化工工艺讲座

1、 何丽芳何丽芳 2006.8.152006.8.15l第一章第一章 前言前言l第二章第二章 化工单元操作化工单元操作l第三章第三章 各类化工工艺各类化工工艺l第四章第四章 化工可持续发展战略化工可持续发展战略l第五章第五章 “十一五十一五” ” 化工发展目标化工发展目标l化学工业化学工业: :以石化基础原材料为加工对象的延伸化工、煤化以石化基础原材料为加工对象的延伸化工、煤化工、盐化工、生物化工及精细化工等领域。工、盐化工、生物化工及精细化工等领域。l (1(1) )为工农业生产提供重要的原料保障，其质量、数量以为工农业生产提供重要的原料保障，其质量、数量以及价格上的相对稳定，对农业生产稳定与

2、发展至关重要；及价格上的相对稳定，对农业生产稳定与发展至关重要；l (2)(2)肩负着为国防生产配套高技术材料的任务，并提供常肩负着为国防生产配套高技术材料的任务，并提供常规战略物资。规战略物资。l (3)(3)化学工业在很大程度上满足农业对化肥农药的需要。化学工业在很大程度上满足农业对化肥农药的需要。l (4)(4)塑料和合成橡胶渗透到国民经济的所有部门，在材料塑料和合成橡胶渗透到国民经济的所有部门，在材料工业中已占据主导地位。工业中已占据主导地位。l (5)(5)医药合成不仅在数量上而且在品种和质量上都有了较医药合成不仅在数量上而且在品种和质量上都有了较大发展。大发展。l化学工业的发展速度

3、已显著超过国民经济的平均发展速度，化学工业的发展速度已显著超过国民经济的平均发展速度，化工产值在国民生产总值中所占的比例不断增加，化学工化工产值在国民生产总值中所占的比例不断增加，化学工业已发展成为国民经济的支柱产业。业已发展成为国民经济的支柱产业。l现代化学工业始于现代化学工业始于1818世纪的法国，随后传人英国。世纪的法国，随后传人英国。1919世纪，世纪，以煤为基础原料的有机化学工业在德国迅速发展起来。以煤为基础原料的有机化学工业在德国迅速发展起来。l现代化学工业的发展时期是在美国开始的。现代化学工业的发展时期是在美国开始的。1919世纪末世纪末2020世纪世纪初，石油的开采和大规模石油

4、炼厂的兴建为石油化学工业的发初，石油的开采和大规模石油炼厂的兴建为石油化学工业的发展和化学工程技术的产生奠定了基础。展和化学工程技术的产生奠定了基础。l2020世纪世纪2020年代石油化学工业的崛起推动各种单元操作的研究。年代石油化学工业的崛起推动各种单元操作的研究。3030年代以后，化学机械从纯机械时代进入以单元操作为基础的年代以后，化学机械从纯机械时代进入以单元操作为基础的化工机械时期。化工机械时期。l4040年代，因战争需要，三项重大开发同时在美国出现：流化床年代，因战争需要，三项重大开发同时在美国出现：流化床催化裂化制取高级航空燃料油、丁苯橡胶的乳液聚合以及制造催化裂化制取高级航空燃料

5、油、丁苯橡胶的乳液聚合以及制造首批原子弹的曼哈顿工程。首批原子弹的曼哈顿工程。 l5050年代中期提出了传递过程原理年代中期提出了传递过程原理 6060年代初，新型高效催化剂年代初，新型高效催化剂的发明，新型高级装置材料的出现，以及大型离心压缩机的研的发明，新型高级装置材料的出现，以及大型离心压缩机的研究成功，开始了化工装置大型化的进程，把化学工业推向一个究成功，开始了化工装置大型化的进程，把化学工业推向一个新的高度。此后，化学工业过程开发周期已能缩短至新的高度。此后，化学工业过程开发周期已能缩短至4 45 5年，年，放大倍数达放大倍数达5005002000020000倍。倍。l2020世纪世

6、纪7070年代后，现代化学工程技术渗入到了各个加工领域，年代后，现代化学工程技术渗入到了各个加工领域，生产技术面貌发生了显著变化。化学工业还同时面临来自能源、生产技术面貌发生了显著变化。化学工业还同时面临来自能源、原料和环保三大方面的挑战，进入一个新的更为高级的发展阶原料和环保三大方面的挑战，进入一个新的更为高级的发展阶段。段。在原料和能源供应日趋紧张的条件下，化学工业正在通过在原料和能源供应日趋紧张的条件下，化学工业正在通过技术进步尽量减少其对原料和能源的消耗；为了满足整个社会技术进步尽量减少其对原料和能源的消耗；为了满足整个社会日益增长的能源需求，化学工业正在努力提供新的技术手段，日益增长

7、的能源需求，化学工业正在努力提供新的技术手段，用化学的方法为人类提供更新更多的能源；为了自身的发展，用化学的方法为人类提供更新更多的能源；为了自身的发展，化学工业正在开辟新的原料来源，为以后的发展奠定丰富的原化学工业正在开辟新的原料来源，为以后的发展奠定丰富的原料基础；随着电子计算机的发展和应用，化学工业正在进入高料基础；随着电子计算机的发展和应用，化学工业正在进入高度自动化的阶段；一些高新技术，如激光、模拟酶的应用，正度自动化的阶段；一些高新技术，如激光、模拟酶的应用，正在使化学工业生产的效率显著提高，技术面貌发生根本性的变在使化学工业生产的效率显著提高，技术面貌发生根本性的变化；由于有了更

