第三章化工過程參數(shù)

1、第三章 化工過程參數(shù)化工過程參數(shù) 1 1. .掌握掌握評價化工生產(chǎn)效果的常用指標及計算方法評價化工生產(chǎn)效果的常用指標及計算方法 ； 2.2.掌握掌握工藝技術(shù)經(jīng)濟指標及計算方法工藝技術(shù)經(jīng)濟指標及計算方法 ； 生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 限制反應(yīng)物與過量反應(yīng)物限制反應(yīng)物與過量反應(yīng)物 產(chǎn)率和選擇性產(chǎn)率和選擇性 收率收率 消耗定額消耗定額 1at 2生產(chǎn)強度生產(chǎn)強度 生產(chǎn)強度指的是單位特征幾何量的生產(chǎn)能力，例如單位體積或單位面積的設(shè)備在單位時間內(nèi)生產(chǎn)得到的目的產(chǎn)品數(shù)量(或投入的原料量)，單位是kgm-3h-1、t m-3d-1或kgm-2h-1、t m-2h-1等。 催化化學反

2、應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)強度常用催化劑的空時產(chǎn)率(或稱時空收率)來表示，即單位時間內(nèi)，單位體積(或單位質(zhì)量)催化劑所能獲得的目的產(chǎn)物的數(shù)量，可表示為kg(hm3催化劑)、t(d，m3催化劑)或kg(hkg催化劑)、t(dkg催化劑)等。 1.定義 轉(zhuǎn)化率是反應(yīng)物料中的某一反應(yīng)物在一個系統(tǒng)中參加化學反應(yīng)的量占其通入系統(tǒng)總量的百分數(shù)，它表示了化學反應(yīng)進行的程度。2.表達式通入系統(tǒng)的反應(yīng)物量參加反應(yīng)的反應(yīng)物量轉(zhuǎn)化率100%100A0AA0ANNNX3.分類分類 根據(jù)研究的系統(tǒng)不同，工業(yè)生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率分為有單程轉(zhuǎn)根據(jù)研究的系統(tǒng)不同，工業(yè)生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化率分為有單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率，單程轉(zhuǎn)化率是以生產(chǎn)過程中的反應(yīng)器為系化率

3、和總轉(zhuǎn)化率，單程轉(zhuǎn)化率是以生產(chǎn)過程中的反應(yīng)器為系統(tǒng)統(tǒng) 單程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率 單程轉(zhuǎn)化率= 總轉(zhuǎn)化率 量輸入到反應(yīng)器的反應(yīng)物應(yīng)物量量從反應(yīng)器輸出的反輸入到反應(yīng)器的反應(yīng)物100%100輸入到過程的反應(yīng)物量從過程輸出的反應(yīng)物量輸入到過程的反應(yīng)物量總轉(zhuǎn)化率 化學反應(yīng)原料不按化學計量比配料時，其中以最小化學計量數(shù)存在的反應(yīng)物稱為限制反應(yīng)物。 不按化學計量比配料的原料中，某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量，該反應(yīng)物稱為過量反應(yīng)物。 過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分數(shù)。通常以此來表示過量反應(yīng)物的過量程度。其計算 方法有兩種方法有兩種用化學計量數(shù)計算：過量%= 100過

4、量反應(yīng)物的化學計量數(shù)限制反應(yīng)物的化學計量數(shù)限制反應(yīng)物的化學計量數(shù)（2）用反應(yīng)物量計算）用反應(yīng)物量計算過量百分數(shù)由定義式也可表示為：過量百分數(shù)由定義式也可表示為：過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率總是小于限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，一般沒有特別說明的情況下轉(zhuǎn)化率是指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，它可以用作衡量反應(yīng)完全程度的標準。量過量反應(yīng)物所需的理論理論量量過量反應(yīng)物所需的過量反應(yīng)物的實際投料過量100 例3-1：用磨碎的礬土礦與硫酸反應(yīng)制得硫酸鋁，反應(yīng)式如下： O3H(SO)AlSO3HOAl2324232礬土礦中含Al2O355.4%（質(zhì)量分數(shù)），硫酸溶液的濃度為77.7%（質(zhì)量分數(shù)）。以1080kg礬土礦和2510kg硫酸

5、溶液為原料，生產(chǎn)出1798kg純的硫酸鋁產(chǎn)品。求反應(yīng)物料中哪一種反應(yīng)物為過量反應(yīng)物？過量反應(yīng)物的過量百分數(shù)為多少？過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是多少？限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為多少？ 過量反應(yīng)物的判斷 計算各反應(yīng)物的化學計量數(shù) Al2O3的化學計量數(shù)： 5.87H2SO4的化學計量數(shù)： 63. 6388.19所以H2SO4為過量反應(yīng)物 過量反應(yīng)物H2SO4的過量百分數(shù)的計算H2SO4的化學計量數(shù)： %95.12%10087. 587. 563. 6生產(chǎn)5.26kmol Al2(SO4)3需消耗硫酸的量kmol78.15326. 5則硫酸的轉(zhuǎn)化率為：%4 .79%10088.1978.15限制反應(yīng)物即Al2O3

