化工工艺学学习.pptx

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1、产品分离与纯化 反应过程 原料预处理 第一节 化工生产过程及流程化工生产过程达到反应所需状态和规格反应类型、反应器得到符合规格的产品回收利用副产物 三废处理 产品包装与后加工 根据需求包装及加工废水废气废渣无害处理和排放 第1页/共135页化工生产工艺流程组织 推论分析法从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合化工工艺过程的 “洋葱”模型反应器分离与再循环换热网络公用工程第2页/共135页化工生产工艺流程组织 功能分析法分析每个单元的基本功能和属性，列出不同方案不同功能单元的实施方法不同设备型式不同流程方案第3页/共135页化工生产工艺流程组织 形态分析法对不同流程方案精确分析评价，择优汰劣

2、原 则l是否满足所要求的技术指标l经济指标的先进性l环境、安全和法律l技术资料的完整性和可信度第4页/共135页例例丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程主反应：主反应：C3H6+NH3+1/2O2 CH2=CHCN+H2O主要副产物：主要副产物：HCN CH3CN Q?如如何何从从吸吸收收塔塔底底流流出出的的水水溶溶液液中中分分离离出出丙烯腈和副产物呢？丙烯腈和副产物呢？第5页/共135页方案一：方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来，冷凝后再逐个精馏分离；将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来，冷凝后再逐个精馏分离；Q？丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难于将它

3、们分离方案二：采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCN解吸出来，乙腈留在水溶液中，然后再分离丙烯腈和HCN 乙腈与水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取剂，使两者精馏分离变得很容易第6页/共135页第7页/共135页 化工过程的主要效率指标化工过程的主要效率指标 l生产能力和生产强度生产能力和生产强度l化学反应的效率化学反应的效率合成效率合成效率l转化率选择性转化率选择性 收率收率l平衡转化率和平衡产率平衡转化率和平衡产率第8页/共135页生产能力生产能力一个设备、一套装置或一个工厂在单一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量或处理的原料位时间内生产的产品量或处理的原料量量单位

4、单位 千克千克/时时（kg/h）吨吨 /天天 (t/d)万吨万吨/年年 (10kt/a)？设计能力设计能力：在最佳条件下可以达到的最大生产能力第9页/共135页设备的单位体积（或面积）的生产能设备的单位体积（或面积）的生产能力力单位：单位：kg/hm3，t/dm3kg/hm2，t/dm2 生产强度？时空收率催化剂的生产强度单位时间、单位体积（质量）催化剂所得产品量第10页/共135页合成效率原子经济性AE 环境因子第11页/共135页循 环 流 程转化率转化率第12页/共135页选选择择性性表达主、副反应进行程度的大小反映原料的利用是否合理第13页/共135页从产物角度来描述反应过程的效从产物

5、角度来描述反应过程的效率率收率 产率第14页/共135页作业：作业：1、写出以下概念的意义和关系？单程收率单程收率 总收率总收率？平衡转化率平衡产率平衡转化率平衡产率？转化率、选择性和收率的关系转化率、选择性和收率的关系 2 2、工业上、工业上N N2 2的制备方法？的制备方法？第15页/共135页第二节第二节 原料准备和预处理原料准备和预处理原料对化工生产的影响原料对化工生产的影响 原料：种类、纯度、来源、储运、价格、安全、杂质种类和含量原料：种类、纯度、来源、储运、价格、安全、杂质种类和含量第16页/共135页物质基础影响技术路线工艺条件影响产品质量产品生产成本影响生产能力原辅料原料在化工

6、中的地位第17页/共135页1、原料铺料对产品质量的产生影响NFM生产：吗啉+甲酸，吗啉+甲酸甲酯 吗啉+CO+H2 吗啉+带-氢醛芳烃：焦化苯、石油苯如顺丁二烯橡胶合成时，对丙二烯含量不允许超过40 x10-6mg/L,而炔烃含量不超过20 x10-6mg/L。合成氨：煤炭、天然气、重油第18页/共135页 2原料影响到副产物的生成与分离 使用不同的原料或同一种原料不同的品质(等级)，对反应中副产物的生成影响很大。例如用甲烷氯化法制取一氯甲烷，可以控制氯的比例来提高CH3Cl含量，但产物中有为数不少的二氯甲烷、三氯甲烷、要使它与一氯中烷分离，困难。如果原料改用个甲醇和氯化氢，那生成物主要是一

