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ChemicalTechnology化学工艺学刘晓光liuxiaoguang402＠qq.com2015.3一、化学工艺学的特点化学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《化学工艺学》是一门涉及无机化学、有机化学、物理化学、化工热力学、化学反应工程学及化工机械等多门学科的专业性较强的课程，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三、参考书四、课程主要内容《化学工艺学》课程内容主要由四大板块构成：无机化工、石油炼制及有机化工、天然气化工和煤化工。无机化工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。石油炼制及有机化工主要讲授石油的炼制，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。煤化工主要讲授煤的热分解、干馏、气化及液化。五、课程学习的特点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必不可少的。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。六、化学工艺学——学习要求基本要求：了解基本化学工业有代表性的典型大化工过程，生产技术现状及发展趋势，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方法；熟悉生产过程的原料来源和产品特点、热力学与动力学特征、催化剂构成与特性、主要设备的结构和特点；掌握生产原理、生产工艺过程的共性和特点。学习方法——学习流程示意图第一章绪论1.1化学工艺学的定义及研究范畴1.2化学工业的发展、地位与作用1.3现代化学工业的特点和发展方向1.4化学工业的原料资源和主要产品1.5化学工艺学的研究方法第一章绪论1.工艺学概述⑴.工艺学：研究由原料制取产品的科学⑵.工艺学分类：化学工艺学机械工艺学⑶.化学工艺学：原料经过化学反应制取化工产品的科学。⑷.化学工艺学具体特征：原料必须经过化学反应制取产品,且产品的性质、外形、结构均发生变化。1.1化学工艺学的研究范畴2.化学工艺学主要研究的内容：利用各种原料生产化工产品的方法、原理、操作条件、工艺流程和设备3.蓝矾生产举例：OHSOHCu242OHCuSOOHSOHCuO242425OHCuSOOHOSOHCu2422425NOOHCuSOOHHNOSOHCu242342522NOONO322HNOOHNO⑵.蓝矾生产工艺流程：高温加热激冷氧化铜颗粒反应器42SOH冷却结晶离心分离结晶水洗干燥⑶.蓝矾生产主要设备：高温电加热炉；搪瓷反应釜；冷却结晶器（多个）；低压锅炉；三足式离心机；母液储罐；热风干燥器；耐腐蚀泵等；电解铜水母液蓝矾产品水洗液储槽化学工艺学所涉及的具体范畴⑴.原料的选择及原料的预处理⑵.生产方法、反应原理及生产工序的选择与确定⑶.生产所用设备（及其他反应器）的结构、作用和操作⑷.催化剂的选取及使用⑸.其他物料的影响化学工艺学所涉及的具体范畴⑹.生产操作条件确定及对实际生产的影响⑺.生产工艺流程的组织、实施和控制⑻.目标产品与副产品的分离，目标产品质量的控制及副产物的利用⑼.生产过程中能量的回收及利用⑽.对生产同种产品不同工艺路线和工艺流程的技术经济的评价与对比化学工艺与化学工程化学工艺：研究化工产品的原料特点、物理化学性质、生产原理，最适宜的工艺路线、最适宜工作条件、工艺流程，生产设备的构造和材料，工艺计算，技术经济评价，市场动态等的一门科学。化学工程：研究化工生产过程的基本原理，寻找各单元操作和化学反应过程的内在规律，并据此解决生产中所需设备机械的设计和操作条件等的一门科学。工艺学：了解从原料变为产品的过程。化学工艺●个性●研究具体过程●从原料到产品化学工程●共性（共同规律）●单元操作●工程因素（尤其是放大）★化学工艺与化学工程的关系：虽然两者研究的内容不同；涉及的范畴不同；但两者相互加强相互促进，即相辅相成密不可分。★化学工程主要研究化学工业和其他工业过程生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，它的一个主要任务是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是生产放大中的效应问题。化学工艺与化学工程的区别和联系化学工艺学与所学课程的关系：1.2化学工业的发展、地位和作用18世纪前：作坊式手工工艺。如酿造、玻璃、冶金等工业。18世纪初：铅室法制硫酸，到了19世纪中，原料由硫黄改为黄铁矿，使硫酸工业发展成为化学工业的心脏，强而有力地影响着整个化学工业的发展。19世纪中叶：硝酸开始工业化，煤干馏工业开始。19世纪后期，以纯碱为中心而发展起来的大规模生产开始。从中生产出了重要副产品盐酸。1913年:世界上第一个合成氨厂建立,有力的促进了无机和有机化工的发展。20世纪40年代:管式炉裂解烃开发成功。60年代后，石油化工突飞猛进的发展。20世纪50年代后:三大合成材料（合成塑料、合成橡胶、合成纤维）工业开始发展。化学工业在国民经济中的地位与作用1.3现代化学工业的特点原料、生产方法和生产产品的多样性与复杂性生产向大型化、综合化、精细化发展化工生产中多学科合作，生产技术密集重视生产中能量的合理利用，积极采用节能工艺和方法资金密集，投资回收速度快，利润高化工生产中易燃、易爆、有毒及污染开发环境友好生产工艺。