化學(xué)工藝基礎(chǔ)課件

第二章

化學(xué)工藝基礎(chǔ)11/22/20221第二章化學(xué)工藝基礎(chǔ)11/21/20221上次課回顧1.1化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇

對象、內(nèi)涵（源頭、內(nèi)容、目標(biāo)）化學(xué)工程與化學(xué)工藝1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位和作用1.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展方向1.4化學(xué)工業(yè)的原料資源和主要產(chǎn)品11/22/20222上次課回顧1.1化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇11/21/2022化學(xué)工程（chemicalengineering）研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)中所進(jìn)行的化學(xué)（反應(yīng)、反應(yīng)工程）過程和物理（傳遞----三傳）過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科?；瘜W(xué)工藝（chemicaltechnology）即化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)，系指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施。11/22/20223化學(xué)工程（chemicalengineering）研究化學(xué)主要內(nèi)容2.1原料資源及其加工2.2化工生產(chǎn)過程及流程2.3化工過程的主要效率指標(biāo)2.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響2.5催化劑的性能及使用2.6反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)11/22/20224主要內(nèi)容2.1原料資源及其加工11/21/20224基本要求了解主要化工原料及其加工過程；化學(xué)工藝學(xué)中的基本概念重點：石油的一次加工和二次加工的工藝和特點；化工過程的主要效率指標(biāo)；熱量衡算和物料衡算11/22/20225基本要求了解主要化工原料及其加工過程；化學(xué)工藝學(xué)中的基本概2.1原料資源及其加工化學(xué)礦石油天然氣煤生物質(zhì)空氣水11/22/202262.1原料資源及其加工化學(xué)礦11/21/202262.1.1

主要無機化學(xué)礦及加工11/22/202272.1.1

主要無機化學(xué)礦及加工11/21/202271.化學(xué)礦種類鹽礦、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。

11/22/202281.化學(xué)礦種類鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽礦、鋁土礦、硼礦、錳2.磷礦和硫鐵礦的加工磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸鹽的原料。85%以上的磷礦用于制造磷肥，生產(chǎn)磷肥的方法有兩大類：

酸法用硫酸或硝酸等無機酸來處理磷礦石，最常用的是硫酸。

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。11/22/202292.磷礦和硫鐵礦的加工磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和硫鐵礦用于制造硫酸，生產(chǎn)硫酸的過程主要有以下步驟11/22/202210硫鐵礦用于制造硫酸，生產(chǎn)硫酸的過程主要有以下步驟11/22.1.2

石油及其加工11/22/2022112.1.2石油及其加工11/21/202211簡介形成、分布石油化工自20世紀(jì)50年代開始蓬勃發(fā)展基本有機化工、高分子化工、精細(xì)化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有90%來源于石油和天然氣90%左右的有機化工產(chǎn)品使用的原料可歸結(jié)為三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇11/22/202212簡介形成、分布11/21/20221211/22/20221311/21/20221311/22/20221411/21/20221411/22/20221511/21/202215三烯——乙烯、丙烯、丁二烯

石油制取三苯——苯、甲苯、二甲苯

石油、天然氣和煤制取11/22/20221611/21/202216

1.石油的組成

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)成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上石油中的化合物分為烴類非烴類膠質(zhì)和瀝青11/22/2022171.石油的組成由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的烴類化合物非烴化合物膠質(zhì)和瀝青質(zhì)

鏈?zhǔn)斤柡蜔N環(huán)烷烴芳香烴

硫化物氮化物含氧化合物

稠環(huán)烴類等11/22/202218烴類化合物鏈?zhǔn)斤柡蜔N硫化物氮化物稠根據(jù)沸程的不同，將石油分類

2.油品的概念

石腦油（輕汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃潤滑油

350－520℃重、渣油

>520℃11/22/202219根據(jù)沸程的不同，將石油分類2.油品的概念石腦油（輕汽油來源

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）得到催化汽油指標(biāo)：辛烷值汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，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)量也愈好測定方法：研究法(RON)、馬達(dá)法(MON)

汽油的來源和指標(biāo)11/22/202220來源

將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。將待測汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機中炕爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同測標(biāo)準(zhǔn)汽油中異辛烷的百分含量問題：93＃

？

90＃

辛烷值定義11/22/202221將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)定義：在單缸發(fā)動機中，當(dāng)試驗油料的自燃性和十六烷與2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同時，待測油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相同

柴油的指標(biāo)----十六烷值11/22/202222評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)柴油的指標(biāo)----十六餾程閃點：評定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是50%和90%的餾出溫度凝點：在規(guī)定的實驗條件下，試樣開始失去流動性的溫度冷濾點：通過過濾器的流量每分鐘不足20mL時的最高溫度

柴油的其他性能指標(biāo)11/22/202223餾程閃點：評定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是50%和90%的餾出

5＃:8℃以上0＃:8℃至4℃－10＃:4℃至－5℃－20＃:－5℃至－14℃－35＃:－14℃至－29℃－50＃:－29℃至－44℃根據(jù)使用時的氣溫選用不同標(biāo)號柴油標(biāo)號的依據(jù)是柴油的凝固點

柴油的標(biāo)號11/22/202224柴油標(biāo)號的依據(jù)是柴油的凝固點柴油的標(biāo)號11/21/202【1.石油的組成2.油品的概念】

小結(jié)

11/22/202225【1.石油的組成2.油品的概念】

小結(jié)11/21/202石油中的化合物分為：烴類、非烴類、膠質(zhì)和瀝青辛烷值汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，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)量也愈好十六烷值評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)11/22/202226石油中的化合物分為：烴類、非烴類、膠質(zhì)和瀝青11/21/2利用原油中各組分沸點的差別進(jìn)行分離常壓蒸餾減壓蒸餾

3、石油的加工一次加工——油品的加工11/22/202227利用原油中各組分沸點的差別進(jìn)行分離3、石油的加工一次加工催化重整（catalyticreforming）催化裂化(catalyticcracking)催化加氫裂化(catalytichydrocracking)

烴類熱裂解（pyrolysisofhybrocarbons）二次加工——餾分油的化學(xué)加工調(diào)整烴類的組成11/22/202228催化重整（catalyticreformin催化重整在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排列形成新分子的工藝過程。11/22/202229催化重整在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重催化重整（續(xù)1）原料油：石腦油，當(dāng)以生產(chǎn)高辛烷值汽油為目的時，采用80～180℃的餾分，以生產(chǎn)芳烴為主要目的時，采用60～140℃的餾分。產(chǎn)物:提供高辛烷值汽油，苯、甲苯、二甲苯等芳烴原料，以及液化氣和溶劑油，并副產(chǎn)氫氣。11/22/202230催化重整（續(xù)1）原料油：石腦油，當(dāng)以生產(chǎn)高辛烷值汽油為目的催化重整（續(xù)2）反應(yīng)：主要發(fā)生環(huán)烷烴脫氫、烷烴脫氫環(huán)化等生成芳烴的反應(yīng)，此外還有烷烴的異構(gòu)化和加氫裂化等反應(yīng)。催化劑：活性組分（鉑）、助催化劑和酸性載體；鉑-錸雙金屬11/22/202231催化重整（續(xù)2）反應(yīng)：主要發(fā)生環(huán)烷烴脫氫、烷烴脫氫環(huán)化等生成催化重整（續(xù)3）以高辛烷值汽油為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)

