与了化学反应的，但是反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和

18、数量的变化。（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用）但不能改变平衡。也就是说，无论是否有催化剂存在，该反应的自由能变化，热效应，平衡常数和平衡转化率相同。催化剂不能使热力学上不可能进行的反应发生；催化剂是以同样的倍率提高正逆反应的速率的，能加速正反应速率的催化剂，也必然能加速逆反应。（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的化学反应。这一作用在有机化学反应领域中起了非常重要的作用，因为有机反应体系往往同时存在许多反应，选用合适的催化剂，可使反应方向向需要的方向进行。2.催化剂的主要作用（1）提高反应速率和选择性（2）改变操作条件使操作条件变得缓和，降低能耗，提高反应速

19、率（3）有助于开发新反应（4）在能源开发与环境友好方面作用显著3.工业催化剂使用中的有关问题（1）工业催化剂的使用性能指标活性指在给定温度压力和反应物流量（或空速）的情况下，催化剂使原料转化的能力。活性越高则原料的转化率越高。或者在在转化率及其他条件相同时，催化剂活性越高则需要的反应温度越低。工业催化剂应该有足够高的活性，一般用原料的转化率来表示催化剂的活性。选择性指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物。选择性越高，则越有利与产物的后处理。当催化剂的活性与选择性难以两全齐美时，若反应原料昂贵或产物分离困难，则选用选择性高的催化剂；若原料廉价易得或产物易分离，则选用活性高的催化剂。一般用产物的

20、选择性来表示表示催化剂的选择性。寿命指其使用期限的长短，寿命的表征是生产单位产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平上催化剂能使用的时间长短。催化剂的寿命受以下几个方面的影响:化学稳定性：催化剂的化学组成和化合状态在使用条件下发生变化的难易。热稳定性：催化剂在反应条件下对热破坏的耐受力。机械稳定性：指固体催化剂在反应条件下强度是否足够。耐毒性：催化剂对有毒物质的抵抗力或耐受力其他，如廉价.易得.无毒.无害.易分离等。（2）催化剂的活化许多固体催化剂在出售时的状态一般是较稳定的，但这种稳定状态不具有催化性能，催化剂在反应前必须对其进行活化，使其转化成具有活性的状态。（3）催化剂的失活和再

21、生引起催化剂失活的原因较多，对于络合催化剂而言，主要是超温，大多数络合物在250以上就分解而失活；对于生物催化剂而言，过热.化学物质和杂菌的污染.pH值失调等均是失活原因；对于固体催化剂而言，失活原因有:超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物相转变；原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；有污垢或积碳覆盖在催化剂表面。原料中能使催化剂活性严重下降的微量物质叫做催化剂毒物，这种现象叫做催化剂中毒。催化剂中毒又分为暂时性中毒和永久性中毒两种情况。催化剂的积碳可通过烧炭再生。无论暂时性中毒后的再生还是积碳后的再生，均会引起催化剂结构的损伤，致使活性下降。（4）催化剂的运输.存储和装卸在运输过程中防

22、止其受污染和破坏；装填要均匀，避免出现架桥现象，以防反应工况恶化。使用后在停工卸出之前，要进行钝化处理，由其是金属催化剂一定要经过低含氧量的气体钝化后，才能暴露于空气中，否则遇空气剧烈氧化自燃，烧坏催化剂和设备。第四章烃类热裂解制烯烃第一节概述一.乙烯发展概述乙烯生产方法有乙醇脱水法，电石-乙炔-加氢法，烃类热裂解法，天然气偶合法等，目前工业几乎全部采用烃类热裂解法。二.烯烃在石油化工中的地位乙烯，丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有不饱和的双键，化学性质活泼，能与多种物质发生加成，共聚或自聚等反应，生成一系列重要产物，是化学工业的重要原料。乙烯是石油化工的标志产品，在石油化工中占主导地位。乙烯装

