化學(xué)工藝學(xué)課件第二章

1、12.1 原料資源及其加工原料資源及其加工 無(wú)機(jī)化學(xué)礦及其加工無(wú)機(jī)化學(xué)礦及其加工 石油及其加工石油及其加工 天然氣及其加工天然氣及其加工 煤及其加工煤及其加工 生物質(zhì)及其加工生物質(zhì)及其加工 空氣與水空氣與水第第2章章 化學(xué)工藝基礎(chǔ)化學(xué)工藝基礎(chǔ)22.1.1.1 主要無(wú)機(jī)化學(xué)礦主要無(wú)機(jī)化學(xué)礦 鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽礦、鋁土礦、硼礦、錳礦、鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽礦、鋁土礦、硼礦、錳礦、鈦礦、鋅礦、鋇礦、天然沸石、硅藻土等。鈦礦、鋅礦、鋇礦、天然沸石、硅藻土等。2.1.1.2 磷礦和硫鐵礦的加工磷礦和硫鐵礦的加工 磷礦：磷礦：生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸鹽。生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸

2、鹽。 85%85%以上的磷礦用于制造磷肥，生產(chǎn)磷肥的方法有兩大類：以上的磷礦用于制造磷肥，生產(chǎn)磷肥的方法有兩大類： 2.1.1 無(wú)機(jī)化學(xué)礦及其加工無(wú)機(jī)化學(xué)礦及其加工3酸法： 用硫酸或硝酸處理磷礦石。硫酸與磷礦反應(yīng)生成磷酸和硫酸鈣結(jié)晶： Ca5F(PO4)3 + 5nH2O+ 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4nH2O + HF熱法： 利用高溫分解磷礦石，并進(jìn)一步制成可被農(nóng)作物吸收的磷酸鹽。熱法消耗較多的電能和熱能。4硫鐵礦：硫鐵礦：制造硫酸，主要步驟：制造硫酸，主要步驟： 焙燒反應(yīng)：焙燒反應(yīng)： 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)： SO2

3、+ 0.5O2 = SO3 吸收反應(yīng)：吸收反應(yīng)： SO3 + H2O = H2SO4硫鐵礦硫鐵礦粉碎粉碎沸騰焙燒爐沸騰焙燒爐SO2催化氧化催化氧化SO3吸收吸收濃硫酸溶液濃硫酸溶液空氣空氣水水52.1.2 石油及其加工石油及其加工石油化工自石油化工自20世紀(jì)世紀(jì)50年代開始蓬勃發(fā)展年代開始蓬勃發(fā)展90%90%左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為左右的有機(jī)化工產(chǎn)品上游原料可歸結(jié)為三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。三烯主要由石油制取三烯主要由石油制取三苯、萘、甲醇及乙炔可由石油、天然氣和三苯、萘

4、、甲醇及乙炔可由石油、天然氣和煤制取。煤制取。 6 1. 石油的組成石油的組成 l石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色石油是一種有氣味的棕黑色或黃褐色粘稠狀液體，相對(duì)密度大約在粘稠狀液體，相對(duì)密度大約在0.751.00.751.0。l由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的化合物構(gòu)成的量眾多的化合物構(gòu)成的混合物混合物，其中，其中化合物的沸點(diǎn)從常溫到化合物的沸點(diǎn)從常溫到500以上以上l石油中的化合物分為石油中的化合物分為 烴類烴類 非烴類非烴類 膠質(zhì)和瀝青膠質(zhì)和瀝青78 烴類化合物烴類化合物 （碳?xì)浠衔铮ㄌ細(xì)浠衔铮?非烴化合物非烴化合物 （含有碳、氫及其他雜原子

5、的有機(jī)化合物）（含有碳、氫及其他雜原子的有機(jī)化合物） 膠質(zhì)和瀝青質(zhì)膠質(zhì)和瀝青質(zhì) 鏈?zhǔn)斤柡蜔N鏈?zhǔn)斤柡蜔N 環(huán)烷烴環(huán)烷烴 芳香烴芳香烴 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物 金屬有機(jī)化合物金屬有機(jī)化合物 稠環(huán)烴類等稠環(huán)烴類等9根據(jù)沸程的不同，將石油分類根據(jù)沸程的不同，將石油分類2.油品的概念石腦油（輕汽油）石腦油（輕汽油） 50140汽油汽油 140200航空煤油航空煤油 140230煤油煤油 180310柴油柴油 260350潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油 350520重、渣油重、渣油 52010 來(lái)源來(lái)源 常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油常減壓蒸餾（一次加工）得到直餾汽油 催化裂化重整（二次加工）得

