化学工艺学重点知识点

化学工艺（化学生产技术）系指将原料主要经过化学反应转变为产品的方法和过程。

化学工艺的特殊性是指不同的产品生产方法和过程不相同,这就是化学工艺学研究的范畴。

（产品为研究目标)化学工艺的共同性是指不同产品生产的过程的步骤具有相同性，这就是化学工程学研究的范畴。

(过程的规律为研究目标）化学工艺过程包括：生产方法的选择及方法原理设备作用结构和操作催化剂的选择和使用操作条件的选择产品分离能量综合利用现代化学工业的特点1）原料、生产方法和产品的多样性，复杂性，2）向大型化，综合化发展，精细化也在不断提高3）多学科合作，生产技术密集型的生产部门现代化学工业是高度自动化和机械化的生产部门，进一步朝着智能化发展4）重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法5）资金密集（技术密集）投资回收速度快利润高。

6）化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工、企业要解决的问题。

化学工业的主要产品基本有机化工产品无机化工产品高分子化工产品精细化工产品生物化工产品石油的组成;烃类化合物--饱和烃环烷烃芳香烃非烃类化合物--含硫、氮、氧和金属的有机化合物胶质和沥青--沸点高于500℃的馏分，多为稠环环烷烃和芳香烃含S、N杂原子的环状化合物石油的一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸馏。

其原理是利用石油中各组分挥发度的差别进行分离的方法。

常压蒸馏的塔底馏分称为常压重油减压以降低沸点，继续精馏，所得产品主要为润滑油和裂解原料，塔底馏分为减压渣油，原油中的胶质和沥青质留于其中。

蒸馏的流程有三类:燃料型燃料-润滑油型燃料-化工型二次加工A.催化重整；在含铂催化剂的作用下加热汽油(石脑油)馏分,使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程。

目的是获得高辛烷值的汽油,还提供苯、甲苯、二甲苯及液化气和溶剂油，副产氢气辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。

将汽油样与异辛烷(规定辛烷值为100)和正庚烷(规定辛烷值为0)的混合溶液在标准试验汽油机中比较。

当油样的抗爆性与某一浓度溶液抗爆性相同时，溶液中异辛烷的体积百分浓度就是该汽油的辛烷值。

辛烷值越大，汽油抗爆性越好。

一是选择良好的原料和改进加工工艺二是向产品中调入抗爆性优良的高辛烷值成分三是加入抗爆剂B . 催化裂化在催化剂的作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化为高质量汽油，并副产柴油、锅炉燃油、液化气等产品的加工过程C.催化加氢裂化在催化剂及高氢压的存在下，加热重质油使其发生加氢和裂化反应，转变成航空煤油、柴油、汽油和气体产品的加工过程。

D. 烃类热裂解目的是为了制取乙烯和丙烯煤加工的方法有: 煤的干馏煤的气化煤的液化煤气化是煤与气化剂作用生成气体混合物的反应过程。

目的是将煤转化成可燃气体。

煤气化过程包含煤的热解、半焦的气化等过程。

煤在焦炉内隔绝空气加热到1000ºC可得到焦炭、煤气和其他化学产品。

这一过程称高温干馏或高温炼焦。

煤的成焦过程分为：煤的干燥预热阶段(温度<350ºC)→胶质形成阶段(温度350~480ºC) →半焦形成阶段(温度480~650ºC) →焦炭形成阶段(温度650~950ºC) 。

间接液化则是以煤气化产物合成气为原料合成液体燃料或化学品的过程。

直接液化要求的原料煤为低灰、磨细、干燥的褐煤，或高挥发分的长焰煤、不粘煤，煤种限制严格。

工艺流程化工生产中按物料加工顺序将各功能单元有机组合的过程。

工艺流程图通过统一规定的标线、图例来表示化工生产工艺流程的图。

生产能力是指一个设备、一个装置或一个工厂在单位时间内生产的产品数量。

生产强度是指设备单位体积（面积）的生产能力转化率x是指某一反应物在反应中转化的数量占该反应物起始量的分率选择性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。

收率y=s*x从产物角度来描述反应过程的效率质量收率：投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量催化剂的作用:提高反速和选择性改进操作条件；降温、降压、节能、降低成本有助于开发新的反应过程，发展新技术.在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。

形成中间络合物，改变反应途径降低活化能催化剂特征：（1）参与反应但反应终了时其性质和数量不变（2）改变速度不改变平衡（3）明显的选择性。

尤其在有机化学反应领域中起了重要的作用。

烷烃的裂解反应（1)正构烷烃1、断链比脱氢容易；2、链长容易断；3、脱氢比断链吸热多；4、断链自由焓有较大值不可逆，脱氢自由焓值很小的负值或正值，可逆过程；受化学平衡限制。

