基本有機(jī)工藝學(xué)整理

1、 基本有機(jī)化工工藝學(xué)Ch1.化工工藝學(xué)1化工工藝學(xué)？研究如何將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的一門(mén)學(xué)科 2 工藝？由原料生成產(chǎn)物的過(guò)程 3 天然氣？以甲烷為主要?dú)怏w的燃?xì)?4 .天然氣的利用主要有三條途徑?轉(zhuǎn)化氧化裂解5 石油加工的主要途徑? 蒸餾、催化裂解、加氫精制、焦化、催化重整、脫蠟、溶劑抽提 6 煉廠氣煉油廠所有產(chǎn)物的氣體統(tǒng)稱(chēng) 7 辛烷值正庚烷的辛烷值為零，異庚烷的辛烷值為100，指異庚烷所占的百分比 8 有機(jī)化工的主要原料三烯（乙烯、丙烯、丁二烯），三苯（苯、甲苯、二甲苯），一萘（萘），一炔（乙炔） Ch2.烴類(lèi)熱裂解1烴類(lèi)熱裂解與催化裂解的區(qū)別有無(wú)催化劑，溫度高低，原料的選擇面 2熱裂解的主要反應(yīng)

2、斷裂和脫氫，環(huán)烷化和芳構(gòu)化，異構(gòu)化，聚合和縮合3裂解深度的幾種表示方法轉(zhuǎn)化率，出口溫度，乙烯收率，動(dòng)力學(xué)深度函數(shù) 4溫度、時(shí)間、壓力的影響溫度停留時(shí)間效應(yīng)(1).裂解溫度與停留時(shí)間是相互依賴(lài)，相互制約的。沒(méi)有高溫，停留時(shí)間無(wú)論怎樣變化都不能提高乙烯的收率。同樣，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，溫度再高也不能有好的收率。(2).縮短停留時(shí)間，便可以允許提高溫度。壓力(1).從壓力平衡分析從熱力學(xué)分析，烴類(lèi)裂解（一次反應(yīng)）是分子增多的反應(yīng)，而二次反應(yīng)是分子減少的反應(yīng)，降壓有利。(2).從動(dòng)力學(xué)分析一是減壓操作二是采用惰性氣體作稀釋劑，降低分壓(3).稀釋劑的降壓作用要求：具有穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定），要

3、易分離5水蒸氣作稀釋劑的優(yōu)點(diǎn)易得、熱容大；易分離；清焦作用6SRT型爐的演變過(guò)程反應(yīng)初期要解決傳熱問(wèn)題，采用多股小管徑增加傳熱面積；反應(yīng)后期多股變成一股，采用粗管徑堵塞的可能，使物料在爐內(nèi)流動(dòng)先慢后快，停留時(shí)間先長(zhǎng)后短。 7如何判別清焦進(jìn)口壓力是否增加；乙烯含量是否增加；爐管上光亮點(diǎn)的大小 8間接急冷工業(yè)解決結(jié)焦的方法能量回收的途徑方法：控制停留時(shí)間；控制出口溫度高于裂解氣的入口溫度 途徑：高溫裂解氣；熱油；煙道氣 9酸性氣體的脫除酸性氣體指CO2、H2S及少量有機(jī)硫化物。危害：1）腐蝕管路與設(shè)備2）影響催化劑的壽命3）堵塞管路干冰10脫水、分子篩吸附規(guī)律、再生步驟脫水方法：冷凍法；固體干燥法

4、要求：a.干燥度要高b.生產(chǎn)能力大，吸附量大c.能重復(fù)使用d.強(qiáng)度和穩(wěn)定性分子篩吸附規(guī)律:吸附小于其孔徑的分子。極性吸附劑。它對(duì)極性分子有較大的親和力。分子的不飽和度越大，越容易被吸附。沸點(diǎn)越低，越不易被吸附。再生步驟:a.放油防止氣化要帶壓放油b.增濕用水替代烴類(lèi)c.逆流加熱確保干燥度11油吸收與深冷的區(qū)別深冷分離的原理：利用裂解氣中各組分的相對(duì)揮發(fā)度不同，在低溫下將裂解氣中除了甲烷和氫以外的其它組分全部地冷凝下來(lái)。然后再用精餾的方法將各組分逐一分開(kāi)。油吸收分離的原理：利用溶劑對(duì)裂解氣中各組分的不同吸收能力，將裂解氣中除了甲烷和氫以外的其它組分全部吸收下來(lái)。然后再用精餾的方法將各組分逐一分開(kāi)