23、置生产的三烯（乙烯，丙烯，丁二烯）和三苯（苯，甲苯，二甲苯）是其他有机原料及三大合成材料（合成树脂，合成橡胶，合成纤维）的基础原料。第二节热裂解过程的化学变化与基本原理烃类热裂解是将烃类原料（天然气，炼厂气，石脑油，轻油，柴油，重油等）在高温（800以上），低压（无催化剂）的条件按下，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃，烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。烃类热裂解反非常复杂，具体体现在：（1）原料复杂包括天然气，炼厂气，石脑油，轻油，柴油，重油甚至是原油，渣油等。（2）反应复杂除了断链和脱氢主反应外，还包括环化，异构，烷基化，歧化，脱烷基化，缩合，聚合，生焦

24、，生碳等副反应。（3）产物复杂即使采用最简单的乙烷为原料，产物除了氢气，甲烷，乙烯，乙炔，乙烷外，还有C3，C4等低级烃类和C5以上的液态烃。一.烃类裂解的反应规律1.烷烃的裂解反应（1）正构烷烃正构烷烃的裂解主要有脱氢反应和断链反应，对于C5以上的烷烃还可以发生环化脱氢反应等其他反应。脱氢反应CH键断裂的反应，产物中碳原子数保持不变，通式如下：断链反应CC键的断裂反应，生成碳原子数较少的产物，其通式如下：相同烷烃脱氢和断链的难易程度可以从分子结构中的键能的大小，反应的标准Gibbs焓变，和标准反应热的大小来判断。最终结果：断链比脱氢容易。两者都为吸热反应。环化脱氢C5以上的正构烷烃可发生如下

25、的环化脱氢反应生成环烷烃。（2）异构烷烃CC键或CH键的将能较正构烷烃的低，故容易断链或脱氢；脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为:伯碳氢仲碳氢叔碳氢；异构烷烃裂解所得的乙烯收率远较正构烷烃低，而氢气，甲烷，C4及C4以上烯烃收率较高。丙烯收率比正构烷烃高。随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减少。2.烯烃的裂解反应工业上应用的裂解原理一般含烯烃很少，但裂解一次反应生成的烯烃会进一步发生断链，脱氢，歧化，聚合和芳构化等二次反应。（1）断链反应较大分子的烯烃裂解可以断链成2个较小的烯烃分子，通式如下：烯烃裂解时位于双键位置CC键的解离能比位置CC键的解离能低，所以烯烃

26、断链主要发生在位置，仅有少量位置CC键断裂。丙烯，异烯烃，二烯烃由于没有位置的CC键，所以比相应的烷烃难于裂解。（2）脱氢反应烯烃可进一步脱氢生成二烯烃和炔烃，通式如下：（3）歧化反应两个相同分子烯烃可以歧化为两个不同烃分子，其通式如下：（4）双烯合成反应（环化反应）二烯烃与烯烃进行双烯合成而生成环烯烃，进一步脱氢生成芳烃，通式为:（5）芳构化反应六个或者更多碳原子数的烯烃，可以发生芳构化反应生成芳烃。（6）加氢反应（7）缩合，聚合（8）异构：官能团异构、骨架异构3.环烷烃的裂解反应环烷烃较相应的链烷烃稳定，在一般条件下可发生断链开环反应、脱氢反应、侧链断裂及开环脱氢反应，还可以进行脱氢生成苯

27、，深度加氢生成甲烷。通式如下：4.芳烃的裂解由于芳环的稳定性，芳烃的裂解主要发生在烷基烃的侧链上，以及芳烃缩合生成多环芳烃，进一步生成焦的反应。所以含芳烃的原料油不仅烯烃收率低，而且结焦严重，不是理想的裂解原料。5.裂解过程中的结焦生碳反应生碳：乙烯，在9001100或更高的温度下，经过乙炔中间阶段生碳（Cn,n为300400）生焦：500900，通过芳烃的中间阶段而生成。区别：温度不同中间阶段不同H含量不同，C几乎不含H，焦中含少量的H相同：都是固态（s）-固态的通用危害。危害：降低烯烃收率增加各种阻力（流动，传热等）严重时造成停产，影响操作周期6.一次反应和二次反应一次反应：原料生成目的产