7、氯甲烷，副产物儿乎没有。3月12日第19页/共135页用氟萤石(CaF2)和浓硫酸制取无水氟化氢，萤石的品位实际上不直接影响到产品的质量，但碳酸盐、SiO2等的存在影响产量和产物的分离难度。甲乙酮的生产，丁烯中异丁烯含量高则产生很多叔丁醇，使甲乙酮收率降低，后续精制难度增加。第20页/共135页由于使用不同原料、辅料、添加剂、催化剂，影响到副产物生成酌量和副产物种类的例子实在人多。催化剂是化工生产中常用的辅料，它的存在和使用，不仅改变反应速率，还有选择性问题，选择性直接关系到控制副产物、副反应。如仲丁醇脱氢制甲乙酮：脱氢催化剂选择性86%左右。第21页/共135页3、原料和原料路线对工艺流程的

8、影响及原料路线的选择原料路线影响原料路线影响：几乎影响到工艺流程每个步骤：原料准备、反应、分离、三废处理、公用工程、自控产品成本、产品质量，影响销售和利润！money！当某一个化工产品有两种以上的原料路线时，只有确定了原料路线，才能研究流程。不同的原料路线，有不同的反应过程和不同的工艺流程，涉及到反应装置分离过程和装置，原材料消耗水平等，因此，研究原料路线是研究工艺流程的至为重要的一环。第22页/共135页 原料除了直接影响到工艺合成路线之外，还会给原料除了直接影响到工艺合成路线之外，还会给化工生产带来很多影响，比如原料的来源问题，化工生产带来很多影响，比如原料的来源问题，储存和运输的问题，原

9、料的供应渠道问题，价格储存和运输的问题，原料的供应渠道问题，价格问题，原料本身的毒性问题，因而造成各种风险问题，原料本身的毒性问题，因而造成各种风险如供应风险、价格风险、安全风险和工艺风险等如供应风险、价格风险、安全风险和工艺风险等等。等。对于产品的质量保证体系来说，原料的品位对于产品的质量保证体系来说，原料的品位(纯度、杂质的种类、杂质的含量纯度、杂质的种类、杂质的含量)和稳定，是一和稳定，是一个重要环节。原料的品位不同，不仅直接影响到个重要环节。原料的品位不同，不仅直接影响到消耗定额而且对产品的质量有深刻影响。因此，消耗定额而且对产品的质量有深刻影响。因此，原料在化工生产中的地位十分重要。

10、原料在化工生产中的地位十分重要。原料选择非常重要！第23页/共135页原料路线的选择原料路线的选择1、反应的要求 （1）纯度 （2）杂质含量和处理方法 （3）预处理成本 （4）对产品品质的影响2、环境、安全、生态3、经济 （1）来源 （2）价格 （3）能耗 （4）未来发展第24页/共135页质量、条件、原材料、能耗、复杂性、地域、来源、价格、生态、环保先进、合理、安全、经济为综合指标，加以认真评估。原料路线要进行经济评估和风险分析。第25页/共135页原料路线的选择原料路线的选择：首先要满足生产产品的质量需要，同时希望反应条件尽量要求容易，不要过高的温度和压力，不要过多的辅助材料和添加剂，反应

11、过程的步骤尽量短而少，能用一步法的尽量不用两步法和分步法，反应产物中非目的产物尽量少而且易于分离不产生三废或易于治理等等。第26页/共135页原料的预处理原料的预处理1、原料预处理的原则（1）满足工艺要求；（2）简便可靠；（3）充分利用反应和分离过程的余热；第27页/共135页（4）尽量不要产生新的污染，不要造成损失；（5）研究和采用先进技术；（6）投资节省，设备维护简便；在满足工艺、尽量简化，通用化；（7）尽量分工由生产厂家精制。原料对于生产原料的厂家来说，就是他们的产品，产品在生产大多数情况下，比使用厂家另砌炉灶进行精制净化要省事第28页/共135页2、原料的预处理方案设计根据原料要求:纯