5、。區(qū)別：脫甲烷和氫氣的形式不同 12脫甲烷過(guò)程兩個(gè)重要指標(biāo)：1甲烷對(duì)乙烯的相對(duì)揮發(fā)度 .分離易2尾氣中的乙烯含量含量收率13乙烯精餾1側(cè)線采出2. 中間再沸Ch3.芳烴轉(zhuǎn)化1芳烴轉(zhuǎn)化(1)cat能提供質(zhì)子（H+），而質(zhì)子只有一個(gè)正電荷，所以轉(zhuǎn)移速度很快，容易接近其它極性分子中帶負(fù)電的一端，形成化學(xué)鍵，同時(shí)因質(zhì)子半徑小，呈現(xiàn)很強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，極化接近它的分子，形成新鍵。(2)另一方面芳烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的反應(yīng)物是芳烴，也有烯烴。它們是對(duì)質(zhì)子具有一定親和力的弱堿。因此能與催化劑提供的質(zhì)子親和形成正烴離子。2結(jié)構(gòu)對(duì)形成正烴離子的影響對(duì)于芳烴決定于取代基，取代基增加則。增加；對(duì)于烯烴取決于碳的多少，碳增加，什

6、么都增加。 3反應(yīng)類(lèi)型異構(gòu)化；歧化與烷基轉(zhuǎn)移；烷基化和脫烷基化4混合氧化物cat無(wú)機(jī)酸H2SO4、HCl、H3PO4 質(zhì)子酸腐蝕性強(qiáng)酸性鹵化物AlCl3通式HX-MXn固體酸5烷基化的方法及機(jī)理方法：氣液相烷基化法；氣固相法；低濃度乙烯氣固相法機(jī)理：AlCl3為主cat，HCl為助cat6 反應(yīng)器的選擇氣液相反應(yīng)；有AlCl3和HCl存在；反應(yīng)易達(dá)平衡，受返混影響不大；乙烯溶解及反應(yīng)均為放熱反應(yīng)；絡(luò)合物長(zhǎng)期使用，易樹(shù)脂化造成堵塞Ch4.加氫1.脫氫反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型環(huán)烷烴的脫氫；芳香烴的脫氫或脫氫縮合；鏈烴的脫氫；直鏈烴的脫氫環(huán)化或芳構(gòu)化；醇類(lèi)的脫氫2.乙苯脫氫制苯乙烯主反應(yīng)：副反應(yīng)：3.影響因素

7、1）溫度脫氫是吸熱反應(yīng)T X 有利2）壓力脫氫反應(yīng)是分子增多的反應(yīng)P Kx x 有利3）cata.鐵系b.鎳系c.鉻系4.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等溫式列管反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器軸向溫度分布均勻，易于控制，不需要過(guò)熱蒸汽，蒸汽耗量少，能量消耗少。缺點(diǎn)：需要特殊合金鋼，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修不方便。絕熱式列管反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)空間利用率高，不需耐熱金屬材料，檢修方便，基建投資少。缺點(diǎn)：溫度波動(dòng)大，操作不平穩(wěn)，消耗大量的高溫蒸汽。Ch5.脫氫1.脫氫反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型環(huán)烷烴的脫氫；芳香烴的脫氫或脫氫縮合；直鏈烴的脫氫；直鏈烴的脫氫環(huán)化或芳構(gòu)化；醇類(lèi)的脫氫2.乙苯脫氫制苯乙烯主反應(yīng)：副反應(yīng)：3.影響因素1）溫度脫氫是吸熱

8、反應(yīng)T X 有利2）壓力脫氫反應(yīng)是分子增多的反應(yīng)。P Kx x 有利3）cata.鐵系b.鎳系c.鉻系4.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等溫式列管反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器軸向溫度分布均勻，易于控制，不需要過(guò)熱蒸汽，蒸汽耗量少，能量消耗少。缺點(diǎn)：需要特殊合金鋼，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修不方便。絕熱式列管反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)空間利用率高，不需耐熱金屬材料，檢修方便，基建投資少。缺點(diǎn)：溫度波動(dòng)大，操作不平穩(wěn)，消耗大量的高溫蒸汽。Ch6.催化氫化1.氧化反應(yīng)的類(lèi)型1）在作用物分子中直接引入氧CH3CHO1/2O2CH3COOHCH2=CH21/2O2CH3CHO2）作用物分子脫去氫同時(shí)添加氧CH2=CHCH3O2CH2=CHCHO

