化工工艺学第一章绪论

化工工艺学第一章绪论一、化工工艺学的特点化工工艺学相对于其他专业课程来说，有其特殊性：（1）应用性很强（2）综合性强（3）灵活性强（4）内容广而杂二、课程定位与课程目标《化工工艺学》是化学工程与工艺专业本科生的专业必修课。课程的目的是通过学习，培养学生应用学过的基础理论解决工程实际问题的能力，要求了解当今化学工业概貌及其发展方向；掌握化工过程的基本原理，典型工艺过程的方法、原理、流程及工艺条件；了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。课程的任务是使学生从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论，介绍典型工艺的生产方法与工艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能降耗分析。为今后的工作打下坚实的基础。课程的重点放在分析和讨论生产工艺中反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等。同时，对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理作一定的论述。二、课程定位与课程目标参考书三、参考书四、课程主要内容《化工工艺学》课程内容主要由三大单元板块构成：无机化工单元、石油化工单元和煤化工单元。无机化工单元以合成氨生产工艺为例讲授从原料气制取、一氧化碳变换、原料气净化和氨合成等工序的生产原理及工艺安排。石油化工单元主要讲授烃类蒸气裂解制烯烃的工艺、石油化工中的催化氧化工艺、催化加氢工艺、催化脱氢与氧化脱氢工艺。煤化工单元主要讲授煤的热分解、干馏、气化及液化。四、课程主要内容通过该课程的学习要求学生能掌握这些有代表性的化工过程的化学原理、过程热力学特征、动力学特征、催化剂应用、工艺设计要求与工程考虑，使学生对基本化学工业典型过程的共性和特性有深入的了解，并具有综合应用大学前二年所学知识对工业化实际化工过程进行分析的能力。五、课程学习的特点及要求1、快，不可能在课堂上掌握所有知识。2、注重自学。3、注重获取知识的能力培养，掌握获取知识的方法比获取知识更重要，但必要的知识积累也是比不可少的。4、特别注意综合运用所学知识，分析、解决实际问题的能力的培养。第一章绪论1.1化工工艺学的定义和范畴1、什么是化工一般地说，化工是“化学工程”或“化学工业”的简称。在学科上，化学工程简称为化工；在习惯上，化学工业简称为化工。化学工程：研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门学科。化学工业：利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的工业部门。1.1化工工艺学的定义和范畴例如：（1）矿石冶炼成金属(如铜、铁、锌、铝等)或非金属(如硅等)——冶金工业。（2）动物的皮用化学反应使蛋白质固定——制革工业。（3）植物的纤维改变其“形态”——造纸工业。（4）酿酒、制药这些通常又不称为化学工业。（5）把石油这种混合物，利用精馏的方法(这是一个物理方法或物理化学方法)把它的各个组分分离出来，通常是“石油化工”的一个范畴。（6）将煤炭经化学方法转换为气体、液体和固体燃料和化学品——煤化工。如果把化学工业定义为利用化学反应和化学工程的方法，改变物质结构、成分、形态而生产化学产品的工业部门，那范围就更宽广。因此，我们只能根据历史上形成化学工业的概念和人们的习惯来大体界定它的范畴。我们这里讲的化工，是当代化学工业的说法。1.1化工工艺学的定义和范畴2．什么是工艺学（1）工艺：利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，使之成为产品的方法。（2）工艺学：根据技术上先进，经济上合理的原则，研究各种原材料、半成品、成品的加工方法和过程的学科称为工艺学。1.1化工工艺学的定义和范畴3、什么是化工工艺学化工工艺学是研究由化工原料加工成化工产品的化工生产过程的一门科学，内容包括生产方法、原理、流程和设备。1.1化工工艺学的定义和范畴1.2由原料到化工产品1、化工原料用做化工生产的原料，称为化工原料，可以是自然资源，也可以是化工生产的阶段产品。例如：（1）由食盐生产纯碱、烧碱、氯气和盐酸。（2）由硫铁矿生产硫酸。4227227224233OV2232222SO2HOHOSHOSH(98.3%)SOHSO2SOO2SOO2FeSO811452高温OFeS（3）由煤或焦炭生产合成氨、硝酸、乙烯和芳烃。（4）由石油和天然气生产低级烯烃、芳烃、乙炔、甲醇和合成气。1.2由原料到化工产品1.2由原料到化工产品化工原料有机原料：无机原料：包括石油、天然气、煤和生物质。包括空气、水、盐、无机非金属矿物和金属矿物。基本有机化工产品基本无机化工产品1、化工原料基础化工原料：如硫酸、盐酸、硝酸、烧碱、纯碱、合成氨、工业气体等无机物，乙烯、丙烯、苯、二甲苯等有机物，经各种反应途径可衍生出成千上万种无机或有机化工产品、高分子化工产品和精细化工产品。一般化工原料：由基础化工原料制得的结构简单的小分子化工产品称为一般化工原料。如各种无机盐和无机化学肥料，各种有机酸及其盐类、醇、醛、酮和酯等。用途：①直接作为商品出售。②作为原料继续参与化学反应2、化工产品（1）基本无机化工产品最重要的基本无机化工产品可用空气、焦炭（或者其他的含碳产品）、水、石灰、岩盐、磷石灰、硫和黄铁矿等原料制取。无机原料与基本无机化工产品之间的关系如图1-1所示。1.2由原料到化工产品空气空分O2N2HNO3NH3H2气化焦炭等水石灰石煅烧CO2CaONa2CO3NaCl电解NaOHCl2磷石灰分解磷酸盐Fe2O3SO2硫黄铁矿钢煅烧H2SO4无机化工的重要原料（2）基本有机化工产品①由石油、天然气、煤加工时生成的副产物所得的化工产品。