知识目标l 了解化工工艺管理及生产过程检测与操作控制；l 理解化工生产消耗定额等工艺指标的概念和计算；l 掌握化工生产过程的热力学、动力学分析原理和方法；l 掌握化工生产过程影响因素分析方法能力目标l 能够确定和计算化工生产转化率、选择性、消耗定额等；l 能够对化工生产过程进行热力学、动力学分析评价；l 能够分析判断影响化工生产过程的各种因素第二章 化工生产过程分析与组织第一节 化工生产工艺指标一、反应时间和操作周期1.反应时间反应时间也即停留时间或接触时间，对于气固相或液固相催化反应，用原料气在反应条件下的空间速度的倒数来表示1）空间速度指在单位时间内，每单位体积的催化剂上所通过的反应物的体积流量（在标准状态下），单位为标准米3／米3催化剂·小时，简写成[h]-1空间速度简称空速，常用SV表示，其计算式为:式中 —反应气体在标准状态下的体积流量，m3／h ——催化剂的体积，m3空速不仅影响反应的完全程度和副反应的进行，而且也决定着生产能力，生产中必须注意选择适宜的空速 （2）接触时间 是指反应物料（蒸汽或气体）在催化剂上的停留时间又称停留时间常用τ表示，单位为秒，s，可用下式计算： 式中——催化剂的体积，m3 ——反应气体在操作条件下的体积流量，m3／h 。
接触时间与空间速度有着密切的关系空间速度越大，接触时间越短；反之，空间速度越小，接触时间越长因此，在生产中常用它们来配合温度、压力等反应条件进行工艺控制 【例2.1.1】 某低压法合成甲醇装置，生产能力为95000t／a,操作压力5MPa，温度523K，铜基触媒装填量44.9m3，进塔合成气（新鲜气和循环气）为280000Nm3／h计算通入合成气的空间速度和在催化剂上的接触时间解：=280000（Nm3／h） =44.9（m3） 通入合成气的空间速度为： 在操作条件下，即P=5MPa，T=523K, 合成气的体积流量为：接触时间 2.操作周期 在化工生产中，一种产品从原料准备、投料升温、各步单元反应，直到出料，所有操作时间之和为操作周期，也叫生产周期二、生产能力与生产强度生产能力与生产强度是评价化工生产效果的重要指标之一1．生产能力生产能力是指一台设备、一套装置或是一个工厂，在单位时间内生产的产品量或处理的原料量，表示为kg／h、t／d、kt／a或万t／a例如，一台管式裂解炉一年可生产乙烯产品5万t．即50 kt／（a·台）；年产5 000 t聚乙烯醇的生产装置，表示该装置一年可以生产5 000t的聚乙烯醇产品；又如年产30万t合成氨的工厂，指的是该厂一年能生产30万t的合成氨产品。
原料处理量也称为加工能力如处理原油为500万t／a的炼油厂，是指每年可将500万t原油加工炼制成各种油品 生产能力有设计能力、核定能力和现有能力之分设计能力是设备或装置在最佳条件下可达到最大的生产能力，即设计任务书规定的生产能力核定能力是在现有条件的基础上结合实现各种技术、管理措施确定的生产能力现有能力也称作计划能力，是根据现有生产技术条件和计划年度内能够实现的实际生产效果，按计划产品方案计算确定的生产能力设计能力和核定能力是编制企业长远规划的依据，而现有生产能力则是编制年度生产计算的重要依据2．生产强度生产强度指单位容积或单位面积（或底面积）的设备在单位时间内生产的产品量或加工的原料量，其单位是kg／（h·m3）、t／（h·m3）、kg／（h·m3）、t／（h·m3）具有相同化学或物理过程的设备（装置），可用生产强度指标比较其优劣设备内进行的过程速率越快，该设备的生产强度就越高，设备生产能力也就越大如催化反应装置的生产强度，常用时空收率表示时空收率是指单位时间内、单位体积（质量）催化剂所能获得的产品量，记作kg ／（h·m3催化剂）或kg／（h·kg催化剂）例如，醋酸乙烯酯的合成，乙炔气相法的时空收率为1～2 t／（d·m3催化剂）；乙烯气相法为6～7 t／（d·m3催化剂）。
显然，乙烯气相法设备的生产强度比较高三、反应转化率、选择性和收率衡量化学反应进行的程度及其效率，常用转化率、选择性及收率等指标是化学反应工程的几个专门名词，它们和物料衡算有密切关系1.反应转化率转化率是某种反应物转化掉的量占投入该反应物总量的百分数反映了原料通过反应器之后产生化学变化的程度转化率愈高说明产生化学变化的原料在总投料量中所占比例愈大一般情况下，通入系统的每一种原料都不大可能全部参加化学反应，也就是说，转化率通常小于1OO％工业生产中有单程转化率和总转化率，它们的区别在于系统划分的不同，单程转化率以生产过程中的反应器为系统，其表达式为： 总转化率是以整个生产过程为系统，其表达式为：对于可逆平衡反应，当反应达到平衡时的转化率为平衡转化率，其表达式为：平衡转化率是在一定条件下，某种原料参加某一化学反应的最高转化率，作为一个理论值虽然不能反映实际生产过程中反应的效果，但是由于它表示了一定条件下的最高转化率，因此，这一理论值可以作为一个参考标准，通过和实际单程转化率数值进行比较，看到它们之间的差距，帮助我们认识实际反应的转化情况，看到反应的差距和潜力，作为提高实际转化率、改进生产过程与条件的依据。