12、度、杂质含量、外观（粒度、颜色）等选定处理工艺：第29页/共135页第三节第三节 原料资源及其加原料资源及其加工工 石油石油 天然气天然气 煤煤 生物质生物质 空气空气 水水第30页/共135页 石油及其加工利用石油及其加工利用 石油化工自石油化工自20世纪世纪50年代开始蓬勃发展年代开始蓬勃发展基基本本有有机机化化工工、高高分分子子化化工工、精精细细化化工工及及氮氮肥肥工工业业等等的的产产品品中中大大约约有有90%来来源源于石油和天然气于石油和天然气第31页/共135页三烯三烯乙烯、丙烯、丁二烯乙烯、丙烯、丁二烯 石油制取石油制取三苯三苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 石油、天然气和煤制取

13、石油、天然气和煤制取第32页/共135页 1.石油石油的组成的组成 l由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的混合物混合物，其中，其中化合物的沸点从常温到化合物的沸点从常温到500以上以上l石油中的化合物分为石油中的化合物分为 烃类烃类 非烃类非烃类 胶质和沥青胶质和沥青第33页/共135页烃类化合物烃类化合物非烃化合物非烃化合物 胶质和沥青质胶质和沥青质 链式饱和烃 环烷烃 芳香烃 硫化物 氮化物 含氧化合物 稠环烃类等第34页/共135页根据沸程的不同，将石油分类根据沸程的不同，将石油分类 2.油油品的概念品的概念 石脑油（轻

14、汽油）50140汽油 140200航空煤油 140230煤油 180310柴油 260350润滑油 350520重、渣油 520第35页/共135页来源来源 常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油常减压蒸馏（一次加工）得到直馏汽油 催化裂化重整（二次加催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油工）得到催化汽油辛烷值辛烷值 汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性汽油在内燃机中燃烧时，抗爆震性能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好能的指标。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈好 测定方法：研究法测定方法：研究法(RON)、马达法、马达法(MON)汽油的来源和指标第36页/共135页 将异辛烷规

15、定为将异辛烷规定为100，正庚烷为，正庚烷为0，两者以不同比例混合，制成标准汽油。两者以不同比例混合，制成标准汽油。将待测汽油与标准汽油相比较，若两将待测汽油与标准汽油相比较，若两者在标准汽油机中抗爆性能相同，则者在标准汽油机中抗爆性能相同，则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量中异辛烷的百分含量 93？90 辛烷值定义第37页/共135页评定柴油发火性能（自燃性）的指标评定柴油发火性能（自燃性）的指标定定义义：在在单单缸缸发发动动机机中中，当当试试验验油油料料的的自自燃燃性性和和十十六六烷烷与与2甲甲基基萘萘某某一一混混合合物物的的自自燃燃性性能

16、能相相同同时时，待待测测油油料料的的十十六六烷烷值值就就和和混混合合油油料料中中十十六六烷烷值值的的体积百分数相同体积百分数相同 柴油的指标-十六烷值第38页/共135页馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是馏程闪点：评定柴油蒸发性能的指标，主要是50%和和90%的馏出温度的馏出温度凝点：在规定的实验条件下，试样开始失去流动性的温度凝点：在规定的实验条件下，试样开始失去流动性的温度冷滤点：通过过滤器的流量每分钟不足冷滤点：通过过滤器的流量每分钟不足20mL时的最高温度时的最高温度 柴油的其他性能指标第39页/共135页 5:8以上 0:8至4 10:4至5 20:5至14 35:14至29

17、50:29至44 根据使用时的气温选用不同标号柴油标号的依据是柴油的凝固点 柴油的标号第40页/共135页利用原油中各组分沸点的差别进行分利用原油中各组分沸点的差别进行分离离常压蒸馏常压蒸馏减压蒸馏减压蒸馏 3、石油的加工一次加工 油品的加工第41页/共135页催化重整催化重整 （catalytic reforming）催化裂化催化裂化 (catalytic cracking)催化加氢裂化催化加氢裂化 (catalytic hydrocracking)烃类热裂解烃类热裂解 （pyrolysis of hybrocarbons）二次加工 馏分油的化学加工 调整烃类的组成第42页/共135页石油的

