基本有机工艺学整理DOCWord文档格式.docx
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(1).从压力平衡分析
从热力学分析,烃类裂解(一次反应)是分子增多的反应,而二次反应是分子减少的反应,降压有利。
(2).从动力学分析
一是减压操作
二是采用惰性气体作稀释剂,降低分压
(3).稀释剂的降压作用
要求:
具有稳定性→(热稳定、化学稳定),要易分离5水蒸气作稀释剂的优点
易得、热容大;
易分离;
清焦作用
6SRT型炉的演变过程
反应初期要解决传热问题,采用多股小管径增加传热面积;
反应后期多股变成一股,采用粗管径堵塞的可能,使物料在炉内流动先慢后快,停留时间先长后短。
7如何判别清焦
进口压力是否增加;
乙烯含量是否增加;
炉管上光亮点的大小
8间接急冷工业解决结焦的方法.能量回收的途径
方法:
控制停留时间;
控制出口温度高于裂解气的入口温度
途径:
高温裂解气;
热油;
烟道气
9酸性气体的脱除
酸性气体指CO2、H2S及少量有机硫化物。
危害:
1)腐蚀管路与设备
2)影响催化剂的寿命
3)堵塞管路——干冰
10脱水、分子筛吸附规律、再生步骤
脱水方法:
冷冻法;
固体干燥法
a.干燥度要高b.生产能力大,吸附量大c.能重复使用d.强度和稳定性
分子筛吸附规律:
吸附小于其孔径的分子。
极性吸附剂。
它对极性分子有较大的亲和力。
分子的不饱和度越大,越容易被吸附。
沸点越低,越不易被吸附。
再生步骤:
a.放油——防止气化→要带压放油
b.增湿——用水替代烃类
c.逆流加热——确保干燥度
11油吸收与深冷的区别
深冷分离的原理:
利用裂解气中各组分的相对挥发度不同,在低温下将裂解气中除了甲烷和氢以外的其它组分全部地冷凝下来。
然后再用精馏的方法将各组分逐一分开。
油吸收分离的原理:
利用溶剂对裂解气中各组分的不同吸收能力,将裂解气中除了甲烷和氢以外的其它组分全部吸收下来。
区别:
脱甲烷和氢气的形式不同
12脱甲烷过程
两个重要指标:
1.甲烷对乙烯的相对挥发度αα.分离易
2.尾气中的乙烯含量含量↗收率↘
13乙烯精馏
1.侧线采出2.中间再沸
Ch3.芳烃转化
1.芳烃转化
(1)cat能提供质子(H+),而质子只有一个正电荷,所以转移速度很快,容易接近其它极性分子中带负电的一端,形成化学键,同时因质子半径小,呈现很强的电场强度,极化接近它的分子,形成新键。
(2)另一方面芳烃转化反应中的反应物是芳烃,也有烯烃。
它们是对质子具有一定亲和力的弱碱。
因此能与催化剂提供的质子亲和形成正烃离子。
2.结构对形成正烃离子的影响
对于芳烃决定于取代基,取代基增加则。
。
增加;
对于烯烃取决于碳的多少,碳增加,什么都增加。
3.反应类型
异构化;
歧化与烷基转移;
烷基化和脱烷基化
4.混合氧化物cat
无机酸H2SO4、HCl、H3PO4质子酸腐蚀性强
酸性卤化物AlCl3通式HX-MXn
固体酸
5.烷基化的方法及机理
气液相烷基化法;
气固相法;
低浓度乙烯气固相法
机理:
AlCl3为主cat,HCl为助cat
6.反应器的选择
气—液相反应;
有AlCl3和HCl存在;
反应易达平衡,受返混影响不大;
乙烯溶解及反应均为放热反应;
络合物长期使用,易树脂化造成堵塞
Ch4.加氢
1.脱氢反应的反应类型
环烷烃的脱氢;
芳香烃的脱氢或脱氢缩合;
链烃的脱氢;
直链烃的脱氢环化或芳构化;
醇类的脱氢
2.乙苯脱氢制苯乙烯
主反应:
副反应:
3.影响因素
1)温度脱氢是吸热反应T↗X↗有利
2)压力脱氢反应是分子增多的反应P↘Kx↗x↗有利
