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化学工艺基础
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2.1 原料资源及加工利用 2.1.1 无机化学矿及其加工 2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.1石油的组成 石油的物理特征
颜色：棕黑色或黄褐色 状态：粘稠液体 相对密度：0.75～ 1.0 沸点：常温～ 500℃ 以上 元素组成：主要是C和H
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.1石油的组成 石油的组成 链式饱和烃 烃类 环烷烃 芳香烃 硫化物 石油的组成 非烃类 氮化物
含氧化物 金属有机化合物 胶质和沥青 稠环环烷烃 稠环芳香烃
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.2石油的常压蒸馏和减压蒸馏 石油蒸馏工艺的类型 燃料型 燃料-润滑油型 燃料-化工型
燃料-化工-润滑油型
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.2石油的常压蒸馏和减压蒸馏
石脑油（Naphtha）：成分为低沸程的汽油，C5 –C10，含烷烃、环烷烃及少量芳烃 沸程：在一定外压下，加热汽化石油馏 分时，其残液的蒸汽压随汽化率增加而不断下降，所以其沸点表现为一定宽度的温度范围，称为沸程。
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.3馏分油的化学加工 馏分油二次加工的类别： 催化重整（Catalytic Reforming）
催化裂化（Catalytic Cracking） 催化加氢裂化（Catalytic hydrocracking） 烃类热裂解
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.3馏分油的化学加工 催化重整（Catalytic Reforming）
定义：在含铂的催化剂作用下加热汽油馏分（石脑油），使其中的烃类分子重新排列形成新分子的过程 原料：石脑油 主要化学反应： 环烷烃脱氢； 烷烃脱氢环化生成芳烃； 烷烃的异构化； 烷烃的加氢裂化。 重整产物：高辛烷值汽油；苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料等
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.3馏分油的化学加工 催化裂化（catalytic cracking）
定义 ：在催化剂作用下加热重质馏分油，使大分子烃类化合物裂化而转化成高质量的汽油、并副产柴油、锅炉燃油、液化气和气体等产品的加工过程 原料：直馏柴油、重柴油、减压柴油、润滑油 主要化学反应 大分子烷烃C-C链断裂成小分子的烷烃和烯烃； 直链烷烃脱氢生成烯烃和氢气； 正烷烃异构化为异烷烃； 支链烷烃脱氢环化生成芳烃； 环烷烃脱氢生成芳烃； 烯烃脱氢环化或聚合结焦； 芳烃脱氢缩合结焦等 裂化产物：高质量的汽油、副产柴油、锅炉燃油
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.3馏分油的化学加工 催化加氢裂化（Catalytic hydrocracking）
原料：重柴油，减压柴油，甚至减压渣油；氢气 主要反应： 大分子烷烃加氢裂解成较小分子烷烃 环烷烃加氢开环生成链烷烃 芳烃加氢生成环烷烃 有机含硫化合物加氢生成烷烃和硫化氢 有机含氮化合物加氢生成烷烃和氨 有机含氧化合物加氢生成烃和水 有机金属化合物加氢分解释出金属及烃类 裂化产物：优质的航煤、柴油
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2.1.2石油及其加工利用 2.1.2.3馏分油的化学加工 烃类热裂解 定义：非催化；高温750-900 ℃
原料：较好的为乙烷、丙烷和石脑油；也可用煤油、柴油和常、减压瓦斯油 主要反应：C-C键断裂；C-H键断裂；芳构化；结焦 裂解产物：三烯、三苯、乙炔、萘、丁烯、丁二烯等
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2.1.3天然气及其加工利用 天然气的分类 根据CH4的含量不同分为: 根据其不同的来源分为: 干气：V CH4>90%
常规天然气 煤层气 油田伴生气 天然气水合物
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2.1.3天然气及其加工利用 天然气的加工利用 能源 化工原料 天然气制H2和合成氨 水合反应: CH4+H2OCO+3H2(合成气）
氧化反应: CH O2CO+2H2 (合成气） 合成氨反应：H2+3N2 2NH3
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2.1.3天然气及其加工利用 天然气经合成气路线的催化转化制燃料和化工产品 CH4CO+H2（合成气） 天然气直接催化转化成化工产品
CO+2H2 CH3OH 2CO+4H2 C2 H4+2H2O 2CO+3H2 HO-CH2-CH2-OH +H2O 天然气直接催化转化成化工产品 CH4 +O2 CH3OH CH4 +O2 HCHO
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2.1.3天然气及其加工利用 CH4 → C2H2+C 天然气热裂解制化工产品 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制甲烷的各种衍生物
C2H2 → CHCl=CHCl C2H2 → CH3-CHO 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化制甲烷的各种衍生物 湿气中C2和C4的利用 C2 ～ C4 → 乙烯、丙烯
