化工基礎(chǔ)知識1ppt課件

.,化工基礎(chǔ)知識,講課人：王磊,.,1、化學(xué)反應(yīng)速率是怎樣定義的？,化學(xué)反應(yīng)速率指的是化學(xué)反應(yīng)進行的快慢程度?；瘜W(xué)反應(yīng)速率通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來表示。其單位是：mol.L-1.s-1或mol.L-1.min-1。,.,2、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？,（1）濃度對反應(yīng)速率的影響。反應(yīng)物質(zhì)的濃度越大，反應(yīng)速率越快，反之則越慢。（2）溫度對反應(yīng)速率的影響。提高溫度是常用的加快反應(yīng)速度的方法。當(dāng)反應(yīng)物濃度不變時，改變溫度，速率就改變?？梢?，反應(yīng)速率常數(shù)K隨溫度的升高而增大。,.,（3）催化劑對反應(yīng)速率的影響。催化劑又叫觸媒，是一類能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。能加快反應(yīng)速率的催化劑叫做正催化劑；能減緩反應(yīng)速率的催化劑叫負催化劑。不同的化學(xué)反應(yīng)需要不同的催化劑，這是催化劑的選擇性。每一種催化劑必須在一個合適的溫度范圍內(nèi)才能發(fā)揮最大的催化效力，這個溫度范圍稱為催化劑的活性溫度范圍。,.,3、何為可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡？,在同一條件下，能同時向兩個方向（正、逆反應(yīng)方向）進行的化學(xué)反應(yīng)叫做可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)常用可逆號“”表示，例如：N23H22NH3,.,當(dāng)可逆反應(yīng)開始時，正反應(yīng)速率（以r正表示）最大，但隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物濃度不斷下降，正反應(yīng)速率就逐漸減少。而生成物濃度從無到有，濃度在逐漸增大，逆反應(yīng)速率（以r逆表示）也就增大。當(dāng)反應(yīng)進行到某一時刻，就會出現(xiàn)正、逆反應(yīng)速率相等（r正r逆）的狀態(tài)。這時體系所處的平衡狀態(tài)叫做化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡狀態(tài)下，反應(yīng)物和生成物的濃度叫做平衡濃度。,.,4、影響化學(xué)平衡的因素有哪些？,（1）濃度對化學(xué)平衡的影響。對任何可逆反應(yīng)，在其它條件不變的情況下，增大某一反應(yīng)物的濃度或減少生成物的濃度，都能使平衡向增加生成物方向，即正反應(yīng)方向移動；增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度，都可以使平衡向逆反應(yīng)方向移動。（2）壓力對化學(xué)平衡的影響。當(dāng)增加氣體反應(yīng)的總壓力時，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動；減少壓力，平衡向增加氣體分子數(shù)方向移動。,.,（3）溫度對化學(xué)平衡的影響。在其它條件不變的情況下，升高溫度會使化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動；降低溫度會使化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)的方向移動。（4）催化劑對化學(xué)平衡的影響。由于催化劑只能同等程度地增加正、逆反應(yīng)速率，因此，它只能使平衡較快達到，而不能使平衡發(fā)生移動。,.,5、化學(xué)平衡移動原理是什么？,假如改變平衡體系的條件之一，如濃度、壓力和溫度，平衡就向減弱這個改變的方向移動，這就是呂.查德里原理。根據(jù)這個原理，當(dāng)增加反應(yīng)物濃度時，平衡就向減少反應(yīng)物濃度的方向移動；減少生成物濃度時，平衡就向增加生成物濃度的方向移動。當(dāng)增大壓力時，平衡就向減小壓力的方向移動；當(dāng)減小壓力時，平衡就向增大壓力的方向移動。升高溫度時，平衡就向吸熱的方向移動，降低溫度時，平衡就向放熱的方向移動。,.,6、什么是飽和蒸汽壓？,在一定溫度下，任何液體的表面分子都會有飛到空間的傾向，即氣化。同時，飛到空間去的分子，由于不停的地運動，也有飛回液面形成液體的傾向，即液化。當(dāng)飛到空間去的分子數(shù)與飛回液面形成液體的分子數(shù)相等時，即氣化和液化的相對量不再變化而建立了動態(tài)平衡。此時，液體上方的蒸汽壓即為該液體在該溫度下的飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓。同一液體在不同的溫度下，或同一溫度的不同液體，它們的飽和蒸汽壓是不同的。,.,什么是沸點？,沸點：1個大氣壓下，液體沸騰時的溫度。如在1個大氣壓下水的沸點為100,甲醇的沸點64.7.1個大氣壓下，液氧的沸點約90K(-183)，液氮沸點約77K(-196).,.,7、甲醇合成主要的化學(xué)反應(yīng)？試分析影響甲醇合成的工藝因素及工藝條件的選擇。,甲醇合成反應(yīng)是多項銅基催化劑上進行的復(fù)雜的、可逆的化學(xué)反應(yīng)。主反應(yīng)有：CO+2H2CH3OH+102.5kJ/molCO2+3H2CH3OH+H2O+59.6kJ/molCO+H2OCO2+H2+41.19kJ/mol,.,甲醇合成反應(yīng)為放熱、體積縮小的可逆反應(yīng)，溫度、壓力及氣體組成對反應(yīng)進行的程度及速度有一定的影響。下面圍繞溫度、壓力、氣體的組成及空間速度對甲醇合成反應(yīng)的影響來討論工藝條件的選擇。1)溫度在甲醇合成反應(yīng)過程中，溫度對于反應(yīng)混合物的平衡和速率都有很大影響。對于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高會使分子的運動加快，分子間的有效碰撞增多，并使分子克服化合時的阻力的能力增大，從而增加了分子有效結(jié)合的機會，使甲醇合成反應(yīng)的速度加快；,.,但是，由一氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)和由二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，對于可逆的放熱反應(yīng)來講，溫度升高固然使反應(yīng)速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會降低。因此，選擇合適的操作溫度對甲醇合成至關(guān)重要。,所以必須兼顧上述兩個方面，溫度過低達不到催化劑的活性溫度，則反應(yīng)不能進行。溫度太高不僅增加了副反應(yīng)，消耗了原料氣，而且反應(yīng)過快，溫度難以控制，容易使催化劑衰老失活。一般工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)溫度取決于催化劑的活性溫度，不同催化劑其反應(yīng)溫度不同。另外為了延長催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升溫至適宜溫度。,.,2)壓力甲醇合成反應(yīng)為分子數(shù)減少的反應(yīng)，因此增加壓力有利于反應(yīng)向甲醇生成方向移動，使反應(yīng)速度提高，增加裝置生產(chǎn)能力，對甲醇合成反應(yīng)有利。但壓力的提高對設(shè)備的材質(zhì)、加工制造的要求也會提高，原料氣壓縮功耗也要增加以及由于副產(chǎn)物的增加還會引起產(chǎn)品質(zhì)量的變差。所以工廠對壓力的選擇要在技術(shù)、經(jīng)濟等方面綜合考慮。,.,3)空間速度所謂空間速度（簡稱空速），是指在單位時間內(nèi)，單位體積的催化劑所通過氣體體積數(shù)。其單位是m3/（m3催化劑h，即h1）。可用來表示反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，即空速越高，單位體積催化劑處理能力越大，生產(chǎn)能力就越大?？账俚拇笮∫馕吨鴼怏w與催化劑接觸時間的長短，在數(shù)值上，空速與接觸時間互為倒數(shù)。一般來說，催化劑活性愈高，對同樣的生產(chǎn)負荷所需的接觸時間就愈短，空速愈大。,.,甲醇合成所選用的空速的大小，既涉及合成反應(yīng)的醇凈值、合成塔的生產(chǎn)強度、循環(huán)氣量的大小和系統(tǒng)壓力降的大小，又涉及到反應(yīng)熱的綜合利用。當(dāng)甲醇合成反應(yīng)采用較低的空速時，氣體接觸催化劑的時間長，反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)物的單程轉(zhuǎn)化率高。由于單位時間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。由于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高，單位甲醇合成所需要的循環(huán)量較少，所以氣體循環(huán)的動力消耗小。,.,當(dāng)空速增大時，將使出口氣體中醇含量降低，即醇凈值降低，催化劑床層中既定部位的醇含量與平衡醇濃度增大，反應(yīng)速度也相應(yīng)增大。由于醇凈值降低的程度比空速增大的倍數(shù)要小，從而合成塔的生產(chǎn)強度在增加空速的情況下有所提高，因此可以增大空速以增加產(chǎn)量。