6、到催化汽油催化裂化重整（二次加工）得到催化汽油 辛烷值辛烷值 汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，抗爆震性能的指標(biāo)。汽油在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)，抗爆震性能的指標(biāo)。辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量辛烷值越大，抗爆震性能愈高，汽油的質(zhì)量也愈好也愈好 測(cè)定方法：研究法測(cè)定方法：研究法(RON)、馬達(dá)法、馬達(dá)法(MON) 汽油的來(lái)源和指標(biāo)汽油的來(lái)源和指標(biāo)11 將異辛烷規(guī)定為將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為，正庚烷為0，兩，兩者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。將待測(cè)汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩將待測(cè)汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)中炕爆性能相同，則者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)中炕爆性能相同，則待測(cè)

7、汽油的辛烷值就是同測(cè)標(biāo)準(zhǔn)汽油待測(cè)汽油的辛烷值就是同測(cè)標(biāo)準(zhǔn)汽油中異辛烷的百分含量中異辛烷的百分含量 93 ？ 90 辛烷值定義辛烷值定義12評(píng)定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)評(píng)定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)定義：在單缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)試驗(yàn)油料的自定義：在單缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)試驗(yàn)油料的自燃性和十六烷與燃性和十六烷與2甲基萘某一混合物甲基萘某一混合物的自燃性能相同時(shí)，待測(cè)油料的十六烷的自燃性能相同時(shí)，待測(cè)油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分值就和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相同數(shù)相同 柴油的指標(biāo)柴油的指標(biāo)- 十六烷值十六烷值13餾程閃點(diǎn)：評(píng)定柴油蒸發(fā)性能的指餾程閃點(diǎn)：評(píng)定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是

8、標(biāo)，主要是50%和和90%的餾出溫度的餾出溫度凝點(diǎn)：在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，試樣凝點(diǎn)：在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，試樣開始失去流動(dòng)性的溫度開始失去流動(dòng)性的溫度冷濾點(diǎn)：通過(guò)過(guò)濾器的流量每分鐘冷濾點(diǎn)：通過(guò)過(guò)濾器的流量每分鐘不足不足20mL時(shí)的最高溫度時(shí)的最高溫度 柴油的其他性能指標(biāo)柴油的其他性能指標(biāo)14 5: 8以上以上 0: 8至至4 10: 4至至5 20: 5至至14 35: 14至至29 50: 29至至44 根據(jù)使用時(shí)的氣溫選用不同標(biāo)號(hào)根據(jù)使用時(shí)的氣溫選用不同標(biāo)號(hào)柴油標(biāo)號(hào)的依據(jù)是柴油的凝固點(diǎn)柴油標(biāo)號(hào)的依據(jù)是柴油的凝固點(diǎn) 柴油的標(biāo)號(hào)柴油的標(biāo)號(hào)15利用原油中各組分沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分利用原油中各組分沸點(diǎn)的差

9、別進(jìn)行分離離方法：常壓蒸餾方法：常壓蒸餾 減壓蒸餾減壓蒸餾 3、石油的加工、石油的加工一次加工一次加工 油品的加工油品的加工16 催化重整催化重整 （catalytic reforming） 催化裂化催化裂化 (catalytic cracking) 催化加氫裂化催化加氫裂化 (catalytic hydrocracking) 烴類熱裂解烴類熱裂解 （pyrolysis of hybrocarbons）二次加工二次加工 餾分油的化學(xué)加工餾分油的化學(xué)加工 調(diào)整烴類的組成調(diào)整烴類的組成17石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品石油的加工的主要途徑和產(chǎn)品18加熱爐加熱爐重整反應(yīng)器重整反應(yīng)器熱交換器熱交換器熱交換

