绪论相关概念

性能要求：

活性 —— 一定反应条件下，催化剂使反应原料发生转化的能力。
活性越大，转化率越高或需要的反应温度越低。
选择性 —— 反应所消耗的原料中，转化成目标产物量的多少。 选择性愈高，产物的原料消耗（额定）量就小， 且有利于产物的后处理。（如便于分离）
寿命 —— 催化剂使用的期限。它表征了生产单位量产品所需
=
R-UC
R
100%
意义：表征原料（反应物）的 转化 程度，反映了化学
反应的进度（程度）。
对不同反应组分而言，其转化率在数值上可能不同。
对于循环流程来说，则有单程和全程转化率之分。
单程转化率,
Xi
组分（i）的反应转化量
= 进入反应器中组分（i）的量
新鲜原料
混合
混合原料
反应
循环物料
分离
产品
消耗催化剂的用量。其寿命与： 1）化学稳定性； 2）热稳定性；3）机械稳定性 另外，催化剂在使用前，往往需活化处理。而对于暂时性失活的 催化剂还可以进行再生处理。
四、化工产品分离与精制
1．气体产物的分离
（1）气体的净制 气体产物中的固体颗粒和雾滴
四、化工产品分离与精制
（2）从气体产物中分离出要用的物质 分离方法为冷凝、吸收和吸附 冷凝是将压缩气体或饱和蒸汽冷却降温，使气体或蒸汽转变 为液体的过程。 吸收是用适当的液体与气体产物相接触，使气体进入液体变 为溶液的过程。 吸附是某些分子在多孔性固体吸附剂表面上浓集的过程。
或精制副产物。
(生产)工艺流程 由一系列单元操作、单元反应按加工顺序 所构成的 生产过程。 工艺流程图 用 图示法 来表达生产工艺流程。
预处理 原料
循环丙烯
后处理
丙烯 水
压缩 压缩
水 合 反 应
分离
精制
异丙醇
催化剂溶液
例一 丙烯液相水合制备异丙醇的工艺流程
二、化工生产控制指标
生产能力 —— 系指一个单元（可以是设备、装置、工厂）
四、化工产品分离与精制
（2）从不互溶的液体中除去其中一种液体 一般均用沉降法进行分离。对于要求分离很彻底，而沉降法 又达不到分离要求的少量不溶性液体杂质，可以采取吸附法进行
处理。 （3）溶液增浓
当液体产物为稀溶液，而希望得到较浓的溶液时，用蒸发的方
法。即通过加热使溶液在沸腾情况下气化，使其中部分溶剂由于
改变（提高）反应的速率和选择性（副产物的减少）。 改进反应的操作条件（温度、压力等）。 有助于开发新的反应过程、工艺技术。
三大特征：
在反应过程中，不发生性质、数量上的变化。 只能缩短反应时间，而不能改变化学平衡。（热力学一致性） 具有明显的反应选择性，特定的催化剂只能用于特定的反应。
解 按反应C2H6 —→C用管式炉裂解轻柴油，输入轻柴油量为 1000 kg/h，参加反应原料量为700 kg/h， 裂解后得到乙烯259 kg/h，求反应的选择 性、转化率和乙烯收率。
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三 催化作用与催化剂
据统计，90% 的化工生产包含有催化过程（Catalysis） 三大作用：
气化而除去，从而使溶液浓度增大。例如将稀烧碱溶液变为浓溶 液就用蒸发的方法。
四、化工产品分离与精制
（4）将互溶的液体分离成不同组分 方法 精馏、萃取
对于不同组分在相同温度下具有不同挥发度的溶液，可采用 使溶液蒸发，汽液平衡，再将蒸汽冷凝，使溶液中的组分分离的 精馏方法。
萃取是利用不同物质在溶剂中具有不同溶解度，使液体产物
循环
4 kg 分离 46.4 kg 乙 烯 乙 烷
乙 烷
混合
反应器
100 kg
60%
+
反应式： C2H6
C2H4 + H2
∵ 乙烷的单程转化率为60% ，所以乙烷的转化量为： 60% 100 = 60 (kg) S乙烯 = 46.4/28 100% = 72.1 % 60/30 X乙烷 (全程) = 100 - 4 100% = 96 % 100
质。
在单位时间内所能处理的原料量或生产的 产品量。
生产效率 —— 系指某一单元（同上）单位体积 的生产能 （生产强度） 力。与结构、操作水平等因素有关。用于比
较相同反应过程或物理加工过程中设备、装 置的优劣性能。
（过 程） 控 制 量
产物（P1 ） 产物（P2 ） 化学反应 … 产物 （Pn ）
未反应原料（i）
四、化工产品分离与精制
3．固体产物的分离 方法 过滤、干燥
（1）固液分离
过滤的基本原理是利用多孔的过滤介质将悬浮液中的固体颗粒
挡住，而让液体通过，从而使液体同固体分离。过滤结束后，要 用水或其它溶剂冲洗滤饼，以使附着在滤渣颗粒表面的滤液和滞 留在滤饼内孔隙中的滤液溶到水中或其它溶剂中而被带走，洗涤 后滤饼经加工后，可以得到较纯净的固体产物。
