化學(xué)工藝學(xué)考試要點(diǎn)-資料下載頁(yè)
2024-10-22 16:40本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】對(duì)于放熱反應(yīng)，<0，K值隨著溫度升高而減小，平衡產(chǎn)率降低。低溫度才能使平衡產(chǎn)率增高。對(duì)于可逆反應(yīng)而言，正、逆反應(yīng)速率之差即為產(chǎn)物生成的凈速率。凈速率有一個(gè)極大值，此極大值對(duì)應(yīng)的溫度稱為最佳反應(yīng)溫。應(yīng)速率大，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐漸消耗，反應(yīng)速率逐漸下降。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)。高溫一短停留時(shí)間的操作條件可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦。留時(shí)間的增長(zhǎng)，二次反應(yīng)增加，烯烴損失隨之增多。出口高溫裂解氣盡快冷卻，通過(guò)急冷以終止其裂解反應(yīng)。至650℃以下時(shí)，裂解反應(yīng)基本終止。而間接急冷對(duì)能量利用較合理，可回收裂解氣被急冷時(shí)所。低，決定了裂解氣露點(diǎn)的高低。④在裂解氣的預(yù)分餾過(guò)程中繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量。合過(guò)程或催化反應(yīng)過(guò)程的催化劑中毒，也可能嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。積累而造成堵塞現(xiàn)象，因而需要進(jìn)行干燥脫水處理。
【正文】 上，則速率控制步驟可能由動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)向擴(kuò)散控制。 合成氨催化劑的組成及作用？ 氨合成催化劑以熔鐵為主，還原前主要成分是四氧化三鐵，有磁性，另外添加 Al2O K2O等助催化劑。 Al2O3是結(jié)構(gòu)型助催化劑，它均勻地分散在 αFe晶格內(nèi)和晶格問(wèn)， 能增加催化劑的比表面，并防止還原后的鐵微晶長(zhǎng)大，從而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。 K2O是電子型助催化劑，能促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，有利于氮分子的吸附和活化，也促進(jìn)生成物氨的脫附，但 K2O是在有 Al2O3為助劑的基礎(chǔ)上才起到進(jìn)一步提高活性的作用。 SiO2的加入雖然有削弱催化劑堿性作用，但起到穩(wěn)定鐵晶粒作用，增加催化劑的抗毒性和耐熱性等。 此外，加入 MgO能提高耐熱性能和耐硫性，加入 CaO能起助熔作用，使催化劑各組分易于熔融而形成均勻分布的高活性狀態(tài)。 合成氨的工藝條件如何確定？ (1)操作壓力 壓力對(duì)氨合成反應(yīng)是非常重要的，因?yàn)榫同F(xiàn)有的催化劑而言，反應(yīng)溫度不能太低 .受平衡限制，氨的合成率不高。從熱力學(xué)分析可知，提高壓力對(duì)反應(yīng)平衡及速率均有利，因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，氨的合成必須在高壓下進(jìn)行，壓力越高，反應(yīng)速率越快，平衡氨含量增加，反應(yīng)器生產(chǎn)能力越高。壓力高可使設(shè)備體積縮小，但壓力過(guò)高，壓縮總功反而增加，且對(duì)設(shè)備的材質(zhì)、制造技術(shù)等要求更高。實(shí)際上氨合成的最佳壓力由原料氣的壓縮功、循環(huán)壓縮功、冷凍功來(lái)全衡決定，選擇適當(dāng)?shù)母邏嚎墒箍偣档汀? (2)操作溫度 氨合成反應(yīng)為一可逆放熱反應(yīng)因此存在最適宜反應(yīng)溫度 Top。