第1章绪论(化学工艺学)

1、1 1 绪绪 论论化学工艺学化学工艺学1.1.1化学工艺学的研究范畴和任务化学工艺学的研究范畴和任务 化学工业（化学加工工业）：化学工业（化学加工工业）： 指生产过程中化学方法占主导地位的过程工业。指生产过程中化学方法占主导地位的过程工业。化学工艺（化工生产技术）：化学工艺（化工生产技术）： 指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。 化学工艺化学工艺 原料原料 化学产品化学产品 1.1概述概述 化学工艺学是根据化学、物理和其他科学的成就，来研化学工

2、艺学是根据化学、物理和其他科学的成就，来研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条件、究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产上安全技术上先进、经济上合理、生产上安全环境上无害环境上无害的化工生产工艺的学科。的化工生产工艺的学科。 生产不同的化学产品生产不同的化学产品 要采用不同的加工工艺要采用不同的加工工艺 生产相同产品但原料不同生产相同产品但原料不同1.1.1化学工艺学的研究范畴和任务化学工艺学的研究范畴和任务化学工艺学内容化学工艺学内容1)原料的选择与预处理；原料的选择与预处理；2)2)生产方法的选择及方

3、法原理；生产方法的选择及方法原理；3)3)设备（反应器、换热器等其他设备）的作用与机构、操作原理设备（反应器、换热器等其他设备）的作用与机构、操作原理和选型计算；和选型计算；4)4)催化剂的选择与使用，其他的影响；催化剂的选择与使用，其他的影响；5)5)操作条件的影响和选定；操作条件的影响和选定；6)6)流程的组织，生产控制；流程的组织，生产控制；7)7)产品规格和副产物的分离与利用；产品规格和副产物的分离与利用；8)8)能量的回收和利用；能量的回收和利用；9)9)对不同工艺路线和流程的技术经济评价等问题。对不同工艺路线和流程的技术经济评价等问题。 1.1.1化学工艺学的研究范畴和任务化学工艺

4、学的研究范畴和任务 化学工艺化学工艺个性个性研究具体过程研究具体过程从原料到产品从原料到产品化学工程化学工程共性（共同规律）共性（共同规律）单元操作单元操作工程因素工程因素（尤其是放大效应（尤其是放大效应）化学工艺与化学工程的关系：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。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，它的一个所进行的化学过程和物理过程的共同规律，它

5、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，主要任务是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是生产特别是生产放大中的效应放大中的效应问题。问题。5.化学工艺与化学工程的区别和联系化学工艺与化学工程的区别和联系 化学工艺化学工艺v个性个性v研究具体过程研究具体过程v从原料到产品从原料到产品 化学工程化学工程v共性共性v单元操作单元操作工程因素尤其是工程因素尤其是放大放大 两者相辅相承，密不可分两者相辅相承，密不可分三、化学工艺学与化学工业的关系三、化学工艺学与化学工业的关系1.化学工艺学的分类化学工艺学的分类：无机化工工艺学；有机化工：无机化工工艺学；有机化工工艺学；高分子化工工艺学；

6、酿造工艺学；水泥工工艺学；高分子化工工艺学；酿造工艺学；水泥工艺学；精细化工工艺学；生物化工工艺学等各种工艺学；精细化工工艺学；生物化工工艺学等各种工艺学艺学2.化学工艺学与化学工业关系化学工艺学与化学工业关系：化学工艺学与化学工业的发展紧密联系，两者相化学工艺学与化学工业的发展紧密联系，两者相互依存、相互促进，共同发展，化学工艺学是化互依存、相互促进，共同发展，化学工艺学是化学工业的基础学科，化学工艺学的发展可为化学学工业的基础学科，化学工艺学的发展可为化学工业的发展提供坚强的支撑；而化学工业的发展工业的发展提供坚强的支撑；而化学工业的发展又可以促进化学工艺学的提高。又可以促进化学工艺学的提