10、器熱交換器冷凝器冷凝器冷凝器冷凝器再沸器再沸器油氣分離器油氣分離器循環(huán)氫壓縮機(jī)循環(huán)氫壓縮機(jī)石腦油石腦油富氫氣體富氫氣體液化石油氣液化石油氣燃料氣燃料氣重整汽油重整汽油分餾塔分餾塔Pt重整工藝流程圖重整工藝流程圖20 天然氣天然氣 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 干氣干氣 甲烷含量高于甲烷含量高于90% 濕氣濕氣 C2C4烷烴含量烷烴含量15%20% 油田伴生氣油田伴生氣 天然氣于石油伴生天然氣于石油伴生 煤層氣（瓦斯氣）煤層氣（瓦斯氣） 吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷 天然氣水合物天然氣水合物 凍土帶和海底甲烷與水組成凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物的籠形化合物2.1.3天然氣及其加工利用

11、21 制氫氣和合成氨制氫氣和合成氨 經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品經(jīng)合成氣路線制燃料和化工產(chǎn)品 直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品直接催化轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品 熱裂解制化工產(chǎn)品熱裂解制化工產(chǎn)品 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化 濕氣中濕氣中C2 C4烷烴的利用烷烴的利用天然氣的化工利用天然氣的化工利用2223煤煤( (coal) ) 由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機(jī)物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂分子有機(jī)物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成 成煤過(guò)程的程度不同分為成煤過(guò)程的程度不同分為 泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤H% O%含

12、量順序含量順序 泥煤泥煤褐煤褐煤 煙煤煙煤無(wú)煙煤無(wú)煙煤2.1.4煤及其加工利用24 高溫干餾（煉焦）高溫干餾（煉焦） 低溫干餾低溫干餾 煤氣化煤氣化 煤液化（直接液化煤液化（直接液化 間接液化）間接液化）煤的加工煤的加工25煤煤低溫干餾低溫干餾 焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等含氫、甲烷、乙烯等 低溫煤焦油低溫煤焦油 酚類、烷烴、環(huán)烷烴等酚類、烷烴、環(huán)烷烴等 半焦半焦 氣化氣化 合成氣合成氣 高溫干餾高溫干餾 焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣 粗苯粗苯 分離分離 苯苯二甲苯二甲苯 甲苯甲苯 氧（雜）茚氧（雜）茚 茚茚煤焦油煤焦油 分離分離苯酚、甲酚、二甲酚苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘萘、烷基萘 蒽蒽其他化

13、工原料其他化工原料氣化氣化合成氣合成氣合成合成氨、甲醇、低碳混合氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等醇、汽油、柴油等 高壓加氫液化高壓加氫液化汽油、煤油、柴油等汽油、煤油、柴油等 26糠醛的生產(chǎn)糠醛的生產(chǎn)2C2H10O5 H2O淀粉淀粉C12H22O11( (麥芽糖麥芽糖) )H2O2C6H12O6( (葡萄糖）葡萄糖）C6H12O6酵母酵母2CH3CH2OH + 2CO2乙醇的生產(chǎn)乙醇的生產(chǎn) 2.1.5生物質(zhì)及其加工利用HC CHC5H10O5CC糠醛糠醛 OCHO + 3 + 3 H2O 27產(chǎn)品分離與精制產(chǎn)品分離與精制 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 原料預(yù)處理原料預(yù)處理 2.2化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生

14、產(chǎn)過(guò)程化工生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格反應(yīng)類型、反應(yīng)器反應(yīng)類型、反應(yīng)器得到符合規(guī)格的產(chǎn)品得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物回收利用副產(chǎn)物 282.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 推論分析法推論分析法從從“目標(biāo)目標(biāo)”出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合合化工工藝過(guò)程的化工工藝過(guò)程的 “洋蔥洋蔥”模型模型反應(yīng)器反應(yīng)器分離與再循環(huán)分離與再循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程公用工程292.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 功能分析法功能分析法分析每個(gè)單元的基本功能和屬性，列出不同方案分析每個(gè)單元的基本功能和

15、屬性，列出不同方案不同功能單元的實(shí)施方法不同功能單元的實(shí)施方法不同設(shè)備型式不同設(shè)備型式不同流程方案不同流程方案具有相同整體功能具有相同整體功能302.2 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程化工生產(chǎn)工藝流程組織化工生產(chǎn)工藝流程組織 形態(tài)分析法形態(tài)分析法對(duì)不同流程方案精確分析評(píng)價(jià)，擇優(yōu)汰劣對(duì)不同流程方案精確分析評(píng)價(jià)，擇優(yōu)汰劣原原 則則l 是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)l 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性l 環(huán)境、安全和法律環(huán)境、安全和法律l 技術(shù)資料的完整性和可信度技術(shù)資料的完整性和可信度31例例丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)過(guò)程主反應(yīng)：主反應(yīng)： C3H6+NH3+1/2O2