6、的轉(zhuǎn)化率 %90%10087. 526. 5 從本題可看出，限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為90%，過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率僅為79.4%，限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率遠比過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大，它才是真正表達了反應(yīng)的完全程度。 產(chǎn)率指的是化學反應(yīng)過程中得到目的產(chǎn)品的百分數(shù)。產(chǎn)率指的是化學反應(yīng)過程中得到目的產(chǎn)品的百分數(shù)。 3.單程收率單程收率 100S目的產(chǎn)品實際產(chǎn)量以參加的某種原料計目的產(chǎn)品理論產(chǎn)量100Y目的產(chǎn)品實際產(chǎn)量以通入反應(yīng)器的原料計目的產(chǎn)品理論產(chǎn)量 收率泛指一般的反應(yīng)過程及非反應(yīng)過程中得到的目收率泛指一般的反應(yīng)過程及非反應(yīng)過程中得到的目的產(chǎn)品的百分率。的產(chǎn)品的百分率。100實際獲得的目的產(chǎn)品量收率通入反應(yīng)器的原

7、料量 在某些生產(chǎn)過程中，由于采用的原料是復雜的混合物，其中的各種成分都有可能轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物，而各種物料在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的情況又很難確定（比如石油裂解生產(chǎn)有機原料乙烯過程），此時，無法或很難用產(chǎn)率來表示產(chǎn)品的得率。為了表明反應(yīng)效果，就常以收率來計算目的產(chǎn)物的得率。 例例3-3：已知丙烯氧化法生產(chǎn)丙烯醛的：已知丙烯氧化法生產(chǎn)丙烯醛的一段反應(yīng)器，原料丙烯投料量為一段反應(yīng)器，原料丙烯投料量為600kg/h，出料中有丙烯醛出料中有丙烯醛640 kg/h，另有未反應(yīng)的丙，另有未反應(yīng)的丙烯烯25 kg/h，試計算原料丙烯的轉(zhuǎn)化率、選擇，試計算原料丙烯的轉(zhuǎn)化率、選擇性及丙烯醛的收率。性及丙烯醛的收率。

8、解： 反應(yīng)器物料變化如圖所示 丙烯氧化生成丙烯醛的化學反應(yīng)方程式：CH2CH=CH2+O2CH2CHO+H2O一段反應(yīng)器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h丙烯轉(zhuǎn)化率83.95%100600)25600(X丙烯的選擇性640/56100%83.48%(60025)/42S 丙烯醛的收率 640/56100%80%600/42Y 。第二節(jié)第二節(jié) 工藝技術(shù)經(jīng)濟指標工藝技術(shù)經(jīng)濟指標第二節(jié)第二節(jié) 工藝技術(shù)經(jīng)濟指標工藝技術(shù)經(jīng)濟指標原料消耗定額原料消耗定額 如果將初始物料（般不是100%的純物質(zhì)）轉(zhuǎn)化為具有一定純度要求的最終產(chǎn)品，按化學反應(yīng)方程式的化學計量為基礎(chǔ)計算的消耗定額，稱為理論消

9、耗定額，用“A理”表示。它是生產(chǎn)單位目的產(chǎn)品時，必須消耗原料量的理論值，因此實際過程的原料消耗量絕不可能低于理論消耗定額。 化工企業(yè)的原材料消耗定額數(shù)據(jù)是根據(jù)理論消耗定額，參考同類型生產(chǎn)工廠的消耗定額數(shù)據(jù)，考慮本企業(yè)生產(chǎn)過程的實際情況(工藝允許的物料損失和生產(chǎn)中應(yīng)該能達到的水平等)估算出來而編入工藝技術(shù)規(guī)程，作為本企業(yè)的控制指標。 公用工程的消耗定額公用工程的消耗定額 公用工程指的是化工廠必不可少的供水、供熱、冷凍、供電和供氣等條件。 第二節(jié)第二節(jié) 工藝技術(shù)經(jīng)濟指標工藝技術(shù)經(jīng)濟指標 例3-4：乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸，已知原料投料量為純度99.4%的乙醛500kg/h，得到的產(chǎn)物為純度98%的醋酸580kg/h，試計算原料乙醛的理論消耗定額、實際消耗定額以及原料利用率。 解：乙醛氧化法解：乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸的化學反