化工工艺学复习要点

1、化学工艺学的任务:化工工艺要精细化和个性化，必 须根据用户要求、资源、设备、技术和管理等条件， 开发最经济、最有效的心的化工工艺，以及对生产控 制更高和更精细的要求。现代化学工业的特点（1）原料路线、生产方法和产品品种的多方案性与复 杂性:用同一种原料可以制造多种不同的化工产品；同 一种产品可采用不同原料、不同方法和工艺路线来生 产；同一种原料可以通过不同生产方法和技术路线生 产同一种产品；一种产品可以有不同的用途，而不同 的产品又可能有相同用途。（2）生产过程综合化、装置规模大型化、化工产品精 细化:生产过程的综合化既可以使资源和能源得到充分 合理的利用，就地将副产物和“废料”转化成有用产品

2、， 做到没有废物排放或排放最少；又可以表现为不同化 工厂的联合及其与其他产业部门的有机联合。装置规 模增大，其单位容积、单位时间的产出率随之显著增 大，有利于降低产品成本和能量综合利用。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应 快速变化的市场需求的产品（3）技术和资金密集，经济效益好:高度自动化和机械 化的现代化学工业，正朝着智能化方向发展。化学工 业是技术和资金密集型行业，它需要高水平、有创造 性和开拓能力的多种学科不同专业的技术专家，以及 受过良好教育及训练、懂得生产技术的操作和管理人 员。化学工业的产值是国民经济总产值指标的

3、重要组 成部分。第二章化工原料及加工原油进行预处理的原因和方法（P13）原因：从地底油层中开采出来的石油都伴有水，这些 水中都溶解有无机盐，如NaCl、MgCl2、CaCl2等，并 以乳化状态存在于原油中，很难分离，给原油运输、 贮存、加工和产品质量都会带来危害。原油含水过多 会造成蒸馏塔操作不稳定，严重时甚至造成冲塔事故， 含水多增加了热能消耗，增大了冷却器的负荷和冷却 水的消耗量。原油中的盐类一般溶解在水中，这些盐 类的存在对加工过程危害很大。主要表现在：1、在换 热器、加热炉中，随着水的蒸发，盐类沉积在管壁上 形成盐垢，降低传热效率，增大流动压降，严重时甚 至会堵塞管路导致停工。2、造成

4、设备腐蚀。3、原油 中的盐类在蒸馏时，大多残留在渣油和重馏分中，将 会影响石油产品的质量。方法：（1）加热沉降法Tf , 粘度I，水受重力下沉。（2）化学处理法加破乳剂破 化乳化（3）高压电场法原油常减压蒸馏及二次加工的方法常减压蒸馅：常压分馅:塔内压力接近大气压力的分馏 方法，处理沸点350oC的石油产品，可以得到石油气、 汽油、挥发油、煤油、柴油等。减压分馅法：处理沸 点350oC的重质馏分，塔内压力低于大气压力一般只 有400010000Pa，甚至低于1333Pa，也称真空分馏. 依据压力降低，沸点降低的原理来处理沸点高于350oC 以上的重质馏分提高轻质产品的收得率。可提炼常压 下沸点

5、为350500oC的粗柴油和轻质润滑油等 二次加工：催化裂化(以重质馏分油为原料，在催化 剂作用下于0.1-0.3MPa和450-530度进行裂化的过 程。)催化重整(在催化剂作用下，将60130C的直 馏汽油进行碳链骨架的结构调整发生脱轻芳构化反应 可得到高辛烷值汽油和芳烃。直馏汽油f芳香烃、高 辛烷值汽油、h2、液化气。)催化加氢、热裂化(是指 将烃类加热到750-900度使其发生裂解的过程。主要目 的是为了得到乙烯和苯烯。)延迟焦化、减粘裂化煤化工的利用途径煤的壬馏：将煤隔绝空气加热，随着温度的升高， 煤中的有机物开始分解，以气相的形式从煤中挥 发出来，残留的不挥发物质就是焦或半焦。煤的