16、CH2= CHCN + H2O主要副產(chǎn)物：主要副產(chǎn)物： HCN CH3CN Q ? 如何從吸收塔底流出的水溶液中分離出丙如何從吸收塔底流出的水溶液中分離出丙烯腈和副產(chǎn)物呢？烯腈和副產(chǎn)物呢？32方案一：方案一：將丙烯腈和各副產(chǎn)物同時(shí)從水溶液中將丙烯腈和各副產(chǎn)物同時(shí)從水溶液中蒸發(fā)出來(lái)，冷凝后再逐個(gè)精餾分離；蒸發(fā)出來(lái)，冷凝后再逐個(gè)精餾分離； Q？ 丙烯腈與乙腈的沸點(diǎn)相近，普通精餾丙烯腈與乙腈的沸點(diǎn)相近，普通精餾方法難于將它們分離方法難于將它們分離方案二：方案二：采用萃取精餾法先將丙烯腈和采用萃取精餾法先將丙烯腈和HCN解吸出來(lái)，解吸出來(lái)，乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和乙腈留在水溶液中，然后再分

17、離丙烯腈和HCN 乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變度很小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變得很容易得很容易33342.3 化工過(guò)程的主要效率指標(biāo)化工過(guò)程的主要效率指標(biāo)l 生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度l 化學(xué)反應(yīng)的效率化學(xué)反應(yīng)的效率合成效率合成效率l 轉(zhuǎn)化率選擇性轉(zhuǎn)化率選擇性 收率收率l 平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率35生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或處理的原料量時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或處理的原料量單位單位 千克千克/ /時(shí)時(shí)（k

18、g/h） 噸噸 / /天天 (t/d) 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年 (10kt/a)？設(shè)計(jì)能力設(shè)計(jì)能力：在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力36設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力單位：?jiǎn)挝唬?kg/hm3，t/dm3kg/hm2，t/dm2 生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)強(qiáng)度時(shí)空收率時(shí)空收率 （對(duì)催化反應(yīng)）（對(duì)催化反應(yīng)） 催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度單位時(shí)間、單位體積（質(zhì)量）催化劑所得產(chǎn)品量單位時(shí)間、單位體積（質(zhì)量）催化劑所得產(chǎn)品量37化學(xué)反應(yīng)的效率化學(xué)反應(yīng)的效率合成效率合成效率（1）原子經(jīng)濟(jì)性）原子經(jīng)濟(jì)性 AE式中：式中： Pi 目的產(chǎn)物分子中各類原子

19、數(shù)；Fj反應(yīng)原料中各類原子數(shù)；M 相應(yīng)各類原子的相對(duì)質(zhì)量。%100jjjiiiMFMPAE38(2) 環(huán)境因子目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量廢物質(zhì)量E上述 指標(biāo)從本質(zhì)上反應(yīng)了其合成工藝是否最大限度地利用了資源，避免了廢物的產(chǎn)生和由此而帶來(lái)的環(huán)境污染。39（反應(yīng)器）（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）（反應(yīng)系統(tǒng)）循循 環(huán)環(huán) 流流 程程轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率是一次性從反應(yīng)器進(jìn)入到離開所達(dá)到的轉(zhuǎn)化單程轉(zhuǎn)化率是一次性從反應(yīng)器進(jìn)入到離開所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。兩者相比較，全程轉(zhuǎn)化率必定大于單程轉(zhuǎn)化率。率。兩者相比較，全程轉(zhuǎn)化率必定大于單程轉(zhuǎn)化率。40該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化總量應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反S表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的