原料預(yù)處理重整反應(yīng)系統(tǒng)重整原料拔頭油副產(chǎn)氫氣燃料氣高辛烷值汽油組分重整循環(huán)氫11/22/202232催化重整（續(xù)3）以高辛烷值汽油為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)原料催化重整（續(xù)4）以生產(chǎn)芳烴為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)、芳烴抽提和分離部分

11/22/202233催化重整（續(xù)4）以生產(chǎn)芳烴為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)、芳烴抽催化裂化

在催化劑作用下加熱重質(zhì)餾分油，使大分子烴類化合物裂化的過程11/22/202234催化裂化11/21/202234催化裂化（續(xù)1）原料油：直餾柴油減壓柴油重柴油焦化餾分油（碳數(shù)多在18以上）產(chǎn)物:高質(zhì)量汽油（產(chǎn)率30%～60%）并副產(chǎn)柴油（產(chǎn)率≤40%，其中的烷基苯和烷基萘，可以提取出來作為化工原料）鍋爐燃油、液化氣和氣體等產(chǎn)品11/22/202235催化裂化（續(xù)1）原料油：直餾柴油減壓柴油重柴油焦化餾催化裂化（續(xù)2）反應(yīng)條件：450～530℃0.1～0.3MPa催化劑：為微球形，顆粒直徑10～100μm，目前采用高活性的分子篩催化劑，添加少量稀土氧化物的分子篩催化劑性能更好。11/22/202236催化裂化（續(xù)2）反應(yīng)條件：450～530℃0.1～0.3催化裂化（續(xù)3）裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，主要有大分子烷烴的碳-碳鏈斷裂生成較小分子的烷烴和烯烴；直鏈烷烴脫氫生成烯烴和氫；正烷烴異構(gòu)化為異烷烴；支鏈烷烴脫氫環(huán)化生成芳烴；環(huán)烷烴脫氫生成芳烴；烯烴脫氫環(huán)化或聚合結(jié)焦；芳烴脫氫縮合結(jié)焦等等11/22/202237催化裂化（續(xù)3）裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，主要有大分子烷烴的碳-碳鏈催化裂化（續(xù)4）催化裂化裝置曾使用過固定床和移動床兩種型式，當(dāng)今均采用流化床型式11/22/202238催化裂化（續(xù)4）催化裂化裝置曾使用過固定床和移動床兩種型式，11/22/20223911/21/202239加氫裂化催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂化反應(yīng)。11/22/202240加氫裂化催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂加氫裂化（續(xù)1）原料油：減壓柴油重柴油減壓渣油產(chǎn)品：航空煤油、柴油、汽油(或重整原料)和氣體等產(chǎn)品。11/22/202241加氫裂化（續(xù)1）原料油：減壓柴油重柴油減壓渣油11/21加氫裂化（續(xù)2）工藝：高壓法和中壓法。高壓法的操作壓力高于10MPa，反應(yīng)溫度370～450℃；中壓法壓力5～10MPa，反應(yīng)溫度370～380℃。催化劑：分為兩類，即Ni、Mo、W、Co的非貴金屬氧化物和Pt、Pd氧化物，均用硅酸鋁加分子篩或氧化鋁為載體。11/22/202242加氫裂化（續(xù)2）工藝：高壓法和中壓法。高壓法的操作壓力高于1熱裂解將烴類加熱到750~900℃使其發(fā)生裂解。（下一章詳細(xì)介紹）原料油：乙烷丙烷石腦油產(chǎn)物:乙烯丙烯丁烯丁二烯三苯等芳烴石油的二次加工還有烷基化、異構(gòu)化、焦化等，可獲得高辛烷值汽油和化工原料。11/22/202243熱裂解將烴類加熱到750~900℃使其發(fā)生裂解。（下一章詳細(xì)【3、石油的加工】

小結(jié)11/22/202244【3、石油的加工】

小結(jié)11/21/202244一次加工——油品的加工（常減壓蒸餾）二次加工——餾分油的化學(xué)加工，調(diào)整烴類的組成

11/22/202245一次加工——油品的加工（常減壓蒸餾）11/21/20224催化重整：在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排列形成新分子，生產(chǎn)富含芳烴的高辛烷值汽油的工藝過程。催化裂化：在催化劑作用下加熱重質(zhì)餾分油，使大分子烴類化合物裂化，生產(chǎn)高辛烷值汽油的過程。加氫裂化：催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂化反應(yīng)，增產(chǎn)航空噴氣燃料和優(yōu)質(zhì)輕柴油的過程。11/22/202246催化重整：在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排石油加工的主要途徑和產(chǎn)品11/22/202247石油加工的主要途徑和產(chǎn)品11/21/202247天然氣

主要成分是甲烷干氣

甲烷含量高于90%

濕氣

C2~C4烷烴含量≥15%~20%油田伴生氣

天然氣于石油伴生煤層氣（瓦斯氣）

吸附在煤上的甲烷天然氣水合物

凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物2.1.3天然氣及其加工利用11/22/202248天然氣主要成分是甲烷2.1.3制氫氣和合成氨經(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)品熱裂解制化工產(chǎn)品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化濕氣中C2~C4烷烴的利用天然氣的化工利用11/22/202249制氫氣和合成氨天然氣的化工利用11/21/20224煤(coal)

由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物質(zhì)組成

成煤過程的程度不同分為

泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤

H%O%含量順序

泥煤>褐煤>煙煤>無煙煤2.1.4煤及其加工利用11/22/202250煤(coal)由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅

高溫干餾（煉焦）低溫干餾煤氣化煤液化（直接液化間接液化）煤的加工11/22/202251煤的加工11/21/202251煤的干餾在隔絕空氣條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦?fàn)t氣的過程。煤干餾過程又分高溫、低溫兩類。11/22/202252煤的干餾在隔絕空氣條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗高溫干餾是在煉焦?fàn)t中隔絕空氣于900—1000℃進(jìn)行的干餾過程。產(chǎn)生焦炭、焦?fàn)t氣、粗苯、氨和煤焦油：11/22/202253高溫干餾是在煉焦?fàn)t中隔絕空氣于900—1000℃進(jìn)行的干餾過高溫干餾（續(xù)1）焦?fàn)t氣主要成分：氫(54％一63％)和甲烷(20％一32％)；粗苯中主要含苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯等單環(huán)芳烴，以及少續(xù)不飽和化合物(如戊烯、環(huán)戊二烯、苯乙烯等)和含硫化合物(二硫化碳、噻吩等)，還有很少量的酚類和吡啶等；11/22/202254高溫干餾（續(xù)1）焦?fàn)t氣主要成分：氫(54％一63％)和甲烷(高溫干餾（續(xù)2）煤焦油中含有多種重芳烴、醚類、烷基荼、吡啶、咔唑、蒽、菲、芴、苊等及雜環(huán)有機化合物．日前已鑒定的有400一500種．是制取塑料、染料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥及溶劑等的原料。其中含量最大且應(yīng)用最廣的是萘、目前工業(yè)萘來源仍以煤焦油為豐。11/22/202255高溫干餾（續(xù)2）煤焦油中含有多種重芳烴、醚類、烷基荼、吡啶、低溫干餾是在較低終溫(500一600℃)下近行的干餾過程，產(chǎn)生半焦、低溫焦油和煤氣等產(chǎn)物。11/22/202256低溫干餾是在較低終溫(500一600℃)下近行的干餾過程，煤氣化是指在高溫(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固體燃料與氣化劑反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成主要含有氫、一氧化碳等氣體的過程。氣化劑主要是水蒸氣、空氣或氧氣。11/22/202257煤氣化是指在高溫(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固煤氣化（續(xù)）生成的氣體組成隨固體燃料性質(zhì)、氣化劑種類、氣化方法、氣化條件的不同而有差別。生成的H2和co是合成氨、合成甲醇以及c1化工的基本原料，還可用來合成甲烷，稱為替代天然氣，可作為城市煤氣。11/22/202258煤氣化（續(xù)）生成的氣體組成隨固體燃料性質(zhì)、氣化劑種類、氣化方煤的液化指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。分為：直接液化和間接液化兩大類過程。11/22/202259煤的液化指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。11/21/20直接液化是采用加氫方法使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，所以又稱為煤的加氫液化。液化產(chǎn)物亦稱為人造石油，可進(jìn)一步加工成各種液體燃料。11/22/202260直接液化是采用加氫方法使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，所以又稱為煤的加氫液間接液化是預(yù)先制成合成氣，然后通過催化刑作用將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類燃料、含氧化合物燃料(例如低碳混合醇、二甲醚)。甲醇、低碳醇的抗爆性能優(yōu)異，可替代汽油，而二甲醚的十六烷值很高，是優(yōu)良的柴油替代品。近年來還開發(fā)丁甲醉轉(zhuǎn)化為高車烷值汽油的技術(shù)，促進(jìn)廠煤間接液化的進(jìn)展。11/22/202261間接液化是預(yù)先制成合成氣，然后通過催化刑作用將合成氣轉(zhuǎn)化為烴煤低溫干餾

焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等

低溫煤焦油

酚類、烷烴、環(huán)烷烴等

半焦

氣化合成氣

高溫干餾

焦?fàn)t煤氣粗苯分離苯二甲苯甲苯氧（雜）茚茚煤焦油分離苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料氣化合成氣合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等高壓加氫液化汽油、煤油、柴油等11/22/202262煤低溫干餾焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等低溫煤焦油酚類、烷糠醛的生產(chǎn)2C6H10O5

H2O淀粉C12H22O11(麥芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生產(chǎn)

2.1.5生物質(zhì)及其加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O

戊糖11/22/202263糠醛的生產(chǎn)2C6H10O5H2O淀粉C12H22O11(麥芽11/22/20226411/21/2022642.2化工生產(chǎn)過程及流程2.2.1化工生產(chǎn)過程

2.2.2化工生產(chǎn)工藝流程1工藝流程和流程圖2化工生產(chǎn)工藝流程的組織11/22/2022652.2化工生產(chǎn)過程及流程2.2.1化工生產(chǎn)過程1工藝產(chǎn)品分離與精制

化學(xué)反應(yīng)

原料預(yù)處理

2.2.1化工生產(chǎn)過程達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格原料到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物

化工生產(chǎn)的核心；工藝學(xué)研究的重點內(nèi)容11/22/202266產(chǎn)品分離與精制化學(xué)反應(yīng)原料預(yù)處2.2.2化工生產(chǎn)工藝流程11/22/2022672.2.2化工生產(chǎn)工藝流程11/21/202267工藝流程和流程圖按物料加工順序?qū)⒏鞴δ軉卧袡C地組合起來，則構(gòu)筑成工藝流程。

表達(dá)方法：工藝流程多采用圖示方法來表達(dá)，稱為工藝流程圖(flowsheet或processflowsheet)。課本中的表達(dá)方法？11/22/202268工藝流程和流程圖課本中的表達(dá)方法？11/21/202268化工生產(chǎn)工藝流程的組織推論分析功能分析形態(tài)分析11/22/202269化工生產(chǎn)工藝流程的組織推論分析11/21/202269化工生產(chǎn)工藝流程組織——推論分析法從“目標(biāo)”出發(fā)對不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合化工工藝過程的

“洋蔥”模型反應(yīng)器分離與再循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程如合成氨工藝組織11/22/202270化工生產(chǎn)工藝流程組織——推論分析法從“目標(biāo)”出發(fā)對不同功能化工生產(chǎn)工藝流程組織——功能分析法分析每個單元的基本功能和屬性，列出不同方案不同功能單元的實施方法不同設(shè)備型式不同流程方案如合成氨制氣原料不同11/22/202271化工生產(chǎn)工藝流程組織——功能分析法分析每個單元的基本功能和化工生產(chǎn)工藝流程組織——形態(tài)分析法對不同流程方案精確分析評價，擇優(yōu)汰劣原則是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性環(huán)境、安全和法律技術(shù)資料的完整性和可信度11/22/202272化工生產(chǎn)工藝流程組織——形態(tài)分析法對不同流程方案精確分析評例1：丙烯液相水合制異丙醇工藝設(shè)計工藝：在20MPa和200～300℃及硅鎢酸催化劑水溶液中進(jìn)行，該工藝異丙醇選擇性為98％～99％，但尚有30％～40％的丙烯未反應(yīng)。11/22/202273例1：丙烯液相水合制異丙醇工藝設(shè)計工藝：在20MPa和20難點：原料是昂貴的，制造成本很高解決問題關(guān)鍵：提高原料利用率How？原料循環(huán)11/22/202274難點：原料是昂貴的，解決問題關(guān)鍵：How？原料循環(huán)11/2111/22/20227511/21/202275工藝評價

主要優(yōu)點：能顯著地提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，也減少了對環(huán)境的污染。缺點：循環(huán)體系中惰性物質(zhì)和其它雜質(zhì)會逐漸積累，對反應(yīng)速率和產(chǎn)品產(chǎn)率有影響，必需定期排出這些物質(zhì)以避免積累。11/22/202276工藝評價

主要優(yōu)點：能顯著地提高原料利用率，缺點：循環(huán)體例2丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)分離與精制流程選擇過程丙烯氨氧化的副反應(yīng)很多，主要副產(chǎn)物有氫氰酸(HCN)和乙腈(CH3CN)，需要從反應(yīng)后混合物中將丙烯腈分離出來，副產(chǎn)物氫氰酸是很有用的化工原料，應(yīng)分離出來加以利用。如何分離出丙烯腈和副產(chǎn)物？11/22/202277例2丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)分離與精制流程選擇過程丙烯氨氧化方案一：將丙烯腈和各副產(chǎn)物同時從水溶液中蒸發(fā)出來，冷凝后再逐個精餾分離；Q？丙烯腈與乙腈的沸點相近，普通精餾方法難于將它們分離方案二：采用萃取精餾法先將丙烯腈和HCN解吸出來，乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和HCN

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，使兩者精餾分離變得很容易11/22/202278Q？丙烯腈與乙腈的沸點相近，普通精餾方法難于將它們分離方案方案評價顯而易見，第二種流程優(yōu)于第一種流程，在工業(yè)上廣泛采用。該流程見圖所示該流程，可獲得純度很高的聚合級丙烯腈，回收率也高，且處理過程較簡單。11/22/202279方案評價顯而易見，第二種流程優(yōu)于第一種流程，在工業(yè)上廣泛11/22/20228011/21/202280合理利用能量