28、物乙烯丙烯的反应，是希望发生的反应。二次反应：由乙烯、丙烯进一步反应生成焦、炭。危害：消耗了原料，降低了烯烃收率；增加各种阻力，对裂解操作和稳定生产都带来了不利的影响。7.各族烃类裂解的反应规律反应速度：烷烃环烷烃（六环五环）芳烃乙烯收率：烷烃（正构异构）环烷烃芳烃（环烷烃与芳烃基本不选，易生焦）结焦程度：烷烃进行下去，直到生成H或CH3自由基为止。所以，C原子数较多的烷烃，在裂解中也能生成碳原子数较少的乙烯和丙烯分子。链的终止是2个自由基通过加成反应使自由基消失。2.利用自由基机理预测正构烷烃一次反应的产品分布自由基反应应遵从如下四条规律：烃分子中各种氢的解离能不同，伯氢仲氢叔氢（解离能越小

29、反应越容易，反应速度越快）正构烷烃的反应途径数位n/2（n为偶数）或（n+1）/2（n为奇数）。按某一途径反应的分子数m=WZ，其中Z为参加此反应的氢原子个数（几率），W为该氢原子的相对反应速度。（用于预测产品分布）大自由基不稳定，在与其他分子碰撞之前发生分解，从键断链，直至分解成H或CH3。断裂时带自由基的一端生成相应的烯烃。乙基自由基和异丙基自由基分解时生成H和相应的烯烃。如：键指与官能团相邻的键，键指与官能团相隔的键，以此类推。可利用此规律预测一次反应产品的分布。P114该方法对于C5以下的单一烷烃预测是准确的，对于C6以上的正构烷烃则误差较大。对于混合烃裂解，研究发现：烷烃对于环烷烃和

30、烯烃的裂解有促进作用，主要是烷烃提供了环烷烃和烯烃裂解所需的自由基；环烷烃和烯烃对于烷烃的裂解有抑制作用，主要是环烷烃和烯烃抢夺了烷烃产生的自由基。三.裂解原料的性质及其评价1.族组成PONAP：烷烃族O：烯烃族N：环烷烃族A：芳烃族一般原料中，链烷烃族（P）越大，乙烯收率越高；芳香族（A）越大，乙烯收率越低；乙烯收率：PNA；2.氢含量和碳氢比原料的氢含量是指裂解原料中所含的氢的质量分数，用（H2）表示，原料的碳氢比指裂解原料中C与H的质量比，用C/H表示，公式如下：（H2）=（4-1）（C/H）=（4-2）（C/H）3C-原料中C原子的个数；H-原料中H原子的个数。氢含量顺序：PNA对于混

31、合物的氢气含量（H2），可以先求出每个纯组分的氢含量，再与每个组分的质量分数相乘加和。通过裂解反应，使一定氢含量的裂解原料生成氢含量较高的C4和C4以下的轻组分和氢含量较低的C5和C5以上液体。由氢平衡可以断定，裂解原料氢含量越高，获得的轻烃越多，乙烯的收率也越高。根据原料氢含量既可以判断该原料可能达到的裂解深度，也可以评价该原料裂解所得的C4和C5以下轻烃的收率。3.特性因数KK=（4-5）K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。乙烯和丙烯总体收率大体上随裂解原料特性因数的增大而增加。4.关联指数（芳烃指数）BMCI馏分油的关联指数是表示油品的的芳香性的指标，也叫芳烃指