7、高。1.1.2化学工业的发展史及作用化学工业的发展史及作用发展史：发展史：1.生产生活必需品 ；2.应对战争化学工业在国民经济中的作用：化学工业在国民经济中的作用：1.发展农业的支柱 ；2.工业革命的助手；3.战胜疾病的武器；4.改善生活的手段；1.1.3 化学工业的特点和发展方向化学工业的特点和发展方向 特点：特点：（1 1）原料、生产方法和产品的多样性与复杂性）原料、生产方法和产品的多样性与复杂性（2 2）多学科合作、生产技术密集型的生产部门）多学科合作、生产技术密集型的生产部门（3 3）高耗能、高风险、高投入、高利润）高耗能、高风险、高投入、高利润（4 4）生产过程综合化、装置大型化、化

8、工产品精细化）生产过程综合化、装置大型化、化工产品精细化发展方向发展方向 产物机构的精细化和功能化产物机构的精细化和功能化 生产装置微型化和柔性化生产装置微型化和柔性化 大力发展绿色化工大力发展绿色化工 发展方向发展方向 精细化：精细化： 精细化不仅指生产小批量的化工产品，更主要的是指生精细化不仅指生产小批量的化工产品，更主要的是指生产技术含量高、附加产值高的具有优异性能或功能并能适产技术含量高、附加产值高的具有优异性能或功能并能适应快速变化的市场需求的产品。应快速变化的市场需求的产品。 现代精细化发展趋势：现代精细化发展趋势： 在环境友好、生态相容的前提下追求技术的高效、专一，在环境友好、生

9、态相容的前提下追求技术的高效、专一，同时对产品的要求是对环境、生态、使用对象作用上的高同时对产品的要求是对环境、生态、使用对象作用上的高度和谐统一。即经历着由度和谐统一。即经历着由“人和技术人和技术”概念向概念向“人与技术人与技术及生态环境及生态环境”概念转变的过程。概念转变的过程。发展方向发展方向 柔性化：柔性化： 就是装置在产量、品种上灵活多变。就是装置在产量、品种上灵活多变。 绿色化工：绿色化工： 就是用先进的化工技术和方法减少或消除对人类健康、就是用先进的化工技术和方法减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的各种物质的一种技术手段。社区安全、生态环境有害的各种物质的一种技术手段。

10、发展方向发展方向绿色化工内容：绿色化工内容： 主要包括：采用无毒、无害的原料、溶剂和催化主要包括：采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂；应用反应选择性高的工艺和催化剂；将副产物或剂；应用反应选择性高的工艺和催化剂；将副产物或废物转化为有用的物质；采用原子经济性反应，提高废物转化为有用的物质；采用原子经济性反应，提高原料中原子的利用率，实现零排放；淘汰污染环境和原料中原子的利用率，实现零排放；淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发和生态环境友好产品等。破坏生态平衡的产品，开发和生态环境友好产品等。 21 21世纪绿色化工技术将会全面取代传统化工，使世纪绿色化工技术将会全面取代传统化工，使化学工业真

11、正走上可持续发展之路。化学工业真正走上可持续发展之路。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品 化学工业原料资源化学工业原料资源 化工原料：化工原料：生产化工产品的起始物料称为化工原料生产化工产品的起始物料称为化工原料 化工原料分类：化工原料分类：主要包括基础原料和基本原料两大类。主要包括基础原料和基本原料两大类。 基础原料：基础原料：是指可以用来加工生产化工基本原料或产品的是指可以用来加工生产化工基本原料或产品的在自然界天然存在的资源。在自然界天然存在的资源。 基本原料：基本原料：指低碳原子的烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和指低碳原子的烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和合成气

12、、三酸、二碱、无机盐等。合成气、三酸、二碱、无机盐等。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品选择原料的几个原则：选择原料的几个原则：原料资源充足可靠，成本较低，易于开采和收集；原料资源充足可靠，成本较低，易于开采和收集；原料含杂质少，能用比较简易的方法加工成原料含杂质少，能用比较简易的方法加工成质量较好的产品；质量较好的产品；原料资源运输方便；原料资源运输方便；尽可能避免直接使用粮食作物或日用轻工业原料，尽可能避免直接使用粮食作物或日用轻工业原料，利用矿物质和农林业副产物或废弃物较为合适；利用矿物质和农林业副产物或废弃物较为合适；便于和其他工业配合，尽可能地进行

