【正文】 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。 第一節(jié) 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程 一、化工生產(chǎn)過(guò)程化工生產(chǎn)過(guò)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。將原料轉(zhuǎn)變成化工產(chǎn)品的工藝流程稱為化工生產(chǎn)工藝流程（或?qū)⒁粋€(gè)過(guò)程的主要設(shè)備、機(jī)泵、控制儀表、工藝管線等按其內(nèi)在聯(lián)系結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)從原料到產(chǎn)品的過(guò)程所構(gòu)成的圖）。由于技術(shù)水平不同，同類設(shè)備或裝置的設(shè)計(jì)能力可能不同，使用設(shè)計(jì)能力大的設(shè)備或裝置能夠降低投資和成本，提高生產(chǎn)率。但對(duì)于采用循環(huán)流程（見圖29）的過(guò)程來(lái)說(shuō)，則有單程轉(zhuǎn)化率和全程轉(zhuǎn)化率之分。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率降低，逆反應(yīng)速率升高，所以凈反應(yīng)速率不斷下降直到零。只有當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，才能用式（229）來(lái)計(jì)算平衡常數(shù)。溫度升高時(shí)。四、停留時(shí)間的影響停留時(shí)間是指物料從進(jìn)入設(shè)備到離開設(shè)備所需要的時(shí)間，若有催化劑存在指物料與催化劑的接觸時(shí)間，單位用秒（S）表示。（4）催化劑在能源開發(fā)和消除污染中可發(fā)揮重要作用。（3）催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)。（3）壽命 系指其使用期限的長(zhǎng)短，壽命的表征是生產(chǎn)單位量產(chǎn)品所消耗的催化劑量，或在滿足生產(chǎn)要求的技術(shù)水平上催化劑能使用的時(shí)間長(zhǎng)短，有的催化劑使用壽命可達(dá)數(shù)年，有的則只能使用數(shù)月。（4）其他 如廉價(jià)、易得、無(wú)毒、易分離等。在化工原理課程中已學(xué)過(guò)除反應(yīng)過(guò)程以外的化工單元操作過(guò)程的物料、熱量衡算，所以本節(jié)只涉及反應(yīng)過(guò)程的物料、熱量衡算。對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，有4物料衡算步驟化工生產(chǎn)的許多過(guò)程是比較復(fù)雜的，在對(duì)其做物料衡算時(shí)應(yīng)該按一定步驟來(lái)進(jìn)行，才能給出清晰的計(jì)算過(guò)程和正確的結(jié)果、通常遵循以下步驟。通常將己知及計(jì)算結(jié)果列成物料收支平衡表，表格可以有不同形式，但要全面反映輸入及輸出的各種物料和包含的組分的絕對(duì)量和相對(duì)含量。并規(guī)定處于基態(tài)的元素或純單質(zhì)的焓為“零’。諸如蒸發(fā)熱、熔融熱、溶解熱，升華熱、晶形轉(zhuǎn)變熱等即屬于相變熱，在許多化學(xué)化工文獻(xiàn)和手冊(cè)中有各種物質(zhì)的相變熱，也可用實(shí)驗(yàn)測(cè)定。其中又分等容變溫和等壓變溫兩種變化過(guò)程。通常利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代法試差，具體試差過(guò)程從略。對(duì)于等溫變壓過(guò)程，一般用焓值表或曲線查找物質(zhì)在不同壓力下的焓值，直接求取顯焓變。圖中TT2和pp2分別為任意狀態(tài)下的溫度和壓力，T0、p0為標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力。而變溫反應(yīng)器的人口、出口及器內(nèi)各截面的溫度均不相同。第五步，設(shè)未知數(shù)，列方程式組，聯(lián)立求解。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，輸入物料的總的物質(zhì)的量則不一定等于輸出物料的總的物質(zhì)的量。在運(yùn)輸和貯藏中應(yīng)防上其受污染和破壞；固體催化劑在裝填于反應(yīng)器中時(shí)，要防止污染和破裂。系指催化劑對(duì)有毒物質(zhì)的抵抗力或耐受力。（2）選擇性 系指反應(yīng)所消耗的原料中有多少轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物。因此催化劑在生產(chǎn)過(guò)程中可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使用。（3）催化劑有助于開發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，發(fā)展新的化工技術(shù)。三、壓力的影響一般來(lái)說(shuō)，壓力對(duì)液相和固相反應(yīng)的平衡影響較小。故只有降低溫度才能使平衡產(chǎn)率增高。由此可推導(dǎo)出K?只與溫反有關(guān)，而與壓力無(wú)關(guān)，但KP和Kγ與溫度和壓力均有關(guān)。4質(zhì)量收率（mass yield）質(zhì)量收率的定義系指投人單位質(zhì)量的某原料所能生產(chǎn)的目的產(chǎn)物的質(zhì)量，即例1 乙烷脫氫生產(chǎn)乙烯時(shí)，原料乙烷處理量為８000kg/h，產(chǎn)物中乙烷為４000kg/h，獲得產(chǎn)物乙烯為３２00kg/h，求乙烷轉(zhuǎn)化率、乙烯的選擇性及收率。