32、数，是由美国矿务局关联而成，由下式计算，关联指数越高，芳烃的含量相对越高。（4-6）规定苯的BMCI值为为100，正己烷的BMCI值为0。正构烷烃一般一次反应（脱氢，断链）都属于一级反应，而二次反应一般高于一级反应。第三节烃类热裂解的工艺参数一.裂解温度和停留时间1.裂解温度（1）从自由基反应机理分析在一定温度范围内，提高裂解温度有利于提高一次反应所得乙烯收率。（2）从化学平衡及热力学分析由于烃类裂解是强吸热反应，平衡常数Kp随温度的升高而增大。提高裂解温度有利于乙烯的反应，并相对减少乙烯消失的反应，因而有利于提高裂解的选择性。由于裂解反应进行到反应平衡，烯烃收率甚微，裂解产物主要为氢和碳。因

33、此，反应必须控制在一定的裂解深度范围内。（3）从动力学分析反应速率常数k总是随温度的升高而增加的。结论：提高温度不仅有利于提高反应速率和平衡常数，还有利于提高生成乙烯的选择性和收率。高温短停留时间是改善烃类裂解反应产品收率的关键。在某一停留时间下，存在一个最佳裂解温度，在此温度下，乙烯收率最高。2.停留时间管式裂解炉中物料的停留时间是指裂解原料经过辐射盘管（辐射段炉管）的时间。工程上如下几种计算反应的停留时间：（1）表观停留时间（2）平均停留时间3.温度停留时间效应（1）温度停留时间对裂解产品收率的影响由动力学可以看出，对于给定原料而言，裂解深度（转化率）取决于裂解温度和停留时间。然而，相同转

34、化率下可以有各种不同的温度时间停留组合。乙烯收率、温度和停留时间的关系如下图所示。由图可见，为使乙烯收率保持在最高温度，改变裂解温度必须相应改变停留时间，反之亦然。如果要缩短停留时间，则需要相应提高裂解温度。高温裂解有利于一次反应，短停留时间又可以抑制二次反应的进行（减少结焦）。高温短停留时间操作可以抑制芳烃生成的反应，对给定原料而言，高温短停留时间所得到的裂解汽油的收率相对较低。（2）裂解温度-停留时间的限定裂解深度对温度-停留时间的限定为达到满意的产品收率需要较高的裂解深度，而过高的裂解深度又会因结焦严重而使清焦周期几句缩短。工程中常以C5和C5以上液相产品的氢含量不低于8%为裂解深度的限

35、定。温度的限制对于管式炉中进行的裂解反应，为提高裂解温度就必须相应提高炉管管壁温度，炉管管壁温度受炉管材质的限制，因此，管式裂解炉出口温度一般均限制在950以下。热强度（传热速率）限制炉管管壁温度不仅取决于裂解温度，也取决于热强度。在给定裂解温度下，随着停留时间的缩短，炉管热通量增大，热强度增大，传热速率增加，即单位时间内需要的热量增加。因此，在给定的裂解温度下，如何保证短时间内将热量传递进去，就变成了高温-短停留时间的主要限制。二.压力与稀释剂1.压力对裂解反应的影响（1）从化学平衡角度分析一次反应是摩尔数增多的过程，对于脱氢的可逆反应，降低压力对提高乙烯平衡组成有利（断链反应因为是不可逆反

36、应，压力无影响）。烃类聚合缩合的二次反应大多数是摩尔数减少的过程，降低压力可抑制其进行，减少结焦生碳，即对生产乙烯有利。（2）从反应速率来分析降低压力虽然不能改变反应速率常数，但是可以降低反应物的浓度，降低压力对一次、二次反应都不利，但反应级数的不同影响也不同，压力对于高于一级的反应的影响比对一级反应的影响要大的多，也就是说降低压力可以增大一次反应对于二次反应的相对速率，提高一次反应的选择性。结论：降低压力可以促进生成乙烯的一次反应，抑制发生聚合的二次反应，从而减轻结焦的程度。2.稀释剂对裂解反应的影响由于裂解是在高温下进行的，不宜采用抽真空减压的方法降低烃分压，因为高温密封不易，一旦空气漏入

