化学工艺重点.docx

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化学工艺重点

第一章绪论

1、化学工艺定义：

指在化学、物理和其他科学成就的基础上，研究综合利用各种原料生产化工产品的原理、方法、流程和设备的一门学科。

目的：

创立技术先进、经济合理、生产安全、环境无害的生产过程。

2、现代化学工业特点

（1）原料、生产方法和产品的多样性和复杂性

（2）向大型化、综合化，精细化发展

（3）多学科合作、技术密集型生产

（4）重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法

（5）资金密集，投资回收速度快，利润高

（6）安全和环境保护问题日益突出

第二章化学工艺基础

1、生产磷肥的两种方法:

酸法又称湿法和热法，

酸法：

主要用于制造磷肥。

又称酸法，用硫酸、磷酸、硝酸或盐酸分解磷矿，并将磷矿中的钙以钙盐的形式分离掉。

热法：

利用高温分解磷矿，并进一步制成可被作物吸收的磷酸盐。

用这种方法生产的磷肥不溶于水，属枸溶性磷肥。

（其中所含磷能溶于柠檬酸或柠檬酸铵溶液，亦能被植物吸收。

柠檬酸又称为枸橼酸。

）

2、八大基本原料：

三烯——乙烯、丙烯、丁二烯石油制取，三苯——苯、甲苯、二甲苯石油、天然气和煤制取，乙炔和萘

3、石油中几乎没有烯烃和炔烃这两类化合物

4、石油一次加工为物理过程包括常压蒸馏和减压蒸馏

石油二次加工化学过程包括：

催化重整，催化裂化，催化加氢裂化，烃类热裂解（不需要催化剂）。

5、天然气主要成分是甲烷。

干气甲烷含量高于90%；湿气C2~C4烷烃含量≥15%~20%。

油田伴生气天然气与石油伴生。

煤层气（瓦斯气）吸附在煤上的甲烷。

天然气水合物冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物。

——“可燃冰”、“固体瓦斯”

6、农副产品废渣的水解是工业生产糠醛的唯一路线。

7、、化工生产工艺流程的组织一、推论分析法:

从“目标”出发对不同功能的单元进行逻辑组合。

二、功能分析法，三、形态分析法。

形态分析法的一个重要判据—经济性

化工工艺过程的“洋葱”模型

反应器-----分离与再循环-----换热网络-----公用工程

8、循环流程的主要优点：

能显著提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，减少环境污染。

9、一、转化率:

某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起

始量的分率或百分比。

•对于循环式流程的过程来说，有单程转化率和全程转化率之分。

X=

1.单程转化率：

原料每次通过反应器的转化率，例如：

原料中组分A的单程转化率为：

2.全程转化率：

指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所达到的转化率。

例如:

原料中组分A的全程转化率为:

对同一原料而言，全程转化率要大于单程转化率。

二、选择性•1.定义：

体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。

用符号S表示，其定义如下

2.物理意义：

表达了主副反应进行程度的相对大小，能确切反应原料的利用是否合理。

三、收率:

是从产物角度来描述反应过程的效率。

符号为Y，其定义式

对于循环物料有单程收率和全程收率之分

四、质量收率

投入单位质量的原料所能生产的目的产物的质量。

定义式

五、转化率、选择性和收率的关系

1.关系式Y=SX

2.讨论对于无副反应的体系，S=1，收率在数值上等于转化率，转化率越高则收率越高；对于有副反应的体系，S<1，希望在选择高的前提下转化率尽可能高。

10、反应条件对化学平衡和反应速率的影响

浓度的影响

反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反应物过量，提高价贵难得反应物的利用率。

反应物浓度愈高，反应速率愈快。

11、、催化剂的基本特征

1.催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。

2.催化剂只能缩短达到化学平衡的时间，但不能改变平衡。

3.催化剂有选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。

12、）催化剂寿命影响因素：

a.化学稳定性b.热稳定性c.力学性能稳定性d.耐毒性

第三章烃类热裂解

1、烃类裂解反应规律正构烷烃的裂解

必背：

同碳原子数的烷烃C-H键能大于C-C键能，断链比脱氢容易。

随着碳链的增长，其键能数据下降，表明热稳定性下降，碳链越长裂解反应越易进行。

正构烷烃裂解规律

（1）烷烃反应是强吸热反应，相同烷烃断链比脱氢容易。

（2）断链反应的ΔG较大，断链是不可逆过程，脱氢是可逆过程。

（3）碳链越长越易裂解。

（4）对于断链反应，在分子两端断链的优势大；断链所得的分子，较小的是烷烃，较大的是烯烃。

（5）乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应,生成乙烯；甲烷在一般裂解温度下不发生变化。

2、生碳结焦的反应规律

1）不同温度下生碳结焦反应经历着不同的反应途径。

2）生炭结焦是典型的连串反应。

3）单环或少环芳烃>多环芳烃>稠环芳烃>液体焦油>固体沥青>质焦炭

焦和炭的区别

1）形成过程不同：

烯烃经过炔烃中间阶段而生炭；经过芳烃中间阶段而结焦。

2）氢含量不同:

炭几乎不含氢，焦含有微量氢（0.1-0.3％）。

3、裂解原料的性质及各自的影响

（1）族组成---PONA值表示馏分油中P、O、N、A的质量百分含量

烷烃P（paraffin）烯烃O（olefin）环烷烃N（naphtene）芳烃A（aromatics）

影响对于原料来说，烷烃含量越大，芳烃越少，则乙烯产率越高。

（2）氢含量表示方法：

氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量分数表示，也可以用原料中C与H的质量比（称为碳氢比）表示

意义：

可判断原料可能达到的裂解深度、C4及C4以下轻烃的收率。

影响对于原料来说，氢含量高则乙烯产率越高。

烷烃氢含量高,芳烃则较低。

（3）特性因数（K）（填空题）表征石脑油和轻柴油等轻质油化学组成特性的一种因数，用K表示。

影响1）K值以烷烃高，环烷烃次之，芳烃低。

2）原料烃的K值↑，环烷烃↓，则乙烯产率↑。

3）乙烯和丙烯总体收率大体上随裂解原料K值的增大而增加。

（4）芳烃指数（BMCI）用以表征柴油等重质馏分油中芳烃含量。

影响1）BMCI愈大，油品的芳烃含量愈高。

2）正构烷烃的BMCI值最小（正己烷为0.2），芳烃则相反（苯为99.8），因此烃原料的BMCI值越小则乙烯潜在产率越高。

BMCI↓，乙烯收率↑，但液态产物

3）烃类化合物减少。

BMCI↓，乙烯收率↑，但液态产物

BMCI↑，乙烯收率↓，且易结焦

4、裂解温度--停留时间对产品收率影响

裂解深度取决于裂解温度和停留时间对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度，短停留时间对产品有以下影响：

1）可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。

2）抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。

3）使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大。

5、裂解过程中降低烃分压的方法（不能用抽真空的方法）添加稀释剂

常用水蒸气作为稀释剂原因

a易分离。

裂解反应后通过急冷可实现与裂解气的分离。

b热容量大，使系统有较大的热惯性。

当供热不稳时可起到稳定温度的作

c抑制硫对镍铬合金炉管的腐蚀。

d脱除积碳，抑制铁镍的催化生炭作用

6、裂解深度的衡量参数a原料转化率（科研轻组分）b甲烷收率c乙烯对丙烯的收率比d甲烷对乙烯或丙烯的收率比e液体产物的含氢量和氢碳比（重组分）f裂解炉出口温度（工业生产）g裂解深度函数h动力学裂解深度函数KSF（科研）

