第三章化工過(guò)程參數(shù)

第三章化工過(guò)程參數(shù)

本章要求

1.掌握評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)及計(jì)算方法；

2.掌握工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及計(jì)算方法；

主要內(nèi)容

生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率限制反應(yīng)物與過(guò)量反應(yīng)物產(chǎn)率和選擇性收率消耗定額第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)

一、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

1.生產(chǎn)能力⑴定義：生產(chǎn)能力是指生產(chǎn)裝置每年生產(chǎn)的產(chǎn)品量，單位為⑵分類(lèi)：設(shè)計(jì)能力、查定能力和現(xiàn)有能力。①設(shè)計(jì)能力是指在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和技術(shù)文件中所規(guī)定的生產(chǎn)能力，根據(jù)工廠設(shè)計(jì)中規(guī)定的產(chǎn)品方案和各種數(shù)據(jù)來(lái)確定。通常新建化工企業(yè)竣工投產(chǎn)后，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，熟悉和掌握生產(chǎn)技術(shù)后才能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)能力。②查定能力一般是指老企業(yè)在沒(méi)有設(shè)計(jì)能力數(shù)據(jù)，或雖原有設(shè)計(jì)能力，但由于企業(yè)的產(chǎn)品方案和組織管理、技術(shù)條件等發(fā)生了重大變化，致使原設(shè)計(jì)能力已不能正確反映企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)到的水平，此時(shí)重新調(diào)整和核定的生產(chǎn)能力。它是根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有條件，并考慮到查定期內(nèi)可能實(shí)現(xiàn)的各種技術(shù)組織措施而確定的。

③現(xiàn)有能力現(xiàn)有能力又稱(chēng)計(jì)劃能力，指在計(jì)劃年度內(nèi)，依據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)組織條件及計(jì)劃年度內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的實(shí)際生產(chǎn)效果，按計(jì)劃期內(nèi)產(chǎn)品方案計(jì)算確定的。

注意：這三種生產(chǎn)能力在實(shí)際生產(chǎn)中各有不同的用途，設(shè)計(jì)能力和查定能力是用作編制企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的依據(jù)，現(xiàn)有能力是編制年度生產(chǎn)計(jì)劃的重要依據(jù)。

第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)2．生產(chǎn)強(qiáng)度

生產(chǎn)強(qiáng)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(shí)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kg?m-3?h-1、t?m-3?d-1或kg?m-2?h-1、t?m-2?h-1等。

催化化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度常用催化劑的空時(shí)產(chǎn)率(或稱(chēng)時(shí)空收率)來(lái)表示，即單位時(shí)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／(h·m3催化劑)、t／(d，m3催化劑)或kg／(h．kg催化劑)、t／(d·kg催化劑)等。第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)二、轉(zhuǎn)化率

1.定義轉(zhuǎn)化率是反應(yīng)物料中的某一反應(yīng)物在一個(gè)系統(tǒng)中參加化學(xué)反應(yīng)的量占其通入系統(tǒng)總量的百分?jǐn)?shù)，它表示了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。2.表達(dá)式3.分類(lèi)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(guò)程中的反應(yīng)器為系統(tǒng)

⑴單程轉(zhuǎn)化率

單程轉(zhuǎn)化率=⑵總轉(zhuǎn)化率

第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)

三、限制反應(yīng)物與過(guò)量反應(yīng)物

1.限制反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計(jì)量比配料時(shí)，其中以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物稱(chēng)為限制反應(yīng)物。

2.過(guò)量反應(yīng)物不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中，某種反應(yīng)物的量超過(guò)限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量，該反應(yīng)物稱(chēng)為過(guò)量反應(yīng)物。

3.過(guò)量百分?jǐn)?shù)過(guò)量反應(yīng)物超過(guò)限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)。通常以此來(lái)表示過(guò)量反應(yīng)物的過(guò)量程度。其計(jì)算方法有兩種⑴用化學(xué)計(jì)量數(shù)計(jì)算：過(guò)量%=

第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)（2）用反應(yīng)物量計(jì)算過(guò)量百分?jǐn)?shù)由定義式也可表示為：過(guò)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(méi)有特別說(shuō)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(biāo)準(zhǔn)。4.舉例

第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)