9、H2O3）作用物分子只脫去氫，氫被氧化成水氧化脫氫反應(yīng)CH3CH2OH1/2O2CH3CHOH2OCH3CH2CH=CH21/2O2CH2=CHCH=CH2H2O4）兩個(gè)作用物分子共同失去氫，氫被氧化為水氧化偶聯(lián)反應(yīng)CH3CHCH3NH33/2O2CH2=CHCN3H2O降解氧化反應(yīng)2.均相氧化反應(yīng)的機(jī)理3.cat加入后的作用縮短或清除了誘導(dǎo)期促進(jìn)過(guò)氧化物的分解，加速分支氧化反應(yīng)的進(jìn)行可提高氧化反應(yīng)選擇性4.均相氧化反應(yīng)的特點(diǎn)氣液相反應(yīng)；氧的傳遞過(guò)程對(duì)反應(yīng)影響大；反應(yīng)熱效應(yīng)大；具有腐蝕性；有爆炸危險(xiǎn)性5.氧化反應(yīng)器能提高供充分的相接觸表面；能有效的移出反應(yīng)熱；設(shè)備必須防腐；需有安全裝置6.非均

10、相催化氧化反應(yīng)的特點(diǎn)反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜:A擴(kuò)散反應(yīng)物通過(guò)流體相向cat表面擴(kuò)散B吸附反應(yīng)物在cat表面吸附C表面反應(yīng)D脫附產(chǎn)物從cat表面脫附E反擴(kuò)散脫附的產(chǎn)物內(nèi)由表面擴(kuò)散到流體相并帶出熱量強(qiáng)放熱反應(yīng)7.絡(luò)合催化氧化的特點(diǎn)反應(yīng)條件溫和；反應(yīng)選擇性高；反應(yīng)產(chǎn)物可預(yù)見(jiàn)；反應(yīng)產(chǎn)物和調(diào)Ch7.氯化1.氯化反應(yīng)的方法熱氯化法；光氯化法；化氯化法；氧氯化法2.烴類(lèi)氯化反應(yīng)的一般規(guī)律1）在低溫和中溫時(shí)，不同位置上的氫原子被取代的速度按下列次序遞增伯<仲<叔2）在高溫時(shí)，各氫原子被取代的速度相等（趨近于）。3）在液相中進(jìn)行氯化時(shí)，反應(yīng)速度較快。既液相氯化可在比氣相氯化為低的溫度下達(dá)到同一相對(duì)取代速度。4

11、）水分、炭、cat和光的作用對(duì)伯、仲、叔氫原子的相對(duì)取代速度沒(méi)有重大影響。5）升高溫度和延長(zhǎng)時(shí)間可以導(dǎo)致一氯代物的裂解而脫掉氯化氫。此時(shí)最穩(wěn)定的是伯位氯取代物，其次是仲、叔。6）當(dāng)烴類(lèi)過(guò)量，并且氯化物條件維持不變時(shí)，則生成的一氯代物與多氯代物的產(chǎn)率可以用下式表示：x=k·y式中：x一氯代物與多氯代物的重量比k對(duì)一定的烴是一常數(shù)3.取代和加成反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律低溫時(shí)發(fā)生加成反應(yīng)活化能起決定因素高溫時(shí)發(fā)生取代反應(yīng)位阻起決定作用Ch8.物料及能量衡算化工過(guò)程的主要效率指標(biāo)1轉(zhuǎn)化率（conversion）X=反應(yīng)掉的量/進(jìn)入反應(yīng)器的原料量2選擇性（selectivity）S=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的原料

12、量/反應(yīng)掉的原料量3收率（yield）Y=S·X一、常用的幾個(gè)衡算方法原子衡算:這是物料衡算的一種重要形式，在做衡算時(shí)不需要考慮化學(xué)反應(yīng)的細(xì)節(jié)。Ex1.石油化工廠中一種制氫方法是將烴類(lèi)氣體（如甲烷、乙烷）在鎳cat上與水蒸氣反應(yīng)。若離開(kāi)反應(yīng)器氣體的干基數(shù)據(jù)為：化合物CH4C2H6CO CO2H2組成mol% 4.6 2.5 18.6 4.6 69.7若反反應(yīng)器進(jìn)料中的烴只含甲烷和乙烷，問(wèn)：1. 進(jìn)料中這兩種氣體的mol比是多大？2. 反應(yīng)器中每1000標(biāo)m3烴氣進(jìn)料需多少千克水蒸氣？組分衡算:對(duì)于沒(méi)有反應(yīng)的過(guò)程，就不需做原子衡算，這時(shí)做組分衡算就比較適合。Ex2. 在一吸收塔中要制含

13、10%（wt）丙酮的水溶液50kg進(jìn)塔氣中含丙酮20%，其余為空7 氣，塔頂用水吸收。吸收尾氣中尚含3%（wt）丙酮。求：加入到吸收塔中的丙酮空氣混合物的量。解：基準(zhǔn)50kg產(chǎn)物設(shè)加入到吸收塔中的丙酮空氣混合物的量為x，則0.2x加入的丙酮量0.8x加入的空氣量0.8x/0.97尾氣量（0.8x/0.97）×0.03尾氣中放走的丙酮量0.2x=（0.8x/0.97）×0.03+5x=28.5節(jié)點(diǎn)衡算 聯(lián)系物衡算Ex3.環(huán)境部門(mén)認(rèn)為，若離開(kāi)煙囪的氣體中CO2的含量大于15%時(shí)，對(duì)健康不利，違反城市衛(wèi)生規(guī)定。假定燃燒的是100%天然氣，空氣量剛好調(diào)到130%，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)CO2的