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2.1.4煤及其加工利用 煤的组成 煤的加工利用 煤的元素组成：C、H和少量金属和非金属矿物
煤的化合物组成：缩合程度不同的芳香环、饱和环、杂原子环等 煤的加工利用 能源 冶金 化工原料
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2.1.4煤及其加工利用 煤生产化工原料的主要途径：
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2.1.4煤及其加工利用 煤的干馏 定义：是在隔绝空气条件下加热媒，使其分解生成焦碳、煤焦油、粗苯及焦炉气的过程 分类 高温干馏 低温干馏
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2.1.4煤及其加工利用 煤的气化 煤、焦碳、半焦 合成气（H2、 CO ）
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2.1.4煤及其加工利用 煤的液化 直接液化： 间接液化： 煤 液态烃 煤 合成气 烃类燃料、含氧化合物燃料
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2.1.5生物质及其加工利用 糠醛的生产： 原料来源：玉米芯、麦麸、棉籽皮、向日葵籽壳、甘蔗皮、稻壳、花生壳等 乙醇的生产 丙二醇的生产
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2.1.6再生资源的开发利用 废旧塑料 废旧塑料 液体燃料
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2.1.6 空气和水 空气 纯O2、纯N2的生产方法 水的应用 O2 N2 稀有气体 深度冷冻分离法 分子筛变压吸附法 膜分离法 溶剂
反应物 载体 高压蒸汽
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2.2化工过程的主要效率指标 生产能力 生产强度 指设备的单位几何量的生产能力，通常设备的单位体积或单位面积的生产能力。
指一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理的原料量。 生产强度 指设备的单位几何量的生产能力，通常设备的单位体积或单位面积的生产能力。
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2.2化工过程的主要效率指标 转化率 定义式： BB + CC → RR+ SS 关键反应物： 3H2+N2 2NH3
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2.2化工过程的主要效率指标 转化率 转化率的计算 间歇过程 连续过程 循环流程 单程转化率XB= 全程转化率XB，tot= 弛放物料
新鲜原料 循环物料 混合 反应 分离 产品 单程转化率XB= 全程转化率XB，tot=
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2.2化工过程的主要效率指标 选择性（Selectivity）
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2.2化工过程的主要效率指标 收率 根据转化率、选择性和收率的定义： Y=S·X
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2.2化工过程的主要效率指标 质量收率 Ym=
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2.2化工过程的主要效率指标 平衡转化率和平衡产率 A A+ B B R R+ S S
[概念] 标准化学平衡常数Kp（KC） 若为气相反应体系为理想气体，或压力<3MP和温度200℃以上 ，则标准平衡常数为
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2.2化工过程的主要效率指标 平衡转化率和平衡产率 若气相反应体系为高压，则标准平衡常数为 其中
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2.2化工过程的主要效率指标 平衡转化率和平衡产率 若反应体系为理想液相体系，或溶液浓度很稀时，则标准平衡常数为
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2.2化工过程的主要效率指标 示例说明 设某气相反应A+2B R，反应前A有a mol，B有b mol，无R组分。求基于A、B的平衡产率和平衡转化率。 解：根据Y=SX，S=1 得Y A =X A， Y B =X B A B R 总物料 反应前 a b a+ b 反应平衡时 a- aX A b- 2aX A aX A a+ b - 2aX A YA=XA，YB=XB=
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2.2化工过程的主要效率指标 把yA， yB， yR带入Kp表达式得 已知P，查得KP，可得XA
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2.2化工过程的主要效率指标 示例说明 讨论 如果投放物料按化学反应计量系数比投放即 a:b=1:2 那么 即各反应物的转化率相同
那么 即各反应物的转化率相同 那么 即各反应物的产率相同 如果投放物料不按化学反应计量系数比投放，那么，各反应物的转化率不相同，各反应物的产率也不相同