在反應(yīng)初期 (即反應(yīng)器中催化劑床層入口處 )，由于反應(yīng)物溫度高，反應(yīng)速率是很快的，而到反應(yīng)末期 (催化劑床層出口端 )，反應(yīng)物溫度降低而產(chǎn)物溫度增高，致使反應(yīng)速率較慢， 對(duì)床層的每一區(qū)間來(lái)說(shuō)，都存在一個(gè)最適宜溫度，在此溫度下的反應(yīng)速率比其他溫度下的速率快。所有最適宜溫度點(diǎn)的連線稱為最適宜溫度曲線。根據(jù)最適宜溫度曲線隨原料轉(zhuǎn)化率變化趨勢(shì)來(lái)看，反應(yīng)初期最適宜溫度高，反應(yīng)后期最適宜溫度低。 (3)合成氣體的初始組成 由熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析可知，其對(duì)氫氮比的要求是不一致 的，就反應(yīng)速率而言，不同氨含量下，有一個(gè)最大的瞬時(shí)速率，存在一個(gè)最佳的氫氮比。實(shí)驗(yàn)證明，循環(huán)氣中的氫氮比為 :1時(shí) .可以獲得最大的出口氨含量，即使在高壓下，最佳氫氮比也明顯地偏離化學(xué)計(jì)量值。實(shí)際上，從反應(yīng)初期到快接近平衡，其氫氮比的最佳值都是在變化的，而在生產(chǎn)操作中不可能隨時(shí)補(bǔ)充氫氣。而采用化學(xué)計(jì)量值作為初始進(jìn)料的氫氮比，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響并不大，與最佳氫氮比時(shí)的反應(yīng)速率相差不很大，又能滿足快接近平衡對(duì)氫氮比的要求。故一般認(rèn)為當(dāng)壓力在 9MPa～98MPa下，最佳平衡氨含量時(shí)的氫氮比是 3:1左右。 合成氣體中惰性氣體含量，較高時(shí)對(duì)平衡和反應(yīng)速率都有不利影響，會(huì)降低氨的合成率。新鮮氣中惰性氣體含量?jī)H ％～ 1％，但因?yàn)楹铣陕手挥邪俜种畮祝捶磻?yīng)的氫氮?dú)怏w要循環(huán)使用，因而循環(huán)氣中會(huì)積累一定最的惰性氣體，對(duì)中壓合成系統(tǒng)，其含量應(yīng)控制在 16％～ 20％，低壓合成系統(tǒng)控制在 8％～ 15％。循環(huán)氣中的氨含量，即合成塔進(jìn)口氨含量，在一定的條件下，其值越高，氨凈值越小，合成效率越低。循環(huán)氣體中氨含量的高低，取決于分離系統(tǒng)的效率。在工業(yè)生產(chǎn)中用冷凝溫度來(lái)控制循環(huán)氣體中的氨含量，一般低壓法為 2％～ 3％，中壓法為 ％～ ％。 (4)空間速度 空間速度直接影響氮合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，空速太小，生產(chǎn)能力低，不能完成生產(chǎn)任務(wù)?？账龠^(guò)高，減少了氣體在催化劑床層的停留時(shí)間，合成率降低，循環(huán)氣量要增大，能耗增加，同時(shí)氣體中氨含量下降，增加了分離產(chǎn)物的困難。過(guò)大的空速對(duì)催化劑床層穩(wěn)定操作不利，導(dǎo)致溫度下降，影響正常生產(chǎn)。故空速的選擇～般根據(jù)合成壓力、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力價(jià)格綜合考慮。低壓法常取 5000～ 10000h1中壓法取 15000～ 30000h1，而高壓法可達(dá) 60000h1。 (5)催化劑顆粒度 在工業(yè)條件下，催化劑的內(nèi)擴(kuò)散對(duì)氨合成反應(yīng)的影響十分顯著。減少催化劑的粒徑，可提高其內(nèi)表面利用率，但床層阻力降增大，對(duì)于軸向流動(dòng)的合成塔，由于床層高，阻力大，應(yīng)采用較大的顆粒，而對(duì)徑向流動(dòng)的合成塔，氣流阻力較小，可采用較小顆粒的催化劑，以提高其內(nèi)表面利用率。當(dāng)然采用球形催化劑最好，其效果會(huì)顯著提高。 圖表 1 輕烴 圖表 2 餾分油
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