的．选择性高时，反应的转化率一般较低；而转化率提 高的同时，往往又会使选择性下降。
另外，与转化率相似，收率也有单程收率和全程收率。
因此，在选择时，不能只顾一面，而要两者兼顾。
例：将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为 60%。若100 kg乙烷进反应器后可得到46.4 kg乙烯，裂解气经 分离后，未反应的乙烷循环回反应器（设循环气全部为乙烷 ）。在产物中除乙烯外尚含有4 kg 乙烷。求： 1）乙烯的选择性； 2）乙烷的全程转化率； 3）乙烯的单程收率； 4）乙烯的全程收率 。 解：（画出简单示意图）
四、化工产品分离与精制
2．液体产物的分离
液体产物通常含有两种以上的液体组分，往往也会带有少量固
体杂质或结晶。液体本身既有完全互溶的溶液，又有互不溶解的液 体混合物，还有溶质分散在液相主体中的乳液。 （1）从液体产物中除去固体颗粒 除去液体产物中少量固体颗粒的方法包括过滤和澄清、结晶和 重结晶、膜透析和超滤等净制方法。
（残留量, UC ）
转 化 物
反应原料（i）
（起始量，R）
（反应物）
（转换）
（产物）
转化率
产(收)率
选择性
转化率(conversion)
Xi = Xi =
参加反应的某组分i (原料） 所转化的量（mol） 该组分i (原料）的起始量（mol）
P1+ P2+ P3…… + Pn（mol） R（mol）
Y乙烯 (单程)
46.4/28 = 100 = 43.3 % 100/30
Y乙烯 (全程) = X乙烷 (全程) ·S乙烯 = 0.96 0.721 = 69.22 %
例 原料乙烷进料量为1000 kg/h，反应掉乙烷量为 600 kg/h，得乙烯340 kg/h，求反应的转化率、 选择性及收率。
中的不同组分分离的方法。
四、化工产品分离与精制
（5）将液体产物全部或部分变为固体 方法 凝固、结晶、凝聚
将液体产物全部变为固体，称做凝固，通常都用冷却和冷冻 的方法降低液体的温度以使液体全部变为固体。
将溶液中的固体溶质分离出来的方法称为结晶。通常用降低
温度、减少溶剂和进行盐析等方法来实现。 将乳液中的固体溶质分离出来的办法称为凝聚，在乳液中加 进凝聚剂破坏乳化状态，就能将颗粒状的固体物质分离出来。
弛放物料
全程转化率,
Xi, total =
组分（i）的总反应转化量 新鲜原料中组分（i）的量
收率
从产物角度描述化学反应过程的效率，也称为 “产率”。 Yi = Yi =
转化为目标产物的某组分 i 的量 ( mol )
i 组分的起始量 ( mol ) P2 R 100%
若单位采用质量，则表示式可简化为： 产物 C 的质量 (A) 组分的起始质量
四、化工产品分离与精制
（2）固体的干燥 工业生产中的固体干燥主要指从固体物料中除去少量水分.
干燥过程中须将物料加热以促使水分更快气化，根据热能传给
湿物料的方式可将干燥分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥与 介电加热干燥，其中对流干燥应用最广。干燥过程中将汽化了 的水蒸气带走的介质称为干燥介质，也称为载湿体。工业上多 用空气作干燥介质，有时也用烟道气或其它惰性气体作干燥介
选择性也是判断催化剂和反应条件优劣的一个直观指标。
显然，对于同一反应物有： Y = X S

若 Si = 1 , 无副反应，则原料的转化率等于产物的收率。
即 Yi = Xi 。 但一般的反应体系， Si < 1 ; Yi < Xi 。
大量实验表明：转化率( Xi )与选择性(Si) 往往是相矛盾
目 录
一、 化工生产过程、流程及方式
二、 化工生产控制指标 三、 催化作用与催化剂
四、化工产品分离与精制
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一、化工生产过程、流程及方式
Chemical Process
原 料
原料 预处理
物理过程
化学反应
化学转换
产品分离 或精制
物理过程
产 品
三 大 步 骤
预处理 —— 使初始原料达到反应所需的状态和规格。 化学反应 —— 完成由原料到产物的转化，化工生产的核心。 后处理—— 目的是获取符合规格的产品，并回收、利用
Yi =
称为 “质量收率” 。
选择性
Si =
转化为目标产物某组分 i 的量 组分i 的总转化量 P2 P1+ P2 + P3
…… +
=
目标产物量 所有产物的总量
Si =
Pn
100%
选择性 表征了主、副反应进行程度的相对大小，即原料
的利用效率。
Si 愈大，说明体系中副反应就愈少；反应物 i 的利用率愈高。