乙烯工程课件1概要.ppt
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1、乙烯工程课程内容 第一章 基础知识(4学时)第二章 乙烯生产基本原理(4学时)第三章 乙烯装置工艺(14学时)第四章 45万吨乙烯装置概况(6学时)第五章 乙烯技术进展及趋势展望(2学时)第一章 基础知识 第一节 基本有机化合物 第二节化工常用物理量 第三节部分物理化学概念 第四节 基本化工原理第一节 基本有机化合物 物质的三种状态为固态、液态、气态。同分异构体:分子组成和分子量完全相同,但分子结构不同。因而性质也不同的物质叫同分异构体。一种或几种物质分散到另一种物质中,形成的均匀、稳定的混合物叫溶液,被溶解的物质叫溶质。第一节 基本有机化合物 一般而言,有机物是指含有碳元素的化合物的总称。在
2、分子中只有碳和氢两种元素所组成的有机化合物叫烃。如果碳和碳原子都是以CC相连,其余价键都被氢原子所饱和,这样的烃称为烷烃,也称为饱和烃。烷烃的分子式是CnH2n+2。具有相同分子式而结构不同的现象称为同分异构现象。随着碳原子数的增多,其同分异构现象越复杂。烷烃 烷烃的物理性质:常温常压下,含一到四个碳原子的烷烃是气体。含有五到十六个碳原子的正链烷烃是液体,含有十七个以上碳原子的正链烷烃是固体。随着烷烃分子量的增大,沸点逐渐增高。烷烃的比重均小于1,随着分子量的增加,烷烃的比重逐渐增加。烷烃几乎不溶于水,而溶于有机溶剂。烷烃的化学性质:常温下,烷烃很不活泼,尤其是正链烷烃,具有很大的稳定性。但在
3、一定条件下,烷烃也可发生一些化学反应 1、取代反应:烷烃分子中的氢原子被其它原子或原子团所取代的反应和。2、氧化反应:烷烃在空气中燃烧,生成二氧化碳和水,同时放出大量的热量。在适当的催化剂作用下,用空气或氧气氧化烷烃,可得到醇、酮、醛、酸等氧化产物。3、异构化反应:从一个异构体转变成另一个构体的反应叫异构化,正链和支链少的烷烃在适当的条件下,可异构为支链多的烷烃。4、裂化:有机化合物在高温下分解称为热解,烷烃的热解称为裂化。裂化反应是一个复杂的过程,其产物是许多化合物的混合物。烷烃分子中所含碳原子数越多,其产物也越复杂,反应条件不同,其产物也不同。但从本质来看,裂化反应主要包括CC、CH键的断
4、裂。烷烃在裂化过程中主要是由大分子烷烃变成小分子烷烃、烯烃和氢,此外中间产物也异构化、环化、芳构化、缩合以及聚合等反应。烯烃 具有一个碳碳双键的不饱和烃,叫烯烃。CC双键是它的官能团。烯烃的分子式是CnH2n。烯烃同分异构现象的产生,除因碳链结构的不同而产生同分异构体外,还因双键位置的不同而产生同分异构体,因此,碳原子数相同的烯烃比烷烃的同分异构体要多。烯烃的物理性质:常温下,乙烯、丙烯和丁烯都是气体,戊烯是液体,高级烯烃是固体。与烷烃类似,烯烃的沸点和比重也随着其分子量的增加而增大,其比重都小于1,难溶于水而能溶于有机溶剂。烯烃的化学性质:由于烯烃结构上有不饱和双键的存在,因此能进行双键的加
5、成反应。与氢气进行加成反应时,生成相应的烷烃,与卤化氢加成时生成卤代烷烃。烯烃还可以进行双键的氧化反应,生成环氧烷。烯烃还可以进行聚合反应。另外,由于双键的存在,使得位上的氢特别活泼,能进行一系列的化学反应。二烯烃 含有二个CC不饱和双键的烯烃称为二烯烃。二烯烃的分子通式是CnH2n-2 二烯烃的物理性质:常温下,丙二烯、丁二烯为气体,异戊二烯为液体,它们的比重都小于1,都不溶于水,而溶于有机溶剂。二烯烃的化学性质:在二烯烃分子中,由于CC双键的存在,其化学性质与烯烃有许多相似之处。但对于共轭二烯烃,由于其结构上的特殊性,其化学性质也较特殊。1、1.4加成反应:CH2CHCHCH2HBrCH3
6、CHCHCH2Br 2、双烯合成:例如4丁二烯与乙烯合成生成环已烯。炔烃 分子中含有一个碳碳三键的不饱和烃,叫炔烃。碳碳三键是它的官能团。炔烃的分子通式是CnH2n-2。含有相同碳原子的二烯烃和炔烃互为同分异构体。炔烃的同分异构现象与烯烃相似,由于碳链结构的异位和三键位置的异构引起的。炔烃的物理性质与烷烃相似,乙炔、丙炔、丁炔是气体,戊炔以上是液体,高级炔烃是固体。炔烃的化学性质:由于炔烃分子中有三键存在,故其化学性质较为活泼,能进行加成、聚合、氧化等反应。环烷烃 环烷烃是一类性质与烷烃相似,同时在分子中含有碳环结构的烃类。根据组成环的碳原子数多少,可分为三元环、四元环等;根据分子中碳环数可将
