化工基础知识

化工基础知识讲课人：赵绍民1、化学工业的基础原料•化学工业的重要基础原料是化石能源（煤、石油和天然气）。•世界能源发展的历史表明，化学工业的发展是在不断适应能源结构的变化而相应地调整原料路线，以此得到自力更新的发展。•时至今日，由于全世界石油的大涨价才唤醒人们，使人们不得不承认世界已进入了能源多元化结构的时代。2、什么是煤化工？•经化学方法将煤炭转换为气体、液体和固体产品或半产品，而后进一步加工成化工、能源产品的工业。•主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。•在煤化工可利用的生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是化学工业的重要组成部分。••煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。•煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油。3、化学的基本概念•化学（chemistry）是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。•世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。•化学”一词，若单从字面解释就是“变化的科学”之意。化学如同物理皆为自然科学之基础科学。4、化学反应的现象？•在反应中常伴有发光、发热、变色、生成沉淀物等现象。•判断一个反应是否为化学反应的依据是反应是否生成新的物质。•根据化学键理论，又可根据一个变化过程中是否有旧键的断裂和新键的生成来判断其是否为化学反应。5、什么是化学反应的条件？•指化学反应所必须或可提高反应速率的方法，如：加热（△），点燃，高温，电解，紫外线或催化剂等。•活化能：定义为反应启始或自然发生所需的最低能量。愈高的活化能表示反应愈难以启始，反应速率也因此愈慢。•反应温度：温度提升将加速反应，因为愈高的温度表示有愈多的能量，使反应容易发生。6、催化剂及空速•催化剂：催化剂是一种通过改变活化能来改变反应速率的物质。是一类能改变化学反应速率，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。•催化剂在工业上也叫触媒。•空间速度（简称空速），是指在单位时间内，单位体积的催化剂所通过气体体积数。其单位是m3/（m3·h，即h-1）。空速的意义•空速是用来表示反应器的生产能力，即空速越高，单位体积催化剂处理能力越大，生产能力就越大。•空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短，在数值上，空速与接触时间互为倒数。一般来说，催化剂活性愈高，对同样的生产负荷所需的接触时间就愈短，空速愈大。7、反应速率？•化学反应的反应速率是指化学反应速率的快慢大小，即相关物质浓度随时间改变量。•常用反应物的单位时间内的减少量或生成物增加量来表示。8、影响化学反应速率的因素有哪些？•（1）浓度对反应速率的影响。反应物质的浓度越大，反应速率越快，反之则越慢。•（2）温度对反应速率的影响。提高温度是常用的加快反应速度的方法。当反应物浓度不变时，改变温度，速率就改变。可见，反应速率常数K随温度的升高而增大。•（3）催化剂对反应速率的影响。•催化剂能加快反应速率的催化剂叫做正催化剂；能减缓反应速率的催化剂叫负催化剂。•不同的化学反应需要不同的催化剂，这是催化剂的选择性。•每一种催化剂必须在一个合适的温度范围内才能发挥最大的催化效力，这个温度范围称为催化剂的活性温度范围。9、何为可逆反应与化学平衡？•在同一条件下，能同时向两个方向（正、逆反应方向）进行的化学反应叫做可逆反应。•可逆反应常用可逆号“”表示，例如：•CO＋3H2CH4+H2O•CO2＋4H2CH4+2H2O化学平衡•当可逆反应开始时，正反应速率（以r正表示）最大，但随着反应的进行，反应物浓度不断下降，正反应速率就逐渐减少。