3)cata.铁系b.镍系c.铬系
4.反应器结构
等温式列管反应器
优点:
反应器轴向温度分布均匀,易于控制,不需要过热蒸汽,蒸汽耗量少,能量消耗少。
缺点:
需要特殊合金钢,结构复杂,检修不方便。
绝热式列管反应器
结构简单,反应空间利用率高,不需耐热金属材料,检修方便,基建投资少。
温度波动大,操作不平稳,消耗大量的高温蒸汽。
Ch5.脱氢
直链烃的脱氢;
2)压力脱氢反应是分子增多的反应。
P↘Kx↗x↗有利
Ch6.催化氢化
1.氧化反应的类型
1)在作用物分子中直接引入氧
CH3CHO+1/2O2→CH3COOH
CH2=CH2+1/2O2→CH3CHO
2)作用物分子脱去氢同时添加氧
CH2=CHCH3+O2→CH2=CHCHO+H2O
3)作用物分子只脱去氢,氢被氧化成水——氧化脱氢反应
CH3CH2OH+1/2O2→CH3CHO+H2O
CH3CH2CH=CH2+1/2O2→CH2=CHCH=CH2+H2O
4)两个作用物分子共同失去氢,氢被氧化为水——氧化偶联反应
CH3CHCH3+NH3+3/2O2→CH2=CHCN+3H2O
降解氧化反应2.均相氧化反应的机理
3.cat加入后的作用
缩短或清除了诱导期
促进过氧化物的分解,加速分支氧化反应的进行
可提高氧化反应选择性
4.均相氧化反应的特点
气液相反应;
氧的传递过程对反应影响大;
反应热效应大;
具有腐蚀性;
有爆炸危险性
5.氧化反应器
能提高供充分的相接触表面;
能有效的移出反应热;
设备必须防腐;
需有安全装置
6.非均相催化氧化反应的特点
反应过程复杂:
A.扩散反应物通过流体相向cat表面扩散
B.吸附反应物在cat表面吸附
C.表面反应
D.脱附产物从cat表面脱附
E.反扩散脱附的产物内由表面扩散到流体相并带出热量
强放热反应
7.络合催化氧化的特点
反应条件温和;
反应选择性高;
反应产物可预见;
反应产物和调
Ch7.氯化
1.氯化反应的方法
热氯化法;
光氯化法;
化氯化法;
氧氯化法
2.烃类氯化反应的一般规律
1)在低温和中温时,不同位置上的氢原子被取代的速度按下列次序递增伯<
仲<
叔
2)在高温时,各氢原子被取代的速度相等(趋近于)。
3)在液相中进行氯化时,反应速度较快。
既液相氯化可在比气相氯化为低的温度下达到同一相对取代速度。
4)水分、炭、cat和光的作用对伯、仲、叔氢原子的相对取代速度没有重大影响。
5)升高温度和延长时间可以导致一氯代物的裂解而脱掉氯化氢。
此时最稳定的是伯位氯取代物,其次是仲、叔。
6)当烃类过量,并且氯化物条件维持不变时,则生成的一氯代物与多氯代物的产率可以用下式表示:
x=k·
y式中:
x——一氯代物与多氯代物的重量比k——对一定的烃是一常数3.取代和加成反应的竞争规律
低温时发生加成反应活化能起决定因素
高温时发生取代反应位阻起决定作用
Ch8.物料及能量衡算
化工过程的主要效率指标
1.转化率(conversion)
X=反应掉的量/进入反应器的原料量
2.选择性(selectivity)
S=转化为目的产物的原料量/反应掉的原料量
3.收率(yield)
Y=S·
X
一、常用的几个衡算方法
原子衡算:
这是物料衡算的一种重要形式,在做衡算时不需要考虑化学反应的细节。
Ex1.石油化工厂中一种制氢方法是将烃类气体(如甲烷、乙烷)在镍cat上与水蒸气反应。
若离开反应器气体的干基数据为:
化合物CH4C2H6COCO2H2
组成mol%4.62.518.64.669.7
若反反应器进料中的烃只含甲烷和乙烷,问:
1.进料中这两种气体的mol比是多大?
2.反应器中每1000标m3烃气进料需多少千克水蒸气?
