化工生产过程及流程分析.pptVIP

2 化工生产过程及流程 2.2 化工生产过程及流程 2.3 化工过程的主要效率指标 2.4 反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.5 催化剂的性能及使用 2.6 反应过程的物料衡算和热量衡算（自学） 2.2.2 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。 [例]丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程 主反应： C3H6+NH3+1/2O2 CH2= CHCN + H2O 主要副产物： HCN CH3CN Q ? 如何从吸收塔底流出的水溶液中分离出丙烯腈和副产物呢？ 方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来，冷凝后再逐个精馏分离； 2.3 化工过程的主要效率指标 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 收率 平衡转化率和平衡产率 生产能力 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处理的原料量 单位 千克/时（kg/h） 吨 /天 (t/d) 万吨/年 (10kt/a) ？设计能力： 设备的单位体积（或面积）的生产能力 单位： kg/h·m3，t/d·m3 　　　　kg/h·m2，t/d·m2　 2.3.2 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） 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 ⑷质量收率（mass yield） 　　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=(3200/28)/(4000 / 30)*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：丙烯产量=3000*70%*96%*42/44=1924.4(kg/h) 2.3.3 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。 2.3 化工过程的主要效率指标 对于反应: 2.3 化工过程的主要效率指标 在高压下，气相反应平衡常数应该用逸度商来 表达，即 2.3 化工过程的主要效率指标 若为理想溶液反应体系，其平衡常数Kc的表达 式为: 解:各组分的平衡摩尔分数y和平衡分压p分别为 2.3 化工过程的主要效率指标 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 2 mol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: 2.4 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。 2.4 反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.4.1 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