8、新的技术手段，化学工业对环境的污染进一步化；由于有了更新的技术手段，化学工业对环境的污染进一步得到控制，并将为改善人类的生存条件做出新的贡献。得到控制，并将为改善人类的生存条件做出新的贡献。l1利用现有的情报资料、技术数据、同类过利用现有的情报资料、技术数据、同类过程的成熟经验、小试或模试的实验结果和化学程的成熟经验、小试或模试的实验结果和化学化工知识，把化学工业过程抽象为理论模型；化工知识，把化学工业过程抽象为理论模型；l2进行工业装置的概念设计，并根据概念设进行工业装置的概念设计，并根据概念设计相似缩小为中试装置；计相似缩小为中试装置；l3比较电子计算机的数学模拟和中试结果，比较电子计算机

9、的数学模拟和中试结果，反复比较，不断修正数学模型，使其达到一定反复比较，不断修正数学模型，使其达到一定精度，用于放大设计。精度，用于放大设计。l 1 1、无机化学工业、无机化学工业（1 1）基本无机化学工业）基本无机化学工业: :无机酸（无机酸（HClHCl、HH2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3）；氨和）；氨和铵盐（合成氨、液态氨、氨水、铵盐）；氯碱（纯铵盐（合成氨、液态氨、氨水、铵盐）；氯碱（纯NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3、烧碱、烧碱NaOHNaOH、钾碱、钾碱KOH,KKOH,K2 2COCO3 3）；无机盐；工业气）；无机盐；工业气体（体（O O2 2

10、、N N2 2、H H2 2、COCO2 2）等。）等。（2 2）非金属元素及其无机化合物：卤素、）非金属元素及其无机化合物：卤素、HH、O O等等（3 3）电化学工业：电解、电镀）电化学工业：电解、电镀（4 4）金属元素的无机化学工业）金属元素的无机化学工业（5 5）电热工业、高温制品工业：高温电炉；电石（）电热工业、高温制品工业：高温电炉；电石（CaCCaC）；）；Ca(CN)Ca(CN)2 2；人造超硬度材料的生产；人造宝石、合成宝石；人造；人造超硬度材料的生产；人造宝石、合成宝石；人造石墨。石墨。（6 6）硅酸盐工业）硅酸盐工业 l2 2、有机化学工业、有机化学工业: : 有机化合物；

11、脂肪；碳环化合物、脂环化合物；有机化合物；脂肪；碳环化合物、脂环化合物；芳香化合物；杂环化合物；元素化合物；含同芳香化合物；杂环化合物；元素化合物；含同位素化合物；天然有机化合物位素化合物；天然有机化合物l 3 3、高分子化合物、高分子化合物 : :（1 1） 合成树脂与塑料合成树脂与塑料; ;（2 )2 )橡胶橡胶; ;（3)3)橡胶橡胶l 4 4、生物化工、生物化工（1 1）纤维素质的化学加工：木材、纤维素、植）纤维素质的化学加工：木材、纤维素、植物纤维水解。物纤维水解。（2 2）制药：抗菌素、激素、磺胺类等）制药：抗菌素、激素、磺胺类等（3 3）酿造：葡萄酒、啤酒等）酿造：葡萄酒、啤酒等

12、（4 4）其他：生物能源、生物材料、有机酸、氨）其他：生物能源、生物材料、有机酸、氨基酸、功能食品添加剂基酸、功能食品添加剂l 化工生产过程是由许多个化工单元操作串联化工生产过程是由许多个化工单元操作串联而成的，根据其所遵循的基本规律，而成的，根据其所遵循的基本规律， 可将单可将单元操作划分为三大类，即：元操作划分为三大类，即：l 遵循流体动力基本规律的单元操作遵循流体动力基本规律的单元操作 包括包括流体输送、沉降、过滤、固体流态化等。流体输送、沉降、过滤、固体流态化等。l 遵循传热基本规律的单元操作遵循传热基本规律的单元操作 包括加热、包括加热、 冷却、冷凝、蒸发等。冷却、冷凝、蒸发等。l

13、遵循传质基本规律的单元操作遵循传质基本规律的单元操作 包括蒸馏、包括蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等。吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等。l流体输送操作流体输送操作必须采用可为流体提高能量的输送设备，以必须采用可为流体提高能量的输送设备，以便克服输送沿程的机械能损失、提高位能、提高流体的压便克服输送沿程的机械能损失、提高位能、提高流体的压强。强。 输送液体的设备输送液体的设备 离心泵（化工生产中最常见）离心泵（化工生产中最常见） 正位移泵正位移泵( (往复式、旋转式往复式、旋转式) )） 通风机通风机 输送气体的设备输送气体的设备 鼓风机鼓风机 压缩机。则按其所产生的压强的高低压缩机。则按