5、C—C键断裂在分子两端的优势比在中央大，所得分子（小的是烷烃、大的是烯烃）随C链长，中央断裂可能性。

乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应生成乙烯，甲烷不发生变化。

(2)异构烷烃1.C—C或C—H键的键能较低，易裂解或脱氢。

2.脱氢顺序，叔碳氢＞仲碳氢＞伯碳氢3.得乙烯、丙烯少，氢、甲烷C4及C4以上烯烃多4.C数上升，异、正构所得乙烯、丙烯收率的差异下降。

烯烃的裂解反应断链反应：位于双键β位置的C-C键比α位置C-C键的解离能低，易断裂脱氢反应烯烃可以进一步脱氢生成二烯烃、炔烃歧化反应两个同分子烯烃生成不同的两个烃分子。

双烯合成反应二烯烃与烯烃合成生成环烯烃，再脱氢生成芳烃。

芳构化反应六个或更多碳原子的烯烃可以发生芳烃构化反应生成芳烃。

环烷烃的裂解反应(1)侧链烷基比烃环易断裂，长侧链从中部断，离环近不易开裂，带侧链比无侧链裂解得烯烃收率高。

(2)环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于开环生成烯烃的反应。

(3)五碳环比六碳环的烷烃难于裂解。

(4)环烷烃比链烃更易结焦。

芳烃的裂解反应1.烷基芳烃的裂解:侧链脱烷基或断键反应.2.环烷基芳烃的裂解主要是脱氢、异构脱氢反应。

3.芳烃缩合苯脱氢生成联苯；多环芳烃缩合成稠环芳烃；进一步生成焦的反应。

生碳结焦的规律：（1）不同温度下，途径不同。

900—1100℃主要通过生成乙炔的中间阶段而生成C ，500—900℃主要通过生成芳烃的中间阶段结焦。

（2）生碳结焦是典型的连串反应温度提高，时间长，不断放出H2，H/C提高，分子量和密度增大。

（3）时间延长单环和少环芳烃变为多环芳烃，变为稠环，变为液体焦油，变为固体沥青直至焦炭。

各族烃的裂解规律烷烃正构烷烃最有利乙烯、丙烯的生成。

分子量小，产量高。

异构小于正构，但分子量增加差别变小。

烯烃大分子烯烃裂解为乙、丙烯；也有可能脱氢生成炔烃二烯烃进而生成芳烃。

环烷烃通常裂解条件下，生成芳烃优于生成单烯烃的反应，相对正构烷烃乙烯收产低，丁二烯、芳烃收率高。

芳烃芳环不裂开，可脱氢缩合多环有结焦的倾向，如果有侧链，发生断链脱氢。

正构烷烃是生产乙烯、丙烯的理想原料,且碳原子数愈少，收率愈高。

各种烃类裂解难易顺序为：正烷烃>异烷烃>环烷烃（C6>C5)>芳烃自由基反应是化合物分子中的共价键均裂成自由基的反应链的引发：热的作用下，一个分子断裂产生一对自由基R- R′→R·+R′·链的增长：包括自由基夺氢反应，自由基分解反应，自由基加成和异构化反应，以前两种反应为主。

H · +RH →H2+R ·R ′· +RH →R ′H+R ·活化能较小R·—R′· +烯烃R·— H · +烯烃链的终止：是两自由基结合成分子或通过歧化反应形成两个稳定的分子。

H·+H·=H2CH3·+CH3·=C2H4+H2一次反应是指原料烃在裂解过程中首先发生的裂解反应。

多级压缩过程，原因：节省压缩功耗。

分段接近等温过程降低出口气体温度，防止二烯烃聚合，一般要求出口T2＜100℃段间净化分离，段间冷凝可除去大部分的水，减少干燥器体积和用量延长再生周期，还可除凝部分C3以上组分。

还可根据工艺要在段间安排各种操作如酸性气体脱除和脱丙烷塔等。

决定段数的依据是每段出口温度小于100℃裂解气分离流程共同点：利用各组分的沸点差异，加压低温下经多次精馏分离，并在精馏分离的过程中，脱除杂质。

分离装置由精馏分离系统、压缩制冷系统、净化系统所组成。

再就是将乙烯和丙烯精馏塔放在流程最后，使物系接近于二元物系，既保证纯度，又减少分离损失，提高收率。

在分离顺序上遵循先易后难的原则，先将不同碳原子数烃分开，再分同一碳原子数的烯烃和烷烃。

强调:加氢是为了脱炔前加氢是在裂解气中氢来分离出来之前，利用气相自身所含H2对炔烃进行加氢.采用钯系催化剂对杂质要求高，T低，选择性好；非钯系催化剂，对杂质要求低，T高，选择性不好。