但實際生產(chǎn)中也不能太大，否則會帶來一系列的問題：提高空速，意味著循環(huán)氣量的增加，整個系統(tǒng)阻力增加，使得壓縮機循環(huán)功耗增加;,.,甲醇合成是放熱反應(yīng)，依靠反應(yīng)熱來維持床層溫度，那么若空速增大，單位體積氣體產(chǎn)生的反應(yīng)熱隨醇凈值的下降而減少；空速過大，催化劑溫度就難以維持，合成塔不能維持自熱則可能在不啟用加熱爐的情況下使床層溫度跨掉。,.,4)入塔氣體組成,氫碳比的控制對甲醇合成的影響：甲醇由CO、CO2與H2反應(yīng)生成，反應(yīng)如下：CO2H2CH3OHCO23H2CH3OHH2O從反應(yīng)式可以看出，氫與一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量比為2，與二氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量比為3，當(dāng)一氧化碳和二氧化碳都有時，對原料氣中氫碳比（f或M值）有以下表示方法：H2CO2H2f2.052.15；M2.02.5COCO2CO1.5CO2對甲醇合成原料氣，即合成工序的新鮮氣，其氫碳比要求控制在H2CO2f2.052.15COCO2,.,惰性氣體（CH4、N2、Ar）的影響,合成系統(tǒng)中惰性氣體含量的高低，影響到合成氣中有效氣體成分的高低。惰性氣體的存在引起CO、CO2、H2分壓的下降。合成系統(tǒng)中惰性氣體含量，取決于進入合成系統(tǒng)中新鮮氣中惰性氣體的多少和從合成系統(tǒng)排放的氣量的多少。排放量過多，增加新鮮氣的消耗量，損失原料氣的有效成分。排放量過少則影響合成反應(yīng)進行。在給定系統(tǒng)壓力操作下，為了維持一定的產(chǎn)量，必須確定適當(dāng)?shù)亩铓夂?，從而選擇（馳放氣）合適的排放量。,.,8、什么叫CO的變換反應(yīng)？什么是變換率？什么是汽氣比？,即在一定的溫度T、壓力P及催化劑條件下，CO和水蒸汽發(fā)生反應(yīng)生成CO2和H2的反應(yīng)。變換率是已變換的CO量與變換前的CO量的百分比。汽氣比就是蒸汽與原料氣的摩爾比。,.,轉(zhuǎn)化率是指參加反應(yīng)的原料數(shù)量與通入反應(yīng)器原料數(shù)量比值的百分率，它說明原料的轉(zhuǎn)化程度。轉(zhuǎn)化率越大，參加反應(yīng)的原料越多。參加反應(yīng)的原料量=通入反應(yīng)器的原料量未反應(yīng)的原料量收率是指轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的原料量與通入反應(yīng)器原料量之比。,.,9、CO變換反應(yīng)的原理是什么？,原料氣中的CO與水蒸汽的的變換反應(yīng)可用下式表示：COH2OCO2H2Q此反應(yīng)是可逆的放熱反應(yīng)，在20時，反應(yīng)熱為40964J/mol，當(dāng)開車正常生產(chǎn)后，即可利用其反應(yīng)熱以維持生產(chǎn)過程的連續(xù)進行。在一般情況下，CO和水蒸汽直接進行反應(yīng)，其變換反應(yīng)的速度是很慢的，如果用催化劑催化，則可加快反應(yīng)速度，大大有利于變換反應(yīng)的進行。隨著CO變換反應(yīng)的進行，伴隨著微量的副反應(yīng)發(fā)生，主要有如下幾種：,.,（1）甲烷的生成2CO2H2CH4CO2QCO3H2CH4H2OQCO4H2CH42H2OQ（2）CO的分解反應(yīng)2COCCOQ,.,（3）有機硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)COSH2COH2SCOSH2OCO2H2SCS22H2OCO22H2S,.,10、壓力表示什么意義，常用什么單位？,單位面積上的作用力叫壓力。對靜止的氣體，壓力均勻地作用在與它接觸的容器（氣瓶、儲氣罐）的壁面上；對于液體，由于液體本身受到重力的作用，底部的壓力高于表面的壓力，而且隨深度增加而增大。按國家標(biāo)準(zhǔn)，力的單位為牛（N），面積的單位為m2，則壓力的單位為N/,叫帕（Pa）.工程上應(yīng)用此單位嫌太小，實際常用的它的單位Mpa。1Mpa=106Pa=10kg/cm2。,.,大氣壓力：氣壓表是用于衡量大氣的壓力。當(dāng)加上儀表壓力上就可得出絕對壓力。大氣壓力通常是以水銀mm為單位，但是任何一個壓力單位都能作出同樣很好的解釋：1個物理大氣壓力=760毫米汞柱=10.33米水柱=1.033kgf/cm20.1MPa.絕對壓力：絕對壓力是考慮到與完全真空或絕對零值相比，我們所居住的環(huán)境大氣具有0.1Mpa的絕對壓力。在海平面上，儀表壓力加上0.1MPa的大氣壓力可得出絕對壓力。高度越高大氣壓力就越低。絕對壓力=壓力計壓力大氣壓力,.,11、離心泵的構(gòu)造及工作原理是什么？,離心泵的主要工作部件有葉輪、泵軸、吸液室、泵殼、軸封箱和密封環(huán)。