7、环烷烃分为单烷烃、二环烷烃、多环烷烃。环烷烃的分子通式是CnH2n(n3)。环烷烃的物理性质:常温下,低级环烷烃如环丙烷和环丁烷是气体,从环戊烷开始是液体,高级环烷烃是固体。环烷烃的沸点、溶点和比重比碳原子数相同的烷烃高,比重仍小于1。环烷烃的化学性质:其化学性质与烷烃,也能发生取代反应和氧化反应,但由于碳环结构的特殊性,其化学性质也有其特殊性质,如环数小的环烷烃较不稳定,环易发生断裂而发生加成反应。芳香烃 芳香族碳氢化合物简称芳烃。也叫芳香烃。其分子结构中匀含有苯环。芳烃根据其结构的不同分为三类:单环芳烃、多环芳烃、稠环芳烃。苯及其同系物一般为无色液体,不溶于水,溶于汽油、乙醇和乙醚等有机溶
8、剂。单芳烃比水轻,比重小于1,具有特殊气味,有毒。单环芳烃能进行卤化、硝化、磺化、烷基化和酰基化反应,也能进行加成、氧化反应。第二节化工常用物理量 1、温度 2、压力 3、密度、比重 4、粘度 5、流量及流速 6、PH值 7、电导、电导率 8、溶解度温度 温度是表示物体冷热程度的物理量,其本质是反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度。是从宏观对物体内部分子运动程度的度量,是分子平均动能的标志。温度越高,表明物体内部分子运动越剧烈。温度的表示方法有:热力学温度T(K)、摄氏温度t()、兰氏温度TR(OR)、华氏温度tF(OF)等,兰氏温度和热力学温度的测量起点相同,它们的换算关系如下:温度(1)对
9、温度间隔或温差进行换算时,应采用的单位方程为:1 OF=1 OR=(5/9)=(5/9)K(2)对温度间隔绝对值进行换算时,应采用以下方程:T(K)=t+273.15()=(5/9)TR(OR)=(5/9)(tF-32)(OF)t()=T-273.15(K)TR(OR)=(9/5)T(K)tF(OF)=(9/5)T-459.67(K)压力 单位面积上受到的垂直方向的作用力称为压力。对气体来讲,其压力是因为容器内的气体分子撞击容器壁所产生的。对液体来讲,其压力是因为容器内的液体剂压容器壁所产生的。1mmH2O是指温度为4的纯水在1毫米水柱高对容器底单位面积所产生的压力。压力 容器内的真实压力叫绝
10、对压力,用P绝表示。当绝对压力低于环境大气压P大时,容器内的全部压力仍叫绝对压力,而把低于P大的部分叫真空,所测得值叫真空值,记为P真。它们之间的关系为:P绝=P大P真 或 P真=P大P绝。临界状态:物质的气、液两相达到平衡,且气相密度与液相密度相等。气、液两相界面消失,此时的状态称为临界状态。临界状态下的压力称为该物质的临界压力。临界状态下的温度称为该物质的临界温度。密度、比重 单位体积的物质所具有的质量,称为密度,常用表示。影响气体密度的主要因素是气体分子量、温度、压力。液体的密度与4纯水的密度的比值,称为比重。粘度 粘度是流体的内磨擦系数。油的粘度愈大,油则愈稠,在流动中产生的内磨擦阻力
11、也愈大,或者说,粘度大的润滑油不易流动。相反,粘度愈小的油则越稀,在流动中产生的内磨擦阻力也就越小,油容易流动。油的粘度表示方法根据不同的测试条件和方法有动力粘度、运动粘度、条件粘度多种。动力粘度的单位有帕秒PaS等,1PaS=1kg/mS。运行粘度的单位有拖、厘拖等,1拖=100厘拖=10平方米/秒。运行粘度与动力粘度的关系是动力粘度与密度的比值即为运行粘度。流量及流速 在单位时间(秒)内流体流过某管道横截面积的流体量叫流量。流量又分为体积流量和质量流量。体积流量是指在单位时间内流过管道任一截面的流体体积,单位用m3/s表示。质量流量是指在单位时间内流过管道任一截面的流体质量,单位用kg/s