6、气化:煤、焦或半焦，在高温常压或加压下， 与水蒸汽、空气或它们的混合气反应转化为CO、 H2等可燃性汽体的过程称为煤的气化。气化 -CO、h2-合成氨、甲醇、烯炷。煤的气化， 是获得合成气的重要途径。煤气应用：冶金、发 电、城市合成气煤的液化:煤的高温加氢，称为煤的液化。加氢、 热解、脱灰 液化-石油组份-汽、煤、柴，化 工原料煤的电石化：生产电石乙炔化工C +CaO CaC2(+H2O) f C2H2第三章化工基础知识化工原料及选择原则根据物质来源分，有无机原料和有机原料两大类。前 者主要有空气、水和化学矿物；后者主要是煤、石油、 天然气和生物物质。无机化工原料：空气经液化和精馏为化工生产提

7、供 氧气和氮气。氧气与诸多化工原料反应生成含氧产 品；氮气既可作为原料，也可用于洗涤、分离气体 混合物。水主要用做原料、溶剂、冷却剂、蒸汽(热 源或动力)。化学矿物有制硫酸的黄铁矿和硫，制 磷酸盐的磷灰石等。有机化工原料a.煤煤焦油、焦碳、苯、焦炉气(CH4)、硫等。b.天然气 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。c.石油 油品、炼厂气、裂解、重整。d.农 林作物 油料、药用、纤维作物、橡胶、染料等。原料选择原则：在选择原料路线和技术路线时，应全 面权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。要考 虑原料的来源、种类，路线是否可行，技术上是否合 理，分析原料的经济性。化工生产过程由几个步骤构成(1)原料预处理

8、 主要目的是使初始原料达到反应所 需要的状态和规格。(2 )化学反应通过该步骤完成由原料到产物的转 变，是化工生产过程的核心。(3)产品的分离利精制目的是获取符合规格的产品； 并回收、利用副产物。化工生产中具有共性的过程与操作单元三传一反”：动量传递、热量传递、质量传递和化学 反应工程化工单元操作：流体流动过程:包括流体输送、过滤、 固体流态化等。传热过程:包括热传导、蒸发、冷凝等。 传质过程:即物质的传递，包括气体吸收、蒸馏、萃取、 吸附、王燥等。热力过程:即温度和压力变化的过程， 包括液化、冷冻等。机械过程:包括固体输送、粉碎、 筛分等。化工过程的主要效率指标的有关计算例1乙烷脱氢生产乙烯

9、时，原料乙烷处理量 8000kg/h，产物中乙烷为4 000kg/h，获得产物乙烯为 3 2 00kg/h，求乙烷转化率、乙烯的选择性及收率。解：乙烷转化率=(8000-4000) /8000*100%=50% 乙烯的选择性=(3200*30/28) /4000*100%=85.7%乙烯的收率=50%*85.7%*100%=42.9%例2丙烷脱氢生产丙烯时，原料丙烷处理量为 3000kg/h，丙烷单程转化率为70%，丙烯选择性为96%， 求丙烯产量。解：丙烯产量=3000*70%*96%*42/44=1924.4(kg/h)催化剂的作用，特征，失活的原因与再生的方法作用：(1)提高反应速率和选

10、择性；(2)改进操作条件;催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工 技术；(4)催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要 作用。特征：(1)催化剂是参与了反应的，但反应终 了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化；(2) 催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速用)，但 不能改变平衡；(3)催化剂具有明显的选择性失活原因 主要有：络合催化剂：超温；生物催化剂：过热、化 学物质和杂菌的污染、PH值失调等均；固体催化剂： 超温过热，使催化剂表面发生烧结，晶型转变或物 相转变；原料气中混有毒物杂质，使催化剂中毒； 有污垢覆盖催化剂表面。再生的方法：蒸汽再生法、 化学方法有关化学热力学和动力学的有关