14、其所产生的压强的高低工作原理工作原理: : 依靠高速旋转的叶轮，使流体在离心力的作用依靠高速旋转的叶轮，使流体在离心力的作用下获得能量提高压强，具有较高压强的流体从流体下获得能量提高压强，具有较高压强的流体从流体 输送设备的排出口进入排出管道，被输送到所需场所。输送设备的排出口进入排出管道，被输送到所需场所。 计量泵计量泵 离心风机离心风机均相：均相：物系各处均匀且无相界面，如混合气体和溶液。物系各处均匀且无相界面，如混合气体和溶液。非均相：非均相：物系内部有个开不同相的界面存在，且界面物系内部有个开不同相的界面存在，且界面 两侧的物料性质有差别两侧的物料性质有差别（如：悬浮液、乳浊液及泡沫液

15、以及含尘气体、含雾气体（如：悬浮液、乳浊液及泡沫液以及含尘气体、含雾气体等）。等）。分散相分散相：处于分散状态的物质（分散于流体中德固体颗粒、：处于分散状态的物质（分散于流体中德固体颗粒、液滴或气泡）液滴或气泡）连续相：连续相：包围着分散物质而处于连续状态的流体包围着分散物质而处于连续状态的流体（如：气态非均相物系的气体、液态非均相物系中的连续（如：气态非均相物系的气体、液态非均相物系中的连续液体）液体）该过程目的该过程目的：收集分散物质，净化分散介质，环境保护收集分散物质，净化分散介质，环境保护l在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相

16、对运动而实现分离的操作过差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。其设备有：程。其设备有： 降尘室降尘室 含尘气体进入降尘室后，因流道截面积含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过沉扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过沉降室的时间内降至室底，便可从气流中分离出降室的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。来。 沉降槽沉降槽 用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体用来提高悬浮液浓度并同时得到澄清液体的重力沉降设备。需要处理的悬浮料浆在槽内的重力沉降设备。需要处理的悬浮料浆在槽内静置足够长的时间后，增浓的沉渣由槽底排出，静置足够长的时间后，增浓的沉渣由槽底排出，清夜

17、则由槽上部排出管抽出。清夜则由槽上部排出管抽出。l离心沉降离心沉降 依靠惯性离心依靠惯性离心力的作用而实力的作用而实现的沉降过程现的沉降过程（两相密度差（两相密度差较小、颗粒粒较小、颗粒粒度较细的非均度较细的非均相物系）相物系） 得得l过滤过滤 以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截留的固体物质称为滤饼或滤渣 过滤介质过滤介质织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。粒状介质：细纱、木炭、碎石等。多

18、孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等 。 悬浮液从框右上角的通道悬浮液从框右上角的通道1（位于框内）进入滤框，固体（位于框内）进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼，颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋的板，经板面从板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，停止过滤。如果滤饼需要洗涤， 先关闭洗涤板下方的旋塞，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道洗液从洗板左上角的通道2（位于框内）进入，依次穿过（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，

19、到达非洗滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。涤板，从其下角的旋塞排出。 如果将非洗涤板编号为如果将非洗涤板编号为1、框为、框为2、洗涤板为、洗涤板为3，则板框的组合，则板框的组合方式服从方式服从1232123之规律。组装之后的过滤和之规律。组装之后的过滤和洗涤原理如图所示。洗涤原理如图所示。l传热：传热：指由于温度差引指由于温度差引 起的能量转移，其方式有起的能量转移，其方式有3 3种：传导、对流、辐射。种：传导、对流、辐射。l换热器：换热器：（按用途）（按用途）：加热、冷却、：加热、冷却、蒸蒸 发、再沸、发、再沸、 冷凝、分冷凝、分凝凝（按方法）：（按方法）：间壁式（夹套间壁

20、式（夹套式、蛇管式、喷淋式、套式、蛇管式、喷淋式、套管式）、混合式（气体冷管式）、混合式（气体冷却、蒸汽冷凝）及蓄热式却、蒸汽冷凝）及蓄热式（耐热材料），列管式（耐热材料），列管式l主要特点：主要特点：冷热两种流体间的热交换，是依靠热流体和冷热两种流体间的热交换，是依靠热流体和冷流体直接接触和混合过程实现的。冷流体直接接触和混合过程实现的。废蒸汽废蒸汽热水热水冷水冷水混合式换热器混合式换热器 空调的制冷循环、太阳能供热设备、空调的制冷循环、太阳能供热设备、热管式换热器等均属此类。热管式换热器等均属此类。 蓄热式换热器蓄热式换热器高温流体高温流体蓄热体蓄热体低温流体低温流体中间载热体式换热器中间

21、载热体式换热器此类换热过程广泛应用于核能工业、冷冻技术及工厂余热利用此类换热过程广泛应用于核能工业、冷冻技术及工厂余热利用蒸发蒸发 ：使含有不挥发：使含有不挥发溶质的溶液沸腾气化溶质的溶液沸腾气化并移出蒸汽，从而使并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高溶液中溶质浓度提高的单元操作。其中，的单元操作。其中，加热蒸汽称为生蒸汽，加热蒸汽称为生蒸汽，蒸出的蒸汽称为二次蒸出的蒸汽称为二次蒸汽。蒸汽。原理：将液体混合物部分气化，利用混合物中各组分的挥发度不 同使各组分得以分离。轻组分：沸点低的组分为易挥发组分重组分：沸点高的组分为难挥发组分馏出液：蒸出冷凝液釜残液：蒸出后剩余的混合液传质过程（分离操作）：

