化工生产基础知识

1化工生产基础知识第一章化工生产概述一化工的基本概念：1化工生产的三大要素：水、电、汽。2化工生产的基本任务：a.研究化工生产的基本过程和反应原理。b.化工生产的工艺流程和最佳的工艺条件。c.生产中运用的主要设备的构造、工作原理及强化生产的方法。3化工生产单元操作及分类A什么是化工单元操作？化工生产的门类很多，如酸、碱、化肥、农药、橡胶、染料、制药等行业。不仅原料来源广泛，而且产品种类繁多，加工过程各不相同。把除了化学反应外其余的步骤归纳为一些生产的基本加工过程。如液体的输送与压缩、沉降、过滤、蒸发、传热、结晶、离心、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻、粉碎、等这些基本加工过程称为化工单元操作。若干单元操作串连起来就构成一个化工产品的生产过程。B化工单元操作的分类归纳为几个过程：a.流体动力学过程：如液体的输送与压缩、过滤、沉降、离心等。B热量传递过程.：如传热、蒸发等。C质量传递过程：如蒸馏、吸收、干燥等。d热力学过程：如冷冻、深度冷冻等。2e机械过程：如固体粉碎、过筛、物料的搅拌等。将其4化工过程的基本规律：对于千变万化的各种化工生产过程都可以将其单元操作归纳在上述的几个化工基本过程中，并都遵循着共同的规律，它也是指导生产实践的方法和手段。（1）物料衡算：根据物质守恒定律。.W原=W产+W损.W原——投入物料量W产——所得的产品量W损——损失物料量（2）热量衡算.根据能量守恒定律。Q入=Q出+Q损Q入——输入的热量Q出——输出的热量Q损——损失的热量按照这一规律可以检查热量消耗的程度，确定经济合理的用能方案和对热能综合利用的选择。（3）过程的平衡关系；化工生产中固体的溶解、气体的吸收、溶液的蒸馏等操作过程都是在一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程进行的最大限度。如食盐溶解水的过程。气体的吸收过程；冷、热两流体进行热量传递过程；当两者的传递过程达到了平衡就不再进行了。也就是在化工生产过程中建立过程平衡关系，对生产具有3很重要的实际意义。一个过程在一定条件下能否进行，进行到什么程度都可以由平衡关系推知。同时为生产条件的选择和改进提供依据。（4）过程的速率；过程的速率指单位时间里过程进行的变化量。它与过程的推动力成正比，与阻力成反比。提高过程的推动力是提高过程的速率的基本方法。如流体流动的推动力是压力差，传热过程的推动力是温度差，吸收过程的推动力是浓度差等。二化工原料和产品：1化工原料：a无机原料：（空气、水、盐、黄矿石、磷灰石、硼镁矿）空气:主要成分氧气、氮气、二氧化碳、氦气等，其中He、Ne、Ar、Kr、Xe五种为稀有气体，因为不容易发生化学反应，又叫惰性气体。空气的密度是1.293g/L。水:是地球上分布最广、最常见、最需要的一种化合物。水的物理性质：自然界的水以气态、液态、固态存在。纯净水是无色、无味、无嗅的透明液体。水的凝固点为0℃，在4℃时密度最大为1000kg/m3,水在373K的蒸发潜热为2258.8kj/kg,凝固热为330kj/kg。冰的密度为920kg/m3,,所以冰比水轻,水变成冰时体积是增大的。水的化学性质：水很稳定，只有在2730K以上开始离解为氢和氧。水进行电解可生成氢和氧很容易和其他物质反应。水的用4途很广，是化工工业的重要起原料始。水可以和许多物质参加反应生成基本原料和中间体，广泛用于作溶剂，洗涤剂、吸收剂、润滑剂和氧化还原剂等，水更是目前最常用的加热、冷却和冷冻的介质。水的净化处理采用有药剂沉淀法和离子交换法。b有机原料：有煤、石油、天然气。c农副产品:有薯类、壳类、秆类和油类。2化工产品a化学肥料:农作物不仅需要碳、氢、氧还要氮、磷、钾。大多数化学肥料是无机化合物，吸收效果好但长期使用土壤会变质，最后是农家有机肥料使用效果更好。b农药:是用于农业防治病虫害、除草、调节植物生长等药剂。发展方向是高效低毒低残毒的药剂和微生物农药。c合成树脂及塑料:塑料是多种有机物单体经聚会或缩聚而成的高分子化合物。