11、实际应用 第四章 硫酸生产原理：SO 的生成 S+O =SO 4FeS+11O =2Fe O+8SGO222222 32SG2的氧化 SG2+1/2G2=SG3SG3与水结合nSG3+H2G=H2SG4+(n-1)SG3工艺流程：原料及预处理、焙烧、净化、转化、吸收、 三废处理硫酸生产中的三废处理方法污水处理：原理：用石灰或电石渣中和法CaG+H2G=Ca(GH)2Ca(GH)2+H2SG4=CaSG4 ；+2IiGCa(GH)2+2HF=CaF2+2H2G硒的提取3)尾气处理主要 反应：s o2+2nh3+h2o=(nh4)2so3 s O+(NHJSO+HO=2NHHSOQ423243(N

12、H4)2SO3+SO3+H2O=2NH4HSO3+(NH4)2SO4第五章纯碱和烧碱氨碱法生产纯碱的原理，工艺流程 化学原理：石灰石煅烧 CaCO3 = CaO + CO2CaO +H2O =Ca(OH) 2碳酸化NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 INAmQ+NadgmQ+NAd煅烧和氨的回收 2NaHCO3=NaCO3+CO2T+H2OT Ca(OH)2+NH4Cl=CaCl2 +H2O工艺流程：CO2气和石灰乳的制备。煅烧石灰石制得石灰和 二氧化碳，石灰消化而得石灰乳。盐水的制备、精制及氨化，制得氨盐水。氨盐水的碳酸化制重碱。来自石灰石煅烧及重碱 煅烧的CO2,经压缩、冷却送至碳化塔

13、。重碱的过滤及洗涤(即碳化所得晶浆的液固分 离)。重碱煅烧制得纯碱成品及CO2匕。母液中氨的烝馏回收。氨碱法与联碱法优缺点比较氨碱法优点：原料易于取得且价廉，生产过程中的 氨可循环利用，损失较少；能够大规模连续生产，易 于机械化，自动化；可得到较高质量的纯碱产品。氨碱法缺点：是原料利用率低，造成大量废液废渣 排出，严重污染环境；碳化后母液中含有大量的氯化 铵，需加入石灰乳使之分解，然后蒸馏以回收氨，这 样就必须设置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，从而 造成流程长，设备庞大和能量上的浪费。联合制碱法优点：原料利用率高；不需石灰石及焦 碳，降低了很多成本；纯碱部分不需要蒸氨塔、石灰 窖、化灰机等笨重

14、设备，缩短了流程，建长投资花费 减少；无大量废液、废渣排出，可在内地建厂。电解法和离子膜法生产烧碱的原理电解食盐水生产烧碱的原理NaCl = Na +CI -H2O=H+OH通入直流电后，离子们被迫按一定的方向游动， 阳离子在阴极获得电子变成原子，或进而结合成为分 子；阴离子在阳极给出电子，同样变成原子，并结合 成分子。这些分子如属气体，则从电解槽中逸出。水银法原理 2NaCl+2Hg=Cl2 +2Na(Hg) 2Na(Hg) +2H2O=2NaOH+H2 f+2Hg离子膜法：电解槽的阴极室和阳极室用阳离子交换膜 隔开，精制盐水进入阳极室，纯水加入阴极室。通电 时H2O在阴极表面放电生成氢气，

15、Na+离子通过离子 膜由阳极室迁移到阴极室与OH-结合成NaOH； Cl- 离子则在阳极表面放电生成氯气。经电解后的淡盐水 随氯气一起离开阳极室。4 .生产纯碱和烧碱的安全生产技术分析主要危险危害因素有中毒、火灾和爆炸、灼伤、触电、 噪声、高处坠落和机械伤害等。氯气是一种具有窒息性的毒性很强的气体，其对人体 的危害主要是通过呼吸道和皮肤粘膜对人的上呼吸道 及呼吸系统和皮下层发生毒害作用。在整个生产装置 中最可能发生氯气泄漏的地方是离子膜电解及湿氯气 水封处，如果设备、管道等密闭性不好，氯气管道、 阀门、法兰等也可能因腐蚀或安装等方面的原因，造 成氯气的泄漏，引起中毒。氢气是易燃易爆物质，此 外