對(duì)干反應(yīng)反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率分別是式中XA、XB——分別為組分A和B的轉(zhuǎn)化率；人們常常對(duì)關(guān)鍵反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率感興趣，所謂關(guān)鍵反應(yīng)物指的是反應(yīng)物中價(jià)值最高的組分，為使其盡可能轉(zhuǎn)化，常使其他反應(yīng)組分過(guò)量。第二節(jié) 化工過(guò)程的主要效率指標(biāo) 一、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度（1）生產(chǎn)能力系指一個(gè)設(shè)備，一套裝置或一個(gè)工廠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量，或在單位時(shí)間內(nèi)處理的原料量。同時(shí)要回收剩余反應(yīng)物，以提高原料利用率。第二章 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程第一節(jié) 化工生產(chǎn)過(guò)程及流程 2第二節(jié) 化工過(guò)程的主要效率指標(biāo) 3第三節(jié) 反應(yīng)條件對(duì)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(guò)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(guò)程的內(nèi)容及生產(chǎn)工藝流程，掌握化工過(guò)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(duì)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。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(guò)濾和干燥等，不同生產(chǎn)過(guò)程可以有針對(duì)性地采用相應(yīng)的分離和精制方法。其單位為kg/h，t／d或kt／a，萬(wàn)t/a等。對(duì)于不可逆反應(yīng)，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大為100％；對(duì)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。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。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(wú)關(guān)。2 溫度對(duì)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。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)分子數(shù)沒(méi)育變化的反應(yīng)，壓力對(duì)平衡產(chǎn)率無(wú)影響。工業(yè)上一個(gè)成功的例子是甲醇羰基化合成醋酸的過(guò)程。（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。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。多數(shù)催化劑容易受到一些物質(zhì)的毒害，中毒后的催化劑活性和選擇性顯著降低或完全失去，縮短了它的使用壽命。裝填要均勻，避免出現(xiàn)“架橋”規(guī)象，以防止反應(yīng)工況惡化。對(duì)其中某個(gè)組分i的衡算式可寫為 因?yàn)樯鲜街芯鶠榻M分i的量，分子量相同，故也可以用物質(zhì)的量來(lái)進(jìn)行組分變i的衡算；惰性物質(zhì)不參加反應(yīng)，若在進(jìn)，出物料中數(shù)量不變，常用來(lái)作聯(lián)系物料進(jìn)行衡算，使汁算簡(jiǎn)化。有幾個(gè)未知數(shù)則應(yīng)列出幾個(gè)獨(dú)立的方程式，這些方程式除物料衡算式外，有時(shí)尚需其他關(guān)系式，諸如組成關(guān)系約束式、化學(xué)平衡約束式、相平衡約束式、物料量比例等等。由于內(nèi)能絕對(duì)值難以測(cè)定，因此焓的絕對(duì)值也難測(cè)定。因?yàn)殪适菭顟B(tài)函數(shù)，與變化途徑無(wú)關(guān)，所以可寫出非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)過(guò)程的總焓變?yōu)樯鲜街猩婕暗降撵首冇腥悾质鋈缦?。?duì)于理想氣體，等溫過(guò)程的內(nèi)能變化和顯焓變均為零。結(jié)果求得產(chǎn)物氣離開反應(yīng)器時(shí)的溫度T=822 K，最后兩次試差值的粗對(duì)誤差為2％，已滿足需要。也可利用熱容數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。相態(tài)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量稱為相變熱，在數(shù)值上等于相變過(guò)程的焓變。因?yàn)殪逝c狀態(tài)有關(guān)，現(xiàn)在科學(xué)界統(tǒng)一規(guī)定物質(zhì)的基態(tài)為： K、壓力是 kPa（現(xiàn)為100 kPa）以及物質(zhì)處于最穩(wěn)定物相的狀態(tài)。第七步，報(bào)告計(jì)算結(jié)果?？梢圆簧婕盎瘜W(xué)反應(yīng)式中的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，故對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)體系的計(jì)算是很方便的。 第五節(jié) 反應(yīng)過(guò)程的物料衡