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七、课程考核
平时成绩占30%：
由作业、出勤、课堂表现等来评定；
期末成绩占70%。
采取闭卷笔试形式。
八、感想
本人在教学过程中得到了系领导及其他老师的很多帮助，总体来说，比较顺利地完成了本门课程的教学任务，但在教学中也存在着很多问题，需要今后改进，自己的教学水平还需要不断地提高，并充实自己的其他相关学科的知识，加深本科教学理念，更好地完成今后的教学任务。
二七年六月二十八日
扩展阅读：
化工工艺知识总结
第二章石油化工基础知识
第一节化工生产过程及工艺流程
一．化工生产过程
一个化工生产过程一般包括原料预处理.化学反应和产品分离及精制等三大部分。
1.原料预处理
原料预处理的主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格2．化学反应
通过该步骤完成了由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。
（1）化学反应类型
按反应特性分：
氧化.还原.加氢.脱氢.歧化.异构化.烷基化.脱烷基化.脱基化.分解.水合.偶合.聚合.缩聚.缩合.酯化.磺化.硝化.卤化.重氮化等
按反应体系中的物料的相态分：
均相反应和非均相反应按是否使用催化剂：
催化反应和非催化反应
（2）反应器种类
按结构特点分：
管式反应器.床式反应器.釜式反应器和塔式反应器按操作方式分：
间歇式.连续式和半连续式
按热状况分：
等温反应器.绝热反应器和变温反应器按换热方式分：
间接换热和直接换热的反应器
3.产品的分离和精制
化工生产的目的是获取符合规格的产品，并回收利用副产物
分离和精制的方法通常有：
冷凝.吸附.吸收.冷冻.萃取.闪蒸.精馏.渗透膜分离.结晶.过滤和干燥等。
到目前为止，采用最多.最广泛的是精馏。
二.化工生产工艺流程1.工艺流程和流程图
按物料加工顺序将这些功能单元有机地组合起来，构成工艺流程，用图的形式表示的就是工艺流程图。
2.化工生产工艺流程图的组织
（1）推论分析法
（2）功能分析法（3）形态分析法3.化工生产工艺流程设计
第二节化工过程的主要技术指标
一.生产能力.生产强度和开工因子1.生产能力
指一个设备.一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量，或在单位时间内所处理的原料量。
2.生产强度
指设备在单位特征集合量上的生产能力。
即设备单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。
在分析对比催化反应器的生产强度时，通常要看在单位时间内,单位体积催化剂或单位质量催化剂上所获得的产品量，亦即催化剂的生产强度，有时也成为时空收率或空时得率。
3.有效生产周期
工厂的有效生产周期经常用开工因子来表示，开工因子通常在0.9左右。
开工因子=全年开工生产天数/365（2-1）二.化学反应的效率指标1.原子经济性
原子经济性AE=目的产物的原子质量/反应物的总原子质量（2-2）
2.环境因子
环境因子E=废物质量/目标产物质量（2-3）
三.转化率.选择性和收率
化工总过程的核心是化学反应，提高反应的转化率.选择性和产率是提高化工过程效率的关键。
1.转化率
转化率=转化掉的原料量/投入反应器的总原料量（2-4）
人们常常对关键反应物的转化率感兴趣，所谓关键反应物是指反应物中价值最高的组分或者说希望都反映掉的那个组分，为使其尽可能转化，常使其他反应组分过量。
对于不可逆反应，关键组分的转化率最大为100%，对于可逆反应，关键组分的转化率最大为其平衡转化率。
在循环过程中必须有部分放空（防止惰性物的积累）
A的单程转化率=原料A在反应器中转化掉的量/反应器进口物料中的A的总量（2-7）
A的全程转化率=原料A在反应器中转化掉的量/反应器进口物料中新鲜A的量（2-8）
2.选择性
对于复杂反应体系，同时存在有生成目的产物的主反应和生产副产物的许多副反应，只用转化率来衡量是不够的。
因为尽管有的反应体系原料转化率很高，但大多数转变成副产物了，目的产物很少，意味着许多原料浪费了。
所以需要用选择性这个指标来评价反应过程的效率。
选择性=生成目的产物所消耗的原料量/转化掉的原料量（2-9）