18、加工的主要途径和产品第43页/共135页天然气天然气 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 干气干气 甲烷含量高于甲烷含量高于90%湿气湿气 C2C4烷烃含量烷烃含量15%20%油田伴生气油田伴生气 天然气于石油伴生天然气于石油伴生煤层气（瓦斯气）煤层气（瓦斯气）吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷天然气水合物天然气水合物 冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物天然气及其加工利用第44页/共135页 制氢气和合成氨制氢气和合成氨 经合成气路线制燃料和化工产品经合成气路线制燃料和化工产品 直接催化转化成化工产品直接催化转化成化工产品 热裂解制化工产品热裂解制化工产品 甲烷的

19、氯化、硝化、氨氧化和硫甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化化 湿气中湿气中C2 C4烷烃的利用烷烃的利用天然气的化工利用第45页/共135页煤煤(coal)由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成镁的无机矿物质组成 成煤过程的程度不同分为成煤过程的程度不同分为 泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 H%O%含量顺序含量顺序 泥煤泥煤褐煤褐煤 烟煤烟煤无烟煤无烟煤煤及其加工利用第46页/共135页 高温干馏（炼焦）高温干馏（炼焦）低温干馏低温干馏 煤气化煤气化 煤液化（直接液化煤液化（直接液化 间接液

20、化）间接液化）煤的加工第47页/共135页煤煤低温干馏 焦炉煤气含氢、甲烷、乙烯等 低温煤焦油 酚类、烷烃、环烷烃等 半焦 气化 合成气 高温干馏 焦炉煤气 粗苯 分离 苯二甲苯 甲苯 氧（杂）茚 茚煤焦油 分离苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘 蒽其他化工原料气化合成气合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等 高压加氢液化汽油、煤油、柴油等 第48页/共135页糠醛的生产糠醛的生产2C2H10O5 H2O淀粉C12H22O11(麦芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生产 生物质及其加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛 OCHO+3 H2O 第

21、49页/共135页第四节第四节 反应过程与优化反应过程与优化反应过程研究反应过程研究反应过程分类反应过程分类1.1.按反应特性分：按反应特性分：简单反应（只生成一个特定产物）、复杂反应（平行反应、连串反应、平行简单反应（只生成一个特定产物）、复杂反应（平行反应、连串反应、平行连串反应、共轭反应）连串反应、共轭反应）可逆反应、不可逆反应可逆反应、不可逆反应第50页/共135页单分子反应、双分子反应、多分子反应、单分子反应、双分子反应、多分子反应、零级反应、一级反应、二级反应、分数级反应零级反应、一级反应、二级反应、分数级反应吸热反应、放热反应吸热反应、放热反应均相反应、非均相反应均相反应、非均相

22、反应第51页/共135页2 2、按反应过程的条件分：、按反应过程的条件分：等温过程、绝热过程、变温过程、非绝热过程等温过程、绝热过程、变温过程、非绝热过程常压、负压、加压（高压、中压、低压）常压、负压、加压（高压、中压、低压）间歇、连续、半连续间歇、连续、半连续第52页/共135页 反应过程的理论问题热力学：反应条件（能否反应）、方向、平衡（反应能达到的程度）、热效应动力学：反应机理、反应速率、影响因素传递过程：质量传递、动量、热量传递第53页/共135页作业：乙烯裂解反应时间和反应温度是如何确定的？第54页/共135页3化工工艺学的相关研究内容化工工艺学的相关研究内容化工工艺学中的相关内容：

23、针对具体的生产要求，对与反应相关的热力学问题、动力学问题、传递问题进行研究，根据反应工程和分离工程的原理，结合最优化原理、材料学原理、力学原理、设备制造的原理和方法，提出反应器的设计要求、提出反应的操作条件、提出原料的要求、提出反应控制方案、提出最大限度提高原料利用率的方案、提出产品分离的方案。3月23日第55页/共135页主要研究如下内容：1、反应介质、介质的物理化学性质（1）熔点、沸点、反应条件下的相态、相容性反应器的型式、结构（2）稳定性反应器结构、反应条件（3）腐蚀性反应器材质、反应条件（4）闪点、爆炸极限安全性考虑（5）粘度反应器结构型式、搅拌与混合的方式、搅拌器型式（6）导热系数温