而生成物浓度从无到有，浓度在逐渐增大，逆反应速率（以r逆表示）也就增大。当反应进行到某一时刻，就会出现正、逆反应速率相等（r正＝r逆）的状态。这时体系所处的平衡状态叫做化学平衡。化学平衡状态下，反应物和生成物的浓度叫做平衡浓度。10、影响化学平衡的因素有哪些？•（1）浓度对化学平衡的影响。对任何可逆反应，在其它条件不变的情况下，增大某一反应物的浓度或减少生成物的浓度，都能使平衡向增加生成物方向，即正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动。•（2）压力对化学平衡的影响。当增加气体反应的总压力时，平衡向气体分子数减少的方向移动；减少压力，平衡向增加气体分子数方向移动。•（3）温度对化学平衡的影响。在其它条件不变的情况下，升高温度会使化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度会使化学平衡向放热反应的方向移动。•（4）催化剂对化学平衡的影响。由于催化剂只能同等程度地增加正、逆反应速率，因此，它只能使平衡较快达到，而不能使平衡发生移动。11、化学平衡移动原理是什么？•假如改变平衡体系的条件之一，如浓度、压力和温度，平衡就向减弱这个改变的方向移动，这就是吕.查德里原理。根据这个原理，当增加反应物浓度时，平衡就向减少反应物浓度的方向移动；减少生成物浓度时，平衡就向增加生成物浓度的方向移动。当增大压力时，平衡就向减小压力的方向移动；当减小压力时，平衡就向增大压力的方向移动。升高温度时，平衡就向吸热的方向移动，降低温度时，平衡就向放热的方向移动。12、什么是饱和蒸汽压？•在一定温度下，任何液体的表面分子都会有飞到空间的倾向，即气化。同时，飞到空间去的分子，由于不停的地运动，也有飞回液面形成液体的倾向，即液化。当飞到空间去的分子数与飞回液面形成液体的分子数相等时，即气化和液化的相对量不再变化而建立了动态平衡。此时，液体上方的蒸汽压即为该液体在该温度下的饱和蒸汽压，简称蒸汽压。同一液体在不同的温度下，或同一温度的不同液体，它们的饱和蒸汽压是不同的。13、压力表示什么意义，常用什么单位？•单位面积上的作用力叫压力。对静止的气体，压力均匀地作用在与它接触的容器（气瓶、储气罐）的壁面上；对于液体，由于液体本身受到重力的作用，底部的压力高于表面的压力，而且随深度增加而增大。按国家标准，力的单位为牛（N），面积的单位为m2，则压力的单位为N/㎡,叫帕（Pa）.工程上应用此单位嫌太小，实际常用的它的单位Mpa。•1Mpa=106Pa=10kg/cm2。•大气压力：气压表是用于衡量大气的压力。当加上仪表压力上就可得出绝对压力。•大气压力通常是以水银mm为单位，但是任何一个压力单位都能作出同样很好的解释•物理大气压：P大气=76厘米水银柱=1.01X103Pa•1个物理大气压力（atm）=10.33米水柱•1个工程大气压（at.）=1kgf/cm2=10米水柱•1atm=1.033at.≌0.1MPa=105Pa。•1MPa=103kPa=106Pa表压和绝对压力的关系式•表压：压力表指示的数值Mpa（G）或（g）•绝对压力：Mpa（A）或（a）；是考虑到与完全真空或绝对零值相比，我们所居住的环境大气具有0.1Mpa的绝对压力。在海平面上，仪表压力加上0.1MPa的大气压力可得出绝对压力。高度越高大气压力就越低。•绝对压力=压力计压力＋当地大气压力14、什么是沸点？•沸点：1个大气压下，液体沸腾时的温度。•如在1个大气压下水的沸点为100℃•在5个大气压下水的沸点为159℃•在2.5MPa（G）下水的沸点为226℃•在4.5MPa（G）下水的沸点为259℃•在9.8MPa（G）下水的沸点为310.3℃•1个大气压下，液氧的沸点约90K(-183℃)，液氮沸点约77K(-196℃).15、离心泵的构造及工作原理是什么？•离心泵的主要工作部件有叶轮、泵轴、吸液室、泵壳、轴封箱和密封环。