化学工艺学电子教案第二章.ppt

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1、化学工艺学电子教案——第二章化工生产过程及流程2化工生产过程及流程2.1化工生产过程及工艺流程2.2化工过程的主要技术指标2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响2.4催化剂的性能及使用2.5反应过程的物料衡算和热量衡算2.1化工生产过程及工艺流程2.1.1化工生产过程化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。（1）原料预处理主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格。（2）化学反应通过该步骤完成由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。（3）产品的分离利精制目的是获取符合规格的产品；并回收、利

2、用副产物。2.1.2化工生产工艺流程原料需要经过包括物质和能量转换的一系列加工，方能转变成所需产品实施这些转换需要有相应的功能单元来完成，按物料加工顺序将这些功能单元有机地组合起来，则构筑成工艺流程。将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。2.2化工过程的主要技术指标2.2.1生产能力和生产强度（1）生产能力系指一个设备，一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量。其单位为kg/h，t／d或kt／a，万t/a等。（2）生产强度为设备的单位特征几何量的生产能力。即设备的单位体积的主产能力，

3、或单位面积的生产能力。其单位为kg/h•m3，kg/h•m2等。2.2.2转化率、选择性和收率（产率）化工总过程的核心是化学反应，提高反应的转化率、选择性和产率是提高化工过程效率的关键。⑴转化率（conversion）反应物A和B的转化率分别是：有反应如下：⑵选择性（selectivity）选择性系指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。⑶收率（产率，yield）收率亦称为产率，是从产物角度来描述反应过程的效率。符号为Y，其定义式为收率=转化率×选择性⑷质量收率（massyiel

4、d）质量收率的定义系指投人单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量，即例1乙烷脱氢生产乙烯时，原料乙烷处理量为８000kg/h，产物中乙烷为４000kg/h，获得产物乙烯为３２00kg/h，求乙烷转化率、乙烯的选择性及收率。解：乙烷转化率=（8000-4000）/8000*100%=50%乙烯的选择性=（3200*30/28）/4000*100%=85.7%乙烯的收率=50%*85.7%*100%=42.9%例2丙烷脱氢生产丙烯时，原料丙烷处理量为3000kg/h，丙烷单程转化率为70%，丙烯选择性为96%，求丙烯产量。解：丙

5、烯产量=3000*70%*96%*42/44=1924.4(kg/h)2.2.3平衡转化率和平衡产率的计算可逆反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率，此时所得产物的产率为平衡产率。在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应达平衡，故实际转化率和产率比平衡值低。若平衡产率高，则可获得较高的实际产率。工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率的有利条件，并计算出平衡产率。对于反应:气相反应体系，其标准平衡常数表达式为:在高压下，气相反应平衡常数应该用逸度商来表达，即各组分的逸度与其分压的关系为由此可推导出若为理想溶液反应

6、体系，其平衡常数Kc的表达式为:例3设某气相反应为A＋2B→R，反应前组分A有amol，组分B有bmol，无组分R，反应达平衡时组分A的平衡转化率为XA，则A的转化量为aXAmol。解:各组分的平衡摩尔分数y和平衡分压p分别为所以有对于本例，每转化lmol反应物A生成1mol产物R，则产物R相对于原料A的平衡产率为:然而，每转化2mol反应物B生咸1mol产物R，则产物R相对于原料B的平衡产率为:2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应温度、压力、浓度、反应时间、原料的纯度和配比等众多条件是影响反应平衡和速率的重要因素，关

7、系到生产过程的效率。在本书其他各章中均有具体过程的影响因素分析，此处仅简述以下几个重要因素的影响规律。2.3.1温度的影响⑴温度对化学平衡的影响对于不可逆反应不需考虑化学平衡，而对于可逆反应，其平衡常数与温度的关系为:对于吸热反应，ΔHӨ＞0，K值随着温度升高而增大，有利于反应，产物的平衡产率增加；对于放热反应，ΔHӨ＜O，K值随着温度生高而减小，平衡产率降低。故只有降低温度才能使平衡产率增高。⑵温度对反应速率的影响反应速率系指单位时间、单位体积某反应物组分的消耗量，或某产物的生成量。反应速率方程通常可用浓度的幂函数形式表示，

8、例如对于反应:2.3.2浓度的影响根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。当有多种反应物参加反应对，往往使价廉易得的反应物过量，从而可以使价贵或难得的反应物更多地转化为产物，提高其利用率。反应物浓度愈高，反应速率愈快。一般在反应初期，反应物浓度高，反