在組織工藝流程時，不僅要考慮高產(chǎn)出、高質(zhì)量的問題，還要考慮合理地利用能、回收能，盡可能利用物料所帶的顯熱，使之在離開系統(tǒng)時接近環(huán)境溫度，以免熱量損失到環(huán)境中。11/22/202281合理利用能量在組織工藝流程時，不僅要考慮高產(chǎn)出、高質(zhì)量的問2.3化工過程的主要效率指標(biāo)

生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度化學(xué)反應(yīng)的效率——合成效率轉(zhuǎn)化率選擇性收率平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率11/22/2022822.3化工過程的主要效率指標(biāo)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度11/21生產(chǎn)能力一個設(shè)備、一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或處理的原料量單位

千克/時（kg/h）噸/天(t/d)萬噸/年(10kt/a)？設(shè)計能力：在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力11/22/202283生產(chǎn)能力一個設(shè)備、一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力單位：

kg/h·m3，t/d·m3kg/h·m2，t/d·m2

生產(chǎn)強度？時空收率催化劑的生產(chǎn)強度單位時間、單位體積（質(zhì)量）催化劑所得產(chǎn)品量11/22/202284設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力生產(chǎn)強度？時空收率催化劑的合成效率原子經(jīng)濟(jì)性AE

環(huán)境因子11/22/202285合成效率原子經(jīng)濟(jì)性AE環(huán)境因子11/21/20228511/22/20228611/21/202286（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）循環(huán)流程轉(zhuǎn)化率11/22/202287（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）循環(huán)流程轉(zhuǎn)化率11/21/202選

擇

性表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小反映原料的利用是否合理11/22/202288選

擇

性表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小11/21/20228從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率？單程收率總收率？平衡轉(zhuǎn)化率平衡產(chǎn)率？轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系

收率產(chǎn)率11/22/202289從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率收率產(chǎn)率11/21/2022.4

反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響

可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系溫度的影響——化學(xué)平衡吸熱反應(yīng)ΔH?>0，K值隨著溫度升高而增大,有利于平衡產(chǎn)率增加放熱反應(yīng)ΔH?<0，K值隨著溫度升高而減小，降低溫度使平衡產(chǎn)率增加11/22/2022902.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響可逆反應(yīng)，平衡常2.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響

溫度的影響——反應(yīng)速率ｋ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11/22/2022912.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響溫度的影響——2.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響

濃度的影響反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動使廉價易得的反應(yīng)物過量，提高價貴難得反應(yīng)物的利用率反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快11/22/2022922.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響濃度的影響反應(yīng)物2.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響

壓力的影響壓力對有氣相物質(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)減少的反應(yīng)，提高壓力可以提高平衡產(chǎn)率分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓力對平衡產(chǎn)率無影響一定的壓力范圍內(nèi)加壓，對加快反應(yīng)速率有一定好處，但壓力過高，反而不經(jīng)濟(jì)惰性氣體的存在，降低反應(yīng)物的分壓，對反應(yīng)速率不利，但有利于分子數(shù)增加的反應(yīng)的平衡11/22/2022932.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響壓力的影響壓力對2.5

催化劑的性能及使用

提高反應(yīng)速率和選擇性改進(jìn)操作條件催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過程，發(fā)展新的化工技術(shù)催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用11/22/2022942.5催化劑的性能及使用提高反應(yīng)速率和選擇性11/2催化劑的基本特征催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時，催化劑本身未發(fā)生化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量的變化

催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時間（即加速作用），但不能改變平衡

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)

11/22/202295催化劑的基本特征催化劑是參與了反應(yīng)的，但反應(yīng)終了時，催化劑催化劑的分類

按催化反應(yīng)體系的物相均一性

均相催化劑非均相催化劑按反應(yīng)類別

加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、羰基化、鹵化11/22/202296催化劑的分類按催化反應(yīng)體系的物相均一性按反應(yīng)機理

氧化還原型催化劑、酸堿催化劑按使用條件下的物態(tài)

金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡(luò)合物催化劑和生物催化劑11/22/202297按反應(yīng)機理工業(yè)催化劑的使用性能

活性選擇性壽命

壽命的影響因素

化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性力學(xué)性能穩(wěn)定性耐毒性11/22/202298工業(yè)催化劑的使用性能活性壽命的影響因素11/21/失活原因：

超溫過熱，使催化劑表面發(fā)生燒結(jié)，晶型轉(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；

有污垢覆蓋催化劑表面催化劑的失活和再生11/22/202299失活原因：催化劑的失活和再生11/21/202299再生：暫時性中毒是可逆的，當(dāng)原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢復(fù)活性永久性中毒則是不可逆的。催化劑積碳可通過燒碳再生無論是暫時性中毒后的再生，還是積碳后的再生，均會引起催化劑結(jié)構(gòu)的損傷，致使活性下降催化劑的失活和再生11/22/2022100再生：催化劑的失活和再生11/21/20221002.6反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)

輸入物料的總質(zhì)量=輸出物料的總質(zhì)量+系統(tǒng)內(nèi)積累的物料質(zhì)量

衡算系統(tǒng)的物料衡算通式11/22/20221012.6反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)輸入物料的總質(zhì)量間歇操作過程的物料衡算以每批生產(chǎn)時間為基準(zhǔn)輸入物料量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、催化劑等）輸出物料量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)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應(yīng)器內(nèi)的物料量及其它機械損失11/22/2022102間歇操作過程的物料衡算以每批生產(chǎn)時間為基準(zhǔn)11/21/202穩(wěn)定流動過程的物料衡算系統(tǒng)中各點的參數(shù)（溫度、壓力、濃度和流量等）不隨時間而變化，系統(tǒng)中沒有積累輸入系統(tǒng)的物料總質(zhì)量=輸出系統(tǒng)的物料總質(zhì)量組分衡算

（∑mi）入=（∑mi）出+Δmi

原子衡算

輸入物料中所有原子的摩爾數(shù)之和=輸出物料中所有原子的摩爾數(shù)之和

11/22/2022103穩(wěn)定流動過程的物料衡算系統(tǒng)中各點的參數(shù)（溫度、壓力、濃度和流物料衡算的步驟繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統(tǒng)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式并配平選定衡算基準(zhǔn)，以計算方便為原則收集或計算必要的各種數(shù)據(jù)設(shè)未知數(shù)，列方程式組，聯(lián)立求解計算和核對報告計算結(jié)果11/22/2022104物料衡算的步驟繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統(tǒng)11/21/物料衡算的步驟繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統(tǒng)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式并配平選定衡算基準(zhǔn)，以計算方便為原則收集或計算必要的各種數(shù)據(jù)設(shè)未知數(shù)，列方程式組，聯(lián)立求解計算和核對報告計算結(jié)果11/22/2022105物料衡算的步驟繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統(tǒng)11/21/穩(wěn)態(tài)流動反應(yīng)過程的熱量衡算

穩(wěn)態(tài)流動反應(yīng)過程是一類最常見的恒壓過程，在該系統(tǒng)內(nèi)無能量積累。

輸入該系統(tǒng)的能量=輸入物料的內(nèi)能Uin+環(huán)境傳入的熱量QP輸出該系統(tǒng)的能量=輸出物料的內(nèi)能Uout+系統(tǒng)對外作的功W