22、物质在相间的转移过程。其中，蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。按操作流程：间歇、连续蒸馏(主要) 按蒸馏方式：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏 （最 广泛）和特殊精馏。 按操作压强：常压、加压或减压 1 1、分类：、分类：板式塔：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。板式塔：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。填料塔：塔内充填一定高度的填料。填料塔：塔内充填一定高度的填料。2 2、塔板的作用：气液两相传质，传、塔板的作用：气液两相传质，传热的场所。热的场所。3 3、筛板塔中、筛板塔中n n层板上的操作情况层板上的操作情况 （二）精馏塔二）精馏塔鞍环填料阶梯环填料鲍尔环填料C C 简化流程简化流程由于温度较高的蒸汽与温

23、度低的由于温度较高的蒸汽与温度低的X3X3确接触，确接触，使液体部分气化，蒸汽自身被冷凝，省去使液体部分气化，蒸汽自身被冷凝，省去了中间加热器与冷凝器。了中间加热器与冷凝器。将每一中间产品返回到下一级中，不仅可以提将每一中间产品返回到下一级中，不仅可以提高产品的收率；而且是过程必不可少的条件。高产品的收率；而且是过程必不可少的条件。回流是保证精馏过程能连续稳定操作的必不可回流是保证精馏过程能连续稳定操作的必不可少的条件。少的条件。再沸器是保证再沸器是保证精馏过程连续稳定精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件操作的必不可少的条件。xFx2x1y1x3y2y3 y3(或或xD)y1冷凝冷凝器器分离器

24、分离器加热器加热器蒸汽蒸汽原料液原料液冷却水冷却水冷凝器冷凝器蒸馏釜蒸馏釜收集收集器器 1- 1-萃取精馏塔萃取精馏塔 2-2-萃取剂回收段萃取剂回收段 3-3-苯回收塔苯回收塔 4-4-冷凝器冷凝器1342苯+环己烷脱溶剂基顶产品循环糠醛补充糠醛脱溶剂基底部产品原料和苯 酒精和水 1-1-恒沸精馏塔恒沸精馏塔 2-2-苯回收塔苯回收塔 3-3-乙醇回收塔乙醇回收塔 4-4-全凝器全凝器 5-5-分层器分层器123445无水乙醇水l吸收：吸收：使混合气体与适当的液体接触，使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于该液气体中的一个或几个组分便溶解于该液体内而形成溶液，不能溶解的组

25、分则保体内而形成溶液，不能溶解的组分则保留在气相中留在气相中, ,即利用各组分溶解度不同而即利用各组分溶解度不同而实现分离气体混合物的操作。实现分离气体混合物的操作。 溶质溶质：能够溶解的组分：能够溶解的组分 溶剂溶剂：即吸收剂，用来溶解气体的液体：即吸收剂，用来溶解气体的液体 溶液溶液：即吸收液，吸收操作所得到的液：即吸收液，吸收操作所得到的液体体 吸收尾气：排出的气体吸收尾气：排出的气体l吸收操作的意义：吸收操作的意义： （1）原料气的净化。）原料气的净化。 （2）有用组分回收。）有用组分回收。 （3）制备有用溶液。）制备有用溶液。 （4）废气治理。）废气治理。2.6 2.6 吸收吸收吸收

26、塔混合气体溶液尾气吸收剂l 吸收塔平面图吸收塔平面图l萃取操作的原理萃取操作的原理l萃取：分离液体（或固体）混合物的一种单元操作，即选择萃取：分离液体（或固体）混合物的一种单元操作，即选择一种溶剂使混合物中易分离的组分溶解于其中，其余组分则一种溶剂使混合物中易分离的组分溶解于其中，其余组分则不溶或少溶而获得分离。亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。不溶或少溶而获得分离。亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。l萃取剂萃取剂: :选用的溶剂，以选用的溶剂，以S S表示；表示；l溶质溶质: :原料液中易溶于原料液中易溶于S S的组分，以的组分，以A A表示；表示；l原溶剂（或稀释剂）原溶剂（或稀释剂）: :难溶于

27、难溶于S S的组分的组分, , 以以B B表示。表示。l将一定量萃取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃将一定量萃取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间的传所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂剂S S为主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以为主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以E E表示；另一表示；另一层以原溶剂（稀释

28、剂）层以原溶剂（稀释剂）B B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以为萃余相，以R R表示。若溶剂表示。若溶剂S S和和B B为部分互溶，则萃取相中为部分互溶，则萃取相中还含有少量的还含有少量的B B，萃余相中亦含有少量的，萃余相中亦含有少量的S S。 l（1 1） 原料液中各组分间原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组的沸点非常接近，也即组分间的相对挥发度接近于分间的相对挥发度接近于1 1，若采用蒸馏方法很不，若采用蒸馏方法很不经济；经济； l（2 2） 料液在蒸馏时形成料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法恒沸物，用普通蒸馏方法不能达到所需的纯度；不能