37、负压操作的裂解系统，与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险；而且减压操作对以后分离工序的压缩操作也不利，要增加能耗消耗。所以就采取添加稀释剂以降低分压是一个较好的方法。这样，设备仍可在常压或正压下操作，而烃分压则可降低。稀释剂理论上讲可以采用水蒸气、氮气或任一种惰性气体，但目前较为成熟的裂解方法均采用水蒸气作为稀释剂，原因如下：裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和困难，使用其他惰性气为稀释剂时反应后均与裂解气混为一体，增加了分离困难。水蒸气热容量较大，使系统具有较大的热惯性，当操作供热不平稳时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。抑制原料中所含硫对镍镉

38、合金炉管的腐蚀，保护炉管。因为高温水蒸气具有氧化性，能将炉管内壁氧化成一层保护膜，这样既防止了裂解原料中S对镍镉合金炉管的腐蚀，又防止了炉管中铁、镍对生碳的催化作用。脱除焦炭水蒸气对已生成的炭有一定的脱除作用，即：减少炉管内的结焦其他，如廉价、易得、无毒等稀释剂用量用稀释度q表示，其定义为：稀释度q=稀释剂重量/原料烃的重量（4-22）稀释剂的作用原理可用道尔顿分压定律来说明。三.裂解深度1.裂解深度表示方法裂解深度指裂解反应进行的程度。由于裂解反应的复杂性，很难以一个参数准确地对其进行定量描述。根据不同情况，常常采用如下一些参数来衡量裂解深度。（1）原料转化率原料转化率反应了裂解反应时原料的

39、转化程度。因此常用原料转化率来衡量裂解深度。一般原料转化率越高，裂解深度越深。（2）甲烷收率由于甲烷比较稳定，基本上不因二次反应消失，裂解所得甲烷收率总是随着裂解深度的提高而增加。甲烷收率越高，裂解程度越深。（3）液体产物的氢含量和氢碳比随着裂解深度的提高，裂解所得氢含量高的C4和C4以下气态产物的产量增大，C5和C5以上的液体产品的氢含量和氢碳比将随裂解深度的提高而下降。馏分油裂解时，其裂解深度应以所得液体产物的氢含量不低于8%或氢碳质量比不低于0.087为限。一般裂解所得液体产物的氢含量或者氢碳比越低，裂解深度越深，结焦越严重，清焦越频繁，操作周期越短。（4）裂解炉出口温度在炉型已定的情况

40、下，炉管排列及几何参数已确定。此时对给定裂解原料及负荷而言，炉出口温度在一定程度上可以表征裂解的深度。一般裂解炉出口温度越高，裂解深度越深。（5）裂解深度函数S考虑到温度和停留时间对裂解深度的影响，有人将裂解温度T与停留时间关联如下：（4-24）（6）动力学裂解深度（KSF）第四节裂解设备与工艺一.管式裂解炉热裂解过程是通过裂解炉来实现的。裂解炉包括蓄热式炉、砂子炉、管式炉等。现在90%以上都是采用管式裂解炉，也是间接传热的裂解炉。1.管事裂解炉工作原理（1）管式裂解炉的组成管式裂解炉一般主要由对流室（段）、辐射室（段）、炉管、烧嘴、烟囱、挡板等几部分构成。（2）管事裂解炉的工作原理裂解原料首

41、先进入管式裂解炉的对流段炉管升温，达到一定温度后与来自蒸汽发生器的稀释蒸汽混合继续升温到600650，然后转向进入裂解炉的辐射段炉管继续升温并发生裂解反应直到裂解出口温度及所谓的反应温度800850，离开裂解炉，最后高温裂解产物通过急冷换热器降温后，到后续进行预分馏。2.裂解炉的炉型及变革裂解温度和停留时间均受辐射盘管耐热程度的限制。提高温度和缩短停留时间的另一重要途径是改进辐射盘管的结构。认识不同SRT型裂解炉（短停留时间裂解炉）的程数所代表的意义（P131）裂解炉或炉管发展趋势主要体现在分支变径，管径先细后粗，程数越来越少，管长越来越短，耐温越来越高，达到的效果是裂解温度越来越高，停留时间