Uin+QP=Uout+W11/22/2022106穩(wěn)態(tài)流動反應(yīng)過程的熱量衡算穩(wěn)態(tài)流動反應(yīng)過程是一類最常見的熱量衡算的關(guān)鍵首先要確定衡算對象，即明確系統(tǒng)及其周圍環(huán)境的范圍選定物料衡算基準(zhǔn)，物、熱衡算方程式要聯(lián)立求解，均應(yīng)有同一物料衡算基準(zhǔn)確定溫度基準(zhǔn)，多以298K（或273K）為基準(zhǔn)溫度注意物質(zhì)的相態(tài)，計算相應(yīng)的焓變11/22/2022107熱量衡算的關(guān)鍵首先要確定衡算對象，即明確系統(tǒng)及其周圍環(huán)境的范本章結(jié)束11/22/2022108本章結(jié)束11/21/2022108o11/22/2022109o11/21/2022109370℃280℃拔頭原油常壓渣油，AR400℃減壓渣油，VRo11/22/2022110370℃280℃拔頭原油常壓渣油，AR400℃減壓渣油，VR11/22/202211111/21/2022111o11/22/2022112o11/21/2022112END!11/22/2022113END!11/21/2022113思考題1現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點是什么？2化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇是什么3簡述石油化工原料乙烯的用途？4利用合成氣可以合成哪些產(chǎn)品？5為什么說石油、天然氣和煤是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要原料資源？它們的綜合利用途徑有哪些？6生物質(zhì)和再生資源的利用前景如何？7何謂化工生產(chǎn)工藝流程？舉例說明工藝流程是如何組織的。8何謂循環(huán)式工藝流程？它有什么優(yōu)缺點？9何謂轉(zhuǎn)化率？何謂選擇性？對于多反應(yīng)體系，為什么要同時考慮轉(zhuǎn)化率和選擇性兩個指標(biāo)？11/22/2022114思考題1現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點是什么？11/21/20221110催化劑有哪些基本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)中如何正確使用催化劑？11假設(shè)某天然氣全是甲烷，將其燃燒來加熱一個管式爐，燃燒后煙道氣的干基摩爾組成為86.4%N2、4.2%O2、9.4%CO2。試計算天然氣與空氣的摩爾比，并列出物料收支平衡表12一氧化碳與水蒸氣發(fā)生的變換反應(yīng)為CO+H2O==CO2+H2，若初始混合原料的摩爾比為H2O/CO=2/1，反應(yīng)在500℃進(jìn)行，此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)4.88。求反應(yīng)后混合物的平衡組成和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。13將純乙烷進(jìn)行裂解制取乙烯，已知乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為60%，若每100kg進(jìn)裂解器的乙烷可獲得46.4kg乙烯，裂解氣經(jīng)分離后，未反應(yīng)的乙烷大部分循環(huán)回裂解器（設(shè)循環(huán)氣只是乙烷），在產(chǎn)物中除乙烯及其它氣體外，尚含有4kg乙烷。求生成乙烯的選擇性、乙烷的全程轉(zhuǎn)化率、乙烯的單程收率、乙烯全程收率和全程質(zhì)量收率。11/22/202211510催化劑有哪些基本特征？它在化工生產(chǎn)中起到什么作用？在生產(chǎn)第二章

化學(xué)工藝基礎(chǔ)11/22/2022116第二章化學(xué)工藝基礎(chǔ)11/21/20221上次課回顧1.1化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇

對象、內(nèi)涵（源頭、內(nèi)容、目標(biāo)）化學(xué)工程與化學(xué)工藝1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位和作用1.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展方向1.4化學(xué)工業(yè)的原料資源和主要產(chǎn)品11/22/2022117上次課回顧1.1化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇11/21/2022化學(xué)工程（chemicalengineering）研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)中所進(jìn)行的化學(xué)（反應(yīng)、反應(yīng)工程）過程和物理（傳遞----三傳）過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科?；瘜W(xué)工藝（chemicaltechnology）即化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)，系指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施。11/22/2022118化學(xué)工程（chemicalengineering）研究化學(xué)主要內(nèi)容2.1原料資源及其加工2.2化工生產(chǎn)過程及流程2.3化工過程的主要效率指標(biāo)2.4反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響2.5催化劑的性能及使用2.6反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)11/22/2022119主要內(nèi)容2.1原料資源及其加工11/21/20224基本要求了解主要化工原料及其加工過程；化學(xué)工藝學(xué)中的基本概念重點：石油的一次加工和二次加工的工藝和特點；化工過程的主要效率指標(biāo)；熱量衡算和物料衡算11/22/2022120基本要求了解主要化工原料及其加工過程；化學(xué)工藝學(xué)中的基本概2.1原料資源及其加工化學(xué)礦石油天然氣煤生物質(zhì)空氣水11/22/20221212.1原料資源及其加工化學(xué)礦11/21/202262.1.1

主要無機化學(xué)礦及加工11/22/20221222.1.1

主要無機化學(xué)礦及加工11/21/202271.化學(xué)礦種類鹽礦、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。

11/22/20221231.化學(xué)礦種類鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽礦、鋁土礦、硼礦、錳2.磷礦和硫鐵礦的加工磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸鹽的原料。85%以上的磷礦用于制造磷肥，生產(chǎn)磷肥的方法有兩大類：

酸法用硫酸或硝酸等無機酸來處理磷礦石，最常用的是硫酸。

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。11/22/20221242.磷礦和硫鐵礦的加工磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和硫鐵礦用于制造硫酸，生產(chǎn)硫酸的過程主要有以下步驟11/22/2022125硫鐵礦用于制造硫酸，生產(chǎn)硫酸的過程主要有以下步驟11/22.1.2

石油及其加工11/22/20221262.1.2石油及其加工11/21/202211簡介形成、分布石油化工自20世紀(jì)50年代開始蓬勃發(fā)展基本有機化工、高分子化工、精細(xì)化工及氮肥工業(yè)等的產(chǎn)品中大約有90%來源于石油和天然氣90%左右的有機化工產(chǎn)品使用的原料可歸結(jié)為三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇11/22/2022127簡介形成、分布11/21/20221211/22/202212811/21/20221311/22/202212911/21/20221411/22/202213011/21/202215三烯——乙烯、丙烯、丁二烯

石油制取三苯——苯、甲苯、二甲苯

石油、天然氣和煤制取11/22/202213111/21/202216

1.石油的組成

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)成的混合物，其中化合物的沸點從常溫到500℃以上石油中的化合物分為烴類非烴類膠質(zhì)和瀝青11/22/20221321.石油的組成由分子量不同、組成和結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量眾多的烴類化合物非烴化合物膠質(zhì)和瀝青質(zhì)

鏈?zhǔn)斤柡蜔N環(huán)烷烴芳香烴

硫化物氮化物含氧化合物

稠環(huán)烴類等11/22/2022133烴類化合物鏈?zhǔn)斤柡蜔N硫化物氮化物稠根據(jù)沸程的不同，將石油分類

2.油品的概念

石腦油（輕汽油）

50－140℃汽油

140－200℃航空煤油

140－230℃煤油

180－310℃柴油

260－350℃潤滑油

350－520℃重、渣油

>520℃11/22/2022134根據(jù)沸程的不同，將石油分類2.油品的概念石腦油（輕汽油來源

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）得到催化汽油指標(biāo)：辛烷值汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，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)量也愈好測定方法：研究法(RON)、馬達(dá)法(MON)