13、综合利用，便于和其他工业配合，尽可能地进行综合利用，充分发挥物质资源的作用。充分发挥物质资源的作用。1.2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品生物资源：生物资源： 有繁殖性，来自农、林、牧、副、渔的植物体和动物体有繁殖性，来自农、林、牧、副、渔的植物体和动物体 诸如淀粉、蛋白质、油料、脂肪、糖类、木质素和诸如淀粉、蛋白质、油料、脂肪、糖类、木质素和纤维素等化工原料，天然的颜料、染料、油漆、丝、毛、纤维素等化工原料，天然的颜料、染料、油漆、丝、毛、棉、麻、皮革和天然橡胶等产品也都取自植物和动物。棉、麻、皮革和天然橡胶等产品也都取自植物和动物。 “原料原料”慨念不仅限于自然资

14、源，经过某种化学加工得到的慨念不仅限于自然资源，经过某种化学加工得到的产品，往往是其他化学加工部门的原料。产品，往往是其他化学加工部门的原料。 1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品化学工业的主要产品化学工业的主要产品 化工产品一般指有原料经化学反应、化工单元操作化工产品一般指有原料经化学反应、化工单元操作等加工方法生产出来的新物料（品）。等加工方法生产出来的新物料（品）。按产品性质界定分类：按产品性质界定分类： 无机化工产品、基本有机化工产品、高分子化工产品、精无机化工产品、基本有机化工产品、高分子化工产品、精细化工产品及生物化工产品。细化工产品及生物化工产品

15、。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品无机化工产品：无机化工产品： 无机化工是无机化学工业的简称，是以无机化工是无机化学工业的简称，是以天然资源和工业天然资源和工业副产物副产物为原料生产硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等无机酸、纯碱、为原料生产硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等无机酸、纯碱、烧碱、合成氨、化肥以及无机盐等化工产品的工业。烧碱、合成氨、化肥以及无机盐等化工产品的工业。基本有机化工：基本有机化工： 基本有机化工是基本有机化学工业的简称，它是以煤、基本有机化工是基本有机化学工业的简称，它是以煤、石油、天然气及生物质等自然资源为基础原料，通过各种化石油、天然气及生物质等自

16、然资源为基础原料，通过各种化学加工方法制备以学加工方法制备以碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物为主的基本有机化为主的基本有机化工产品的工业。工产品的工业。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品 基本有机化工产品基本有机化工产品品种繁多，按品种繁多，按所用原料所用原料分类可以分为以分类可以分为以下下五大类五大类（1）碳一系统的主要产品：）碳一系统的主要产品： 碳一系统的产品主要包括从碳一系统的产品主要包括从甲烷和合成气甲烷和合成气出发生产的两出发生产的两大类产品。大类产品。（2）碳二系统的主要产品：）碳二系统的主要产品： 碳二系统的产品主要包括从碳二系统的产

17、品主要包括从乙烯和乙炔乙烯和乙炔出发生产的两出发生产的两大类产品。大类产品。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品 基本有机化工产品基本有机化工产品品种繁多，按品种繁多，按所用原料所用原料分类可以分为以分类可以分为以下下五大类五大类（3）碳三系统的主要产品：）碳三系统的主要产品： 碳三系统的产品主要包括从碳三系统的产品主要包括从丙烯丙烯出发生产的产品，在出发生产的产品，在基本有机化学工业中的重要性仅次于乙烯系统的产品。基本有机化学工业中的重要性仅次于乙烯系统的产品。（4）碳四系统的主要产品：）碳四系统的主要产品： 碳四烃可以从碳四烃可以从油田气、炼厂气及烃类裂油