•工作原理：离心泵在起动前必须向泵壳内注水，将吸水管与泵壳中充满液，然后起动泵，此时电动机带动泵轴，使叶轮旋转，叶轮的叶片迫使液体转动，产生离心力，在离心力的作用下，液体从叶轮中心甩向叶轮边缘，以高速进入泵壳，液体从叶轮流出时，获得了能量（动能和压能），这些高能量的液体经过泵壳导流，流向排出管。当叶轮将液体率向边缘的同时，叶轮中心形成真空，因而使液体在外界压力的作用下，不断地进入叶轮中，这样，液体就连续不断地通过离心泵输送出去。16、离心泵的主要性能参数有哪些？•离心泵的主要性能参数有转速、流量、扬程、功率和效率等。•（1）转速即泵轴每分钟的转数，用符号n表示。单位是r/min•（2）流量是指在单位时间内所排出的液体量。通常是指体积流量，用符号Q表示，单位是m3/s或m3/h；有时也用质量流量表示，符合是G，单位是kg/h或kg/s；•（3）扬程是指单位重量液体通过泵后所获得的能量，用符号H表示，单位是m。有泵的实际扬程及理论扬程之分。•（4）功率与效率，泵的功率分为有效功率、轴功率和原动功率。有效功率是指单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率，用符号Ne表示，单位为KW。•轴功率即原动机传动泵轴上的功率，用符号N表示。效率是泵的有效功率与轴功率之比，效率的表达式为•Ne•η（％）＝———•N•原动机轴与泵轴连接存在机械损失，所以原动机功率通常比轴功率大。17、如何正确使用离心泵？•（1）开泵前向轴承注润滑油，关闭出口阀门，打开排气阀，向泵内注满输送液体，用手盘车检查轴转动是否灵快。•（2）启动泵后，观察压力大小是否达到规定值，运转正常后，缓慢地开大出口阀门，使压力平稳上升。•（3）经常检查填料函与轴承的温度，防止泵轴磨损和轴承烧坏。•（4）泵内无液体时，切不可运转，更不能开反转，否则损伤叶轮和轴套松扣。•（5）出口阀门关闭后，泵的运转时间不能太长，不然泵会发热。•（6）在冬季停泵后应将泵内的液体放净，并冲洗干净，防止将泵体冻裂或冻结。18、对离心泵怎样做好维护保养工作？•（1）经常检查泵内有无杂音和振动现象，发现后及时检修。•（2）经常注意压力表和电流表的指针摆动情况，超过规定指标应立即查明原因并处理之。•（3）按时检查动密封泄漏情况，泄漏严重应停泵检查动静密封环磨损情况，如属于填料密封应调整压盖的压力。19、简述安全阀的作用及类型。•安全阀的作用是当压力容器内介质压力超过允许值时，阀门开启并发出警报声，继而全开，排放一定量介质，以防止容器设备压力继续升高；当压力降到规定值时，阀门便及时关闭，从而保护设备安全运行，安全阀的种类很多，按其整体结构及加载机构的形式可分为杠杆式、弹簧式和脉冲式。20、管路的标准有哪些？如何定义的？•管路的标准是统一规定的：管子和管件的主要结构尺寸与参数，即公称直径与公称压力，具有相同公称直径与公称压力的管子和管件可以互相配合或互换使用。•公称直径，管子的公称直径即不是它的内径，也不是它的外径，而是与它内径相近的一个整数值，一般以DN表示，公称直径也称公称通径；对于压力容器来讲公称直径是指设备直径的内径。•公称压力，公称压力是为了设计、制造和使用方便，而人为规定的一种标准压力，通常以PN表示，如公称压力10MPa，用PN10表示。21、管路的连接方法有哪些？适用范围是什么？•管路的连接方法有螺纹连接、焊接、法兰连接等。•螺纹连接也称丝扣连接，只适用与公称直径不超过65mm，工作压力不超过1MPa，介质温度不超过373K的热水管路和公称直径不超过100mm，公称压力不超过0.98MPa的给水管路，也可用于公称直径不超过50mm，工作压力不超过0.196MPa的饱和蒸汽管路，在有连接螺纹的阀门和设备时，只能采用螺纹连接。•法兰连接，中、低压管路常采用平焊法兰连接，低压采用光滑密封面，压力较高时则采用凹凸型密封面，常用非金属软垫片做垫片，高压管路连接采用平面形和锥形两种连接法兰。平面形要求密封面光滑，采用软金属做垫片，锥面形要求端面为光滑锥形面，垫片为凸透镜式，用低碳钢制成。22、“三懂四会”是什么？•“三懂”：懂性能、懂原理、懂结构。•“四会”：会操作、会保养、会维修、会处理一般故障。23、流量和流速的关系式？•流量：单位时间内流过任一流通