20、大小反映原料的利用是否合理反映原料的利用是否合理選擇性41從產(chǎn)物角度來(lái)描述反應(yīng)過(guò)程的效率從產(chǎn)物角度來(lái)描述反應(yīng)過(guò)程的效率轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系 Y SX對(duì)于無(wú)副反應(yīng)的體系，S=1，故收率在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越高則收率越高；有副反應(yīng)的體系，S1，希望在選擇性高的前提下轉(zhuǎn)化率盡可能高。單程收率單程收率 總收率總收率該反應(yīng)物的起始量應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反Y收率 （產(chǎn)率）42質(zhì)量收率某原料的起始量目的產(chǎn)物的質(zhì)量mY 投入單位質(zhì)量的某原料所能生產(chǎn)的目的投入單位質(zhì)量的某原料所能生產(chǎn)的目的產(chǎn)物的質(zhì)量，即產(chǎn)物的質(zhì)量，即 :43平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率 平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率：

21、可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率； 平衡產(chǎn)率平衡產(chǎn)率：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所得產(chǎn)物的產(chǎn)率 平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率是可逆反應(yīng)所能達(dá)到的極限值（最大值），但是，反應(yīng)達(dá)平衡往往需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，實(shí)際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。工藝學(xué)的任務(wù)之一是通過(guò)熱力學(xué)分析,尋找提高平衡產(chǎn)率的有利條件，并計(jì)算出平衡產(chǎn)率。442.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響對(duì)于可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)對(duì)于可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系系CRTHK)303. 2/(log02.4.1溫度的影響溫度的影響 化學(xué)平衡化學(xué)平衡吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)H0，K值隨著溫度升高而增值隨著溫度升高而增大大,有利于平衡產(chǎn)率增加有利于平衡產(chǎn)率增加放熱反應(yīng)放熱反

22、應(yīng) H0，K值隨著溫度升高而減值隨著溫度升高而減小，降低溫度使平衡產(chǎn)率增加小，降低溫度使平衡產(chǎn)率增加452.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響2.4.1 溫度的影響溫度的影響 反應(yīng)速率反應(yīng)速率總是隨溫度的升高而增加總是隨溫度的升高而增加不可逆反應(yīng)，產(chǎn)物生成速率隨溫度的升高而加快不可逆反應(yīng)，產(chǎn)物生成速率隨溫度的升高而加快DBADBADBADBACCCkCCCkr可逆吸熱反應(yīng)，凈速率隨溫度的升高而增高可逆吸熱反應(yīng)，凈速率隨溫度的升高而增高可逆放熱反應(yīng)，在最佳反應(yīng)溫度下凈反應(yīng)速率最大可逆放熱反應(yīng)，在最佳反應(yīng)溫度下凈反應(yīng)速率最大462.4反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響2.4.2濃度的影響濃度的

23、影響反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。有多種反應(yīng)物時(shí)，使廉價(jià)易得的反應(yīng)物過(guò)量，可提有多種反應(yīng)物時(shí)，使廉價(jià)易得的反應(yīng)物過(guò)量，可提高價(jià)貴難得反應(yīng)物的利用率。高價(jià)貴難得反應(yīng)物的利用率。反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快472.4 反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響2.4.3 壓力的影響壓力的影響壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)減少的反應(yīng)，提高壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)減少的反應(yīng)，提高壓力可以提

24、高平衡產(chǎn)率分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響一定的壓力范圍內(nèi)加壓，對(duì)加快反應(yīng)速率有一定好一定的壓力范圍內(nèi)加壓，對(duì)加快反應(yīng)速率有一定好處，但壓力過(guò)高，反而不經(jīng)濟(jì)處，但壓力過(guò)高，反而不經(jīng)濟(jì)惰性氣體的存在，降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率惰性氣體的存在，降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡482.5催化劑的性能及使用 提高反應(yīng)速率和選擇性提高反應(yīng)速率和選擇性 改進(jìn)操作條件改進(jìn)操作條件 催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，發(fā)展新的化工技術(shù)發(fā)展新的化工技術(shù) 催化劑在能源開發(fā)和消除

25、污染中催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用可發(fā)揮重要作用49鉑炭催化劑鉑炭催化劑3A分子篩分子篩鈀觸媒鈀觸媒活性氧化鋁活性氧化鋁合成氨催化劑合成氨催化劑銀催化劑銀催化劑催化劑催化劑50催化劑在石化工業(yè)中重要性催化劑在石化工業(yè)中重要性全球催化劑市場(chǎng)銷售額全球催化劑市場(chǎng)銷售額1997，74億美元，億美元，1999，90億美元億美元2005，113億美元億美元2010，144億美元億美元 石化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，因此，催石化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，因此，催化劑的效能決定了一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)以及過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否化劑的效能決定了一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程能