18、田气、炼厂气及烃类裂解制乙烯副产解制乙烯副产的碳四馏分中获得，在基本有机化学工业的重要原料，其中的碳四馏分中获得，在基本有机化学工业的重要原料，其中正丁烯、已丁烯和丁二烯最重要，其次是正丁烷。正丁烯、已丁烯和丁二烯最重要，其次是正丁烷。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品 基本有机化工产品基本有机化工产品品种繁多，按品种繁多，按所用原料所用原料分类可以分为分类可以分为以下以下五大类五大类（5）芳烃系统的主要产品：）芳烃系统的主要产品： 芳烃中以笨、甲苯、二甲苯和奈最为重要。苯、甲苯和芳烃中以笨、甲苯、二甲苯和奈最为重要。苯、甲苯和二甲苯既可直接作溶剂使用，也可

19、进一步加工成各种基本有二甲苯既可直接作溶剂使用，也可进一步加工成各种基本有机化工产品。机化工产品。基本有机化工产品的用途可概括为基本有机化工产品的用途可概括为 （1）聚合反应的单体；（）聚合反应的单体；（2）作为其他有机化学工业包）作为其他有机化学工业包括精细化工产品的原料；（括精细化工产品的原料；（3）按产品所具有的性质用于某）按产品所具有的性质用于某些直接消费品，如用作溶剂、冷冻剂、防冻剂。些直接消费品，如用作溶剂、冷冻剂、防冻剂。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品高分子化工产品高分子化工产品 高分子化学工业简称高分子化工，为高分子化合物（简高分子化学工

20、业简称高分子化工，为高分子化合物（简称高分子）及以其为基础的称高分子）及以其为基础的复合或共混材料复合或共混材料的制备和成品制的制备和成品制造工业，包括塑料工业、合成橡胶工业、化学纤维工业、涂造工业，包括塑料工业、合成橡胶工业、化学纤维工业、涂料工业和胶黏剂工业。料工业和胶黏剂工业。 高分子化合物高分子化合物是由单体经过是由单体经过加聚加聚反应或反应或缩聚缩聚反应生成的反应生成的聚合物。聚合物。 按按功能功能分类，可分为通用高分子和特种高分子。分类，可分为通用高分子和特种高分子。 按按材料和产品材料和产品的用途分类，可分为塑料、合成橡胶、合的用途分类，可分为塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、胶黏

21、剂等。成纤维、涂料、胶黏剂等。1 12 2 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品精细化工产品精细化工产品 精细化工是生产精细化学品工业的通称。精细化工是当精细化工是生产精细化学品工业的通称。精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，其产品是新材料的今化学工业中最具活力的新兴领域之一，其产品是新材料的重要组成部分。重要组成部分。生物化工产品生物化工产品 生物化工产品主要是以动物、植物、微生物为原料，采生物化工产品主要是以动物、植物、微生物为原料，采用生物化学工程、物理、化学的方法加工成产品。用生物化学工程、物理、化学的方法加工成产品。12 化学工业的原料资源和主要产品化

22、学工业的原料资源和主要产品基本有机化工产品基本有机化工产品 乙烯、丙烯、丁二烯乙烯、丙烯、丁二烯 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯石油、天然气、煤石油、天然气、煤 乙炔乙炔 萘萘12 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品高分子化工产品高分子化工产品 通用高分子：通用高分子： 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 涤纶、晴纶、锦纶涤纶、晴纶、锦纶 丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶 特种高分子：特种高分子：工程塑料（硅树脂和氟树脂等）：工程塑料（硅树脂和氟树脂等）： 功能高分子（具有光电导、压电、热电、功能高分子（具有光电导、压电、热电、 磁性等）磁性等） 高分子分离膜、高分子催化剂、高分子试剂、高分子分离膜、高分子催化剂、高分子试剂、 医用高分子等医用高分子等12 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品精细化工产品精细化工产品 品种多、产量小、多数产品纯度高、附加值高、价格贵。品种多、产量小、多数产品纯度高、附加值高、价格贵。大多为有机化学品。大多为有机化学品。 根据中华人民共和国化学工业部提出的暂行分类法根据中华人民