（清洁生产）技术先进经济合理生产安全环境无害1.3化学工业的现状生产规模小，生产成本高；大型装置和设备主要依靠进口；产品品种少、功能化和差别化率低；环境污染严重；能耗较高等。问题和差距1.3、现代化学工业的发展方向⑴.开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度。。⑵.最充分、最彻底地利用原料。在化工生产中提倡设计和开发“原子经济性反应”，该概念是美国化学家B.M.Trost于1991年提出的，“在化学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，因而不会有副产物或废物生成”。即最大限度地利用原料和最大限度地减少废物排放。1.3、化学工业的发展方向⑶.化工生产中大力发展绿色化工，生产过程中应做到“零排放”●采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂●利用反应选择性高的催化剂和工艺流程●将副产物和废物转化为有利用价值的产品●淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发对生态环境有好产品●实施废弃物再利用工程⑷.化工生产过程要实现高效、节能及智能化生产1.3化学工艺学和化学工业的关系化学工艺学：研究由化工原料加工成化工产品过程的科学，包括生产方法、原理、流程和设备。据反应类型、特点和产品分为各种工艺学。二者互相依存，相互促进。21世纪化学工业的发展使化学工艺学面临如产品精细化和个性化、原料路线转变及发展绿色化工技术等挑战。化学工业原料矿产资源海洋资源动物植物空气水或其它林、农业的副产品化学矿煤石油天然气1.4化工生产基本原料高分子化工产品有机化工产品无机化工产品1.4主要产品精细化工产品生物化工产品合成气(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。化工原料的变迁与化学工业发展趋势51初级化工原料主要产品石脑油加氢尾油液化气煤/天然气、盐烯烃产业链芳烃产业链精细化工无机化工2.合成树脂3.合成橡胶4.合纤原料6.化肥及C1化工1.基本有机化工原料产业链5.合成纤维7.特殊化学品丙烯丁二烯抽提醚化1-丁烯MTBE异丁烯丁基橡胶丁二烯丁苯橡胶顺丁橡胶ABSSBS裂解碳四乙烯裂解乙烯聚乙烯环氧乙烷乙醇苯乙烯氯乙烯醋酸烯烃乙丙胶乙二醇涤纶PVC聚苯乙烯ABSSAN丁苯橡胶聚丙烯丙烯腈乙丙胶异丙醇异丙苯丁醛氯丙烯丙烯酸环氧丙烷腈纶ABS丙酮苯酚双酚A环氧树脂丁醇辛醇环氧氯丙烷聚醚丙烯酸酯聚碳裂解汽油汽油加氢芳烃抽提二甲苯硝基苯苯胺烷基苯异丙苯环己烷苯酚/丙酮己内酰胺锦纶苯苯/MXTDI甲苯醇/酮己二酸己二胺尼龙66盐锦纶邻二甲苯苯酐对二甲苯PTA聚酯涤纶间二甲苯PIA裂解碳五异戊橡胶间戊二烯双环戊二烯煤炭合成气合成氨天然气乙炔醋酸乙烯维尼纶甲醇中国石化化工板块产业链合成树脂产品示意图苯乙烯丙烯腈丁二烯丙烯聚丙烯（PP）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂（ABS）聚苯乙烯（PS）乙烯线性聚乙烯（LLDPE）高压聚乙烯（LDPE）聚氯乙烯（PVC）氯乙烯1-丁烯/1-己烯合成橡胶产品示意图苯乙烯丁二烯异戊烯顺丁橡胶（BR）丁基橡胶（IIR）丁苯胶乳丁苯橡胶（SBR）热塑性弹性体(SBS/SEBS/SIS)异丁烯合纤原料产品示意图乙二醇（EG）乙烯丙烯丙烯腈间苯二甲酸（PIA）对苯二甲酸（PTA）间二甲苯（OX）醋酸对二甲苯（PX）己内酰胺甲苯苯甲酸环己酮苯聚酰胺合成纤维产品示意图聚酯（PET）腈纶涤纶长丝腈纶短纤维腈纶丝束腈纶毛条腈纶腈纶短纤维腈纶腈纶丝束腈纶短纤维腈纶腈纶毛条腈纶丝束腈纶短纤维腈纶涤纶长丝涤纶长丝涤纶长丝对苯二甲酸（PTA）涤纶长丝涤纶长丝涤纶长丝涤纶短纤维乙二醇（EG）涤纶长丝瓶用聚酯切片纤维用、膜用切片腈纶腈纶短纤维腈纶丝束腈纶短纤维腈纶毛条腈纶丝束腈纶短纤维腈纶腈纶短纤维腈纶丝束腈纶短纤维丙烯腈腈纶毛条腈纶丝束腈纶短纤维碳纤维脱油沥青或渣油合成气（H2＋CO）甲醇,20丁/辛醇,21/42氢气尿素,175合成氨,135煤/焦天然气气化装置注：图中数字为2009年产能，万吨/年化肥及C1化工产品示意图58注：图中数字为2009年产能，万吨/年羰基合成特殊化学品示意图Ⅰ（以天然气为原料，川维）部分氧化醇醛缩合CO甲醇乙炔醋酸甲醛，1醋酸乙烯，14醋酸酯聚醋酸乙烯（PVAc)聚乙烯醇（PVA）5醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE），5维纶,1.2乙炔尾气天然气59纯碱（Na2CO3）/烧碱（NaOH）无机化工（仅南化）7、特殊化学品示意图Ⅱ︵以石油为原料︶破乳剂乙醇胺乳化剂及表面活性剂聚醚及多元醇过氧化二异丙苯（DCP）双叔丁基过氧化异丙苯（BIPB）防老剂RD防老剂4020/4010NA甲苯二异氰酸酯（TDI）增塑剂抗氧剂促进剂二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）环氧树脂苯乙烯丙烯甲苯异丁烯邻二甲苯环氧乙烷环氧丙烷异丙苯二异丙苯苯胺氯化苯二硝基甲苯二叔丁基酚苯酐环氧氯丙烷硫酸（H2SO4）/盐酸（HCl）/硝酸（HNO3）三酸二碱齐鲁石化--生产装置与产品结构1.5化学工艺学的研究方法化学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