【正文】 收剩余反應(yīng)物，以提高原料利用率。工業(yè)反應(yīng)器的類型眾多，不同反應(yīng)過程，所用的反應(yīng)器形式不同。（2）化學(xué)反應(yīng) 通過該步驟完成由原料到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變，是化工生產(chǎn)過程的核心。 第一節(jié) 化工生產(chǎn)過程及流程 一、化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程一般可概括為原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品分離及精制三大步驟。第二章 化工生產(chǎn)過程及流程第一節(jié) 化工生產(chǎn)過程及流程 2第二節(jié) 化工過程的主要效率指標(biāo) 3第三節(jié) 反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 2第四節(jié) 催化劑的性能及使用 1第五節(jié) 反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算（在化工設(shè)計(jì)中講）主要內(nèi)容：了解和掌握生產(chǎn)過程的內(nèi)容及生產(chǎn)工藝流程，掌握化工過程的主要效率指標(biāo)及其計(jì)算，了解和掌握各種反應(yīng)條件及其對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響，了解和掌握催化劑、催化劑性能及使用。（1）原料預(yù)處理 主要目的是使初始原料達(dá)到反應(yīng)所需要的狀態(tài)和規(guī)格。反應(yīng)溫度、壓力、濃度、催化劑（多數(shù)反應(yīng)需要）或其他物料的性質(zhì)以及反應(yīng)設(shè)備的技術(shù)水平等各種因素對產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有重要影響，是化學(xué)工藝學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。反應(yīng)器若按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分；有管式反應(yīng)器（裝填催化劑，也可是空管）、床式反應(yīng)器（裝填催化劑，有固定床、移動(dòng)床、流化床及沸騰床等）、釜式反應(yīng)器和塔式反應(yīng)器等；若按操作方式分，有間歇式、連續(xù)式和半連續(xù)式三種；若按換熱狀況分，有等溫反應(yīng)器、絕熱反應(yīng)器和變溫反應(yīng)器，換熱方式有間接換熱式和直接換熱式。分離和精制的方法和技術(shù)是多種多樣的，通常有冷凝、吸收、吸附、冷凍、閃蒸、精餾、萃取、滲透膜分離、結(jié)晶、過濾和干燥等，不同生產(chǎn)過程可以有針對性地采用相應(yīng)的分離和精制方法。化工生產(chǎn)中的工藝流程是豐姿多彩的，不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程固然不同，同一產(chǎn)品用不同原料來生產(chǎn)，工藝流程也大不相同；有時(shí)即使原料相同，產(chǎn)品也相同，若采用的工藝路線或加工方法不同，在流程上也有區(qū)別。組織工藝流程需要有化學(xué)、物理的理論基礎(chǔ)以及工程知識(shí)，要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)槊總€(gè)功能單元的實(shí)施方法和設(shè)備型式通常有許多種可供選擇，因而可組織出其有相同整體功能的多種流程方案。其單位為kg/h，t／d或kt／a，萬t/a等。（2）生產(chǎn)程度為設(shè)備的單位特征幾何量的生產(chǎn)能力。設(shè)備中進(jìn)行的過程速率高，其生產(chǎn)強(qiáng)度就高。1 轉(zhuǎn)化率（conversion） 轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)物起始量的分率或百分率，用符號(hào)X表示。對于不可逆反應(yīng)，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大為100％；對于可逆反應(yīng)，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大為其平衡轉(zhuǎn)化率。單程轉(zhuǎn)化率系指原料每次通過反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率，例如原料中組分A的單程轉(zhuǎn)化率為式中，反應(yīng)器進(jìn)口物料中組分A的量=新鮮原料中組分A的量+循環(huán)物料中組分A的量。所以需要用選擇性這個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)反應(yīng)過釋的效率。符號(hào)為Y ，其定義式為 收率=轉(zhuǎn)化率選擇性有循環(huán)物料時(shí)，也有單程收率和總收率之分。解：乙烷轉(zhuǎn)化率=（80004000）/8000*100%=50% 乙烯的選擇性=（3200*30/28）/4000*100%=% 乙烯的收率=50%*%*100%=%例2 丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯時(shí)，原料丙烷處理量為3000kg/h，丙烷單程轉(zhuǎn)化率為70%，丙烯選擇性為96%，求丙烯產(chǎn)量。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保持高的凈反應(yīng)速率，不能等待反應(yīng)達(dá)平衡，故實(shí)際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。對于反應(yīng)若為氣相反應(yīng)體系，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式為式中 pA、 pB、 pR、 pS分別為反應(yīng)物組分A、 B和產(chǎn)物R、 S的平衡 分壓（其單位與P?相同）（純固體或液體取1）。