16、如果氯气及氢气的配比不当或出现其他异常情况， 空气或氧气与氢气相混合达到爆炸极限，均可能发生 火灾爆炸。在离子膜电解装置中存在着大量的盐酸、 烧碱及浓硫酸，由于它们都具有强腐蚀性，一旦发生 泄漏，可能造成化学性灼伤。安全对策：一、防毒对策措施（1）工艺参数选择：注意工艺参数的选择及量的控制， 在满足生产条件的前提下，尽可能选择低温、低压操 作条件，减小氯气的泄漏等。（2）设备材质选择。（3） 报警及安全联锁装置。（4）隔离体设置。（5）加强个 体防护：除防护眼镜、手套、洗眼淋浴器等一般防护 外，还应设有专用的防毒面具；对关键操作应强制操 作人员使用防护设备。（6）监测及事故处理系统设置： 监测

17、设备的振动、腐蚀，也是避免造成意外泄漏的有 效方法。所有贮有氯气的容器能泄压到事故碱洗塔系 统。泄料控制应自动或遥控执行。（7）加强安全管理 措施。二、防火防爆对策措施（1）严格遵循标准：在设计和建设时，应该严格按照 有关规范标准设置安全消防防护措施。（2）集散控制系统（DCS）：工程设计采用可靠的集 散控制系统（D CS），实现生产过程的正常操作、开停 车操作以及生产过程数据采集、信息处理和生产管理 的集中控制。（3）多启动消防设施：考虑到该项目的火灾危险性， 建议消防泵应能自动连续顺次地启动，同时也可从控 制室遥控启动，以便在事故情况下快速启动消防水系 统。（4）其他方面措施：在满足工艺流

18、程顺捷，功能分区 明确等生产特点和总平面布置图要求的同时，也须满 足安全间距、照明采光、通风、日晒等防火、防爆、 卫生及设备检修等要求。第六章 合成氨合成氨生产原理，工艺流程，工艺过程条件分析（热 力学和动力学）热力学:0.5N2 + 1.5H2=NH3 AH%98= - 46.22 kJ - mol-1是体积缩小的可逆放热反应.低温、高压操 作有利于氨的生成。压力和温度的影响（温度越低， 压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量越高），氢 氮比的影响：当温度、压力及惰性组分含量一定时， 使yNH3为最大的条件为R=3。惰性气体的影响：惰性 组分的存在，降低了氢、氮气的有效分压，会使平衡 氨含量

19、降低。动力学：氨合成为气固相催化反应，它 的宏观动力学过程包括以下几个步骤：a.混合气体向 催化剂表面扩散（外，内扩散过程）；b.氢,氮气在催化剂 表面被吸附，吸附的氮和氢发生反应，生成的氨从催 化剂表面解吸（表面反应过程）；c.氨从催化剂表面向 气体主流体扩散（内，外扩散过程）。氨合成工艺条件的 优化：压力：提高压力利于提高氨的平衡浓度，也 利于总反应速率的增加。高压法动力消耗大，对设备 材料和加工制造要求高。30MPa左右是氨合成的适宜压 力。从节省能源的观点出发，合成氨的压强应为15 20 MPa的压力。温度：温度过高，会使催化剂过早 失活。塔内温度应 维持在催化剂的活性温 度范围 （4