选择性表达了主副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。
3.收率（产率）
收率=生成目的产物所消耗的原料量/投入反应器的总原料量（2-11）或写成：
收率=转化率*选择性*100%（2-12）4.质量收率
指投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量
质量收率=生成目的产物的质量/投入反应器的原料质量（2-13）
质量收率主要针对复杂反应，难以写出定量反应式的过程的计算，如乙烯厂乙烯收率的计算一般均采用质量收率。
四.平衡转化率和平衡收率的计算
可逆反应达到平衡时的转化率称为平衡转化率，此时所得产物的收率（产率）为平衡收率（产率）。
平衡转化率和平衡产率是可逆反应所能达到的极限值（最大值），但是，反应达到平衡需要相当长时间。
对于反应:
若为气象反应体系，其标准平衡常数表达式为：
Kp=（2-14）
理想气体的Kp只是温度的函数，与反应体系的总压和组成无关；
在低压活着压力不高（3MPa）和温度较高（200℃以上）的条件下，真实气体接近理想气体，此时可用理想气体的气液平衡场常数及有关平衡数据，及可忽略压力与组成的影响。
若为液相反应体系，其标准平衡常数表达式为：
Kp=（2-16）
第三节反应条件对化学平衡和反应速率的影响
一.反应温度的影响
1.温度对化学平衡的影响
对于吸热反应，K值随着温度升高而增加，有利于反应，平衡产率增加。
对于放热反应，K值随着温度升高而减小，不利于反应，平衡产率降低。
2.温度对化学反应速率的影响
反应速率指单位时间单位体积某反应物组分的消耗量，或某产物的生成量。
反应速率方程可以用浓度的幂函数形式来表示，例如对于反应：
其反应速率方程为
反应速度常数与温度的关系可以用如下的阿伦尼乌斯方程表示
由上式可知，k总是随着温度的升高而增加的（有极少数例外），一般反应温度每升高10℃，反应速率常数增大2~4倍。
对于不可逆反应，逆反应速率忽略不计，故产物生成速率总是随温度的升高而加快；
对于可逆反应而言，正.逆反应速率之差即为产物生成的净速率。
温度升高时，正逆反应速率常数都增大，所以正逆反应速率都提高，净反应速率是否怎加呢？
经过分析知：
对于吸热的可逆反应，净速率r总是随着温度的升高而增高的；
而对于放热的可逆反应，净速率r随温度变化有3种可能性，当温度较低时，r随温度的升高而增高，当温度超过某一值后，r随着温度的升高而下降。
r有一个极大值，此极大值对应的温度称为最佳反应温度，亦称最适宜反应温度。
二.浓度的影响
根据反应平衡移动原理，反应物浓度越高，越有利于平衡向产物方向移动。
当有多种反应物参加反应时，往往使廉价易得的反应物过量，从而可以使价贵或者难得的反应物更多地转化为产物，提高其利用率。
由反应速率式可知，反应物浓度越高，反应速率越快，一般在反应初期，反应物浓度高，反应速率大，随着反应的进行，反应物逐渐消耗，反应速率逐渐下降。
提高溶液浓度的方法有：
对于液相反应，采用能提高反应物溶解度的溶剂，或者在反应中蒸发或冷冻部分溶剂等；
对于气相反应，可适当压缩或降低惰性物的含量等。
对于可逆反应，反应物浓度与其平衡浓度差是反应的推动力，此推动力越大则反应速率越快。
所以，在反应过程中不断从反应区取出生成物，使反应远离平衡，既保持了高速率，又使平衡不断向产物方向移动，对于受平衡限制的反应有利于提高产率。
三.压力的影响
一般来说，压力对液相和固相反应的平衡影响较小。
气体的体积受压力影响大，故压力对有气相物质参加的反应的平衡影响很大。
其规律为：
（1）对于分子数增加的反应，降低压力可以提高平衡产率；
（2）对于分子数减少的反应，压力升高，产物的平衡产率增大；
（3）对于分子数没有变化的反应，压力对平衡产率无影响。
在一定的压力范围内，加压可减少反应体积，加快反应速率，但效果有限，压力过高，能耗增大，对设备要求高，反而不经济。
惰性气体的存在，可降低反应物的分压，对反应速率不利，但有利于分子数增加的反应的平衡，是否添加惰性组分，添加多少，也要根据实际而定。
四.停留时间的影响
停留时间是指从物料进入设备到离开设备所需要的时间，若有催化剂存在指催化剂的接触时间（反应时间），单位一般用秒（s）表示。
一般停留时间越长，原料转化率越高，产物的选择性越低，设备的生产能力小，空速越小，反之亦然。