是制成合成树脂再加一些填充料、增塑剂和染料而成能保持现状不变的有机材料。（1）聚通用塑料：有聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料。（2）工程塑料：是指机械强度高，耐磨，耐腐蚀自润滑等性能好的一类塑料。如尼龙1010、聚甲醛等。(3)耐高温塑料：是具有耐热性好、价格高的一类塑料。如聚四氟乙烯、硅树脂，在高温下具有很强粘结能力的苯二醚和聚苯硫醚。5（4)环氧树脂：由于它硬化后产物具有很优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀和金属、非金属优异的结力。（5）有机玻璃是具有高度透明性的塑料。又有很高的机械强度。d橡胶：通用合成橡胶和特种合成橡胶。e合成纤维：棉、麻、丝、毛属于天然纤维。合成纤维以有机原料人工合成的高聚物，具有强度高、耐磨、比重轻、不吸水、保暖性好、耐酸碱、不发霉、不虫蛀等特性，但也有透气性和染色性较差的缺点。F化工其它产品：颜料、涂料、试剂和各种药物、燃料、催化剂添加剂、乳化剂、粘合剂、发泡剂、防老剂等等。三化学基本概念(一)物质1物质的概念化学研究的对象是物质。物质是作用于我们感觉器官而引起人们感觉的东西，它有一定空间和具有质量。物质以不同的形式在不停地运动着。所以物质存在必然有物质运动。2能量物质的变化和运动总是伴随着各种能量的变化。水加热产生高压蒸汽可以带动火车运行，电又可以使马达带动机器工作，汽油在汽缸内燃烧可以使汽车行驶等等。3物质的质量和能量守恒定律化学反应过程中由一个物质变化成为另一个物质，变化前后6物质的能量是相等的。（二）物质的变化和性质1物理变化和物理性质物质的变化是多种多样的。如水加热变成水蒸汽，水蒸汽冷却又变成水：木材加工成家具；钢锭轧成钢筋等等。只改变了物质的外部状态和现状，而没有改变物质的组成，更没有新物质产生叫物理变化。物质在物理变化时表现出来的性质叫物理性质。如颜色、气味、密度、沸点、熔点等。2化学变化和化学性质物质不仅外形有了变化，物质本身的组成发生了变化，产生了新物质。如炭燃烧产生二氧化碳。由一物质生成新物质的变化叫化学变化。物质在化学变化时表现出来的性质叫化学性质。(三)物质的组成1分子自然界的一切东西都是由物质组成的。保持某物质一切化学性质的最小粒子叫该物质的分子。分子很小；分子在不断地运动；分子之间有距离。一般物质有三种状态，气态、液态、固态的变化，主要是分子间的间隔大小发生变化而造成的。2原子物质在化学变化过程中，原来的物质分子分解成更小的微粒，再重新组合变成新物质的分子。我们把在化学变化中最小微粒，7叫原子。原子很小；原子在不断地运动着；原子具有复杂结构的微粒。3元素元素是具有相同核电荷的同一类原子的总称。4采用一定的符号来表示各种元素，这种符号叫元素符号。元素符号除表示一种元素外还表示这种元素的一个原子有H.N.O.F.Cl.Br.C.Si.P.S.I.Na.Mg.Al.K.Ca.Cr.Mn.Fe.Cu.Zn.等等(四)原子量、分子量和摩尔1原子量:原子具有质量，只有知道原子的相对质量。以12C原子碳量定为12，任一元素的原子量是该元素的原子相对于12C原原子的重量。2分子量分子量是组成分子的所有原子量总和。是相对质量。Cu（原子量）=63.5分子量=63.5O2(氧气)原子量=16分子量=16X2=323摩尔物质之间的化学反应都是按照一定数量的原子或分子的比例进行的。物质之间化学反应都以阿伏伽德罗常数6.02×1023.个倍数进行反应。：任何物质中只要含有6.02×1023.个微粒（分子、原子、离子、电子等）这种物质的量叫做1摩尔。1摩尔物质的质量叫摩尔8质量。单位克/摩尔(克/mol)或千克/摩尔(kg/mol)物质的摩尔数(mol)=物质的质量(克)/物质的摩尔质量(克/摩尔)物质的质量=物质摩尔质量(克/摩尔)×物质摩尔数(摩尔)(五)化合价和物质的量：四物质结构及元素周期律：五化学反应方程式1分子式：用元素符号来表示物质的组成的式子；从分子式可以看出物质分子是由哪些元素的原子组成，各元素的原子数目和质量百分比。