24、度控制第56页/共135页2、热力学（1）可逆/不可逆反应？反应器结构、原料配比、反应温度、压力（2）平衡常数及影响因素（反应能达到的程度）、原料配比、反应温度、压力（3）反应热温度控制、反应器结构、反应热的回收利用第57页/共135页3、动力学（1）反应机理反应器结构、控制方案、提高转化率途径、提高选择性的方法（2）反应速率及影响因素反应器结构、反应条件控制、转化率、选择性第58页/共135页4、传递过程（1）质量传递反应物之间的混合与质量传递、反应物与催化剂之间的质量传递、产物的生成与传递：丁烯水合：水相、C4相、催化剂相，反应发生在哪一相？产物如何在各相中分配？哪一步是控制步骤？第59页

25、/共135页（2）热量传递温度控制、反应器结构、反应器的型式、内构件设计。（3）动量传递原料及产物的输送、反应器结构第60页/共135页5、反应工程：综合反应物的性质、热力学、动力学特性，根据目标产物的要求选择最合理的反应器形式，设计最合理的结构，确定最佳的反应条件，确定最佳的控制方案。第61页/共135页 反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响 可逆反应，平衡常数与温度的关系可逆反应，平衡常数与温度的关系1、温度的影响 化学平衡吸热反应H0，K值随着温度升高而增大,有利于平衡产率增加放热反应 H0，K值随着温度升高而减小，降低温度使平衡产率增加第62页/共135

26、页2.4.2 反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2、温度的影响 反应速率总是随温度的升高而增加不可逆反应，产物生成速率随温度的升高而加快可逆吸热反应，净速率随温度的升高而增高可逆放热反应，在最佳反应温度下净反应速率最大第63页/共135页2.4.2 反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响 3、浓度的影响反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反应物过量，提高价贵难得反应物的利用率反应物浓度愈高，反应速率愈快第64页/共135页 反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响 4、压力的影响压力

27、对有气相物质参加的反应平衡影响很大分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率分子数减少的反应，提高压力可以提高平衡产率分子数不变的反应，压力对平衡产率无影响一定的压力范围内加压，对加快反应速率有一定好处，但压力过高，反而不经济惰性气体的存在，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第65页/共135页 催化剂的性能及使用催化剂的性能及使用 提高反应速率和选择性提高反应速率和选择性 改进操作条件改进操作条件 催催化化剂剂有有助助于于开开发发新新的的反反应应过过程程，发展新的化工技术发展新的化工技术 催催化化剂剂在在能能源源开开发发和和消消除除污污染染中中可发挥重要作用可发

28、挥重要作用第66页/共135页催化剂的基本特征催化剂的基本特征催催化化剂剂是是参参与与了了反反应应的的，但但反反应应终终了了时时，催催化化剂剂本本身身未未发发生生化化学学性性质质和和数量的变化数量的变化 催催化化剂剂只只能能缩缩短短达达到到化化学学平平衡衡的的时时间间（即加速作用），但不能改变平衡（即加速作用），但不能改变平衡 催催化化剂剂具具有有明明显显的的选选择择性性，特特定定的的催催化剂只能催化特定的反应化剂只能催化特定的反应 第67页/共135页催化剂的分类催化剂的分类 按催化反应体系的物相均一性按催化反应体系的物相均一性 均相催化剂均相催化剂 非均相催化剂非均相催化剂按反应类别按反应

29、类别 加氢、脱氢、氧化、加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化第68页/共135页按反应机理按反应机理 氧化还原型催氧化还原型催化剂、酸碱催化剂化剂、酸碱催化剂按使用条件下的物态按使用条件下的物态 金属催化金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、络合物催化剂和生物催化剂络合物催化剂和生物催化剂第69页/共135页工业催化剂的使用性能工业催化剂的使用性能 活性活性 选择性选择性 寿命寿命 寿命的影响因素 化学稳定性 热稳定性 力学性能稳定

30、性 耐毒性第70页/共135页失活原因失活原因：活性基团损失：活性基团损失 超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物相转变；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，使催化剂中毒原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；有污垢覆盖催化剂表面有污垢覆盖催化剂表面催化剂的失活和再生第71页/共135页再生再生：暂暂时时性性中中毒毒是是可可逆逆的的，当当原原料料中中除除去去毒毒物物后后，催催化化剂剂可可逐逐渐渐恢恢复复活性催化剂积碳可通过烧碳再生活性催化剂积碳可通过烧碳再生永久性中毒则是不可逆的。永久性中毒则是不可逆的。无无论论是是暂暂时时性性中中毒毒后后的的再再生生，

