【正文】 收剩余反應物，以提高原料利用率。工業(yè)反應器的類型眾多，不同反應過程，所用的反應器形式不同。（2）化學反應 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處理、化學反應和產(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 3第三節(jié) 反應條件對化學平衡和反應速率的影響 2第四節(jié) 催化劑的性能及使用 1第五節(jié) 反應過程的物料衡算和熱量衡算（在化工設(shè)計中講）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及其計算，了解和掌握各種反應條件及其對化學平衡和反應速率的影響，了解和掌握催化劑、催化劑性能及使用。（1）原料預處理 主要目的是使初始原料達到反應所需要的狀態(tài)和規(guī)格。反應溫度、壓力、濃度、催化劑（多數(shù)反應需要）或其他物料的性質(zhì)以及反應設(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，是化學工藝學研究的重點內(nèi)容。反應器若按結(jié)構(gòu)特點分；有管式反應器（裝填催化劑，也可是空管）、床式反應器（裝填催化劑，有固定床、移動床、流化床及沸騰床等）、釜式反應器和塔式反應器等；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，有等溫反應器、絕熱反應器和變溫反應器，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、物理的理論基礎(chǔ)以及工程知識，要結(jié)合生產(chǎn)實踐，借鑒前人的經(jīng)驗。因為每個功能單元的實施方法和設(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)備中進行的過程速率高，其生產(chǎn)強度就高。1 轉(zhuǎn)化率（conversion） 轉(zhuǎn)化率是指某一反應物參加反應而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應物起始量的分率或百分率，用符號X表示。對于不可逆反應，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大為100％；對于可逆反應，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，反應器進口物料中組分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指標來評價反應過釋的效率。符號為Y ，其定義式為 收率=轉(zhuǎn)化率選擇性有循環(huán)物料時，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，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。在實際生產(chǎn)中應保持高的凈反應速率，不能等待反應達平衡，故實際轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率比平衡值低。對于反應若為氣相反應體系，其標準平衡常數(shù)表達式為式中 pA、 pB、 pR、 pS分別為反應物組分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，真實氣體的性質(zhì)接近理想氣體，此時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。只有當真實氣體性質(zhì)接近埋想氣體時，其逸度系數(shù)接近于1，此時K?=KP，與壓力無關(guān)。 平衡常數(shù)可通過實驗測定，現(xiàn)在許多化學、化工手冊、文獻資料及計算機有關(guān)數(shù)據(jù)庫中收集有相當多反應體系的平衡常數(shù)，或具與溫度的關(guān)系圖表，有的也給出了相應的汁算公式。例3 設(shè)某氣相反應為 A＋ 2B→ R，反應前組分 A有amol，組分B有bmol，無組分R，反應達平衡時組分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) 反應條件對化學平衡和反應速率的影響 反應溫度、壓力、濃度、反應時間、原料的純度和配比等眾多條件是影響反應平衡和速率的重要因素，關(guān)系到生產(chǎn)過程的效率。2 溫度對反應速率的影響 反應速率系指單位時間、單位體積某反應物組分的消耗量，或某產(chǎn)物的生成量。正、逆反應速率常數(shù)都增大，所以正、逆反應速率都提高，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，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，凈速率r隨溫度變化有三種可能性，即當溫度較低時，凈反應速率隨溫度的升高而增高；當溫度超過某一值后，凈反應速率開始隨著溫度的升高而下降。當有多種反應物參加反應對，往往使價廉易得的反應物過量，從而可以使價貴或難得的反應物更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，提高其利用率。對于可逆反應，反應物濃度與其平衡濃度之差是反應的推動力，此推動力愈大則反應速率愈高。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對有氣相物質(zhì)參加的反應平衡影響很大，其規(guī)律為：①對分子數(shù)增加的反應，降低壓力可以提高平衡產(chǎn)率；②對分子數(shù)減少的反應，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，壓力對平衡產(chǎn)率無影響。一般停留時間越長，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，空速越小；反之亦然。有許多反應，雖然在熱力學上是可能進行的，但反應速率太慢或選擇性太低，不具有實用價值，一旦發(fā)明和使用催化劑，則可實現(xiàn)工業(yè)化，為人類生產(chǎn)出重要的化工產(chǎn)品。（2）改進操作條件。工業(yè)上一個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物生成不穩(wěn)定中間化合物，改變了反應途徑，活化能得以降低。工業(yè)上用得最多的是加快反應速率的催化劑，以下閘述的內(nèi)容僅與此類催化劑有關(guān)。（2）催化劑只能縮短達到化學平衡的時間（即加速作用），但不能改變平衡。催化劑的這一特性在有機化學反應領(lǐng)域中起了非常重要的作用，國為有機反應體系往往同時存在許多反應，選用合適的催化劑，可使反應向需要的方向進行。 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非常重要的問題，關(guān)系到生產(chǎn)效率和效益。或者在轉(zhuǎn)化率及其他條件相同時，催化劑活性愈高則需要的反應溫度愈低。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)催化劑的選擇性應較高。雖然理論上催化劑在反應前后化學性質(zhì)和數(shù)量不變，可以反復使用，但實際上當生產(chǎn)運行一定時間后，催化劑性能會衰退，導致產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量均達不到要求的指標，此時，俚化劑的使用壽俞結(jié)束，應該更換催化劑。