【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的最優(yōu)化提供依據(jù)。 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 55 練習(xí)題 1 ? 215將純乙烷進行裂解制取乙烯，已知乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為 60%，若每 100kg進裂解器的乙烷可獲得 46. 4kg乙烯，裂解氣經(jīng)分離后，未反應(yīng)的乙烷大部分循環(huán)回裂解器 (設(shè)循環(huán)氣只是乙烷 )，在產(chǎn)物中除乙烯及其他氣體外，尚含有 4kg乙烷。求生成乙烯的選擇性、乙烷的全程轉(zhuǎn)化率、乙烯的單程收率、乙烯全程收率和全程質(zhì)量收率。 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 56 ? 解： ? 進反應(yīng)器的乙烷量 =100/30= kmol ? 產(chǎn)物中乙烷量 =4/30= kmol ， ? 生成乙烯 =? 轉(zhuǎn)化的乙烷量 =60% = kmol ， ? 未轉(zhuǎn)化的乙烷量 == kmol 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 57 ? 設(shè)未反應(yīng)的乙烷除了有 kmol隨產(chǎn)物乙烯帶走外，其余全部返回到反應(yīng)器中，即= kmol ? 則新鮮乙烷量 == kmol ， 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 58 ? 乙烯選擇性 =? 乙烷的全程轉(zhuǎn)化率 =， ? 乙烯的單程收率 =? 乙烯全程收率 =， ? 乙烯全程質(zhì)量收率 =（ 30 ）=% 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 59 ? 解：由已知可得，循環(huán)回到裂解器中的乙烷質(zhì)量 為 ??環(huán) =4kg，則有新鮮純乙烷進入裂解器的質(zhì)量為 ??鮮 = 100?4 =96kg，設(shè)有100kg乙烷進入裂解器中，有 ?? ? 轉(zhuǎn) kg乙烷在反應(yīng)器中發(fā)生轉(zhuǎn)化，則有 : 36kg乙烷 10036 ， 4kg乙烷 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 60 ? 64kg乙烷 100kg乙烷 40kg乙烷 ??轉(zhuǎn) 30? 30100 =60%??轉(zhuǎn) =60???? 乙烷單程轉(zhuǎn)化率： ????2??6,??????=60 64 =%??單 =??轉(zhuǎn) ??鮮 = ??轉(zhuǎn) ??乙烷 ??乙烷 ??鮮 =60%乙烷的選擇性： S= 28 6030 =% 乙烷的單程收率： ??單 = ??單 ? ??=%?60%= % 乙烷的全程收率：??全 =%?%=%????,總==% 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 61 練習(xí)題 2 ? 216今有一種工業(yè)乙烷氣體，其中各組分的體積分?jǐn)?shù)為 98寫 CzHs, 100qH4, 10o C3 H6。將其裂解制取乙烯，已知在冷卻冷凝前的裂解氣組成如下 . 組分 Hz CHI Cz H4 Cz Hs C3 Hs C3 H8 C4 Hg Cs H}z ? 體積分?jǐn)?shù) % % % ? 試求 :(1)裂解后的體積增大率 。(2)若裂解氣經(jīng)冷卻冷凝后，其中 Cs H}z冷凝為液體，計算剩余氣體 ? 的組成 。(3)乙烷的轉(zhuǎn)化率，乙烯的選擇性，乙烯的收率 。(4)每 100kg工業(yè)乙烷原料氣可獲得多少千 ? 克的乙烯 ? 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 62 情境 1乙烯裝置操作與控制 ? 任務(wù) 1 烴類熱裂解原理 ? 任務(wù) 2 裂解反應(yīng)實驗裝置操作與控制 ? 任務(wù) 3 乙烯裝置工藝流程識讀 ? 任務(wù) 4 乙烯裝置的開車和停車操作 ? 任務(wù) 5 裝置異常工況人分析與處理 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 63 乙烯裝置生產(chǎn)過程 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 64 裂解 汽油 熱裂解 預(yù)分餾（急冷） 原 料 凈化（脫酸、脫水、脫炔） 分離 精餾分離系統(tǒng) 深冷 壓縮制冷系統(tǒng) 三烯 分離部分 反應(yīng)部分 芳烴 裂解氣 任務(wù) 1 烴類熱裂解原理 ? ? ? ? ? 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 65 烴類熱裂解 ? 乙烯、丙烯和丁二烯是化學(xué)工業(yè)的重要原料。 ? 工業(yè)上獲得低級烯烴的主要方法是將烴類熱裂解。 烴類熱裂解法 是將石油系烴類燃料 (天然氣、煉廠氣、輕油、柴油、重油等 )經(jīng)高溫作用，使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成相對分子質(zhì)量較小的烯烴、烷烴和其他相對分子質(zhì)量不同的輕質(zhì)和重質(zhì)烴類。 ? 乙烯產(chǎn)量常作為衡量一個國家基本化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平。 