前加氢流程简单，投资低，最大不足操作稳定性差，氢不容易控制，容易超温使丙烯转化丙烷及低聚物增加，丙烯损失多。

后加氢，分离出C2、C3馏分后，分别加氢。

后加氢根据炔烃含量供氢气，温度易控制不易发生飞温问题。

所以工业生产可以后加氢为主。

后加氢主要采用钯（Pd）系催化剂Al2O3载体。

顺序分离流程图前脱乙烷后加氢流程前脱丙烷后加氢流程通过节流膨胀获得低温回收乙烯，位置不同分前冷和后冷后冷只冷凝分离精馏塔的馏分，精馏塔后才脱氢，也称后脱氢工艺。

前冷是利用塔顶馏分的冷量，将裂解气预冷，通过分凝将裂解气中的大部分氢和甲烷分离，使H2/CH4比下降，提高乙烯回收率，并减少了精馏塔的进料，节能，所以大型装置均采用前冷。

抑制结焦技术改进材质，涂层技术使用抑制结焦剂一、填空题1.石油芳烃主要来源于石脑油重整生成油和烃裂解生产乙烯副产的裂解石油2.能为烃的烷基化提供烷基的物质称为烷基化剂，可采用的有多种，工业上常用的有烯烃和卤代烷烃3.为了满足对芳烃纯度的要求，目前工业上实际应用的主要是溶剂萃取和萃取蒸馏来分离芳烃的馏分4.指芳烃分子中苯环上的一个或几个氢被烷基取代生成烷基的反应称为芳烃的烷基化反应5.在C8芳烃的分离过程中，邻二甲苯和对二甲苯主要采用精馏的方法进行分离6.目前生产苯乙烯的方法主要是乙苯脱氢法7.芳烃转化反应所采用的催化剂主要有酸性卤化物和固体酸两大类8. 烷基芳烃分子中与苯环直接相连的烷基，在一定的条件下可以被脱去，此类反应称为芳烃的脱烷化9.芳烃主要有如下三方面来源：1.来自煤的焦化的副产煤焦油和粗苯；2.来自催化重整的汽油；3.来自乙烯生产中的裂解气油10.芳烃的转化反应主要有异构化反应，歧化与烷基转移，烷基化反应和脱烷基化反应。

11.工业上的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12.两个相同芳烃分子在酸性催化剂的作用和下，一个芳烃分子上的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反应称为芳烃的歧化13.C8芳烃中的乙苯沸点最低，与关键组分对二甲苯的沸点仅差2.2℃，可采用精馏塔法进行分离14.在催化剂作用下，烃类脱氢生产两种或两种以上的新物质称为催化脱氢15.加氢反应可以细分为加氢和氢解两大类16.影响加氢反应的因素有温度、压力以及反应中氢的用量17.有机化合物中一个或几个不饱和的官能团在催化剂作用下与氢气加成，这个过程称为催化加氢18.催化加氢反应一般是加热反应过程19.催化脱氢反应一般是吸热反应过程20.乙苯脱氢生产苯乙烯的反应体积增大，应采用较低的压力提高平衡转化率；反应吸热，应采用较高的温度21.合成气主要成分是氢气和一氧化碳，用于制甲醇，应采用较高的压力22.乙苯脱氢生产苯乙烯工艺采用稀释剂水蒸气的目的是降低苯乙烯的分压二、名词解释1.芳烃脱烷基化：烷基芳烃中与苯环相连接的烷基，在一定的条件可以脱去，此类反应称为烷基的脱烷基化2.烷基化剂能为烃的烷基化提供反应的物质成为烷基化剂3.芳烃烷基化是芳烃分子中苯环的一个或几个氢被烷基所取代而生成烷基芳烃的反应4.芳烃歧化指两个相同的芳烃分子在酸性催化剂的作用下，一个芳烃分子上的烷基转移到另一个芳烃分子上的反应5.烷基转移指两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程6．催化加氢系指有机化合物中一个或几个不饱和的官能团在催化剂的作用下与氢气加成7.催化脱氢在催化剂作用下，烃类脱氢生成两种或两种以上物质称为催化脱氢8．破坏加氢又叫氢解，在加氢过程的同时有机化合物分子发生分解，此时氢分子一部分进入生成物大分子中，另一部分进入氢解所得的小分子中9 氢解又称破坏加氢，在加氢的同时。