31、还还是是积积碳碳后后的的再再生生，均均会会引引起起催催化化剂结构的损伤，致使活性下降剂结构的损伤，致使活性下降催化剂的失活和再生第72页/共135页 反应过程的物料衡算和热量衡算基础反应过程的物料衡算和热量衡算基础 输入物料的总质量输入物料的总质量 =输出物料的总质量输出物料的总质量 +系统内积累的物料质量系统内积累的物料质量 衡算系统的物料衡算通式第73页/共135页间歇操作过程的物料衡算以每批生产时间为基准以每批生产时间为基准输输入入物物料料量量 每每批批投投入入的的所所有有物物料料质质量量的的总总和和（包包括括反反应应物物、溶溶剂剂、充充入入的的气体、催化剂等）气体、催化剂等）输输出出物

32、物料料量量 该该批批卸卸出出的的所所有有物物料料质质量量的的总总和和（包包括括目目的的产产物物、副副产产物物、剩剩余反应物、抽出的气体、溶剂、催化剂等）余反应物、抽出的气体、溶剂、催化剂等）投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应器内的物料量及其它机械损失投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应器内的物料量及其它机械损失第74页/共135页稳定流动过程的物料衡算系统中各点的参数（温度、压力、浓度和流量等）不随时间而变化，系统中没有系统中各点的参数（温度、压力、浓度和流量等）不随时间而变化，系统中没有积累积累输入系统的物料总质量输入系统的物料总质量=输出系统的物料总质量输出系统的物料总质量组分衡算组

33、分衡算 （mi）入入=（mi）出出+mi 原子衡算原子衡算 输入物料中所有原子的摩尔数之和输入物料中所有原子的摩尔数之和=输出物料中所有原子的摩尔数之和输出物料中所有原子的摩尔数之和 第75页/共135页物料衡算的步骤绘出流程的方框图，以便选定衡算系统绘出流程的方框图，以便选定衡算系统写出化学反应方程式并配平写出化学反应方程式并配平选定衡算基准，以计算方便为原则选定衡算基准，以计算方便为原则收集或计算必要的各种数据收集或计算必要的各种数据设未知数，列方程式设未知数，列方程式 组，联立求解组，联立求解计算和核对计算和核对报告计算结果报告计算结果第76页/共135页稳态流动反应过程的热量衡稳态流动

34、反应过程的热量衡算算 稳态流动反应过程是一类最常见的恒压过程，在该系统内无能量积累。稳态流动反应过程是一类最常见的恒压过程，在该系统内无能量积累。输入该系统的能量输入该系统的能量=输入物料的内能输入物料的内能U in+环境环境传入的热量传入的热量QP 输出该系统的能量输出该系统的能量=输出物料的内能输出物料的内能U out+系统系统对外作的功对外作的功 W U in+QP=U out+W第77页/共135页热量衡算的关键首先要确定衡算对象，即明确系统及其周围环境的范围首先要确定衡算对象，即明确系统及其周围环境的范围选定物料衡算基准，物、热衡算方程式要联立求解，均应有同一物料衡算选定物料衡算基准

35、，物、热衡算方程式要联立求解，均应有同一物料衡算基准基准确定温度基准，多以确定温度基准，多以298 K（或（或273K）为基准温度）为基准温度注意物质的相态，计算相应的注意物质的相态，计算相应的焓变焓变焓变焓变3 3 月月月月2626日日日日第78页/共135页第79页/共135页第五节第五节 产物的分离与提纯产物的分离与提纯 产物产物:从反应器中出来的物料。大多数反应产物都是混合物，它包括未反应掉的原料、反应生成物、催化剂、反应物带入的杂质、副反应产物。乙酸乙酯：乙酸、乙醇、硫酸、水、其它杂质丁烯水合：1-烯、2-丁烯、水、仲丁醇、叔丁醇、仲丁醚、异丁烯、正丁烷、异丁烷、杂质离子合成氨：N2