五.空速的影响
空速为停留时间的倒数，一般空速越大，停留时间越短，原料转化率越低，产物的选择性越高，设备的生产能力大，反之亦然。
六.原料配比的影响
实际中总是那些廉价易得的易回收的无毒的无腐蚀的无污染的反应物过量（大于理论配比）以提高另外一个反应物的转化率。
第四节催化剂的性能及使用
能加快化学反应速度的的催化剂称为正催化剂；
能减缓化学反应速度的叫负催化剂或阻催化剂；
有些反应所产生的某种产物也会使反应迅速加快，这种现象称为自催化作用。
1.催化剂的基本特征
在一个反应系统中因加入催化剂而使反应速度明显加快，主要是因为它能与反应物生成不稳定的中间化合物，改变了化学反应途径，使反应的活化能得以降低。
由阿伦尼乌斯方程可知，活化能降低可使反应速率常数增大，从而加速了反应。
（1）催化剂是参与了化学反应的，但是反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。
（2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速作用）但不能改变平衡。
也就是说，无论是否有催化剂存在，该反应的自由能变化，热效应，平衡常数和平衡转化率相同。
催化剂不能使热力学上不可能进行的反应发生；
催化剂是以同样的倍率提高正逆反应的速率的，能加速正反应速率的催化剂，也必然能加速逆反应。
（3）催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的化学反应。
这一作用在有机化学反应领域中起了非常重要的作用，因为有机反应体系往往同时存在许多反应，选用合适的催化剂，可使反应方向向需要的方向进行。
2.催化剂的主要作用
（1）提高反应速率和选择性
（2）改变操作条件使操作条件变得缓和，降低能耗，提高反应速率（3）有助于开发新反应
（4）在能源开发与环境友好方面作用显著3.工业催化剂使用中的有关问题
（1）工业催化剂的使用性能指标
①活性指在给定温度压力和反应物流量（或空速）的情况下，催化剂使原料转化的能力。
活性越高则原料的转化率越高。
或者在在转化率及其他条件相同时，催化剂活性越高则需要的反应温度越低。
工业催化剂应该有足够高的活性，一般用原料的转化率来表示催化剂的活性。
②选择性指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物。
选择性越高，则越有利与产物的后处理。
当催化剂的活性与选择性难以两全齐美时，若反应原料昂贵或产物分离困难，则选用选择性高的催化剂；
若原料廉价易得或产物易分离，则选用活性高的催化剂。
一般用产物的选择性来表示表示催化剂的选择性。
③寿命指其使用期限的长短，寿命的表征是生产单位产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平上催化剂能使用的时间长短。
催化剂的寿命受以下几个方面的影响:
化学稳定性：
催化剂的化学组成和化合状态在使用条件下发生变化的难易。
热稳定性：
催化剂在反应条件下对热破坏的耐受力。
机械稳定性：
指固体催化剂在反应条件下强度是否足够。
耐毒性：
催化剂对有毒物质的抵抗力或耐受力④其他，如廉价.易得.无毒.无害.易分离等。
（2）催化剂的活化
许多固体催化剂在出售时的状态一般是较稳定的，但这种稳定状态不具有催化性能，催化剂在反应前必须对其进行活化，使其转化成具有活性的状态。
（3）催化剂的失活和再生引起催化剂失活的原因较多，对于络合催化剂而言，主要是超温，大多数络合物在250℃以上就分解而失活；
对于生物催化剂而言，过热.化学物质和杂菌的污染.pH值失调等均是失活原因；
对于固体催化剂而言，失活原因有:
①超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物相转变；
②原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒；
③有污垢或积碳覆盖在催化剂表面。
原料中能使催化剂活性严重下降的微量物质叫做催化剂毒物，这种现象叫做催化剂中毒。
催化剂中毒又分为暂时性中毒和永久性中毒两种情况。
催化剂的积碳可通过烧炭再生。
无论暂时性中毒后的再生还是积碳后的再生，均会引起催化剂结构的损伤，致使活性下降。