29、达到所需的纯度；萃 取 剂 S原 料 液A +B12萃 取 相 E萃 余 相 R 图 11 1 萃 取 过 程 示 意 图1 混 合 器 ； 2 分 层 器（3 3） 原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大； （4 4） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其它变化。聚合或发生其它变化。 萃取设备萃取设备l萃取设备的工业应用实例萃取设备的工业应用实例l萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造

30、特点大体上可以分为三类：一是单萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体上可以分为三类：一是单件组合式；二是塔式；三式离心式。件组合式；二是塔式；三式离心式。 萃取设备 生产能力/m3/(m2h)理论级数或级效率或理论级当量高度典型应用混合澄清器喷淋塔填料塔筛板塔转盘塔离心萃取器变动范围大1575645363604957595he=36mhe=1.56m对HT100300mm时微30 3.412.5级润滑油工艺，核燃料加工用氨水从NaOH中萃取NaC1回收苯酚糠醛处理润滑油工艺废水中脱酚l一、混合清澄器一、混合清澄器 混合清澄器是一种组合式萃取设混合清澄器是一种组合式萃取设备，每一级均由一混

31、合器与一澄备，每一级均由一混合器与一澄清器组成清器组成l二、塔式萃取设备二、塔式萃取设备234重相1轻相重相轻相5图1116 混合澄清器1混合器；2搅拌器；3澄清器；4轻相溢出口；5重相液出口轻液出口液液相界面重液入口填料轻液入口重液出口图1115 填料萃取塔三、离心式萃取设备三、离心式萃取设备l物料的去湿方法物料的去湿方法（1 1）机械去湿）机械去湿 物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的水；大量的水； （2 2）吸附去湿）吸附去湿 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaClCaCl2 2、

32、硅胶等）、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂内；内； （3 3）供热干燥）供热干燥 工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容；干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容； (1) (1) 干燥过程的传热、传质干燥过程的传热、传质传热传质方向从气相到固体从固体到气相推动力温度差水汽分压差(2) (2) 干燥过程进行的必要条件干燥

33、过程进行的必要条件湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压； 干燥介质将汽化的水汽及时带走。干燥介质将汽化的水汽及时带走。 干燥设备干燥设备1 干燥器的分类干燥器的分类按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；一、箱式干燥器一、箱式干燥器l优点：构造简单、制造容优点：构造简单、制造容易、适应性强。易

34、、适应性强。l缺点：干燥不均匀，干燥缺点：干燥不均匀，干燥时间长，劳动强度大，操时间长，劳动强度大，操作条件差。作条件差。适用于干燥粒状、片状和适用于干燥粒状、片状和膏状物料，批量小、干燥膏状物料，批量小、干燥程度要求高、不允许粉碎程度要求高、不允许粉碎的脆性物料，以及随时需的脆性物料，以及随时需要改变风量、温度和湿度要改变风量、温度和湿度等干燥条件的情况。等干燥条件的情况。带式干燥器带式干燥器l带式干燥器是使用环带作为输送物料的干燥器。运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金属丝网居多。湿物料进口湿物料进口干燥产品干燥产品热空气热空气废气废气湿物料湿物料气流式干燥系统气流式干燥系统干燥管干

35、燥管干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器废气废气风机风机沸腾床干燥器（沸腾床干燥器（流化床干燥流化床干燥）la.单室流化床单室流化床 b.多室流化床多室流化床 喷动床干燥器喷动床干燥器干物料干物料废气废气风机风机旋风分离器旋风分离器喷动床干燥器喷动床干燥器喷雾干燥器（喷雾干燥器（spray dryerspray dryer）废废气气干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器离心式喷雾器离心式喷雾器压力式喷雾器压力式喷雾器气流式喷雾器气流式喷雾器l1 1，硫酸的工业制法，硫酸的工业制

36、法l2 2，合成氨工业，合成氨工业l3, 3, 石油和煤石油和煤 l4 4， 其他其他 硬水的软化硬水的软化 漂白粉漂白粉一、原理与装置一、原理与装置 原理原理 装置装置4FeS4FeS2 2 + 11O + 11O2 2 = 2Fe2Fe2 2OO3 3 + 8SO+ 8SO2 2 2SO2SO2 2 + O + O2 2 = 2SO2SO3 3SOSO3 3 + H + H2 2O = HO = H2 2SOSO4 4沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔二、二、 硫酸的工业生产硫酸的工业生产沸 腾 炉接 触 室吸 收 塔净化冷 却接接 触触 室室沉沉 降降 室室合成氨工业合成氨工业l原理原

37、理：N N2 2 + 3H + 3H2 2 2NH 2NH3 3 + 92.4KJ + 92.4KJl原料原料：N2 N2 的制法的制法 分离液态空气。分离液态空气。 HH2 2 的制法的制法 水煤气法。水煤气法。 C + HC + H2 2O (g) = CO + HO (g) = CO + H2 2 CO + H CO + H2 2O(g) = COO(g) = CO2 2 + H + H2 2l合成装置：氨合成塔和水冷分离器。合成装置：氨合成塔和水冷分离器。l氨的分离原理：高压下氨的沸点较高，在水冷氨的分离原理：高压下氨的沸点较高，在水冷的条件下氨就转化为液态氨而与氮气和氢气分的条件下氨