组分衡算:
对于没有反应的过程,就不需做原子衡算,这时做组分衡算就比较适合。
Ex2.在一吸收塔中要制含10%(wt)丙酮的水溶液50kg进塔气中含丙酮20%,其余为空7
气,塔顶用水吸收。
吸收尾气中尚含3%(wt)丙酮。
求:
加入到吸收塔中的丙酮空气混
合物的量。
解:
基准50kg产物
设加入到吸收塔中的丙酮空气混合物的量为x,则
0.2x→加入的丙酮量
0.8x→加入的空气量
0.8x/0.97→尾气量
(0.8x/0.97)×
0.03→尾气中放走的丙酮量
0.2x=(0.8x/0.97)×
0.03+5
x=28.5
节点衡算联系物衡算
Ex3.环境部门认为,若离开烟囱的气体中CO2的含量大于15%时,对健康不利,违反城市卫生规定。
假定燃烧的是100%天然气,空气量刚好调到130%,检查时发现CO2的含
量为20%。
问:
这数据是否可靠?
取100mol天然气为基准
CH4+2O2→CO2+2H2O
100molCH4需O2为200mol
实际200×
1.3=260mol
O2260mol
N2978.1mol
进入反应器出反应器
CH4100/
O226060
N2978.1978.1
CO2/100
∑1138.1
CO2含=8.8%<
15%
具有循环过程的衡算
1.总衡算FF=P+W一般在已知总转化率时可采用
注:
不涉及RC,与具体过程无关。
2.反应器它是将MF、RP&αs联系起来与RC有关
3.节点A.FF+RC=MFB.SP=RC+W+P
Ex5:
氢、一氧化碳在高压下合成甲醇的反应CO+2H2→CH3OH。
H2和CO以化学计量比加入,这两种原料是天然气重整得到的。
这种天然气含0.5%(体)的杂质I,每次通过反应器的转化率是60%,进入反应器的杂质应保持低于2%(体),所有的流股都是理想气体。
a.对每mol原料应有多少mol循环回到反应器?
b.对每mol新鲜原料应排放多少mol?
Ex6:
当丙烷脱氢时主反应为C3H8→C3H6+H2副反应为C3H8→C2H4+CH4其总转化率为95%,选择性为90%。
反应产物经分离后,分成三股,一股是C2H4、CH4、H2,一股是C3H6和占反应产物0.5%丙烷,另一股是丙烷和占产物中5%的丙烯为循环料。
1)各流股的组成2)RC/FF3)单程转化率αs
EX7:
在银cat作用下,乙烯可被空气氧化成环氧乙烷,副反应是乙烯完全被氧化成CO2和H2O.已知离开氧化反应器的气体干基组为:
C2H43.22%,N279.64%,O210.81%,C2H4O0.83%,CO25.5%(V)该气体进入水吸收塔,其中的环氧乙烷和水蒸汽全部溶解于水中,而其它气体不溶于水.由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余循环回氧化反应器.
计算:
1.乙烯的单程转化率.2.生成环氧乙烷,的选择性.3.循环比.4.新鲜原料中乙烯和空气量之比
Ex8:
原料A+B进行下列反应:
2A+5B=3C+6D,若新鲜原料中A过剩10%,B的单程转化率是60%,B的总转化率是90%,反应器出来的产物进分离器将产物C与D分出,剩下未反应的A、B组分,一部分排放,其余循环返回反应器。
1.循环气(RC)的组成;
2.排放气(W)与循环气之比;
3.循环气与进反应器原料(MF)之比;
热量衡算
确定的问题:
1.加热(或冷却)剂的用量,为公用工程提供依据。
2.设备传递的热量,为设备设计提供依据。
3.分析热量利用方案是否合理,以提高热量的综合利用。
1.列出热量衡算式
∑Qλ=Q1+Q2+Q3∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7+Q损
2.确定计算基准温度选择0℃或25℃
3.各种热量的计算
1)Q1和Q4Q=∑G·
C·
t
2)Q3Q3=Qp+Qc
3)Q5Q5=∑W·
C(twK-twH)
4)Q6
a.过程是在敞口的设备中进行的Q6=∑G·
(H+C·
t)
b.过程是在闭的设备内进行的Q6=∑G·
H
5)Q7Q7=∑G·
C(tK-tH)
6)Q损Q损=∑F·
αt·
(tw2-t2)·
τ
F——设备的散热表面积
αt——散热表面向周围介质的给热系数
tw2——设备壁的表面温度
t2——周围介质的温度
τ——过程的持续时间
注意问题:
1.必须弄清过程中热量存在的形式
2.必须弄清物料间的热量关系
3.热容的求取
a.经验式Cp=a+bT+cT2+dT3
b.平均热容(T1+T2)/2时的热容或(Cp1+Cp2)/2
c.混合热容Cp=∑xi·
Cpi
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