7、管式裂解炉的种类SRT-Ⅱ型炉，„超选择性裂解炉（USC），毫秒炉（USRT）„混合管裂解炉（LSCC）

8、裂解过程中急冷的方式包括间接急冷和直接急冷，工业上多采用间接急冷，急冷的目的终止裂解反应，回收废热。

间接急冷易生碳结焦

9、裂解气预分馏的目的和任务

任务：

（1）尽可能降低裂解气的温度。

（2）尽可能分馏出裂解气的重组分。

（3）在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽。

（4）继续回收裂解气低能位热量

目的：

（1）保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。

（2）减少分离系统负荷。

（3）减少污水排放。

10、酸性气体的危害

（1）CO2在低温下结成干冰，堵塞管道

（2）H2S使催化剂中毒

（3）下游加工装置产品达不到规定规格，聚合等过程催化剂中毒

脱酸的方法

（1）碱洗法NaOH为吸收剂化学吸收不可回收

（2）乙醇胺法MEA一乙醇胺DEA二乙醇胺为吸收剂化学、物理吸收结合可回收

脱水方法吸附干燥吸附剂：

3A分子筛、活性氧化铝

脱炔（乙炔甲基乙炔丙二烯）脱炔方法溶剂吸收法和催化加氢法

常用的溶剂二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、丙酮

11、裂解气分离中温度最低部位甲烷塔塔顶，塔釜温度最高。

12、压缩和制冷系统制冷剂的选择

丙烯常压沸点为-47.7℃，可作为-40℃温度级的制冷剂。

乙烯常压沸-103.7℃，可作为-100℃温度级的制冷剂。

甲烷常压沸点为-161.49℃，可作为-120℃～160℃温度级的制冷剂。

常用制冷剂中氨的沸点最高，氢的沸点最低。

13、裂解气分离装置由净化系统、压缩和制冷系统和精馏分离系统组成

14、顺序分离流程是后加氢

15、生产乙烯精馏塔乙烯损失最多处是冷箱尾气

16、乙烯塔中塔顶得轻组分乙烯，塔釜得重组分乙烷

17、非绝热精馏指设有中间再沸器和中间冷凝器的精馏塔是非绝热精馏塔。

第四章芳烃转化过程

1、芳烃转化的主要化学过程1.异构化反应2.歧化反应3.烷基化反应4.烷基转移反应与歧化反应互为逆反应5.脱烷基化反应

2、脱烷基化方法：

烷基芳烃催化脱烷基（不适用于甲苯脱甲基制苯）烷基芳烃催化氧化脱烷基烷基芳烃加氢脱烷基（分为催化法和热法）烷基苯水蒸气脱烷基

3、为了增加二甲苯的产量，常在甲苯原料中加入C9芳烃（C9芳烃的作用）

4、C8芳烃的异构化催化剂

（1）无定型SiO2－Al2O3催化剂，不能使乙苯异构化。

（2）铂/酸性载体催化剂，能催化乙苯异构化。

（3）ZSM分子筛催化剂：

ZSM-4和NiHZSM-5注意：

ZSM-4不能使乙苯异构化，NiHZSM-5可使乙

苯异构化。

（4）HF－BF3催化剂

5、邻二甲苯的分离---精馏法

对、间二甲苯的分离--深冷结晶分离法，络合萃取分离法（成功的是日本三菱瓦斯公司的MGCC法，是目前有效分离间二甲苯的唯一工业化方法。

），模拟移动床吸附分离法

C8芳烃单体的分离沸点差异精馏法

凝固点差异深冷结晶法

配合物稳定性络合分离

吸附能力不同吸附分离

第五章合成器的生产过程

1、固定床间歇法实际生产时6个阶段（见课本158页）

2、各制水煤气的方法所使用的设备

固定床连续气化法——鲁奇气化炉

流化床气化法——温克勒炉

气流床气化法——（K-T炉）和德士古气化炉

3、以天然气为原料制合成气方法蒸汽转化法（需要外部供热）和部分氧化法（不需要外部供热）

4、使甲烷水蒸气转化制合成气催化剂中毒原因

1）S可逆性中毒

2）As永久性中毒

3）卤素永久性中毒

5、天然气蒸汽转化的工艺条件

（1）压力3MPa采取加压的原因：

1.提高传热效率；2.节省动力消耗；降低后续工段的气体压缩功3.减小设备、管道的体积，提高设备生产强度。

（2）反应温度.一段转化炉在800℃左右；采取变温反应器的原因

1）入口端：

甲烷含量高，应降低裂解速率，温度不超过500℃。

2）离入口1/3处，温度必须严格控制在<650℃，使大部分甲烷转化。

3）离入口1/3处以后，温度高于650℃，此时，生成的氢气，可抑制甲烷的裂解析碳反应。

消碳速率快，因此不可能积碳。

二段转化炉温度控制在1000℃，

（3）水碳比3.5

（4）气流速度碳空速1000～2000h-1

6、天然气蒸汽转化主要设备包括一段转化炉（包括辐射段和对流段管间加热）和二段转化炉（管内加热）

7、综合题1（见课本170页）

8、一氧化碳变换反应是可逆放热反应

工艺条件：

低温、高水碳比（H2O/CO）有利于平衡右移，压力对平衡无影响。

9、CO变换反应催化剂:

中高温变换催化剂－－铁铬系、低温变换催化剂——铜基变换催化剂（不耐硫）、宽温变换催化剂——钴钼系耐硫变换催化剂（耐硫）

10、变换反应器的类型

①中间间接冷却式多段绝热反应器（换热式）；反应热的移出方式：

冷却时将反应气体引至热交换器中进行间接换热降温。

②原料气冷激式多段绝热反应器；反应热的移出方式：

向反应器中添加冷原料气进行直接冷却的方式。

③水蒸汽或冷凝水冷激式多段绝热反应器；反应热的移出方式：

可利用水蒸气或冷凝水作冷激剂，其热容量大，降温效果好。

11、CO变换流程：

常压、加压；两段中温变换（高变）、三段中温变换（高变）、高—低变串连流程

12、脱S方法有干法和湿法两大类

干法包括吸附法和催化转化法吸附法吸附剂：

氧化锌、分子筛、活性碳、氧化铁。

催化转化法使用加氢脱硫催化剂又称钴钼加氢脱硫剂

13、脱CO2----低温甲醇洗涤法即可脱硫又可脱CO2

第六章加氢与脱氢过程

1、催化加氢反应动力学分析中反应温度的影响

选择最适宜温度的原因a.不可逆反应：

T↑，r↑，考虑副反应、能耗、材质，选TOPb.可逆反应:

T↑，开始k1占主导地位r↑；然后T↑，r↓。

2、不同烃类加氢顺序

（1）单独加氢时：

r烯烃>r炔烃>r芳烃，r二烯烃>r烯烃

（2）共同存在：

r炔烃>r二烯烃>r烯烃>r芳烃

3、催化脱氢所使用的催化剂

（1）Cr2O3/Al2O3不能用水蒸气做稀释剂，直接减压操作

（2）氧化铁系催化剂活性组分是Fe2O3，起催化作用的是Fe3O4，H2O：

稀释剂，氧化剂

4、合成氨中CO脱除的方法

（1）铜氨液吸收法:

高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收CO、CO2、O2和H2S。

（2）深冷分离法:

液氮把少量的CO及残余CH4、Ar除去。

（3）甲烷化法:

CO、CO2和H2反应生成CH4和水。

（4）低温甲醇洗涤法：

甲醇吸收H2S、CO2和少量CO。

5、合成氨所用催化剂：

铁系催化剂活性组分Fe3O4，起催化作用α-Fe

6、氨合成特点：

1）受平衡条件限制，合成率不高，氨合成是带循环的系统；

2）反应后气体中所含氨必须进行冷凝分离；

3）需定期或连续放空循环气（弛放气）；

4）采用循环压缩机弥补压力降的损失。

7、合成氨工艺流程图（见课本200页）

8、合成氨所用高压反应器的特点

（1）承受高压的地方不承受高温，而受高温的地方不承受高压，由外筒和内件构成。

（2）单位空间利用率高，以节省钢材。

内筒应尽可能多装催化剂。

（3）开孔少，以保证筒体强度。

9、氨合成反应器类型

1）多层轴向激冷式氨合成塔（换热器的位置塔的上部）

2）径向多段冷激式氨合成塔（下部）

3）内部间接连续换热式氨合成塔（中部）

10、合成甲醇催化剂

1）ZnO-Cr2O3活性温度范围：

30MPa，380～400℃（锌-铬系催化剂）

2）CuO-ZnO-Al2O3活性温度范围：

5～10MPa，230～270℃（铜基系催化剂）

11、合成甲醇工艺特点类似于合成氨特点

12、综合题（见课本209页）

13、乙苯脱氢催化剂，活性组分Fe2O3，起催化作用Fe3O4

14、乙苯脱氢反应器

1）外加热列管式反应器，供热方式：

高温烟道气，水蒸气的作用：

稀释剂，

1）绝热式等温反应器。

供热方式：

过热蒸汽，水蒸气的作用：

稀释，载热。

15、正丁烯氧化脱氢制丁二烯（强吸热反应）C4馏分分离方法：

采用萃取精馏法，提取萃取剂：

N－甲基吡咯烷酮；二甲基甲酰胺；乙腈。

16、氧化脱氢法的优点

1）反应温度低。

2）打破化学平衡的限制，提高了反应速率。

3）放热反应，可省去供热设备。

4）催化剂结焦少，寿命长。

5）压力对氧化脱氢影响小，减压操作或水蒸气稀释并非必要。

6）转化率和选择性可同时提高。

17、正丁烯氧化脱氢制丁二烯该反应在任何温度下平衡常数都很大，可视为一个不可逆反应

18、催化剂

1）钼酸铋系列催化剂活性组分：

Mo或Mo-Bi氧化物，载体：

SiO2

2）铁酸盐类尖晶石催化剂活性组分：

α－Fe2O3

19、铁系催化剂的总结

反应类型

活性组分

起催化作用

CO变换

Fe2O3

Fe3O4

乙苯脱氢

Fe2O3

Fe3O4

合成氨

Fe3O4

α-Fe

正丁烯氧化脱氢

铁酸盐

α-Fe2O3

20、正丁烯氧化脱氢制丁二烯的工艺流程分为反应部分，丁二烯分离和精制，未转化的正丁烯回收

21、丁二烯的分离采用二级萃取精馏的方法

萃取剂为乙腈、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等

第七章烃类选择性氧化

1、部分氧化的特征

1.反应放热量大

2.反应不可逆

3.氧化途径复杂多样

4.过程易燃易爆

2、自氧化反应机理

烃类及其他有机化合物的自氧化反应是按自由基链式反应机理进行

链的引发是控速步骤

3、配位催化氧化反应

在均相催化剂的作用下，烯烃可氧化生成相同碳原子数目的羰基化合物，除乙烯生成乙醛外，其他生成相应的酮，也称为瓦克法

催化剂PdCl2催化剂，CuCl2氧化剂

4、乙烯配位氧化制乙醛三个基本化学反应

（1）烯烃的羰化反应

（2）金属钯氧化反应（3）氯化亚铜的氧化羰化反应是控制步骤

5、乙烯配位氧化制乙醛分一段法和二段法

一段法反应器:

循环管式鼓泡塔反应器

一段法工艺流程中一级冷凝的作用：

回收水蒸气；二级冷凝的作用：

回收乙醇

热量移出的方法：

将产物乙醛及部分水汽化

6、工艺条件中使用的氧化剂是纯氧

7、均相催化氧化过程反应器的类型1.搅拌鼓泡釜式反应器2.连续鼓泡床塔式反应器

8、非均相催化氧化反应机理包括氧化还原机理，又称晶格氧作用机理，化学吸附氧化机理，混合反应机理。

氧化还原机理，有晶格氧参与了反应。

9、非均相催化氧化反应器包括固定床反应器和流化床反应器

1.固定床反应器优点1.气体在床层内的流动返混小，有利于抑制串联副反应的反应。

2.催化剂的强度和耐磨性要求不高。

缺点：

1.结构复杂，催化剂装卸困难2.生产能力小3.由于温度轴向分布热点在，影响催化剂效率

2.流化床反应器优点：

结构简单，催化剂装卸容易，空速大2.反应温度易控制。

3.因返混，原料组成可稍高于爆炸下限。

缺点：

1.催化剂强度要求高2.气-固接触不良，反应转化率下降3.空速的选择受催化剂密度、反应器高度、分离器回收催化剂的能力限制

10、控制热点温度的方法

（1）失活法：

在原料气中加入微量抑制剂

（2）稀释法：

在反应管进口段装填惰性载体稀释的催化剂或部分老化的催化剂

（3）分段冷却法