汽油的來源和指標(biāo)11/22/2022135來源

將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制成標(biāo)準(zhǔn)汽油。將待測汽油與標(biāo)準(zhǔn)汽油相比較，若兩者在標(biāo)準(zhǔn)汽油機中炕爆性能相同，則待測汽油的辛烷值就是同測標(biāo)準(zhǔn)汽油中異辛烷的百分含量問題：93＃

？

90＃

辛烷值定義11/22/2022136將異辛烷規(guī)定為100，正庚烷為0，兩者以不同比例混合，制評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)定義：在單缸發(fā)動機中，當(dāng)試驗油料的自燃性和十六烷與2－甲基萘某一混合物的自燃性能相同時，待測油料的十六烷值就和混合油料中十六烷值的體積百分?jǐn)?shù)相同

柴油的指標(biāo)----十六烷值11/22/2022137評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)柴油的指標(biāo)----十六餾程閃點：評定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是50%和90%的餾出溫度凝點：在規(guī)定的實驗條件下，試樣開始失去流動性的溫度冷濾點：通過過濾器的流量每分鐘不足20mL時的最高溫度

柴油的其他性能指標(biāo)11/22/2022138餾程閃點：評定柴油蒸發(fā)性能的指標(biāo)，主要是50%和90%的餾出

5＃:8℃以上0＃:8℃至4℃－10＃:4℃至－5℃－20＃:－5℃至－14℃－35＃:－14℃至－29℃－50＃:－29℃至－44℃根據(jù)使用時的氣溫選用不同標(biāo)號柴油標(biāo)號的依據(jù)是柴油的凝固點

柴油的標(biāo)號11/22/2022139柴油標(biāo)號的依據(jù)是柴油的凝固點柴油的標(biāo)號11/21/202【1.石油的組成2.油品的概念】

小結(jié)

11/22/2022140【1.石油的組成2.油品的概念】

小結(jié)11/21/202石油中的化合物分為：烴類、非烴類、膠質(zhì)和瀝青辛烷值汽油在內(nèi)燃機中燃燒時，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)量也愈好十六烷值評定柴油發(fā)火性能（自燃性）的指標(biāo)11/22/2022141石油中的化合物分為：烴類、非烴類、膠質(zhì)和瀝青11/21/2利用原油中各組分沸點的差別進(jìn)行分離常壓蒸餾減壓蒸餾

3、石油的加工一次加工——油品的加工11/22/2022142利用原油中各組分沸點的差別進(jìn)行分離3、石油的加工一次加工催化重整（catalyticreforming）催化裂化(catalyticcracking)催化加氫裂化(catalytichydrocracking)

烴類熱裂解（pyrolysisofhybrocarbons）二次加工——餾分油的化學(xué)加工調(diào)整烴類的組成11/22/2022143催化重整（catalyticreformin催化重整在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排列形成新分子的工藝過程。11/22/2022144催化重整在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重催化重整（續(xù)1）原料油：石腦油，當(dāng)以生產(chǎn)高辛烷值汽油為目的時，采用80～180℃的餾分，以生產(chǎn)芳烴為主要目的時，采用60～140℃的餾分。產(chǎn)物:提供高辛烷值汽油，苯、甲苯、二甲苯等芳烴原料，以及液化氣和溶劑油，并副產(chǎn)氫氣。11/22/2022145催化重整（續(xù)1）原料油：石腦油，當(dāng)以生產(chǎn)高辛烷值汽油為目的催化重整（續(xù)2）反應(yīng)：主要發(fā)生環(huán)烷烴脫氫、烷烴脫氫環(huán)化等生成芳烴的反應(yīng)，此外還有烷烴的異構(gòu)化和加氫裂化等反應(yīng)。催化劑：活性組分（鉑）、助催化劑和酸性載體；鉑-錸雙金屬11/22/2022146催化重整（續(xù)2）反應(yīng)：主要發(fā)生環(huán)烷烴脫氫、烷烴脫氫環(huán)化等生成催化重整（續(xù)3）以高辛烷值汽油為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)

原料預(yù)處理重整反應(yīng)系統(tǒng)重整原料拔頭油副產(chǎn)氫氣燃料氣高辛烷值汽油組分重整循環(huán)氫11/22/2022147催化重整（續(xù)3）以高辛烷值汽油為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)原料催化重整（續(xù)4）以生產(chǎn)芳烴為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)、芳烴抽提和分離部分

11/22/2022148催化重整（續(xù)4）以生產(chǎn)芳烴為主：原料預(yù)處理、重整反應(yīng)、芳烴抽催化裂化

在催化劑作用下加熱重質(zhì)餾分油，使大分子烴類化合物裂化的過程11/22/2022149催化裂化11/21/202234催化裂化（續(xù)1）原料油：直餾柴油減壓柴油重柴油焦化餾分油（碳數(shù)多在18以上）產(chǎn)物:高質(zhì)量汽油（產(chǎn)率30%～60%）并副產(chǎn)柴油（產(chǎn)率≤40%，其中的烷基苯和烷基萘，可以提取出來作為化工原料）鍋爐燃油、液化氣和氣體等產(chǎn)品11/22/2022150催化裂化（續(xù)1）原料油：直餾柴油減壓柴油重柴油焦化餾催化裂化（續(xù)2）反應(yīng)條件：450～530℃0.1～0.3MPa催化劑：為微球形，顆粒直徑10～100μm，目前采用高活性的分子篩催化劑，添加少量稀土氧化物的分子篩催化劑性能更好。11/22/2022151催化裂化（續(xù)2）反應(yīng)條件：450～530℃0.1～0.3催化裂化（續(xù)3）裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，主要有大分子烷烴的碳-碳鏈斷裂生成較小分子的烷烴和烯烴；直鏈烷烴脫氫生成烯烴和氫；正烷烴異構(gòu)化為異烷烴；支鏈烷烴脫氫環(huán)化生成芳烴；環(huán)烷烴脫氫生成芳烴；烯烴脫氫環(huán)化或聚合結(jié)焦；芳烴脫氫縮合結(jié)焦等等11/22/2022152催化裂化（續(xù)3）裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，主要有大分子烷烴的碳-碳鏈催化裂化（續(xù)4）催化裂化裝置曾使用過固定床和移動床兩種型式，當(dāng)今均采用流化床型式11/22/2022153催化裂化（續(xù)4）催化裂化裝置曾使用過固定床和移動床兩種型式，11/22/202215411/21/202239加氫裂化催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂化反應(yīng)。11/22/2022155加氫裂化催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂加氫裂化（續(xù)1）原料油：減壓柴油重柴油減壓渣油產(chǎn)品：航空煤油、柴油、汽油(或重整原料)和氣體等產(chǎn)品。11/22/2022156加氫裂化（續(xù)1）原料油：減壓柴油重柴油減壓渣油11/21加氫裂化（續(xù)2）工藝：高壓法和中壓法。高壓法的操作壓力高于10MPa，反應(yīng)溫度370～450℃；中壓法壓力5～10MPa，反應(yīng)溫度370～380℃。催化劑：分為兩類，即Ni、Mo、W、Co的非貴金屬氧化物和Pt、Pd氧化物，均用硅酸鋁加分子篩或氧化鋁為載體。11/22/2022157加氫裂化（續(xù)2）工藝：高壓法和中壓法。高壓法的操作壓力高于1熱裂解將烴類加熱到750~900℃使其發(fā)生裂解。（下一章詳細(xì)介紹）原料油：乙烷丙烷石腦油產(chǎn)物:乙烯丙烯丁烯丁二烯三苯等芳烴石油的二次加工還有烷基化、異構(gòu)化、焦化等，可獲得高辛烷值汽油和化工原料。11/22/2022158熱裂解將烴類加熱到750~900℃使其發(fā)生裂解。（下一章詳細(xì)【3、石油的加工】