②基本有机化工原料深加工产品。1.2由原料到化工产品由石油、天然气、煤加工副产物所得化工产品乙烯与丙烯共聚乙丙橡胶电缆、电线材料氧化乙醛缩合醋酸辛醇、季戊四醇2-羟基丁醛丁醇酯化丁酯溶剂、增塑剂溶剂药物、酯类、醋酸乙烯纤维（维尼龙）增塑剂齐聚、水合高碳直链醇（C11～C18）合成洗涤剂水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯类溶剂及合成原料加氢脱水丁二烯合成橡胶氢甲酰化丙醛丙酸还原正丙醇溶剂丙烯聚合聚丙烯合成纤维、塑料氨氧化合成纤维、ABS树脂、AS树脂、丁腈橡胶丙烯酰胺絮凝剂、水增稠剂、纸张处理剂丙烯腈与乙烯共聚乙丙橡胶次氯酸化氯丙醇环氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性剂过氧化物环氧化环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯高温氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油医药、炸药环氧氯丙烷水解环氧树脂丁二烯与苯乙烯共聚丁苯橡胶与丙烯腈共聚丁腈橡胶聚合顺丁橡胶与苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯氯丁橡胶与顺酐反应四氢邻苯二甲酸酐与HCN反应己二腈己二胺尼龙66三聚环化1，5，9-环十二碳三烯十二碳内酰胺（尼龙12的单体）香料、增塑剂、阻燃剂、聚酯原料乙酰氧基化、加氢、水解1，4-丁二醇聚酯树脂异丁烯与异戊二烯共聚丁基橡胶氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有机玻璃与甲醛反应异戊二烯异戊橡胶水合叔丁醇香料原料、溶剂、医药中间体、与甲醇反应甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加剂）聚合聚异丁烯粘合剂、密封胶苯加乙烯烷基化乙苯脱氢苯乙烯加丙烯烷基化异丙苯苯酚酚醛树脂、苯胺、壬基酚等丙酮双酚A聚碳酸酯、环氧树脂加十二烯十二烷基苯合成洗涤剂加氢环己烷己内酰胺聚酰胺纤维氯化氯苯染料中间体、医药氧化顺丁烯二酸酐四氢呋喃、1，4-丁二醇医药、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、染料、医药、农药聚氨酯纤维乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇酸树脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸乙烯合成纤维、涂料、粘合剂加甲醛1，4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氢呋喃、γ-丁内酯、聚酯树脂二聚乙烯基乙炔粘合剂加氢丁二烯加HCl2-氯丁二烯氯丁橡胶氯化三氯乙烯、四氯乙烯溶剂加HF氟乙烯聚合聚氟乙烯合成气(CO+H2)补N2和变换N2-H2合成氨、尿素等改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液体燃料合成甲醇羰基合成醋酸氧化甲醛酚醛树脂、合成原料与异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）与CO合成甲酸甲酯甲酸加CO、O2草酸二甲酯乙二醇草酸同系化乙醇脱水乙烯合成二甲醚转化转化C2-C4烯烃汽油柴油机燃料1.3化工原料的变迁与化学工业发展趋势一、化学工业的发展简史1、古代化学工业18世纪以前，化工生产均为作坊式手工工艺。例如，早期的制陶、酿造、冶炼等。2、近代化学工业（1）纯碱工业路布兰制碱法2NaCl+2H2SO4=Na2SO4+2HClNa2SO4+4C=Na2S+4CONa2S+CaCO3=Na2CO3+CaS索尔维制碱法（氨碱法）NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4ClNaHCO3=Na2CO3+H2O+CO21.3化工原料的变迁与化学工业发展趋势（2）硫酸工业①铅室法制硫酸18世纪中叶，有人用硫磺和硝石燃烧，置于铅制容器中用水吸收生产的气体，就得到硫酸。②接触法制硫酸19世纪中叶，用铂作催化剂，使SO2氧化为SO3。20世纪初，以V2O5为主要成分的混合催化剂，逐步实现了“接触法”制硫酸工业。1.3化工原料的变迁与化学工业发展趋势（3）电解食盐水工业（氯碱工业）19世纪中期，开发了水泥的隔膜式电解槽，产生了Cl2和NaOH。（4）煤化工1888年，法国的莫桑和美国的威尔逊用焦炭和石灰电炉制取电石，继而得到乙炔。古代和近代化学工业是以改变天然产物为特征，而现代化学工业则以合成产品为标志。1.3化工原料的变迁与化学工业发展趋势3、现代化学工业的发展根据原料的变迁，现代化学工业可简单地划分为两个阶段：（1）19世纪末到20世纪50年代，经煤焦油和电石乙炔，以煤为原料进一步生产有机化学品的时代。（2）20世纪50年代开始的以石油和天然气为原料合成有机化学品的新时期。1.3化工原料的变迁与化学工业发展趋势1.4化工工艺学的研究方法化工工艺学的研究方法有两种，或称两个层次：（1）从个别到一般也就是说，我们先解剖一个一个的特别的化工产品的生产过程，在研究这些“个别”的现象过程中，用理论即用化学工程学的理论来加以研究，从而归纳出一些规律性的东西再升华为理论。（2）从一般到个别将经过归纳的初步结论，加以深入分析研究，弄清之后用以解决问题，设计流程指导生产实践，并接受实践检验，加以丰富和修正。