例2.1.2】 乙炔与醋酸催化合成醋酸乙烯酯工艺流程如图2-1所示 驰放乙炔 新鲜乙炔 混合器 反应器 分离塔 混合乙炔 混合物 循环乙炔粗产物 图2-1乙炔与醋酸合成醋酸乙烯酯流程 已知新鲜乙炔的流量为600kg／h，混合乙炔的流量为5000kg／h，反应后乙炔的流量为4450kg／h，循环乙炔的流量为4400kg／h，释放乙炔的流量为50kg／h，计算乙炔的单程转化率和全程转化率解： 在以上计算中，以反应器为反应体系，我们计算出原料乙炔的转化率即单程转化率为11％若以包括循环系统在内的反应器、分离器和混合器为反应体系，乙炔的总转化率为91.67％显然，在原料乙炔进行了循环利用后，乙炔在反应器中进行的反应过程并没有变化，转化率依然是11％，但原料的总转化率提高到了91.67％，乙炔的利用率大大提高因此，在实际生产中，尤其对低单程转化率反应过程，采用循环的方法，是提高原料利用率最主要和有效的方法从计算数据也可看出，如果减少放出乙炔的量，增加循环乙炔的量，总转化率还可以提高，可是循环系统中惰性气体的含量会随循环次数的增加而逐步积累，所以放出乙炔的量不能过少，应保证循环系统中惰性气体浓度维持一定。
若将放出乙炔再经过处理，使其中的惰性气体等杂质分离出去，提高纯度后返回精乙炔中重复使用，又可以减少新鲜乙炔的原料消耗量，同时也就再一次提高了乙炔的总转化率实际生产中不仅如此回收乙炔，而且溶解在液体粗产物中的乙炔也是要回收使用的，这也减少了放空尾气中有害气体对环境的污染上述原料回收循环使用的最终结果，可以使原料乙炔最终的利用率接近100％ 2.选择性在化学反应过程中，往往有许多化学反应同时存在，不仅有目的产物的主反应，还有生成副产物的副反应，所以转化了的原料中，只有一定比例的原料生成目的产物在实际生产中，常采用选择性评价反应过程效率的高低，针对某一个既定反应产物来说，生成它所消耗的原料量在全部转化了的原料量中所占比率称为选择性即目的产物的产出率或原料的利用率，表示了参加反应的反应物实际转化为目的产物的比例对于由某反应物生成的目的产物，其选择性可表示为S,即：也可以以目的产物的实际产量与理论产量的比值表示，即：从选择性可以看出在各种主副反应中主反应所占的百分比，当人们提高转化率的时候，必须考虑到选择性变化的趋势，如果选择性变差（副产物增加过多）会使原料消耗定额升高而目的产物的产量减少，因此一般要求选择性愈高愈好。
在化工生产中，仅仅是选择性高并不意味着过程就一定经济合理，因为它只能说明过程的副反应很少如果通过反应器的原料只有很少一部分进行反应，则设备的利用率即单位时间的生产能力大大降低，显然只有综合考虑转化率和选择性，才有助于确定合理的工艺指标例2.1.3】一套年产1500t苯乙烯的乙苯脱氢装置，以每千克乙苯加2.6kg水蒸气的配比进料，在650℃的操作温度下，苯乙烯的产率为90％，收率为40％，其余产物的产率为：苯3％，甲苯5％，焦炭2％，装置年生产时间为7200h，已知原料乙苯的纯度为98%（质量分数），其余为甲苯，试计算每小时进出装置的物料量解：化学反应方程式为 苯乙烯产量： 反应所需乙苯量： 其中反应的乙苯量：未反应的乙苯量： 水蒸气进料量： 原料乙苯进料量： 原料中甲苯量： 产物中各组分的量： 苯乙烯 甲苯 苯 焦炭 乙苯 乙烯 甲烷 氢 3.收率收率也称产率，是生成目的产物所转化的某反应物的量占投入某反应物的量的百分数。
与转化率相同，收率也有单程收率和总收率之分单程收率是指某反应物通过反应成为目的产物的原料量占一次性投入到反应器该原料总量的百分比单程收率高，反映反应器生产能力大，意味着未反应原料回收量减少，并减少了水、电、汽等能源消耗，标志着过程既经济又合理在实际生产中，当反应原料是难以确定的混合物，而反应过程又极为复杂，各种组分难以通过分析手段来确定时，可以直接采用以混合原料质量为基准的收率来表示反应效果以原料质量为基准的收率称为质量收率质量收率的数值是有可能大于100%的，因为混合原料的质量有时并不能包括所有参加反应的物质，如空气中的氧参与反应时，氧的质量就无法计入例2.1.4】苯和乙烯烷基化反应制取乙苯，每小时得到烷基化液500 kg，质量组成为苯45％，乙苯40％，二乙苯15％假定原料苯和乙烯均为纯物质，控制苯和乙烯在反应器进口的摩尔比为1∶0.6试求（1）进料和出料各组分的量；（2）假定苯不循环，乙烯的转化率和乙苯的收率；（3）假定离开反应器的苯有90%可以循环使用，此时乙苯的总收率解：基准1h化学反应方程式 （1）烷基化液中 苯 500×0.45=225kg 乙苯 500×0.40=200kg 二乙苯 500×0.15=75kg生成乙苯和二乙苯所需消耗的苯量： 苯的进料量 190.83+225=415.83 kg=5.931 kmol乙烯进料量 5.331×0.6=8.1986 kmol=89.56 kg （2）乙烯的消耗量 （1.8868+2×0.5597）×28=84.17 kg乙烯的转化率乙苯的收率 （3）循环苯的量 225×0.9=202.5 kg新鲜苯的需要量 415.38－202.5=213.33 kg=2.735 kmol乙苯的总收率 4.。