42、越来越短，乙烯收率越来越高，原料适用范围越来越宽，裂解炉热效率越来越高。二.裂解产物急冷、热量回收及炉管结焦与清焦1.裂解产物急冷裂解炉出口的高温裂解产物在出口高温条件下将继续进行裂解反应，由于停留时间的增长，二次反应加剧，结焦严重，烯烃损失随之增多。为此，需要将裂解炉出口高温裂解产物尽快冷却，通过急冷以终止其裂解反应。急冷可分为直接急冷和间接急冷。（1）间接急冷裂解炉出来的高温裂解产物温度在800900左右，在急冷降温过程中要释放出大量的热，是一个可以利用的热源，为此可用换热器进行间接急冷，回收这部分热量发生蒸汽，以提高裂解炉的热效率，降低产品成本。用于此目的的换热器称为急冷换热器。急冷换热

43、器与汽包所构成的发生蒸汽的系统称为急冷（废热）锅炉（也有直接将极冷换热器称作急冷锅炉的）。使用急冷锅炉的目的是终止裂解反应（二次反应）和回收废热。（2）直接急冷直接急冷的方法是在高温裂解产物中直接喷入冷却介质，冷却介质被高温裂解产物加热而部分汽化，由此吸收裂解产物所携带的热量，使高温裂解产物迅速冷却。根据冷却介质的不同，可以分为水直接冷却和油直接冷却。（3）急冷方式的对比裂解产物直接急冷设备费用少，操作简单，系统阻力小，传热效果好（因为直接接触），急冷效果好，但形成大量含油垢污水，油水分离困难，且难以回收利用裂解物的热量；而间接急冷对能量利用较为合理，可回收裂解产物被急冷时所放出的热量，经济性

44、好，且无污水产生，故工业上多用间接急冷。2.急冷换热器（急冷锅炉）一般对急冷锅炉的要求是结焦少，能长期连续运转；可回收超高压蒸汽，热效率高；结构简单，稳定性好；投资低。3.裂解炉和急冷换热器的结焦与清焦（1）裂解炉和急冷换热器结焦的判据管式裂解炉辐射盘管和急冷换热器换热管在运转过程中会有焦垢生成，必须定期进行清焦。对于管式炉而言，出现一下任一情况均应停止进料，进行清焦：裂解炉辐射管管壁温度超过设计规定值；裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值。（2）裂解炉、急冷换热器结焦的危害和清焦的方法管内一旦结焦，轻者影响传质、传热、增加流动阻力，重者造成阻塞、停工、停产，影响操作周期，所以当焦垢结到一定程

45、度必须进行清焦。清焦方法：蒸汽清焦法、空气烧焦法或蒸汽-空气清焦法进行清焦。这些清焦方法的原理是利用蒸汽或空气中的氧与焦垢反应而达到清焦的目的。如下反应方程式所示：（3）抑焦技术与方法为了延缓炉管内结焦，延长裂解炉运转周期，可以采用不同的抑焦技术和方法。其中最常用的抑焦技术有：改变工艺条件、加氢热裂解。原料预处理、炉管表面预处理、混合烃裂解、加结焦抑制剂等，而其中应用最广泛的就是加入结焦抑制剂。结焦抑制剂主要作用是钝化金属表面、改变自由基历程、催化水煤气反应、改变焦的形态等等。工业常用的结焦抑制剂的种类是含S、N、P、Si等的化合物。三.裂解产物的预分馏1.裂解产物预分馏的目的与任务裂解炉出口

