化学工艺学复习资料.doc

1 化工生产过程一般可概括为：原料预处理；化学反应；产品分离与精制三个步骤 2 化工过程的主要效率指标有：生产能力和生产强度；化学反应的效率—合成效率；转化率、选择性和收率（产率）；平衡转化率和平衡产率3 转化率(X)：指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率选择性(S)：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表达主、副反应进行程度的大小反映原料的利用是否合理）收率（Y）： 从产物角度来描述反应过程的效率关系根据转化率、选择性和收率的定义可知，相对于同一反应物而言，三者有以下关系：Y＝SX对于无副反应的体系，S＝1，故收率在数值上等于转化率，转化率越高则收率越高；有副反应的体系，S<1，希望在选择性高的前提下转化率尽可能高但是，通常使转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者，使目的产物的收率最高4 重要的有机化工基础原料有：乙烯、丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有双键，化学性质活泼，能与许多物质发生加成、共聚或自聚等反应，生成一系列重要的产物5 烃类热裂解其反应历程分为：链引发、链增长、链终止 三个阶段。

6 烃类热裂解一次反应的现律性有：烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃的反应规律7 烃类热裂解的二次反应都包含：烯烃的再裂解、聚合、环化、缩合、生炭、加氢和脱氢反应类型8 裂解原料性质的参数有：族组成---PONA值；氢含量；特性因数；芳烃指数四种9 停留时间：裂解原料经过辐射盘管的时间停留时间与裂解温度对裂解产物分布影响：①高温裂解有利于一次反应的进行短停留时间可抑制二次反应的进行同时可减少结焦②高温—短停留时间操作可以抑制芳烃的生成，减少汽油收率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，工业上利用此效应，适应市场需要10 烃类水蒸气热裂解制乙烯过程中，加入水蒸气的作用是：1.易分离；2.热容量大，使系统有较大的热惯性；3.抑制硫对镍铬合金炉管的腐蚀；4.脱除结碳，抑制铁镍的催化生碳作用11裂解过程的工艺参数选择：高温短停留时间，低烃分压原因如下：1）高裂解温度裂解反应为一级不可逆强吸热反应；提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加裂解温度的提高受到a)二次反应的产物分布及目的产品收率的限制；b)受到.裂解炉管的结焦影响及清焦周期的限制；c.受到裂解炉管材质要求的限制2）低停留时间。

停留时间越短，可以抑制二次反应的进行，对提高乙烯产率有利3）低烃分压乙烯裂解反应为体积增大的化学反应降低压力有利乙烯的生成乙烯裂解反应为气相反应裂解反应为一级反应；缩合/聚合反应为二级反应，压力提高，反应物浓度增加，反应速度加快但对缩合/聚合反应增加的幅度更大所以应采取低的反应压力4）稀释剂稀释剂作用是降低烃分压，防止裂解炉管内壁的结焦同时可以.稳定裂解温度，.脱除结焦缺点是需要的急冷速度、急冷剂用量大；.处理能力下降；.所需炉管管径、管长增大，所需的热负荷增加12 管式裂解炉辐射盘管的清焦方法（原理）是：（1）停炉清焦：切断进料及出口，用惰性气体或水蒸气清扫管线，再用空气和水蒸气烧焦2）清焦：交替裂解法和水蒸气、氢气清焦法切换物料其它方法：加入助剂，起到抑制作用原理：利用空气或空气中的氧与焦垢反应气化而达到清焦的目的13 裂解气分离装置主要的系统有：净化系统；压缩和制冷系统；精馏分离系统所组成14急冷的目的：终止裂解反应，回收废热；急冷方式：直接急冷、间接急冷 15 裂解气进行预分离的目的和任务任务：（1）经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而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）裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的进料负荷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，从而大大减少污水排放量4）在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量裂解气中严格控制的杂质有：H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等3）杂质存在的害处：①对裂解气分离装置而言，CO2会在低温下结成干冰，造成深冷分离系统设备和管道堵塞②H2S将造成加氢脱炔催化剂和甲烷化催化剂中毒对于下游加工装置而言，当氢气、乙烯、丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化反应过程的催化剂中毒，也可能严重影响产品质量③水分带入低温分离系统会造成设备和管道的堵塞，除水分在低温下结冰造成冻堵外，在加压和低温条件下，水分尚可与烃类生成白色结晶的水合物4）除掉这些杂质的方法：碱洗法脱除酸性气体；乙醇胺法脱除酸性气；H2S、CO2无机碱洗或醇胺湿法脱除；H2O：3A分子筛吸附脱除；C2H2、CO催化加氢脱除110裂解过程的工艺参数选择：高温短停留时间，低烃分压原因如下：1）高裂解温度裂解反应为一级不可逆强吸热反应；提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加。