36、、H2、NH3、Ar、CH4第80页/共135页产物的分离和提纯操作对保证产品质量和生产过程的经济效益起着重要作用！分离操作占能耗75%以上第81页/共135页产物分离与提纯的目的产物分离与提纯的目的（1）产品质量的要求：纯度、外观（2）回收未反应的反应物（3）回收催化剂第82页/共135页纯度：纯度：产品化合物的含量特定杂质的含量第83页/共135页外观外观:气体：气体产物夹带的反应物、催化剂颗粒、雾沫；（半水煤气生产、铜氨液洗涤吸收CO、CO2）液相：液体产物夹带固体混合物；（催化剂）固体：液固混合物、表面和内孔吸附的液体；第84页/共135页产物分离的原则产物分离的原则产物分离的经验规则

37、和注意事项(1)反应产物有固体物的，不论它们是产物还是废弃物，一般要率先分离出来，免使管道和设备堵塞。第85页/共135页例：以煤为原料生产合成氨例：以煤为原料生产合成氨第86页/共135页煤的气化（造气）煤的气化（造气）空气煤气（吹风）2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 C+O2=2CO2 CO2+C=2CO-空气煤气：吹风气，燃料，可作为氮来源第87页/共135页水煤气：（制气）C+2H2O=CO2+2H2 C+H2O=CO+H2 CO2+C=2CO CO+H2O=CO2+H2 C+2H2=CH4第88页/共135页其中H2是目标产物，其它要除去：如何安排？第一步：除尘。第89页/

38、共135页造气：造气：第90页/共135页沸腾层气化法沸腾层气化法第91页/共135页粉煤气流化床法（科伯斯粉煤气流化床法（科伯斯-托切托切克法）克法）第92页/共135页(2)(2)反应产物中对目标产物有害、对设备有害的物反应产物中对目标产物有害、对设备有害的物质必须先除去。质必须先除去。糖精提纯：+NaOH 糖精钠，溶于水过滤+.+HCl 糖精第93页/共135页HCl对糖精的稳定性有影响、对设备有腐蚀，因此先洗涤除掉，再过滤、干燥第94页/共135页(3)(3)反应产物中对后续工艺有害的物质首先分离反应产物中对后续工艺有害的物质首先分离。比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高比如

39、精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮、较黑逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮、较黑较脏，也要先把它分出。较脏，也要先把它分出。第95页/共135页例：碳五馏分的分离例：碳五馏分的分离由于环戊二烯易聚合成双环戊二烯，通常先通过反应使之聚合后先分离出去，第96页/共135页第97页/共135页异戊二烯、间戊二烯、双环戊二烯制备典型流异戊二烯、间戊二烯、双环戊二烯制备典型流程程汽提塔第98页/共135页例：碳四馏分分离例：碳四馏分分离先分离丁二烯，因为它容易聚合炼厂气C4馏分和裂解C4馏分组成有所不同，裂解C4含有较多的丁二烯，先将裂解C4馏分中的

40、丁二烯脱除，其后的分离流程便与炼厂气C4馏分的分离流程相同。第99页/共135页(4)(4)产物中，尽量优先把未反应原料分出来，循环使产物中，尽量优先把未反应原料分出来，循环使用。用。（丁烯水合）（丁烯水合）第100页/共135页(5)(5)把最难分离的组分或要求特高的产物应先从分离把最难分离的组分或要求特高的产物应先从分离系统取出粗产物，再设计精制分离方案系统取出粗产物，再设计精制分离方案。不要希望过不要希望过早地拿出来高纯度的产品，不主张一次分离就得到高早地拿出来高纯度的产品，不主张一次分离就得到高纯产物。纯产物。第101页/共135页异戊二烯的制备异戊二烯的制备粗异戊二烯再进一步精致得到

41、99.5%以上的聚合级异戊二烯第102页/共135页仲丁醇精制仲丁醇精制粗仲丁醇再经脱仲丁醚塔、脱叔丁醇塔、脱重塔后得到99.5%的仲丁醇第103页/共135页合成氨原料气合成氨原料气CO难除，先转化为难除，先转化为CO2，再脱，再脱CO2，再铜氨液洗涤，再铜氨液洗涤，再甲烷化。再甲烷化。第104页/共135页(6)(6)尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。一般是机械法械法。一般是机械法物理法物理法物理化学法物理化学法化化学法的顺序。学法的顺序。考虑问题：能耗、效果考虑问题：能耗、效果第105页/共135页-过滤-干燥-精馏-吸附（无水