小結(jié)11/22/2022159【3、石油的加工】

小結(jié)11/21/202244一次加工——油品的加工（常減壓蒸餾）二次加工——餾分油的化學(xué)加工，調(diào)整烴類的組成

11/22/2022160一次加工——油品的加工（常減壓蒸餾）11/21/20224催化重整：在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排列形成新分子，生產(chǎn)富含芳烴的高辛烷值汽油的工藝過程。催化裂化：在催化劑作用下加熱重質(zhì)餾分油，使大分子烴類化合物裂化，生產(chǎn)高辛烷值汽油的過程。加氫裂化：催化劑存在及高氫壓下，加熱重質(zhì)油使其發(fā)生各類加氫和裂化反應(yīng)，增產(chǎn)航空噴氣燃料和優(yōu)質(zhì)輕柴油的過程。11/22/2022161催化重整：在催化劑作用下加熱汽油餾分，使其中的烴類分子重新排石油加工的主要途徑和產(chǎn)品11/22/2022162石油加工的主要途徑和產(chǎn)品11/21/202247天然氣

主要成分是甲烷干氣

甲烷含量高于90%

濕氣

C2~C4烷烴含量≥15%~20%油田伴生氣

天然氣于石油伴生煤層氣（瓦斯氣）

吸附在煤上的甲烷天然氣水合物

凍土帶和海底甲烷與水組成的籠形化合物2.1.3天然氣及其加工利用11/22/2022163天然氣主要成分是甲烷2.1.3制氫氣和合成氨經(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)品熱裂解制化工產(chǎn)品甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化濕氣中C2~C4烷烴的利用天然氣的化工利用11/22/2022164制氫氣和合成氨天然氣的化工利用11/21/20224煤(coal)

由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物質(zhì)組成

成煤過程的程度不同分為

泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤

H%O%含量順序

泥煤>褐煤>煙煤>無煙煤2.1.4煤及其加工利用11/22/2022165煤(coal)由含碳、氫的多種結(jié)構(gòu)的大分子有機物和少量硅

高溫干餾（煉焦）低溫干餾煤氣化煤液化（直接液化間接液化）煤的加工11/22/2022166煤的加工11/21/202251煤的干餾在隔絕空氣條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦?fàn)t氣的過程。煤干餾過程又分高溫、低溫兩類。11/22/2022167煤的干餾在隔絕空氣條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗高溫干餾是在煉焦?fàn)t中隔絕空氣于900—1000℃進(jìn)行的干餾過程。產(chǎn)生焦炭、焦?fàn)t氣、粗苯、氨和煤焦油：11/22/2022168高溫干餾是在煉焦?fàn)t中隔絕空氣于900—1000℃進(jìn)行的干餾過高溫干餾（續(xù)1）焦?fàn)t氣主要成分：氫(54％一63％)和甲烷(20％一32％)；粗苯中主要含苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯等單環(huán)芳烴，以及少續(xù)不飽和化合物(如戊烯、環(huán)戊二烯、苯乙烯等)和含硫化合物(二硫化碳、噻吩等)，還有很少量的酚類和吡啶等；11/22/2022169高溫干餾（續(xù)1）焦?fàn)t氣主要成分：氫(54％一63％)和甲烷(高溫干餾（續(xù)2）煤焦油中含有多種重芳烴、醚類、烷基荼、吡啶、咔唑、蒽、菲、芴、苊等及雜環(huán)有機化合物．日前已鑒定的有400一500種．是制取塑料、染料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥及溶劑等的原料。其中含量最大且應(yīng)用最廣的是萘、目前工業(yè)萘來源仍以煤焦油為豐。11/22/2022170高溫干餾（續(xù)2）煤焦油中含有多種重芳烴、醚類、烷基荼、吡啶、低溫干餾是在較低終溫(500一600℃)下近行的干餾過程，產(chǎn)生半焦、低溫焦油和煤氣等產(chǎn)物。11/22/2022171低溫干餾是在較低終溫(500一600℃)下近行的干餾過程，煤氣化是指在高溫(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固體燃料與氣化劑反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成主要含有氫、一氧化碳等氣體的過程。氣化劑主要是水蒸氣、空氣或氧氣。11/22/2022172煤氣化是指在高溫(900一1300℃)下使煤、焦炭或半焦等固煤氣化（續(xù)）生成的氣體組成隨固體燃料性質(zhì)、氣化劑種類、氣化方法、氣化條件的不同而有差別。生成的H2和co是合成氨、合成甲醇以及c1化工的基本原料，還可用來合成甲烷，稱為替代天然氣，可作為城市煤氣。11/22/2022173煤氣化（續(xù)）生成的氣體組成隨固體燃料性質(zhì)、氣化劑種類、氣化方煤的液化指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。分為：直接液化和間接液化兩大類過程。11/22/2022174煤的液化指煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。11/21/20直接液化是采用加氫方法使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，所以又稱為煤的加氫液化。液化產(chǎn)物亦稱為人造石油，可進(jìn)一步加工成各種液體燃料。11/22/2022175直接液化是采用加氫方法使煤轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，所以又稱為煤的加氫液間接液化是預(yù)先制成合成氣，然后通過催化刑作用將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類燃料、含氧化合物燃料(例如低碳混合醇、二甲醚)。甲醇、低碳醇的抗爆性能優(yōu)異，可替代汽油，而二甲醚的十六烷值很高，是優(yōu)良的柴油替代品。近年來還開發(fā)丁甲醉轉(zhuǎn)化為高車烷值汽油的技術(shù)，促進(jìn)廠煤間接液化的進(jìn)展。11/22/2022176間接液化是預(yù)先制成合成氣，然后通過催化刑作用將合成氣轉(zhuǎn)化為烴煤低溫干餾

焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等

低溫煤焦油

酚類、烷烴、環(huán)烷烴等

半焦

氣化合成氣

高溫干餾

焦?fàn)t煤氣粗苯分離苯二甲苯甲苯氧（雜）茚茚煤焦油分離苯酚、甲酚、二甲酚萘、烷基萘蒽其他化工原料氣化合成氣合成氨、甲醇、低碳混合醇、汽油、柴油等高壓加氫液化汽油、煤油、柴油等11/22/2022177煤低溫干餾焦?fàn)t煤氣含氫、甲烷、乙烯等低溫煤焦油酚類、烷糠醛的生產(chǎn)2C6H10O5

H2O淀粉C12H22O11(麥芽糖)H2O2C6H12O6(葡萄糖）C6H12O6酵母2CH3CH2OH+2CO2乙醇的生產(chǎn)