26、否實(shí)現(xiàn)以及過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否先進(jìn)。目前，是否掌握先進(jìn)的催化劑生產(chǎn)技術(shù)是石化工業(yè)有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)。目前，是否掌握先進(jìn)的催化劑生產(chǎn)技術(shù)是石化工業(yè)有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志之一。重要標(biāo)志之一。 國(guó)內(nèi)自從大慶油田發(fā)現(xiàn)以來(lái)，我國(guó)石化工業(yè)所需各種催化劑已基本國(guó)內(nèi)自從大慶油田發(fā)現(xiàn)以來(lái)，我國(guó)石化工業(yè)所需各種催化劑已基本實(shí)現(xiàn)了自給。其中加氫精制、催化裂化、催化裂解、重整等催化劑性能實(shí)現(xiàn)了自給。其中加氫精制、催化裂化、催化裂解、重整等催化劑性能優(yōu)異，出口國(guó)外。我國(guó)催化劑研發(fā)能力和水平大體上與國(guó)際相當(dāng)，某些優(yōu)異，出口國(guó)外。我國(guó)催化劑研發(fā)能力和水平大體上與國(guó)際相當(dāng)，某些催化劑達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但是生產(chǎn)技術(shù)層面，如能耗、

27、物耗、環(huán)?？卮呋瘎┻_(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但是生產(chǎn)技術(shù)層面，如能耗、物耗、環(huán)保控制、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本還有差距。制、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本還有差距。512.5.1催化劑的基本特征催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時(shí)，了時(shí)， 催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化和數(shù)量的變化 催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間（即加速作用），但不能改變平間（即加速作用），但不能改變平衡衡 催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)催化劑只能催化特定的反應(yīng)52反應(yīng)歷程能量產(chǎn)物反應(yīng)物Ea反應(yīng)歷程能量產(chǎn)物反應(yīng)

28、物Ea正催化劑正催化劑負(fù)催化劑負(fù)催化劑工業(yè)催化劑：在工廠生產(chǎn)操作溫度、壓力、空速、原料中含有工業(yè)催化劑：在工廠生產(chǎn)操作溫度、壓力、空速、原料中含有 一定雜質(zhì)的條件下能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的催化劑。一定雜質(zhì)的條件下能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的催化劑。53催化劑發(fā)展史催化劑發(fā)展史萌芽階段：萌芽階段：20世紀(jì)前。制造硫酸催化劑（世紀(jì)前。制造硫酸催化劑（SO2 SO3）Pt起步階段：起步階段：19001935年。合成氨催化劑（年。合成氨催化劑（N2H2 NH3）Fe/Cr發(fā)展階段：發(fā)展階段：19361980年。裂化催化劑（活性白土年。裂化催化劑（活性白土、X/Y分子篩）分子篩） 齊格勒齊格勒-納塔催化劑。納塔催化劑。

29、成熟階段：成熟階段：1980年后。年后。90%的化工過(guò)程使用催化劑，擇形催化劑、的化工過(guò)程使用催化劑，擇形催化劑、 固體超強(qiáng)酸等。催化劑基礎(chǔ)研究和工業(yè)催化劑性能固體超強(qiáng)酸等。催化劑基礎(chǔ)研究和工業(yè)催化劑性能 大幅提升。大幅提升。542.5.2催化劑的分類 按催化反應(yīng)體系的物相均一性按催化反應(yīng)體系的物相均一性 均相催化劑均相催化劑 非均相催化劑非均相催化劑 按反應(yīng)類別按反應(yīng)類別 加氫、脫氫、氧化、裂化、水加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基化、鹵化芳構(gòu)化、羰基化、鹵化55 按反應(yīng)機(jī)理按反應(yīng)機(jī)理 氧化還原型催化劑、酸堿催化劑氧化還原型催化劑、酸堿

30、催化劑 按使用條件下的物態(tài)按使用條件下的物態(tài) 金屬催化劑、氧化物催化劑、硫金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑562.5.3.1工業(yè)催化劑的使用性能 活性活性 選擇性選擇性 壽命壽命 壽命的影響因素壽命的影響因素 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 力學(xué)性能穩(wěn)定性力學(xué)性能穩(wěn)定性 耐毒性耐毒性2.5.3工業(yè)催化劑使用中的有關(guān)問(wèn)題2.5.3.2 催化劑催化劑活化活化 催化劑在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中處于非活性狀態(tài)，催化劑裝入反應(yīng)催化劑在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中處于非活性狀態(tài)，催化劑裝入反應(yīng)設(shè)備后需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步