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 66 1. 1熱裂解過程的化學(xué)反應(yīng) （ 1）烷烴 脫氫反應(yīng) ： CnH2n+2 CnH2n+H2 （ C— H鍵斷裂 ） 斷鏈反應(yīng) ： CnH2n+2 CmH2m+ CkH2k+2 m＋ k=n 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 67 正構(gòu)烷烴裂解規(guī)律 ? 相同烷烴斷鏈比脫氫容易 ? 碳鏈越長越易裂解 ? 斷鏈?zhǔn)遣豢赡孢^程，脫氫是可逆過程 ? 在分子兩端斷鏈的優(yōu)勢大 ? 乙烷不發(fā)生斷鏈反應(yīng)，只發(fā)生脫氫反應(yīng)生成乙烯，甲烷在一般裂解溫度下不發(fā)生變化 ? 主要產(chǎn)物： 氫、甲烷、乙烯、丙烯 ? 特點 : 生產(chǎn)乙烯、丙烯的理想原料 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 68 異構(gòu)烷烴裂解規(guī)律 ? 比正構(gòu)烷烴容易裂解或脫氫 ? 脫氫能力與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，難易順序為叔氫＞仲氫＞伯氫 ? 隨著碳原子數(shù)的增加，異構(gòu)烷烴與正構(gòu)烷烴裂解所得乙烯和丙烯收率的差異減小 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 69 ? 異構(gòu)烷烴 主要產(chǎn)物： 氫、甲烷、乙烯、丙烯、 C4烯烴 特點 : ? 異構(gòu)烷烴裂解所得乙烯、丙烯收率遠較正構(gòu)烷裂解所得收率低，而氫、甲烷、 C4及C4以上烯烴收率較高 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 70 ? （ 2） 環(huán)烷烴 裂解反應(yīng)包括： ? 斷鏈開環(huán)反應(yīng) ? 脫氫反應(yīng) ? 側(cè)鏈斷裂 ? 開環(huán)脫氫 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 71 環(huán)烷烴的裂解反應(yīng)規(guī)律 ? 側(cè)鏈烷基斷裂比開環(huán)容易 ? 脫氫生成芳烴優(yōu)于開環(huán)生成烯烴 ? 五環(huán)比六環(huán)烷烴難裂解 ? 比鏈烷烴更易于生成焦油， 產(chǎn)生結(jié)焦 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 72 ? （ 3） 芳烴 a. 烷基芳烴的 側(cè)鏈脫烷基反應(yīng)或斷鍵反應(yīng) b. 環(huán)烷基芳烴的脫氫和異構(gòu)脫氫反應(yīng) c. 芳烴縮合反應(yīng) 產(chǎn)物： 多環(huán)芳烴，結(jié)焦 特點： 不宜做裂解原料 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 73 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 74 ArCkH2k+1+CmH2m ArH+CnH2n ArCnH2n+1 ArCnH2n+1 ArCnH2n1+H2 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 75 + + R 3 1 R 4 H R R 2 裂解過程的結(jié)焦生碳反應(yīng) ? 各種烴在高溫下不穩(wěn)定 ? 9001000℃ 以上經(jīng)過炔烴中間階段而生碳； ? 500900℃ 經(jīng)過芳烴中間階段而結(jié)焦。 ? 生碳結(jié)焦是典型的連串反應(yīng) ? 單環(huán)或少環(huán)芳烴 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 76 多環(huán)芳烴 稠環(huán)芳烴 液體焦油 固體瀝青質(zhì) 焦炭 焦和碳的區(qū)別 ? 形成過程不同 :烯烴經(jīng)過炔烴中間階段而生碳；經(jīng)過芳烴中間階段而結(jié)焦 ? 氫含量不同 :碳幾乎不含氫，焦含有微量氫（ ％） 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 77 一次反應(yīng)和二次反應(yīng) ? 一次反應(yīng)是指原料烴在裂解過程中首先發(fā)生的原料烴的裂解反應(yīng) 生成目的產(chǎn)物乙烯、丙烯的反應(yīng)屬于一次反應(yīng)促使其充分進行 ? 二次反應(yīng)則是指一次反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)生的后繼反應(yīng) 乙烯、丙烯消失，生成分子量較大的液體產(chǎn)物以至結(jié)焦生炭的反應(yīng)千方百計抑制其進行 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 78 ? 一次反應(yīng) ? 原料烴的脫氫和斷鏈反應(yīng) ? 經(jīng)一次反應(yīng)， 生成氫、甲烷和低分子烯烴 ? 二次反應(yīng) ? 烯烴在裂解條件下繼續(xù)反應(yīng)，最終生成焦或炭 ? 烯烴裂解成較小分子烯烴 ? 烯烴加氫生成飽和烷烴 ? 烴裂解生成炭 ? 烯烴聚合、環(huán)化、縮合和生焦反應(yīng) 2023/1/17 《 化工裝置工藝操作與控制 》 79 各族烴裂解生成乙