理想氣體的Kp只是溫度的函數(shù)，與反應(yīng)平衡體系的總壓和組成無關(guān)；在低壓下、或壓力不太高（3 MFa以下）和溫度較高（200℃以L）的條件下，真實(shí)氣體的性質(zhì)接近理想氣體，此時(shí)可用理想氣體的平衡常數(shù)及有關(guān)平衡數(shù)據(jù)，即可忽略壓力與組成的影響。只有當(dāng)真實(shí)氣體性質(zhì)接近埋想氣體時(shí)，其逸度系數(shù)接近于1，此時(shí)K?=KP，與壓力無關(guān)。 平衡常數(shù)可通過實(shí)驗(yàn)測定，現(xiàn)在許多化學(xué)、化工手冊、文獻(xiàn)資料及計(jì)算機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)庫中收集有相當(dāng)多反應(yīng)體系的平衡常數(shù)，或具與溫度的關(guān)系圖表，有的也給出了相應(yīng)的汁算公式。例3 設(shè)某氣相反應(yīng)為 A＋ 2B→ R，反應(yīng)前組分 A有amol，組分B有bmol，無組分R，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)組分A的平衡轉(zhuǎn)化率為XA，則A的轉(zhuǎn)化 量為aXAmol。對于本例，每轉(zhuǎn)化 lmol反應(yīng)物 A生成1mol產(chǎn)物R，則產(chǎn)物R相對于原料A的平衡產(chǎn)率為然而，每轉(zhuǎn)化 2 mol反應(yīng)物 B生咸 1mol產(chǎn)物 R，則產(chǎn)物 R相對于原料B的平衡產(chǎn)率為第三節(jié) 反應(yīng)條件對化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)溫度、壓力、濃度、反應(yīng)時(shí)間、原料的純度和配比等眾多條件是影響反應(yīng)平衡和速率的重要因素，關(guān)系到生產(chǎn)過程的效率。2 溫度對反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)速率系指單位時(shí)間、單位體積某反應(yīng)物組分的消耗量，或某產(chǎn)物的生成量。正、逆反應(yīng)速率常數(shù)都增大，所以正、逆反應(yīng)速率都提高，凈速率是否增加呢？經(jīng)過對速率方程式的分析得知：對于吸熱的可逆反應(yīng)，凈速率r總是隨著溫度的升高而增高的；而對于放熱的可逆反應(yīng)，凈速率r隨溫度變化有三種可能性，即當(dāng)溫度較低時(shí)，凈反應(yīng)速率隨溫度的升高而增高；當(dāng)溫度超過某一值后，凈反應(yīng)速率開始隨著溫度的升高而下降。當(dāng)有多種反應(yīng)物參加反應(yīng)對，往往使價(jià)廉易得的反應(yīng)物過量，從而可以使價(jià)貴或難得的反應(yīng)物更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，提高其利用率。對于可逆反應(yīng)，反應(yīng)物濃度與其平衡濃度之差是反應(yīng)的推動(dòng)力，此推動(dòng)力愈大則反應(yīng)速率愈高。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大，其規(guī)律為：①對分子數(shù)增加的反應(yīng)，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率；②對分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓力升高，產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率增大；③對分子數(shù)沒育變化的反應(yīng)，壓力對平衡產(chǎn)率無影響。一般停留時(shí)間越長，原料轉(zhuǎn)化率越高，產(chǎn)物的選擇性越低，設(shè)備的生產(chǎn)能力越小，空速越??；反之亦然。有許多反應(yīng)，雖然在熱力學(xué)上是可能進(jìn)行的，但反應(yīng)速率太慢或選擇性太低，不具有實(shí)用價(jià)值，一旦發(fā)明和使用催化劑，則可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，為人類生產(chǎn)出重要的化工產(chǎn)品。（2）改進(jìn)操作條件。工業(yè)上一個(gè)成功的例子是甲醇羰基化合成醋酸的過程。前已述及催化劑在石油、天然氣和煤的綜合利用中的重要作用，借助催化劑從這些自然資源出發(fā)生產(chǎn)出數(shù)量更多、質(zhì)量更好的二次能源；一些新能源的開發(fā)也需要催化劑，例如光分解水獲取氫能源，其關(guān)鍵是催化劑。催化劑的作用是它能與反應(yīng)物生成不穩(wěn)定中間化合物，改變了反應(yīng)途徑，活化能得以降低。工業(yè)上用得最多的是加快反應(yīng)速率的催化劑，以下閘述的內(nèi)容僅與此類催化劑有關(guān)。（2）催化劑只能縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間（即加速作用），但不能改變平衡。催化劑的這一特性在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域中起了非常重要的作用，國為有機(jī)反應(yīng)體系往往同時(shí)存在許多反應(yīng)，選用合適的催化劑，可使反應(yīng)向需要的方向進(jìn)行。 三、工業(yè)催化劑使用中的有關(guān)問題在采用催化劑的化工生產(chǎn)中，正確地選擇并使用催化劑是個(gè)非常重要的問題，關(guān)系到生產(chǎn)效率和效益?；蛘咴谵D(zhuǎn)化率及其他條件相同時(shí)，催化劑活性愈高則需要的反應(yīng)溫度愈低。選擇性愈高，生產(chǎn)單位量目的產(chǎn)物的原料消耗定額愈低，也愈有利于產(chǎn)物的后處理，故工業(yè)催化劑的選擇性應(yīng)較高。雖然理論上催化劑在反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量不變，可以反復(fù)使用，但實(shí)際上當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行一定時(shí)間后，催化劑性能會(huì)衰退，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量均達(dá)不到要求的指標(biāo)，此時(shí)，俚化劑的使用壽俞結(jié)束，應(yīng)該更換催化劑。