38、就转化为液态氨而与氮气和氢气分离。离。 催化剂催化剂l条件选择：条件选择：从反应速率、反应物的转化率、设从反应速率、反应物的转化率、设备的制造和动力的提供几个角度考虑备的制造和动力的提供几个角度考虑 压强压强 相对大，约相对大，约200 500 200 500 大气压大气压 温度温度 较高，较高，500500度度 催化剂催化剂 铁触媒。铁触媒。 在实际生产过程中需将氨及时分离和不断在实际生产过程中需将氨及时分离和不断向混合气体中补充氮气、氢气。向混合气体中补充氮气、氢气。22332HNNHQ高温、高压、催化剂石油和煤的综合利用石油和煤的综合利用3.3.1 3.3.1 石油的定义石油的定义l天然

39、石油：天然石油：（从地下开采出来未加工时称原油）（从地下开采出来未加工时称原油）是一种可燃性粘稠液体，多为黑褐色或暗绿色。是一种可燃性粘稠液体，多为黑褐色或暗绿色。石油是由各种烃（碳氢化合物）类（烷烃、环烷石油是由各种烃（碳氢化合物）类（烷烃、环烷烃、芳香烃等）组成的复杂混和物，含有少量硫、烃、芳香烃等）组成的复杂混和物，含有少量硫、氮 、 氧 等 有 机 化 合 物 和 微 量 金 属 。氮 、 氧 等 有 机 化 合 物 和 微 量 金 属 。 原油的理化性质因产地而异。如按密度分为轻原油的理化性质因产地而异。如按密度分为轻质原油（质原油（0.860.86和重质原油；按化学组成分为和重质原

40、油；按化学组成分为石蜡基、环烷基和中间基；按含硫量分为低硫石蜡基、环烷基和中间基；按含硫量分为低硫（0.5%0.5%、含硫和高硫（、含硫和高硫（2.0%2.0%）。）。l石油产品可分为：石油产品可分为： 石油燃料、石油燃料、 石油溶剂与石油溶剂与化工原料、化工原料、 润滑剂、石蜡、石油沥青、石润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等油焦等6 6类。类。 其中，其中， 各种燃料产量最大，各种燃料产量最大， 约占总产量的约占总产量的90%90%； 各种润滑剂品种最多，各种润滑剂品种最多， 产量约占产量约占5%5%。 各国都制定了产品标准，各国都制定了产品标准， 以适应生产和使用的需要。以适应生产和使用的需

41、要。 l 石油的分馏：石油的分馏：根据石油各成分沸点的不同把石根据石油各成分沸点的不同把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物（馏分）。每一油分成不同沸点范围的蒸馏产物（馏分）。每一种馏分仍然是多种烃的混合物。石油分馏为常、种馏分仍然是多种烃的混合物。石油分馏为常、减压联合分馏装置。产品如直馏汽油等。减压联合分馏装置。产品如直馏汽油等。l 裂化：裂化：是在一定条件下，把分子量大、沸点高是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小，沸点低的烃的过程。目的的烃断裂为分子量小，沸点低的烃的过程。目的是把重油制取类似汽油的饱和烃和不饱和烃的混是把重油制取类似汽油的饱和烃和不饱和烃的混合物。裂化有热裂化

42、和催化裂化。合物。裂化有热裂化和催化裂化。l 裂解：裂解：采用比裂化更高的温度，使具有长链分采用比裂化更高的温度，使具有长链分子的烃断裂成各种短链气态烃和少量气态烃的操子的烃断裂成各种短链气态烃和少量气态烃的操作。裂解气的主要成分有乙烯、丙烯、丁二烯等。作。裂解气的主要成分有乙烯、丙烯、丁二烯等。 煤：煤：主要含主要含C，还含有少量的，还含有少量的H、N、S、O 等元素。煤主要等元素。煤主要由有机物和无机物组成的复杂混合物。由有机物和无机物组成的复杂混合物。l 煤化工：煤化工：以煤及其有效成份为原料的深加工工业。煤变油是以煤及其有效成份为原料的深加工工业。煤变油是以煤炭为原料，通过化学加工过程

43、，生产油品和石油化工产品。以煤炭为原料，通过化学加工过程，生产油品和石油化工产品。根据化学加工过程的不同路线，煤制油可分为间接液化和直接根据化学加工过程的不同路线，煤制油可分为间接液化和直接液化两大类。间接液化是先把煤炭在高温下气化成合成气，然液化两大类。间接液化是先把煤炭在高温下气化成合成气，然后再在催化剂的作用下合成为液体油品或石化产品；直接液化后再在催化剂的作用下合成为液体油品或石化产品；直接液化是把煤炭先磨成煤粉与溶剂配成油煤浆，然后在高温、高压和是把煤炭先磨成煤粉与溶剂配成油煤浆，然后在高温、高压和催化剂的作用下直接转化成液体油品。催化剂的作用下直接转化成液体油品。 l 煤的干馏：煤