裂解温度的提高受到a)二次反应的产物分布及目的产品收率的限制；b)受到.裂解炉管的结焦影响及清焦周期的限制；c.受到裂解炉管材质要求的限制2）低停留时间停留时间越短，可以抑制二次反应的进行，对提高乙烯产率有利3）低烃分压乙烯裂解反应为体积增大的化学反应降低压力有利乙烯的生成乙烯裂解反应为气相反应裂解反应为一级反应；缩合/聚合反应为二级反应，压力提高，反应物浓度增加，反应速度加快但对缩合/聚合反应增加的幅度更大所以应采取低的反应压力4）稀释剂稀释剂作用是降低烃分压，防止裂解炉管内壁的结焦同时可以.稳定裂解温度，.脱除结焦缺点是需要的急冷速度、急冷剂用量大；.处理能力下降；.所需炉管管径、管长增大，所需的热负荷增加16 裂解原料油中各种烃，按其结构可分为四大族，即链烷烃族、烯烃族=环烷烃族、和芳烃族；这四大族的族组成以PONA值表示：P-烷烃、O-烯烃、N-环烷烃、A-芳烃17 裂解气分离的流程方案有多种，但都有一个共同点是 ：先分离不同碳原子数的烃；再分离同碳原子数的烷烃和烯烃18 裂解气深冷分离的三大代表流程中是：顺序流程；前脱乙烷流程；前脱丙烷流程1）分离流程的共同点：a.裂解气的分离由三个系统构成：气体净化系统，压缩与冷冻系统，精馏分离系统。

b.都是先将不同碳原子数的烃分开，然后再采取先易后难的分离顺序分离同一碳原子的烃c.最终出产品的乙烯塔与丙烯塔并联安排，并且排于最后 2）流程的特点优缺点、适用范围：1）顺序分离流程：工艺简单，适用于所有裂解原料其中的中、低压脱甲烷技术，流程复杂2）前脱丙烷流程：适用于液体原料流程简单、运行稳定、开车时间短深冷部分采用分凝分离器前脱丙烷流程，能耗低，但流程中的热泵系统的优化不好，其采用的特殊设备分凝分离器价格昂贵19分子筛脱水干燥的原理是：3A分子筛是离子型极性吸附剂，对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附，而对H2、CH4和C3以上烃类均不易吸附裂解气分离靠的是深冷精馏，需要企业分离，不压缩，产生不了液相，就分离不了20脱甲烷塔的任务是：将裂解气中C1，H2及其它懒性气体与C2以上组分进行分离它在裂解分气离流程中占有必不可少，对乙烯的纯度及收率影响最大的地位? 21采用催化加氢法脱除裂解气中炔烃的工艺流程有前加氢和后加氢两种，（1）前加氢：在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中的氢对炔烃进行选择性加氢，以脱除其中炔烃优点：流程简化，节省投资缺点：操作稳定性差2）后加氢：指裂解气分离出C2馏分和C3馏分后，再分别对C2和C3馏分进行催化加氢，以脱除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。