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：礬土礦中含Al2O355.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），硫酸溶液的濃度為77.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。以1080kg礬土礦和2510kg硫酸溶液為原料，生產(chǎn)出1798kg純的硫酸鋁產(chǎn)品。求⑴反應(yīng)物料中哪一種反應(yīng)物為過(guò)量反應(yīng)物？⑵過(guò)量反應(yīng)物的過(guò)量百分?jǐn)?shù)為多少？⑶過(guò)量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是多少？⑷限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為多少？第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)⑴過(guò)量反應(yīng)物的判斷計(jì)算各反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)Al2O3的化學(xué)計(jì)量數(shù)：5.87H2SO4的化學(xué)計(jì)量數(shù)：所以H2SO4為過(guò)量反應(yīng)物⑵過(guò)量反應(yīng)物H2SO4的過(guò)量百分?jǐn)?shù)的計(jì)算H2SO4的化學(xué)計(jì)量數(shù)：第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)⑶生產(chǎn)5.26kmolAl2(SO4)3需消耗硫酸的量則硫酸的轉(zhuǎn)化率為：⑷限制反應(yīng)物即Al2O3的轉(zhuǎn)化率

從本題可看出，限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率為90%，過(guò)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(yuǎn)比過(guò)量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大，它才是真正表達(dá)了反應(yīng)的完全程度。第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)

三、產(chǎn)率和選擇性

1.產(chǎn)率產(chǎn)率指的是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中得到目的產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)。常用的產(chǎn)率指標(biāo)為理論產(chǎn)率。理論產(chǎn)率是以產(chǎn)品的理論產(chǎn)量為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算的產(chǎn)率，即化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中實(shí)際所得目的產(chǎn)品量占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般情況下，實(shí)際得到的目的產(chǎn)品數(shù)量只會(huì)比理論產(chǎn)量小，因此理論產(chǎn)率總是小于100%。根據(jù)計(jì)算目的產(chǎn)品理論產(chǎn)量的基準(zhǔn)不同，理論產(chǎn)率又有兩種不同的表示方法。2.選擇性

3.單程收率

選擇性和單程收率的關(guān)系：選擇性×單程轉(zhuǎn)化率＝單程收率

四、收率收率泛指一般的反應(yīng)過(guò)程及非反應(yīng)過(guò)程中得到的目的產(chǎn)品的百分率。第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)

在某些生產(chǎn)過(guò)程中，由于采用的原料是復(fù)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(jī)原料乙烯過(guò)程），此時(shí)，無(wú)法或很難用產(chǎn)率來(lái)表示產(chǎn)品的得率。為了表明反應(yīng)效果，就常以收率來(lái)計(jì)算目的產(chǎn)物的得率。第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)五、舉例

例3-3：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600kg/h，出料中有丙烯醛640kg/h，另有未反應(yīng)的丙烯25kg/h，試計(jì)算原料丙烯的轉(zhuǎn)化率、選擇性及丙烯醛的收率。第一節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)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(xué)反應(yīng)方程式：CH2CH=CH2+O2→CH2CHO+H2O一段反應(yīng)器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h丙烯轉(zhuǎn)化率丙烯的選擇性丙烯醛的收率消耗定額

工藝技術(shù)管理工作的目標(biāo)除了保證完成目的產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，還要努力降低消耗，因此各化工企業(yè)都根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和本企業(yè)的條件在工藝技術(shù)規(guī)程中規(guī)定了各種原材料的消耗定額，作為本企業(yè)的工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。如果超過(guò)了規(guī)定指標(biāo)，必須查找原因，降低消耗以達(dá)到生產(chǎn)強(qiáng)度大、產(chǎn)品質(zhì)量高、單位產(chǎn)品成本低的目的。1.定義指生產(chǎn)單位產(chǎn)品所消耗的各種原料及輔助材料——水、燃料、電力和蒸汽量等。第二節(jié)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第二節(jié)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2.分類(lèi)⑴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(xué)反應(yīng)方程式的化學(xué)計(jì)量為基礎(chǔ)計(jì)算的消耗定額，稱(chēng)為理論消耗定額，用“A理”表示。它是生產(chǎn)單位目的產(chǎn)品時(shí)，必須消耗原料量的理論值，因此實(shí)際過(guò)程的原料消耗量絕不可能低于理論消耗定額?；て髽I(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(lèi)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(guò)程的實(shí)際情況(工藝允許的物料損失和生產(chǎn)中應(yīng)該能達(dá)到的水平等)估算出來(lái)而編入工藝技術(shù)規(guī)程，作為本企業(yè)的控制指標(biāo)。

⑵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。3．舉例第二節(jié)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

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(jì)算原料乙醛的理論消耗定額、實(shí)際消耗定額以及原料利用率。

解：乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CH3CHO＋