20、00520C）内。空间速度（简称空速），是指单位 时间内通过单位体积催化剂的气体体积（标准状态下 的体积），采用中压法合成氨，空间速度为20 000 30 000 h-1较适宜。氢氮比：动力学指出，氮的活 性吸附是控制阶段，适当增加原料气中氮含量利于提 高反应速率。为达到高的出口氨浓度、生产稳定的目 的，循环气氢氮比略低于3（取2.8-2.9），新鲜原料 气中的氢氮比取3： 1。惰性气体含量以增产为主要 目标，惰气含量约10%14%，若以降低原料成本为主， 约为16%20%。催化剂的粒径：在反应初期粒径小， 反应后期粒径大。热裂解的定义及反应类型定义：将石油烃原料经高温作用，使烃类分子发生断

21、裂键或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃，烷 烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。反应类型：脱氢、断链、异构化、叠合，焦化炷类热裂解的工业应用一次反应：由烃类裂解生成乙烯和丙烯的反应。（有利） 二次反应：乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、二烯烃、 芳烃直至生成焦或碳的反应。（不利）热裂解生产乙烯的工艺过程分析1、裂解温度的影响：裂解反应是强吸热反应，需要在 高温下进行。Tf对一次反应有利，故乙烯收率f， 焦量I; T f，故 f， f，焦量f，乙烯 量f。故高温裂解时，必须减少停留时间以减少焦的 生成。2、停留时间的影响：定义：物料从反应开始到 达某一转化率时，在反应器中经历的时间。始T f

22、，乙 烯f;然后T f，乙烯I。因此关键是控制T，减少 二次反应。3、炷分压和稀释剂的影响：烃分压：烃裂 解：分子数f，V体f。因此P I，乙烯f。对二次反 应：摩尔数I，V体I。因此PI，生焦量I。工业上： 在常压下操作，真空下易进入空气发生爆炸。加 入稀释剂，P烃I，从而乙烯量f。稀释剂的影响：PI，V体f，生焦量I，有利炉管传热，保护炉管寿 命。第七章催化加氢与脱氢催化加氢在石化工业中的应用（一）合成有机产品：1.苯制环己烷2.苯酚制环己醇一氧化碳催化加氢4.丙酮制异丙醇5.羧酸或酯 制高级伯醇6.己二月青合成己二胺7.硝基苯制苯胺 8.杂环化合物加氢9.甲苯加氢制苯（二）加氢精制一 工

23、业应用：1.乙烯丙烯（精制）2.裂解汽油加氢精 制芳烃3.精制氢气：原料H2中含有CO、CO2，易 使cat中毒，故需先加氢再脱水干燥。4.精制芳烃： 焦炉气中粗苯中含有硫化物，加氢除之。加氢反应类型：不饱和键加氢（双键，三键），芳 环加氢（制备环己烷），含氧化物加氢（脱除氧）， 含氮化物加氢（脱除氮），氢解（加氢分解）合成甲醇的工艺条件分析CO加氢合成甲醇原理：主：CO+2H2 CH3OH （g） +Q副：CO2+3H2 CH3OH （g） +H2O （g） 2CO+4H2-（CH） 2O+H2OCO+3H2 CH4+H2O 4CO+8H2 C4H9OH+3H2O CO2+H2 CO+H2O

24、催化剂：二元系（Zn-Cr）：机械强度好，耐热性好， 使用寿命长， 用于高压法合成甲醇。三元系（Cu-Zn-Cr）：活性高，低温性能良好，副产物量少， 易中毒，寿命为1-2年，用于中低压法合成甲醇。反应条件：1）温度：温度升高对反应不利，且不同活性催化剂最 适宜反应温度不同。注意：为延长催化剂寿命，开始易用较低温度，过 一定时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度 升高，反应程度也相应高。因反应放热，反应热应 及时移出，否则副反应增加，催化剂易溶解，活性降 低。故，严格控制温度，及时有效地移走反应热是合 成塔设计、操作之关键。2）压力：加压有利于反应。但压力过大，会使能耗增 加，设备材质要求提高。3）H2与CO比：CO过量能引起羰基铁在催化剂上积 聚，使催化剂失活，故 常用氢气过量的反应。工业上， 用Zn-Cr2O3催化剂时，H2与CO比为4.