如(NH4)SO4其中S%=？N%=？O%=？H%=？2化学反应式：用分子式来表示化学反应的式子C+O2=CO2↑从反应方程式中看出反应物和生成物是什么物质，同时可以看出反应式两边各元素的原子个数相等，符合反应前后物质总量不变的原则。a)反应方程式的书写步骤在符号左边写反应物的化学式，右边写生成物的化学式。反应是特定条件要注明反应发生的条件。如燃烧、加热、加压、催化剂、温度等。b)化学方程式的配平：最小公倍数法和対数法。3热化学方程式9在化学反应中除了有物质的变化外，以热量形式表现出来的能量变化，能表明热量变化的化学方程式叫热化学方程式。放出热量的化学反应叫放热反应，用符号“+”来表示放热。吸收热量的化学反应叫吸热反应。用符号“-”来表示吸热。六溶液及相平衡（一）溶液1溶液的定义一种或几种物质分散到另一种物质里形成均匀的、稳定的混合物叫溶液。被溶解的物质叫溶质，能溶解其它物质的物质叫溶剂。溶质可以是固体、液体或气体。固体、气体、溶于液体时称其为溶质，液体为溶剂。习惯上量多的叫溶剂，量少的叫溶质。如：用水做溶剂的溶液叫水溶液，用酒精做溶剂的叫酒精溶液。2溶液的分类：(1)按照状态分三类：气态溶液、液态溶液和固态溶液。(2)按照导电性能分量类：电解质溶液和非电解质溶液。(3)按照溶液的形成过程分三类；固体溶于液体的溶液，气体溶于液体的溶液和液体溶于液体的溶液。3物质的溶解过程溶质溶解于溶剂中，常常有温度的变化。物质的溶解时，首先溶质分子在水分子作用下溶质分子之间的相互吸引，分子状态和离子状态扩散到水中去，这是一个物理过程需要吸热，同时溶质在不断地运动，水相互吸引形成水合分子并放出热量。整个溶10解有热量、体积或颜色的变化。因此溶解不是单纯的物理过程，也不是单纯的化学过程，而是一种复杂的物理化学过程。4饱和溶液固体溶解过程中，进入溶剂中的溶质分子或离子可能被溶质表面吸引而回到固体表面上来，或溶液中互相碰撞重新聚集成固体颗粒，即重新从溶剂中析出的过程叫结晶。在一定温度下，溶质溶解的速度等于结晶速度叫溶解平衡。在一定温度下达到溶解平衡的溶液叫饱和溶液。5饱和蒸汽压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。6溶解度a溶剂中达到溶解平衡时所溶解的量。b影响溶解度的因素：同一溶剂，不同溶质的溶解度不同。不同溶剂中，同一溶质的溶解度也不同。C溶解度的计算:固体溶解度的计算（ｘ克∕100克）；气体溶解度计算（ｘ克∕升）。7稀溶液的性质溶液有不同的性质，如溶液的颜色、体积的变化。所有溶液都有一个共同的性质，如溶液于对应的溶剂相比，溶液的蒸汽压下降;（纯溶剂的蒸汽压于溶液的蒸汽压之差称为溶液的蒸汽压下降）。溶液的沸点上升：（溶液在沸点温度时并不沸腾，要达到沸点必须把温度升高到某个温度溶液才沸腾称为溶液的沸点上11升。溶液的凝固点下降。如冰加盐或加有机溶剂化合物冰的温度下降。利用这个性质生产上作为冷冻剂。（二）电解质溶液1电解质的电离凡是在水溶液里或加热熔化时能导电的化合物叫做电解质，反之叫非电解质。HACH++AC﹣2离子反应及反应完成条件离子反应方程式的书写方式；离子反应反应完成条件：生成弱电解质；生成难溶性物质；生成气体。3溶液的PH值A水的电离B溶液的酸碱性与PH值关系在所有物质的水溶液中，都存在水的电离平衡问题，都有H﹢和OH﹣离子存在。纯水中H+等于OH﹣离子的浓度为10-7mol／L.当H+＞OH﹣溶液为酸性溶液，H+=OH﹣为中性溶液，，H+＜OH﹣溶液为碱性溶液,因此中性溶液中［H+］＝［OH﹣］＝10-7M,PH＜10-7M酸性溶液，PH＞10-7M碱性溶液。4盐类水解强碱弱酸盐的水解；强酸弱碱盐的水解；弱酸弱碱盐的水解（三）相平衡（相和相数、组分和组分数、相律）（单组分、二组分、三组分物系）。12第二章无机化合物第一节无机化合物的分类一氧化物：由氧和另一种元素组成的化合物。具有以下性质：A碱性氧化物与酸反应生成盐和水；与水反应生成碱昂；与酸性氧化物反应生成含氧酸盐。B酸性氧化物（又称酸酐）：与