44、的干馏：是把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，其产品是把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，其产品有焦碳、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。煤焦油经分馏后可得苯、有焦碳、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。煤焦油经分馏后可得苯、甲苯等方香族化合物。焦炉气的成分主要是甲苯等方香族化合物。焦炉气的成分主要是H2、CH4，还含，还含有有CO、CO2、CH2=CH2等。以它们为原料，又可分别衍生等。以它们为原料，又可分别衍生出若干化工产品，广泛应用于塑料、农药、医药、染料、冶金出若干化工产品，广泛应用于塑料、农药、医药、染料、冶金辅料、化工原料等。辅料、化工原料等。l硬水：硬水：含含CaCa2+2+、MgMg2+2+较多的水

45、，即较多的水，即CaCa2+2+、 MgMg2+2+的浓度达的浓度达 一定的数值。一定的数值。l分类分类 暂时硬度：阴离子为暂时硬度：阴离子为HCOHCO3 3- - 永久硬度：阴离子为永久硬度：阴离子为SOSO4 4- -、ClCl- -、NONO3 3- -l硬水的软化：药剂法，离子交换法。硬水的软化：药剂法，离子交换法。l离子交换法：离子交换剂为磺化煤离子交换法：离子交换剂为磺化煤CaCa2 +2 + (Mg (Mg2+2+)+ 2NaR = 2Na)+ 2NaR = 2Na+ + + Ca + Ca2+2+(Mg(Mg2+2+)R)R2 2l磺化煤再生：磺化煤再生：Ca RCa R2

46、2 + 2Na + 2Na+ + = Ca = Ca2+2+ + 2NaR + 2NaR l水垢的成分：水垢的成分：Ca(OH)Ca(OH)2 2、Mg(OH)Mg(OH)2 2漂白粉漂白粉l制取：制取：2Ca(OH)2Ca(OH)2 2 + 2Cl + 2Cl2 2 =Ca(ClO) =Ca(ClO)2 2 + CaCl + CaCl2 2 + + 2H2H2 2OOl原料：消石灰和氯气。原料：消石灰和氯气。l成分：成分：CaClCaCl2 2、Ca(ClO)Ca(ClO)2 2l有效成分：有效成分：Ca(ClO)Ca(ClO)2 2l使用：使用：Ca(ClO)Ca(ClO)2 2 + CO

47、 + CO2 2 + H + H2 2O = CaCOO = CaCO3 3 + + 2HClO2HClOl 2HClO = 2HCl + O 2HClO = 2HCl + O2 2 进入进入2020世纪后，化学工业迅速发展，环境污染和重大世纪后，化学工业迅速发展，环境污染和重大工业事故相继发生。工业事故相继发生。 （1 1）19301930年年1212月比利时月比利时 “ “马斯河谷事件马斯河谷事件”。 （2 2）19481948年年1010月美国宾夕法尼亚州的月美国宾夕法尼亚州的多诺拉烟雾事件多诺拉烟雾事件。 （3 3）19521952年年1111月月 “ “伦敦烟雾事件伦敦烟雾事件”。

48、（4 4）19611961年年9 9月月1414日日“氯气外泄事件氯气外泄事件”。 （5 5）日本九州南部）日本九州南部“水俉事件水俉事件” （6 6）日本富山神通川）日本富山神通川“富山事件富山事件” （7 7） 四日事件四日事件 （8 8） 米糠油事件米糠油事件等等4.1 化工与环境问题化工与环境问题 1960 1960年到年到19771977年的年的1818年中，美国和西欧发生重大火灾和年中，美国和西欧发生重大火灾和爆炸事故爆炸事故360360余起，死伤余起，死伤19791979人，损失数十亿美元。我国化人，损失数十亿美元。我国化学工业事故也频繁发生，从学工业事故也频繁发生，从19501

49、950年到年到19991999年的年的5050年中，发年中，发生各类伤亡事故生各类伤亡事故2342523425起，死伤起，死伤2571425714人，其中因火灾和爆人，其中因火灾和爆炸事故死伤炸事故死伤40434043人。人。 许许多多的环境问题，危及了人类的生存，破环这人类赖许许多多的环境问题，危及了人类的生存，破环这人类赖以生存的环境，使人类蒙受了重大损失。以生存的环境，使人类蒙受了重大损失。 在环保成为当今世界的一大主题的今天，化工生产过程的在环保成为当今世界的一大主题的今天，化工生产过程的环境问题引起了人们的极大关注，所以，实行可持续发展战环境问题引起了人们的极大关注，所以，实行可持续

50、发展战略也就成了世界的一大课题。略也就成了世界的一大课题。 目前，高耗能、高污染仍然是制约我国化学工业发展的目前，高耗能、高污染仍然是制约我国化学工业发展的“瓶瓶颈颈”，发展循环经济、建立节约型工业是当前我国化学工业，发展循环经济、建立节约型工业是当前我国化学工业的重点任务之一。的重点任务之一。 l绿色化工：绿色化工：（1）、工业排放为零，或者污染极小（2）、反应物和生成物对人类健康和环境无毒或毒性很小；（3）、使用可再生资源（4）、可回收利用资源的再生产绿色化工工业案例：绿色化工工业案例： （1）、）、Du Pont和 Genecor International等合作建成由玉米生产1，3丙二