31、活化，使催化劑表面某些原始化合物轉(zhuǎn)變成活設(shè)備后需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步活化，使催化劑表面某些原始化合物轉(zhuǎn)變成活性相，進(jìn)入催化劑活性狀態(tài)。性相，進(jìn)入催化劑活性狀態(tài)。催化劑活化手段催化劑活化手段熱活化：催化劑使用前，經(jīng)過(guò)高溫處理，以除去其表面物熱活化：催化劑使用前，經(jīng)過(guò)高溫處理，以除去其表面物 理吸附的雜質(zhì)理吸附的雜質(zhì),如水等。如水等。 氧化物或鹽類加氫還原為金屬。氧化物或鹽類加氫還原為金屬。 氧化物硫化制備硫化物催化劑。氧化物硫化制備硫化物催化劑。 擇形催化劑的預(yù)積炭和外表面擇形催化劑的預(yù)積炭和外表面 覆蓋、孔口收縮預(yù)處理。覆蓋、孔口收縮預(yù)處理。化學(xué)活化化學(xué)活化預(yù)積炭：高溫下注入甲苯預(yù)積炭：高溫下注入甲苯C

32、VD：(RO)3Si-O-Al,焙燒轉(zhuǎn)變成焙燒轉(zhuǎn)變成 氧化硅膜氧化硅膜(Si-O-Si)后，覆后，覆 蓋在酸中心和蓋在酸中心和 收縮孔口收縮孔口58失活原因失活原因： 超溫過(guò)熱，使催化劑表面發(fā)生燒結(jié)，晶型超溫過(guò)熱，使催化劑表面發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變或物相轉(zhuǎn)變； 原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒原料氣中混有毒物雜質(zhì)，使催化劑中毒； 有污垢覆蓋催化劑表面有污垢覆蓋催化劑表面催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生催化劑失催化劑失活活催化劑積炭催化劑積炭催化劑燒結(jié)催化劑燒結(jié)催化劑中毒催化劑中毒金屬催化劑毒物金屬催化劑毒物 具有不飽和鍵分子具有不飽和鍵分子 具有孤對(duì)電子的含具有孤對(duì)電子的含P

33、/S/N的化合物。的化合物。 具有較多具有較多d電子的金屬（電子的金屬（Pb,Hg）。）。酸堿催化劑毒物酸堿催化劑毒物 堿性有機(jī)分子（含堿性有機(jī)分子（含N化合物，化合物， 如吡啶、喹啉等）如吡啶、喹啉等） 60再生再生： 暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)原料中除暫時(shí)性中毒是可逆的，當(dāng)原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢復(fù)活性去毒物后，催化劑可逐漸恢復(fù)活性 永久性中毒則是不可逆的。催化劑永久性中毒則是不可逆的。催化劑積碳可通過(guò)燒碳再生積碳可通過(guò)燒碳再生無(wú)論是暫時(shí)性中毒后的再生，還是無(wú)論是暫時(shí)性中毒后的再生，還是積碳后的再生，均會(huì)引起催化劑結(jié)積碳后的再生，均會(huì)引起催化劑結(jié)構(gòu)的損傷，致使活性下降構(gòu)的損傷，致使活性

34、下降催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生催化劑再生方法催化劑再生方法使暫時(shí)失活的催化劑通過(guò)某些手段使其活性恢復(fù)的過(guò)程。使暫時(shí)失活的催化劑通過(guò)某些手段使其活性恢復(fù)的過(guò)程。 燒焦：積炭失活催化劑可通過(guò)高溫焙燒使其再生。先用惰性燒焦：積炭失活催化劑可通過(guò)高溫焙燒使其再生。先用惰性氣體或水蒸氣吹掃催化劑，然后采用程序升溫從氣體或水蒸氣吹掃催化劑，然后采用程序升溫從300升到升到500，同時(shí)初始?xì)夥罩胁捎玫秃趿浚ㄍ瑫r(shí)初始?xì)夥罩胁捎玫秃趿浚?.1%），然后逐步提高氣氛中含），然后逐步提高氣氛中含氧量（氧量（45%）。）。 溶劑抽提：失活催化劑在表面吸附毒物，溶解在溶劑中，使其再生。溶劑抽提：失活催化劑