工作原理：離心泵在起動前必須向泵殼內(nèi)注水，將吸水管與泵殼中充滿液，然后起動泵，此時電動機帶動泵軸，使葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的葉片迫使液體轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生離心力，在離心力的作用下，液體從葉輪中心甩向葉輪邊緣，以高速進入泵殼，液體從葉輪流出時，獲得了能量（動能和壓能），這些高能量的液體經(jīng)過泵殼導(dǎo)流，流向排出管。當(dāng)葉輪將液體率向邊緣的同時，葉輪中心形成真空，因而使液體在外界壓力的作用下，不斷地進入葉輪中，這樣，液體就連續(xù)不斷地通過離心泵輸送出去。,.,12、離心泵的主要性能參數(shù)有哪些？,離心泵的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)速、流量、揚程、功率和效率等。（1）轉(zhuǎn)速即泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，用符號n表示。單位是r/min（2）流量是指在單位時間內(nèi)所排出的液體量。通常是指體積流量，用符號Q表示，單位是m3/s或m3/h；有時也用質(zhì)量流量表示，符合是G，單位是kg/h或kg/s；,.,（3）揚程是指單位重量液體通過泵后所獲得的能量，用符號H表示，單位是m。有泵的實際揚程及理論揚程之分。（4）功率與效率，泵的功率分為有效功率、軸功率和原動功率。有效功率是指單位時間內(nèi)通過泵的流體所獲得的功率，即泵的輸出功率，用符號Ne表示，單位為KW。,.,軸功率即原動機傳動泵軸上的功率，用符號N表示。效率是泵的有效功率與軸功率之比，效率的表達式為Ne（）N原動機軸與泵軸連接存在機械損失，所以原動機功率通常比軸功率大。,.,13、如何正確使用離心泵？,（1）開泵前向軸承注潤滑油，關(guān)閉出口閥門，打開排氣閥，向泵內(nèi)注滿輸送液體，用手盤車檢查軸轉(zhuǎn)動是否靈快。（2）啟動泵后，觀察壓力大小是否達到規(guī)定值，運轉(zhuǎn)正常后，緩慢地開大出口閥門，使壓力平穩(wěn)上升。（3）經(jīng)常檢查填料函與軸承的溫度，防止泵軸磨損和軸承燒壞。,.,（4）泵內(nèi)無液體時，切不可運轉(zhuǎn)，更不能開反轉(zhuǎn)，否則損傷葉輪和軸套松扣。（5）出口閥門關(guān)閉后，泵的運轉(zhuǎn)時間不能太長，不然泵會發(fā)熱。（6）在冬季停泵后應(yīng)將泵內(nèi)的液體放凈，并沖洗干凈，防止將泵體凍裂或凍結(jié)。,.,14、對離心泵怎樣做好維護保養(yǎng)工作？,（1）經(jīng)常檢查泵內(nèi)有無雜音和振動現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后及時檢修。（2）經(jīng)常注意壓力表和電流表的指針擺動情況，超過規(guī)定指標(biāo)應(yīng)立即查明原因并處理之。（3）按時檢查動密封泄漏情況，泄漏嚴(yán)重應(yīng)停泵檢查動靜密封環(huán)磨損情況，如屬于填料密封應(yīng)調(diào)整壓蓋的壓力。,.,15、管路的標(biāo)準(zhǔn)有哪些？如何定義的？,管路的標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一規(guī)定的：管子和管件的主要結(jié)構(gòu)尺寸與參數(shù)，即公稱直徑與公稱壓力，具有相同公稱直徑與公稱壓力的管子和管件可以互相配合或互換使用。公稱直徑，管子的公稱直徑即不是它的內(nèi)徑，也不是它的外徑，而是與它內(nèi)徑相近的一個整數(shù)值，一般以DN表示，公稱直徑也稱公稱通徑；對于壓力容器來講公稱直徑是指設(shè)備直徑的內(nèi)徑。公稱壓力，公稱壓力是為了設(shè)計、制造和使用方便，而人為規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)壓力，通常以PN表示，如公稱壓力10MPa，用PN10表示。,.,16、簡述安全閥的作用及類型。,安全閥的作用是當(dāng)壓力容器內(nèi)介質(zhì)壓力超過允許值時，閥門開啟并發(fā)出警報聲，繼而全開，排放一定量介質(zhì)，以防止容器設(shè)備壓力繼續(xù)升高；當(dāng)壓力降到規(guī)定值時，閥門便及時關(guān)閉，從而保護設(shè)備安全運行，安全閥的種類很多，按其整體結(jié)構(gòu)及加載機構(gòu)的形式可分為杠桿式、彈簧式和脈沖式。,.,（1）杠桿式安全閥是利用重錘通過杠桿來平衡閥瓣上的力，根據(jù)杠桿原理計算和調(diào)整閥碼重來控制安全閥壓力。這種安全閥結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整容易又比較準(zhǔn)確。（2）彈簧式安全閥是利用壓縮彈簧的作用力來平衡介質(zhì)作用在閥瓣山的力，彈簧上的作用力可用調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)彈簧壓縮量，以限定閥瓣上的開啟力。（3）脈沖式安全閥只在大型鍋爐上使用。,.,17管路的連接方法有哪些？適用范圍是什么？,管路的連接方法有螺