12、表示。标准状态下,1mol气体的体积为22.4升。单位时间内流体在管道通过的距离即流速,流速与管道截面乘积即为流量。常用流体流速范围如下 低压蒸汽 1.0MPa以下(绝压)1520m/s 中压蒸汽 1.04.0MPa以下(绝压)2040m/s 高压蒸汽 4.012.0MPa以下(绝压)4060m/s 一般气体(常压)1020m/s 压缩气体 312m/s 低压蒸汽 1.0MPa以下(绝压)1520m/s 水及低粘度流体 13 m/s 油及粘度较大的流体 0.52 m/sPH值 PH值是溶液中H+氢离子浓度的负对数,即PH=-lgH+。PH值的范围为014,当PH等于7时,说明溶液为中性,当PH
13、小于7时,说明溶液显酸性,当PH大于7时,说明溶液显碱性。电导、电导率 电解溶液的导电能力叫电导,其值等于其电阻的倒数。电导率(又称比电导)即为一立方厘米电解溶液的电导。电导率高,说明液体中杂质含量较高。溶解度 一种或几种物质分散到另一种液体物质中,形成的均匀、稳定的混合物叫溶液,被溶解的物质叫溶质,而溶解其它物质的物质叫溶剂。溶解度是指100克溶剂中溶解的溶质的质量。气体物质的溶解度一般随温度的升高而减少。固体物质的溶解度一般随温度的升高而增大。饱和溶液:在一定温度、压力下,达到溶解平衡的溶液,称为饱和溶液,还能被继续溶解的溶液叫不饱和溶液。第三节部分物理化学概念 一、功和热 二、焓和自由焓
14、 三、饱和蒸汽压和沸点 四、泡点、露点、沸程及馏程 五、自燃、自燃点及闪点 六、爆炸极限一、功和热 物体在力的作用下,沿力的方向产生位移,我们就称该力对物体做了功。功和热及能量的国际单位为焦耳(J),即以1牛顿的力沿力的方向移动1米所做的功即为1焦耳,1焦耳(J)=1牛顿米(Nm)。热量:是物体吸收或放出能量的多少,与物体的温度、质量有关系,它与温度是两个截然不同的物理量,不能说温度越高的物质,其热量就越大。二、焓和自由焓 焓是状态函数,表示在不作其它功的等压过程中的热量,是内能U、压力P、体积V的函数,定义:H=U+PV,新组合的函数称为焓,其单位为J或KJ。由于U、P、V均为系统的状态函数
15、,其四则组合,仍是状态函数。焓是导出函数,同内能一样,目前还无法得到焓的绝对量,通常只能计算系统状态发生变化时焓的改变量H。自由焓通常用符号G表示,其定义为:G=HTS,式中G自由焓;S熵;T温度;H焓。在恒温恒压过程中,自由焓可作判断过程是否自发的判据。GT。P0 自发过程;GT。P=0 平衡状态;GT。P0 反自发过程。三、饱和蒸汽压和沸点 汽化和液化是同时进行的两个相反的过程。在一定温度下当飞到空间去的分子数与形成液体的分子数相等时,即蒸汽和液体的相对量不再发生变化,这时蒸汽和液体间建立了动态平衡。此时液体上方的蒸汽压力即为该液体在该温度下的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压与温度和物质的种类有关,
16、同种物质相同温度的饱和蒸汽压相等,温度越高,饱和蒸汽压就越大。三、饱和蒸汽压和沸点 沸点:在一定温度下,纯液体处于相对平衡状态时,有一定的饱和蒸汽压,当饱和蒸汽压与外压相等时,液体就会沸腾,此时液体的温度称为该压力下该液体物质的沸点。沸点与气压的关系很大,气压增大,沸点升高;气压减小,沸点降低。四、泡点、露点、沸程及馏程 泡点:在一定压力下,将混合液体加热,液体刚开始汽化(第一个气泡上升到液面破裂)时的饱和液体的温度。露点:在一定的压力下,将混合气体冷却降温,气体开始冷凝出现第一滴凝液时的饱和气体的温度叫该压力下的露点。沸程:露点和泡点的温度差,称作沸程。对于纯组份而言,其露点和泡点的温度一样
17、,因此沸程范围就变成一个点,也就是说,纯组份的液体其露点就是泡点,也是沸点。馏程:把液体混合物的初馏点到终馏点的温度范围称为馏程。五、自燃、自燃点及闪点 燃烧:燃烧是一种发热发光的化学反应。物质由于温度升高而使氧化过程加快,当温度升高到一定程度,就可以不用明火而自行燃烧。这种现象称为自燃。使某种物质受热发生自燃的最低温度,称该物质的自燃点,也叫自燃温度。闪点:可燃物质其饱和蒸汽在空气中能够发生闪燃的最低温度叫闪点。裂解燃料油和裂解柴油的闪点分别为120和70。一般闪点小于或等于45的液体为易燃液体;闪点大于45的液体为可燃液体;闪点低于28的可燃物称为一级火灾危险物。六、爆炸极限 爆炸:物质迅
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