35、在表面吸附毒物，溶解在溶劑中，使其再生。 常用溶劑：乙醇、草酸、醋酸、四氫呋喃、甲苯和丙酮等。常用溶劑：乙醇、草酸、醋酸、四氫呋喃、甲苯和丙酮等。原位再生原位再生體外再生體外再生622.6 反應(yīng)過(guò)程的物料衡算和熱量衡算l物料衡算和熱量衡算的意義物料衡算和熱量衡算的意義：化學(xué)工藝的化學(xué)工藝的基礎(chǔ)之一，通過(guò)物、熱衡算，計(jì)算生產(chǎn)過(guò)基礎(chǔ)之一，通過(guò)物、熱衡算，計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程的原料消耗指標(biāo)、熱負(fù)荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，程的原料消耗指標(biāo)、熱負(fù)荷和產(chǎn)品產(chǎn)率等，為設(shè)計(jì)和選擇反應(yīng)器和其它設(shè)備的尺寸、為設(shè)計(jì)和選擇反應(yīng)器和其它設(shè)備的尺寸、類型及臺(tái)數(shù)提供定量依據(jù)；可以核查生產(chǎn)類型及臺(tái)數(shù)提供定量依據(jù)；可以核查生產(chǎn)過(guò)程中各物料量及有

36、關(guān)數(shù)據(jù)是否正常，有過(guò)程中各物料量及有關(guān)數(shù)據(jù)是否正常，有否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的大小，從而查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)和限制大小，從而查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)和限制部位，為改善操作和進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化提部位，為改善操作和進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化提供依據(jù)供依據(jù)632.6.1 反應(yīng)過(guò)程的物料衡算2.6.1.1 2.6.1.1 物料衡算基本方程物料衡算基本方程物料的衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律物料的衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律輸入物料的總質(zhì)量輸入物料的總質(zhì)量 = = 輸出物料的總質(zhì)量輸出物料的總質(zhì)量 + + 系統(tǒng)內(nèi)積累的物料質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)積累的物料質(zhì)量 衡算系統(tǒng)的物料衡算通式衡算系統(tǒng)的物料衡

37、算通式64間歇操作過(guò)程的物料衡算間歇操作過(guò)程的物料衡算以每批生產(chǎn)時(shí)間為基準(zhǔn)以每批生產(chǎn)時(shí)間為基準(zhǔn)輸入物料量輸入物料量 每批投入的所有物料質(zhì)量的每批投入的所有物料質(zhì)量的總和（包括反應(yīng)物、溶劑、充入的氣體、總和（包括反應(yīng)物、溶劑、充入的氣體、催化劑等）催化劑等）輸出物料量輸出物料量 該批卸出的所有物料質(zhì)量的該批卸出的所有物料質(zhì)量的總和（包括目的產(chǎn)物、副產(chǎn)物、剩余反應(yīng)總和（包括目的產(chǎn)物、副產(chǎn)物、剩余反應(yīng)物、抽出的氣體、溶劑、催化劑等）物、抽出的氣體、溶劑、催化劑等）投入料總量與卸出料總量之差為殘存在反投入料總量與卸出料總量之差為殘存在反應(yīng)器內(nèi)的物料量及其它機(jī)械損失應(yīng)器內(nèi)的物料量及其它機(jī)械損失65穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的物料衡算穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的物料衡算系統(tǒng)中各點(diǎn)的參數(shù)（溫度、壓力、濃度和系統(tǒng)中各點(diǎn)的參數(shù)（溫度、壓力、濃度和流量等）不隨時(shí)間而變化，系統(tǒng)中沒(méi)有積流量等）不隨時(shí)間而變化，系統(tǒng)中沒(méi)有積累累輸入系統(tǒng)的物料總質(zhì)量輸入系統(tǒng)的物料總質(zhì)量 = 輸出系統(tǒng)的物料輸出系統(tǒng)的物料總質(zhì)量總質(zhì)量組分衡算組分衡算 （mi）入入 =（mi）出出