42、乙醇）-普通精馏-恒沸精馏（无水乙醇）.第106页/共135页恒沸精馏工艺流程 第107页/共135页 普通精馏+萃取精馏工艺流程 第108页/共135页(7)7)一般情况下，分离的流程应先易一般情况下，分离的流程应先易后难，容易除去的先除去，容易拿到后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。（碳五分离先去碳四，再的先拿到。（碳五分离先去碳四，再去高沸点化合物）去高沸点化合物）第109页/共135页(8)8)一般情况下或者先取出最少的组一般情况下或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。分，或者先取出最多的组分。(9)(9)尽量把多种杂质一次性除去。尽量把多种杂质一次性除去。（碳五分离除高沸

43、点：（碳五分离除高沸点：C C6 6以上全部以上全部除去）除去）第110页/共135页(10)能用精馏的地方尽量采用简单精馏，除非有充分理由，不主张率先考虑萃取精馏、反应精馏、共沸精馏等。精馏过程仍是光易后难，最难分离的组分最后精馏。(11)合理利用热源，节省能量。第111页/共135页作业作业 1、丁烯水合生产仲丁醇装置单程转化率为6%，新鲜丁烯浓度为97%，若要建一个年产5万吨仲丁醇（100%仲丁醇计）的装置，为达到丁烯总转化率85%，新鲜丁烯用量为多少（kg/h，以97%丁烯计）？如果反应器入口丁烯纯度93%，反应器进口丁烯流量为多少（kg/h）？循环丁烯的浓度和流量为多少（kg/h）？

44、（假定后续仲丁醇精制工序收率98%，年操作时间以8000小时计）。如果原料丁烯浓度为56%，每年需要多少原料，假定丁烯提浓的收率为95%第112页/共135页第113页/共135页分离和精制技术（简介）分离和精制技术（简介）一、常用分离方法：离心、闪蒸、过滤、精馏、冷凝、吸收、蒸出、蒸馏、萃取、干燥、蒸发、结晶、吸附、离子交换、萃取精馏、共沸精馏、渗透、反渗透、电渗析、反应、磁场、电场、反应精馏、反应萃取精馏。第114页/共135页二、气固分离与除尘1、机械力分离：重力沉降、惯性沉降（碰撞、回转）、离心沉降2、过滤：袋式过滤、颗粒层除尘、液膜3、湿法除尘：喷雾塔、旋风洗涤、自激喷雾。4、静电除

45、尘第115页/共135页三、液固分离：沉降过滤洗涤以固体为目标产物萃取结晶蒸发干燥。第116页/共135页四、液体分离四、液体分离-均相液体混合物分均相液体混合物分离离精馏萃取蒸发与结晶干燥反应精馏萃取精馏反应萃取精馏反渗透电渗析吸附第117页/共135页五、五、液体分离液体分离-非均相液体混合物分离非均相液体混合物分离1、重力沉降2、离心沉降3、膜分离分层器、离心机、斜板重力分离器、水力旋流器分层器、离心机、斜板重力分离器、水力旋流器第118页/共135页第119页/共135页第120页/共135页1909年，新疆地方政府出银30万两，从俄国购进机器，在独山子打出了新疆第一口油井。第121页

46、/共135页中国大陆第一口油井位于延长县城西石油希望小学操场，延长油矿的前身“延长石油官厂”，创建于1905年，是中国陆上开发最早的油田，迄今已有近百年的历史。第122页/共135页第123页/共135页第124页/共135页第125页/共135页第126页/共135页合成气(CO+H2)补N2和变换N2-H2合成氨、尿素等改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液体燃料合成甲醇羰基合成醋酸氧化甲醛酚醛树脂、合成原料与异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）与CO合成甲酸甲酯甲酸加CO、O2草酸二甲酯 乙二醇草酸同系化乙醇脱水乙烯合成二甲醚转化转化C2-C4烯烃汽油柴油机燃料第127页/共135页沼气生物

47、柴油第128页/共135页第129页/共135页Example of a tableTitleTitleDataDataNote:PowerPoint does not allow have nice default tables but you can cut and paste this one第130页/共135页Sample Graph(3 colours)第131页/共135页Example of a chart(4 colours)第132页/共135页Picture slideBullet 1Bullet 2第133页/共135页Examples of default stylesText and lines are like thisHyperlinks like thisVisited hyperlinks like thisTableText boxText boxWith shadow第134页/共135页感谢您的观看。第135页/共135页