优点：温度较易控制，不易发生飞温缺点：后加氢的缺点呢？流程复杂化，耗新 氢24 芳烃主要产品：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯和萘用途：合成树脂、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、增塑剂、染剂、医药、农药、炸药、香料、专用化学品等工业苯：合成苯乙烯、环己烷、苯酚、苯胺及烷基苯等甲苯：溶剂，合成异氰酸酯、甲酚对二甲苯：对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，与乙二醇反应生成的聚酯用于生产纤维、胶片和树脂，是最重要的合成纤维和塑料之一邻二甲苯：邻苯二甲酸酐，增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）等间二甲苯：间苯二甲酸乙苯：苯乙烯异丙苯：苯酚/丙酮萘：染料、鞣料、润滑剂、杀虫剂、防蛀剂）25 芳烃的烷利用裂解汽油来生产芳烃时，首先要经过裂解汽油预处理及裂解汽油的加氢这两道工序，裂解汽油预处理目的：分馏除去C5馏分、部分C9芳烃与C9以上馏分；得到 C6-C8馏分裂解汽油的加氢目的：除去双烯烃、单烯烃和氧、氮、硫等有机化合物一段加氢是将使易生胶的二烯烃加氢转化为单烯烃以及烯基芳烃转化为芳烃；二段加氢主要使单烯烃饱和并脱除硫、氧、氮等有机化合物）26 芳烃的转化反应主要有：异构化反应；歧化反应；烷基转移反应；烷基化反应；脱烷基化反应。

苯的烷基化反应特点：（1）主反应：放热反应；热力学上有利2）副反应：多烷基苯的生成；二烷基苯的异构化反应；烷基转移（反烃化）反应；芳烃缩合和烯烃的聚合反应27 C8芳烃分离方法有：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）28 简述苯、甲苯和各种二甲苯单体的主要生产过程，并说明各自的特点苯、甲苯和各种二甲苯单体可以从由煤焦油、石油芳烃（主要来源于石脑油重整生成油及烃裂解生产乙烯副产的裂解汽油）中经过精制、芳烃抽提、精馏及通过吸附、结晶等过程分离提炼而得除此之外，还可以通过以下各工艺来补充生产1）苯单体的其他主要生产过程脱烷基化：甲苯脱甲基制苯甲苯的歧化反应:通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料2）各种二甲苯单体的其他主要生产过程甲苯的歧化反应通过甲苯歧化反应可使用途较少并有过剩的甲苯转化为苯和二甲苯两种重要的芳烃原料C8芳烃的异构化：C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的5-2 合成气的用途：1）合成氨；甲醇；乙烯；乙醛；乙二醇；丙酸；甲基丙烯酸；醋酸乙烯；醋酸；醋酐。

还有托过费—托合成制合成油（烃）；2）近年来有机金属络合物催化剂体系的技术开发已取得长足的进步，利用CO为原料的液相催化羰基化工艺在工业上被大量应用，导致人们对开发合成气制备新工艺的兴趣愈来愈大29 芳烃转化的必要性与意义是：芳香烃中需求量最大的是对二甲苯、邻二甲苯及乙苯而粗苯、乙烯裂解汽油的芳烃中主要含量为苯；重整芳烃中对二甲苯及邻二甲苯含量也不高因此将苯、甲苯、间二甲苯转化为对二甲苯、邻二甲苯及乙苯很有必要2）主要的芳烃转化反应：a.异构化反应：间二甲苯转化为对二甲苯及邻二甲苯b.歧化反应：甲苯歧化为二甲苯c.烷基化反应：苯与乙烯通过烷基化转化为乙苯30凡含一个碳原子的化合物，如CH4、CO、CO2、HCN、CH3OH等参与反应的化学即为C1化学31 工业生产中，制合成气的原料有：煤；重油、渣油；天然气；油页岩、石油砂；农林废料、城市垃圾32渣油制合成气的加工步骤：渣油＋水蒸气＋氧→水煤气→变换气→合成气33 工业气体的脱硫方法有：（1）干法脱硫：吸附法；催化转化法（加氢催化转化）2）湿法脱硫：化学吸收法；物理吸收法；物理-化学吸收法；湿式氧化法34 合成气的主要成分是：合成气指CO和H2 混合物，英文缩写是Syngas 合成气主要用来生产的主要产品：氨、尿素、甲醇、醋酸、烯烃。