51、醇(PDO)装置，成本比化学法低15 （2）、生物柴油的制造：植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得 棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等l 目前，欧共体、德国、法国、哥本哈根、里斯本、美国生产和 使用着生物柴油l5.15.1中国化学工业未来发展要点中国化学工业未来发展要点 l(1)(1)化肥。化肥。发展高浓度化肥，包括发展高浓度化肥，包括DAP,NPKDAP,NPK复合肥等复合肥等DAPDAP，NPKNPK复合肥等。改造一批中型化肥企业向西靠近，复合肥等。改造一批中型化肥企业向西靠近， 有天然气有天然气或硫、磷资源的地方建设大型化肥装置。支持国外企业投资中或硫、磷资源的地方建设大型化

52、肥装置。支持国外企业投资中国建设高浓度化肥厂。国建设高浓度化肥厂。l(2)(2)乙烯。乙烯。力争到力争到20052005年将乙烯产能提高到年将乙烯产能提高到900900104t104t，乙烯，乙烯的自足率由的自足率由43%43%提高到提高到6O%6O%左右，中国政府鼓励中外合资建左右，中国政府鼓励中外合资建设大型乙烯装置。对现有乙烯装置将通过扩产使之优化产品结设大型乙烯装置。对现有乙烯装置将通过扩产使之优化产品结构，对乙烯原料也将进一步优化以提高收率降低成本。构，对乙烯原料也将进一步优化以提高收率降低成本。l(3)(3)合成材料合成材料。提高高性能树脂的比例，提高通用树脂中高附。提高高性能树脂

53、的比例，提高通用树脂中高附加值、高档次专用树脂比例，大力发展环氧树脂、不泡和聚酯加值、高档次专用树脂比例，大力发展环氧树脂、不泡和聚酯树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚甲醛树脂等短缺产品。树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚甲醛树脂等短缺产品。l(4)(4)有机原料。有机原料。淘汰陈旧落后的老工艺，促进有机原料淘汰陈旧落后的老工艺，促进有机原料向石油化工技术路线转移的同时，也重视现代煤化工向石油化工技术路线转移的同时，也重视现代煤化工技术对有机化学工业的贡献，如采用水煤浆气化制合技术对有机化学工业的贡献，如采用水煤浆气化制合成气大规模生产甲醇、甲醇低压羰基化生产醋酸。重成气大规模生产甲醇、甲醇低压羰

54、基化生产醋酸。重视生物工程法利用可再生资源大规模生产酒精，视生物工程法利用可再生资源大规模生产酒精，l l，3 3一丙二醇等。一丙二醇等。l(5)(5)精细化工。精细化工。加快精细化工产品发展，提高化工的精加快精细化工产品发展，提高化工的精细化率。涂料工业在解决高档涂料所用的关键原料的细化率。涂料工业在解决高档涂料所用的关键原料的同时，大力发展节能、环保型和耐久性涂料。染料重同时，大力发展节能、环保型和耐久性涂料。染料重点发展符合国际纺织品环保法规要求的分散、活性、点发展符合国际纺织品环保法规要求的分散、活性、酸性、直接等染料及有害颜料代用品。酸性、直接等染料及有害颜料代用品。 l1新催化技术

55、。新催化技术。重点发展炼油催化技术、精细化工催化技术、重点发展炼油催化技术、精细化工催化技术、合成氨工业催化技术、碳合成氨工业催化技术、碳-化工催化技术、高分子聚合物催化化工催化技术、高分子聚合物催化技术、纳米催化技术、生物催化技术、光催化技术以及催化新技术、纳米催化技术、生物催化技术、光催化技术以及催化新材料等。材料等。l2新分离技术。新分离技术。 重点是开发石油炼制、石油化工、大宗有机重点是开发石油炼制、石油化工、大宗有机化工产品生产过程的精馏技术；酯化、酯交换、皂化、胺化、化工产品生产过程的精馏技术；酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、烃化、卤化、乙酰化和硝化等过程的催化精馏水解、异

56、构化、烃化、卤化、乙酰化和硝化等过程的催化精馏技术；工业气体净化分离、化工废水处理的膜分离技术；热敏技术；工业气体净化分离、化工废水处理的膜分离技术；热敏性化工产品分离的分子蒸馏技术；精细化工生产过程的超重力性化工产品分离的分子蒸馏技术；精细化工生产过程的超重力技术；无机盐、化肥、纯碱生产的高效结晶技术等。技术；无机盐、化肥、纯碱生产的高效结晶技术等。l3生物化工技术。生物化工技术。重点是研究生物反应器、高效生物分离技重点是研究生物反应器、高效生物分离技术与设备、生物反应与分离耦联技术，扩大生物催化剂的来源，术与设备、生物反应与分离耦联技术，扩大生物催化剂的来源，扩大酶原等。重点开发的产品有：生物能源、生物材料、有机扩大酶原等。重点开发的产品有：生物能源、生物材料、有机酸、氨基酸、功能食品添加剂等。酸、氨基酸、功能食品添加剂等。l4自动控制与信息技术。自动控制与信息技术。具体内容为：计算机控制、具体内容为：计算机控制、故障诊断、仿真技术；计算机分子设计技术；计算故障诊断、仿真技术；计算机分子设计技术；计算机人工智能技术；发展化工行业的电子商务，开展机人工智能技术；发展化工行业的电子商务，开展国内外电子商务网络活动等。国内外电子商务网络活动等。l5纳米技术。纳