化学工艺学复习资料 (2)

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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)在线清焦: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