46、的高温裂解产物经急冷换热器冷却，再经油急冷器进一步冷却后，温度可降低到200300之间。将急冷后的裂解气进一步冷却至室温，并在冷却过程中分馏出裂解产物中的重组分（如燃料油，裂解汽油，水分），这个环节称为劣迹产物的预分馏。经预分馏处理后得到的裂解气再送至裂解气压缩与净化过程，最后进行深冷分离。预分馏的作用如下：尽可能降低裂解气的温度，保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗；尽可能分馏出裂解产物中的重组分，减少进入压缩分离系统的进料负荷；稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量；继续回收裂解产物低能热量。通常，可由急冷油回收的热量发生稀释蒸汽，由急冷水

47、回收的热量进行分离系统的工艺加热。2.预分馏工艺流程描述与工艺参数分析（1）预分馏工艺流程概述裂解原料经过裂解炉后，经过高温裂解，裂解产物从裂解炉顶排出，入急冷换热器回收热量后，再进急冷器用急冷油喷淋至220300左右。冷却后的裂解产物进入油洗塔（汽油分离塔），塔顶用裂解汽油喷淋，塔顶温度控制在105109之间，保证裂解气中的水分从塔顶出油洗塔。塔釜则随原料的不同而控制在不同的水平，塔釜所得的原料油产品，部分作为稀释蒸汽的热源，回收裂解气的热量。经稀释蒸汽发生系统冷却的急冷油，大部分送急冷器以喷淋高温裂解产物，少部分急冷油进一步冷却后作为油洗塔中段回流。示意图如下：（见左页）油洗塔塔顶气体进入

48、水洗塔，塔顶用急冷水喷淋并控制在40左右，塔顶得到裂解气送入裂解气压缩机。塔釜80左右，可分馏出裂解产物中的大部分水分和裂解汽油。塔釜油水混合物经过油水沉降槽油水分离，分离出的水（称为急冷水）经冷却后送入水洗塔作为塔顶喷淋，另一部分则送至稀释蒸汽发生器发生蒸汽，供裂解炉使用。油水分离所得的裂解汽油部分，部分送至油洗塔作为塔顶喷淋物，另一部分则作为产品采出。（2）预分馏系统工艺参数分析汽油分馏塔顶温度、急冷油温度、急冷水塔顶、塔釜温度。汽油分馏塔顶温度一般控制在105109，最高不超过120，最低不低于100。超过120后，烃类轻质油混入裂解汽油中，会增加急冷水塔的热负荷，油水沉降分离效果变差，

49、裂解汽油干点提高，不利于后续操作；且粘度变大，给急冷循环泵操作带来困难。低于100，水蒸气就可能冷凝下来，可能使塔釜急冷汽油乳化，塔釜温度明显降低，造成急冷油循环泵抽空，最终可能使裂解炉不能正常操作或全面停车。急冷油粘度急冷水塔顶、釜温度塔顶出口温度控制着出口裂解气的组成，一般在40以下；塔釜温度控制在8085。3.裂解汽油与裂解原料油（1）裂解汽油（C5-C10）烃类热裂解副产的裂解汽油包括C5至沸点204以下的所有裂解副产物。裂解汽油经一段加氢可作为高辛烷值汽油组分。如需经芳烃抽提分离芳烃产品，则应进行两段加氢，脱去其中的S、N，并使烯烃全部饱和。可以将裂解汽油全部加氢，加氢后分为加氢C5馏分、C6C8中心馏分、C9204馏分。此时加氢C5馏分可返回循环裂解，C6C8中心馏分则是芳烃抽提的原料，C9馏分则可作为歧化生产芳烃的原料。也可以将裂解汽油先分为C5馏分、C6C8中心馏分、C9馏分，然后仅对C6C8中心馏分进行加氢处理，由此，可使加氢处理量减少。（2）裂解燃料油（C11+）烃