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 影响化学平衡和反应速率的因素
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.3.1 温度的影响 温度对化学平衡的影响 bB+cC=rR+sS+H
对于吸热反应，H >0， T有利于产物产率 对于放热反应，H <0， T有利于产物产率
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.3.1 温度的影响 温度对反应速率的影响 aA+bB dD 反应速率方程为
其中k与反应活化能和温度有关 k=Aexp（-E/RT）（阿累尼乌斯方程） 由此可见， T， k
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.3.1 温度的影响 温度对反应速率的影响 对于不可逆反应，T，产物生成的速率
对于放热反应，（见图2-10）有一最佳反应温度
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.3.2浓度的影响 根据反应平衡移动原理，反应物浓度，平衡向生成产物的方向移动
浓度对反应平衡的影响 根据反应平衡移动原理，反应物浓度，平衡向生成产物的方向移动 浓度对反应速率的影响
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2.3反应条件对化学平衡和反应速率的影响 2.3.3 压力的影响 压力对反应平衡的影响 压力对反应速率的影响
对分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率； 对分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大； 对分子数没有变化的反应，压力对平衡产率无影响。 压力对反应速率的影响
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2.4 催化剂的性能及使用 一 催化剂的作用 提高反应速率和选择性 乙烯的氧化反应 CH2=CH2+O2
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2.4 催化剂的性能及使用 改进操作条件 合成氨工艺 N2+3H22NH2（放热反应） 乙烯聚合反应
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2.4 催化剂的性能及使用 催化剂有助于开发新的反应过程 工业上乙酸的生产方法主要有 乙醛氧化法 丁烷和石脑油氧化法 甲醇羰基化法
19世纪初，三氟化硼、磷酸等催化剂，50-70MP，温度 ℃ ； 1941年，Reppe 等人用铁、钴、镍等第八族金属羰基化合物和卤素为催化剂，20-45MP，温度 ； 1960年联邦德国的BASF公司建厂投产，催化剂为羰基钴, 碘化物为助催化剂，仍高温高压； 1968年美国孟山都公司开发成功了用铑做催化剂，3MP低压，温度175℃ 的条件下合成乙酸
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2.4 催化剂的性能及使用 4 .催化剂在能源开发和消除污染中发挥重要作用
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2.4 催化剂的性能及使用 二 催化剂的特征 催化剂的作用机理 中间化合物（活性物种） 产物 催化剂 反应物 催化剂
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2.4 催化剂的性能及使用 催化剂的特征 催化剂在反应中自身未发生化学性质和数量的变化
催化剂能加快反应速率，但不能使热力学上不能进行的反应发生 催化剂不能改变化学平衡 催化剂具有明显的选择性
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2.4 催化剂的性能及使用 三 催化剂的分类 按催化剂反应体系的物相均一性分为 按催化剂反应机理分 均相催化剂（液） 非均相催化剂（固）
氧化还原型催化剂 酸碱催化剂
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2.4 催化剂的性能及使用 按使用条件下的物态分 金属催化剂 氧化物催化剂 硫化物催化剂 酸催化剂 （固体催化剂） 碱催化剂 络合物催化剂
生物催化剂 （固体催化剂） （液体催化剂）
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2.4 催化剂的性能及使用 四 工业催化剂使用中的有关问题 工业催化剂的使用性能 活性：活性转化能力 选择性 寿命 化学稳定性 热稳定性
机械稳定性 耐毒性：常见的中毒物，砷、硫、氯的化合物及重金属等
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2.4 催化剂的性能及使用 五 催化剂的活化、失活与再生 催化剂的效能随时间的变化图 催化效能 C B AB：诱导期 BC：稳定期
使用时间t 催化效能 A B C D AB：诱导期 BC：稳定期 CD：衰退期
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2.4 催化剂的性能及使用 五 催化剂的活化、失活与再生 催化剂的失活 络合物催化剂：超温
生物催化剂：过热、化学物质和杂菌的污染、PH值失调等 固体催化剂 超温过热 催化剂中毒 覆盖污垢
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2.4 催化剂的性能及使用 六 催化剂的运输、贮存和装卸
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