（4）催化剂的运输.存储和装卸
在运输过程中防止其受污染和破坏；
装填要均匀，避免出现架桥现象，以防反应工况恶化。
使用后在停工卸出之前，要进行钝化处理，由其是金属催化剂一定要经过低含氧量的气体钝化后，才能暴露于空气中，否则遇空气剧烈氧化自燃，烧坏催化剂和设备。
第四章烃类热裂解制烯烃
第一节概述
一.乙烯发展概述
乙烯生产方法有乙醇脱水法，电石-乙炔-加氢法，烃类热裂解法，天然气偶合法等，目前工业几乎全部采用烃类热裂解法。
二.烯烃在石油化工中的地位
乙烯，丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有不饱和的双键，化学性质活泼，能与多种物质发生加成，共聚或自聚等反应，生成一系列重要产物，是化学工业的重要原料。
乙烯是石油化工的标志产品，在石油化工中占主导地位。
乙烯装置生产的三烯（乙烯，丙烯，丁二烯）和三苯（苯，甲苯，二甲苯）是其他有机原料及三大合成材料（合成树脂，合成橡胶，合成纤维）的基础原料。
第二节热裂解过程的化学变化与基本原理
烃类热裂解是将烃类原料（天然气，炼厂气，石脑油，轻油，柴油，重油等）在高温（800℃以上），低压（无催化剂）的条件按下，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃，烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。
烃类热裂解反非常复杂，具体体现在：
（1）原料复杂包括天然气，炼厂气，石脑油，轻油，柴油，重油甚至是原油，渣油等。
（2）反应复杂除了断链和脱氢主反应外，还包括环化，异构，烷基化，歧化，脱烷基化，缩合，聚合，生焦，生碳等副反应。
（3）产物复杂即使采用最简单的乙烷为原料，产物除了氢气，甲烷，乙烯，乙炔，乙烷外，还有C3，C4等低级烃类和C5以上的液态烃。
一.烃类裂解的反应规律1.烷烃的裂解反应
（1）正构烷烃正构烷烃的裂解主要有脱氢反应和断链反应，对于C5以上的烷烃还可以发生环化脱氢反应等其他反应。
①脱氢反应CH键断裂的反应，产物中碳原子数保持不变，通式如下：
②断链反应CC键的断裂反应，生成碳原子数较少的产物，其通式如下：
相同烷烃脱氢和断链的难易程度可以从分子结构中的键能的大小，反应的标准Gibbs焓变，和标准反应热的大小来判断。
最终结果：
断链比脱氢容易。
两者都为吸热反应。
③环化脱氢C5以上的正构烷烃可发生如下的环化脱氢反应生成环烷烃。
（2）异构烷烃
①CC键或CH键的将能较正构烷烃的低，故容易断链或脱氢；
②脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为:
伯碳氢>
仲碳氢>
叔碳氢；
③异构烷烃裂解所得的乙烯收率远较正构烷烃低，而氢气，甲烷，C4及C4以上烯烃收率较高。
丙烯收率比正构烷烃高。
④随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减少。
2.烯烃的裂解反应
工业上应用的裂解原理一般含烯烃很少，但裂解一次反应生成的烯烃会进一步发生断链，脱氢，歧化，聚合和芳构化等二次反应。
（1）断链反应较大分子的烯烃裂解可以断链成2个较小的烯烃分子，通式如下：
烯烃裂解时位于双键β位置CC键的解离能比α位置CC键的解离能低，所以烯烃断链主要发生在β位置，仅有少量α位置CC键断裂。
丙烯，异烯烃，二烯烃由于没有β位置的CC键，所以比相应的烷烃难于裂解。
（2）脱氢反应烯烃可进一步脱氢生成二烯烃和炔烃，通式如下：
（3）歧化反应两个相同分子烯烃可以歧化为两个不同烃分子，其通式如下：
（4）双烯合成反应（环化反应）二烯烃与烯烃进行双烯合成而生成环烯烃，进一步脱氢生成芳烃，通式为:
（5）芳构化反应六个或者更多碳原子数的烯烃，可以发生芳构化反应生成芳烃。
（6）加氢反应（7）缩合，聚合（8）异构：
官能团异构、骨架异构3.环烷烃的裂解反应
环烷烃较相应的链烷烃稳定，在一般条件下可发生断链开环反应、脱氢反应、侧链断裂及开环脱氢反应，还可以进行脱氢生成苯，深度加氢生成甲烷。
通式如下：
4.芳烃的裂解
由于芳环的稳定性，芳烃的裂解主要发生在烷基烃的侧链上，以及芳烃缩合生成多环芳烃，进一步生成焦的反应。
所以含芳烃的原料油不仅烯烃收率低，而且结焦严重，不是理想的裂解原料。