2.1.5生物質(zhì)及其加工利用HCCHC5H10O5CC糠醛OCHO+3H2O

戊糖11/22/2022178糠醛的生產(chǎn)2C6H10O5H2O淀粉C12H22O11(麥芽11/22/202217911/21/2022642.2化工生產(chǎn)過程及流程2.2.1化工生產(chǎn)過程

2.2.2化工生產(chǎn)工藝流程1工藝流程和流程圖2化工生產(chǎn)工藝流程的組織11/22/20221802.2化工生產(chǎn)過程及流程2.2.1化工生產(chǎn)過程1工藝產(chǎn)品分離與精制

化學(xué)反應(yīng)

原料預(yù)處理

2.2.1化工生產(chǎn)過程達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格原料到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物

化工生產(chǎn)的核心；工藝學(xué)研究的重點內(nèi)容11/22/2022181產(chǎn)品分離與精制化學(xué)反應(yīng)原料預(yù)處2.2.2化工生產(chǎn)工藝流程11/22/20221822.2.2化工生產(chǎn)工藝流程11/21/202267工藝流程和流程圖按物料加工順序?qū)⒏鞴δ軉卧袡C地組合起來，則構(gòu)筑成工藝流程。

表達(dá)方法：工藝流程多采用圖示方法來表達(dá)，稱為工藝流程圖(flowsheet或processflowsheet)。課本中的表達(dá)方法？11/22/2022183工藝流程和流程圖課本中的表達(dá)方法？11/21/202268化工生產(chǎn)工藝流程的組織推論分析功能分析形態(tài)分析11/22/2022184化工生產(chǎn)工藝流程的組織推論分析11/21/202269化工生產(chǎn)工藝流程組織——推論分析法從“目標(biāo)”出發(fā)對不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合化工工藝過程的

“洋蔥”模型反應(yīng)器分離與再循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)公用工程如合成氨工藝組織11/22/2022185化工生產(chǎn)工藝流程組織——推論分析法從“目標(biāo)”出發(fā)對不同功能化工生產(chǎn)工藝流程組織——功能分析法分析每個單元的基本功能和屬性，列出不同方案不同功能單元的實施方法不同設(shè)備型式不同流程方案如合成氨制氣原料不同11/22/2022186化工生產(chǎn)工藝流程組織——功能分析法分析每個單元的基本功能和化工生產(chǎn)工藝流程組織——形態(tài)分析法對不同流程方案精確分析評價，擇優(yōu)汰劣原則是否滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性環(huán)境、安全和法律技術(shù)資料的完整性和可信度11/22/2022187化工生產(chǎn)工藝流程組織——形態(tài)分析法對不同流程方案精確分析評例1：丙烯液相水合制異丙醇工藝設(shè)計工藝：在20MPa和200～300℃及硅鎢酸催化劑水溶液中進(jìn)行，該工藝異丙醇選擇性為98％～99％，但尚有30％～40％的丙烯未反應(yīng)。11/22/2022188例1：丙烯液相水合制異丙醇工藝設(shè)計工藝：在20MPa和20難點：原料是昂貴的，制造成本很高解決問題關(guān)鍵：提高原料利用率How？原料循環(huán)11/22/2022189難點：原料是昂貴的，解決問題關(guān)鍵：How？原料循環(huán)11/2111/22/202219011/21/202275工藝評價

主要優(yōu)點：能顯著地提高原料利用率，減少系統(tǒng)排放量，也減少了對環(huán)境的污染。缺點：循環(huán)體系中惰性物質(zhì)和其它雜質(zhì)會逐漸積累，對反應(yīng)速率和產(chǎn)品產(chǎn)率有影響，必需定期排出這些物質(zhì)以避免積累。11/22/2022191工藝評價

主要優(yōu)點：能顯著地提高原料利用率，缺點：循環(huán)體例2丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)分離與精制流程選擇過程丙烯氨氧化的副反應(yīng)很多，主要副產(chǎn)物有氫氰酸(HCN)和乙腈(CH3CN)，需要從反應(yīng)后混合物中將丙烯腈分離出來，副產(chǎn)物氫氰酸是很有用的化工原料，應(yīng)分離出來加以利用。如何分離出丙烯腈和副產(chǎn)物？11/22/2022192例2丙烯氨氧化制丙烯腈生產(chǎn)分離與精制流程選擇過程丙烯氨氧化方案一：將丙烯腈和各副產(chǎn)物同時從水溶液中蒸發(fā)出來，冷凝后再逐個精餾分離；Q？丙烯腈與乙腈的沸點相近，普通精餾方法難于將它們分離方案二：采用萃取精餾法先將丙烯腈和HCN解吸出來，乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和HCN

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，使兩者精餾分離變得很容易11/22/2022193Q？丙烯腈與乙腈的沸點相近，普通精餾方法難于將它們分離方案方案評價顯而易見，第二種流程優(yōu)于第一種流程，在工業(yè)上廣泛采用。該流程見圖所示該流程，可獲得純度很高的聚合級丙烯腈，回收率也高，且處理過程較簡單。11/22/2022194方案評價顯而易見，第二種流程優(yōu)于第一種流程，在工業(yè)上廣泛11/22/202219511/21/202280合理利用能量

在組織工藝流程時，不僅要考慮高產(chǎn)出、高質(zhì)量的問題，還要考慮合理地利用能、回收能，盡可能利用物料所帶的顯熱，使之在離開系統(tǒng)時接近環(huán)境溫度，以免熱量損失到環(huán)境中。11/22/2022196合理利用能量在組織工藝流程時，不僅要考慮高產(chǎn)出、高質(zhì)量的問2.3化工過程的主要效率指標(biāo)

生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度化學(xué)反應(yīng)的效率——合成效率轉(zhuǎn)化率選擇性收率平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率11/22/20221972.3化工過程的主要效率指標(biāo)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度11/21生產(chǎn)能力一個設(shè)備、一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量或處理的原料量單位

千克/時（kg/h）噸/天(t/d)萬噸/年(10kt/a)？設(shè)計能力：在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力11/22/2022198生產(chǎn)能力一個設(shè)備、一套裝置或一個工廠在單位時間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力單位：

kg/h·m3，t/d·m3kg/h·m2，t/d·m2

生產(chǎn)強度？時空收率催化劑的生產(chǎn)強度單位時間、單位體積（質(zhì)量）催化劑所得產(chǎn)品量11/22/2022199設(shè)備的單位體積（或面積）的生產(chǎn)能力生產(chǎn)強度？時空收率催化劑的合成效率原子經(jīng)濟(jì)性AE

環(huán)境因子11/22/2022200合成效率原子經(jīng)濟(jì)性AE環(huán)境因子11/21/20228511/22/202220111/21/202286（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）循環(huán)流程轉(zhuǎn)化率11/22/2022202（反應(yīng)器）（反應(yīng)系統(tǒng)）循環(huán)流程轉(zhuǎn)化率11/21/202選

擇

性表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小反映原料的利用是否合理11/22/2022203選

擇

性表達(dá)主、副反應(yīng)進(jìn)行程度的大小11/21/20228從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率？單程收率總收率？平衡轉(zhuǎn)化率平衡產(chǎn)率？轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的關(guān)系

收率產(chǎn)率11/22/2022204從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率收率產(chǎn)率11/21/2022.4

反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響

可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系