14、含量為20%。問(wèn)：這數(shù)據(jù)是否可靠？解：取100mol天然氣為基準(zhǔn)CH4+2O2CO2+2H2O100molCH4需O2為200mol實(shí)際200×1.3=260molO2260molN2978.1mol 進(jìn)入反應(yīng)器 出反應(yīng)器 CH4 100 / O2 260 60 N2 978.1 978.1 CO2 / 100 1138.1 CO2含=8.8%<15%具有循環(huán)過(guò)程的衡算1總衡算FF=P+W一般在已知總轉(zhuǎn)化率時(shí)可采用注：不涉及RC，與具體過(guò)程無(wú)關(guān)。2反應(yīng)器它是將MF、RPs 聯(lián)系起來(lái)與RC有關(guān)3.節(jié)點(diǎn)A.FF+RC=MF B.SP=RC+W+P Ex5:氫、一氧化碳在高壓下合成甲

15、醇的反應(yīng)CO+2H2CH3OH。H2和CO以化學(xué)計(jì)量比加入，這兩種原料是天然氣重整得到的。這種天然氣含0.5%（體）的雜質(zhì)I，每次通過(guò)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率是60%，進(jìn)入反應(yīng)器的雜質(zhì)應(yīng)保持低于2%（體），所有的流股都是理想氣體。a.對(duì)每mol原料應(yīng)有多少mol循環(huán)回到反應(yīng)器？b.對(duì)每mol新鮮原料應(yīng)排放多少mol？Ex6:當(dāng)丙烷脫氫時(shí)主反應(yīng)為C3H8C3H6+H2副反應(yīng)為C3H8C2H4+CH4其總轉(zhuǎn)化率為95%，選擇性為90%。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離后，分成三股，一股是C2H4、CH4、H2，一股是C3H6和占反應(yīng)產(chǎn)物0.5%丙烷，另一股是丙烷和占產(chǎn)物中5%的丙烯為循環(huán)料。求：1）各流股的組成 2）RC/F

16、F 3）單程轉(zhuǎn)化率sEX7: 在銀cat作用下,乙烯可被空氣氧化成環(huán)氧乙烷,副反應(yīng)是乙烯完全被氧化成CO2和H2O.已知離開(kāi)氧化反應(yīng)器的氣體干基組為:C2H43.22%,N279.64%,O210.81%,C2H4O0.83%,CO25.5%(V)該氣體進(jìn)入水吸收塔,其中的環(huán)氧乙烷和水蒸汽全部溶解于水中,而其它氣體不溶于水.由吸收塔頂逸出后排放少量至系統(tǒng)外,其余循環(huán)回氧化反應(yīng)器.計(jì)算: 1.乙烯的單程轉(zhuǎn)化率. 2.生成環(huán)氧乙烷,的選擇性. 3.循環(huán)比. 4.新鮮原料中乙烯和空氣量之比Ex8:原料AB進(jìn)行下列反應(yīng)：2A+5B=3C+6D，若新鮮原料中A過(guò)剩10，B的單程轉(zhuǎn)化率是60，B的總轉(zhuǎn)化率

17、是90，反應(yīng)器出來(lái)的產(chǎn)物進(jìn)分離器將產(chǎn)物C與D分出，剩下未反應(yīng)的A、B組分，一部分排放，其余循環(huán)返回反應(yīng)器。求：1. 循環(huán)氣（RC）的組成；2. 排放氣（W）與循環(huán)氣之比； 3. 循環(huán)氣與進(jìn)反應(yīng)器原料（MF）之比；熱量衡算確定的問(wèn)題：1. 加熱（或冷卻）劑的用量，為公用工程提供依據(jù)。2. 設(shè)備傳遞的熱量，為設(shè)備設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3. 分析熱量利用方案是否合理，以提高熱量的綜合利用。1.列出熱量衡算式Q=Q1+Q2+Q3 Q出=Q4+Q5+Q6+Q7+Q損2.確定計(jì)算基準(zhǔn)溫度 選擇0或253.各種熱量的計(jì)算1）Q1和Q4 Q=G·C·t2）Q3 Q3=Qp+Qc3）Q5 Q5=W·C（twK-twH）4）Q6a過(guò)程是在敞口的設(shè)備中進(jìn)行的 Q6=