5.裂解过程中的结焦生碳反应生碳：
乙烯，在900~1100℃或更高的温度下，经过乙炔中间阶段生碳（Cn,n为300~400）生焦：
500~900℃，通过芳烃的中间阶段而生成。
区别：
①温度不同②中间阶段不同③H含量不同，C几乎不含H，焦中含少量的H相同：
都是固态（s）------固态的通用危害。
危害：
①降低烯烃收率②增加各种阻力（流动，传热等）③严重时造成停产，影响操作周期6.一次反应和二次反应
一次反应：
原料生成目的产物乙烯丙烯的反应，是希望发生的反应。
二次反应：
由乙烯、丙烯进一步反应生成焦、炭。
消耗了原料，降低了烯烃收率；
增加各种阻力，对裂解操作和稳定生产都带来了不利的影响。
7.各族烃类裂解的反应规律
反应速度：
烷烃>
环烷烃（六环>
五环）>
芳烃
乙烯收率：
烷烃（正构>
异构）>
环烷烃>
芳烃（环烷烃与芳烃基本不选，易生焦）结焦程度：
烷烃进行下去，直到生成H或CH3自由基为止。
所以，C原子数较多的烷烃，在裂解中也能生成碳原子数较少的乙烯和丙烯分子。
③链的终止是2个自由基通过加成反应使自由基消失。
2.利用自由基机理预测正构烷烃一次反应的产品分布
自由基反应应遵从如下四条规律：
①烃分子中各种氢的解离能不同，伯氢>
仲氢>
叔氢（解离能越小反应越容易，反应速度越快）②正构烷烃的反应途径数位n/2（n为偶数）或（n+1）/2（n为奇数）。
③按某一途径反应的分子数m=W×
Z，其中Z为参加此反应的氢原子个数（几率），W为该氢原子的相对反应速度。
（用于预测产品分布）
④大自由基不稳定，在与其他分子碰撞之前发生分解，从β键断链，直至分解成H或CH3。
断裂时带自由基的一端生成相应的烯烃。
乙基自由基和异丙基自由基分解时生成H和相应的烯烃。
如：
α键指与官能团相邻的键，β键指与官能团相隔的键，以此类推。
可利用此规律预测一次反应产品的分布。
P114
该方法对于C5以下的单一烷烃预测是准确的，对于C6以上的正构烷烃则误差较大。
对于混合烃裂解，研究发现：
①烷烃对于环烷烃和烯烃的裂解有促进作用，主要是烷烃提供了环烷烃和烯烃裂解所需的自由基；
②环烷烃和烯烃对于烷烃的裂解有抑制作用，主要是环烷烃和烯烃抢夺了烷烃产生的自由基。
三.裂解原料的性质及其评价1.族组成PONA
P：
烷烃族O：
烯烃族N：
环烷烃族A：
芳烃族一般原料中，链烷烃族（P）越大，乙烯收率越高；
芳香族（A）越大，乙烯收率越低；
P>
N>
A；
2.氢含量和碳氢比
原料的氢含量是指裂解原料中所含的氢的质量分数，用ω（H2）表示，原料的碳氢比指裂解原料中C与H的质量比，用C/H表示，公式如下：
ω（H2）=（4-1）
（C/H）=（4-2）（C/H）≥3
C----原料中C原子的个数；
H----原料中H原子的个数。
氢含量顺序：
A对于混合物的氢气含量ω（H2），可以先求出每个纯组分的氢含量，再与每个组分的质量分数相乘加和。
通过裂解反应，使一定氢含量的裂解原料生成氢含量较高的C4和C4以下的轻组分和氢含量较低的C5和C5以上液体。
由氢平衡可以断定，裂解原料氢含量越高，获得的轻烃越多，乙烯的收率也越高。
根据原料氢含量既可以判断该原料可能达到的裂解深度，也可以评价该原料裂解所得的C4和C5以下轻烃的收率。
3.特性因数K
K=（4-5）K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。
乙烯和丙烯总体收率大体上随裂解原料特性因数的增大而增加。
4.关联指数（芳烃指数）BMCI
馏分油的关联指数是表示油品的的芳香性的指标，也叫芳烃指数，是由美国矿务局关联而成，由下式计算，关联指数越高，芳烃的含量相对越高。
（4-6）
规定苯的BMCI值为为100，正己烷的BMCI值为0。
正构烷烃一般一次反应（脱氢，断链）都属于一级反应，而二次反应一般高于一级反应。
第三节烃类热裂解的工艺参数一.裂解温度和停留时间1.裂解温度
（1）从自由基反应机理分析在一定温度范围内，提高裂解温度有利于提高一次反应所得乙烯收率。
（2）从化学平衡及热力学分析由于烃类裂解是强吸热反应，平衡常数Kp随温度的升高而增大。
提高裂解温度有利于乙烯的反应
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