化工工艺学第一章绪论

化工工艺学第一章绪论一、化工工艺学的特点

化工工艺学相对于其他专业课程来说，有其特殊性：（1）应用性很强（2）综合性强（3）灵活性强（4）内容广而杂二、课程定位与课程目标《化工工艺学》是化学工程与工艺专业本科生的专业必修课。课程的目的是通过学习，培养学生应用学过的基础理论解决工程实际问题的能力，要求了解当今化学工业概貌及其发展方向；掌握化工过程的基本原理，典型工艺过程的方法、原理、流程及工艺条件；了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。

课程的任务是使学生从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论，介绍典型工艺的生产方法与工艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能降耗分析。为今后的工作打下坚实的基础。课程的重点放在分析和讨论生产工艺中反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等。同时，对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及废物处理作一定的论述。二、课程定位与课程目标参考书三、参考书四、课程主要内容《化工工艺学》课程内容主要由三大单元板块构成：无机化工单元、石油化工单元和煤化工单元。

无机化工单元以合成氨生产工艺为例讲授从原料气制取、一氧化碳变换、原料气净化和氨合成等工序的生产原理及工艺安排。

石油化工单元主要讲授烃类蒸气裂解制烯烃的工艺、石油化工中的催化氧化工艺、催化加氢工艺、催化脱氢与氧化脱氢工艺。

煤化工单元主要讲授煤的热分解、干馏、气化及液化。四、课程主要内容通过该课程的学习要求学生能掌握这些有代表性的化工过程的化学原理、过程热力学特征、动力学特征、催化剂应用、工艺设计要求与工程考虑，使学生对基本化学工业典型过程的共性和特性有深入的了解，并具有综合应用大学前二年所学知识对工业化实际化工过程进行分析的能力。五、课程学习的特点及要求1、快，不可能在课堂上掌握所有知识。2、注重自学。3、注重获取知识的能力培养，掌握获取知识的方法比获取知识更重要，但必要的知识积累也是比不可少的。4、特别注意综合运用所学知识，分析、解决实际问题的能力的培养。第一章绪论1.1化工工艺学的定义和范畴1、什么是化工一般地说，化工是“化学工程”或“化学工业”的简称。在学科上，化学工程简称为化工；在习惯上，化学工业简称为化工。化学工程：研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门学科。

化学工业：利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的工业部门。1.1化工工艺学的定义和范畴例如：（1）矿石冶炼成金属(如铜、铁、锌、铝等)或非金属(如硅等)——冶金工业。（2）动物的皮用化学反应使蛋白质固定——制革工业。（3）植物的纤维改变其“形态”——造纸工业。（4）酿酒、制药这些通常又不称为化学工业。（5）把石油这种混合物，利用精馏的方法(这是一个物理方法或物理化学方法)把它的各个组分分离出来，通常是“石油化工”的一个范畴。（6）将煤炭经化学方法转换为气体、液体和固体燃料和化学品——煤化工。如果把把化学学工业业定义义为利利用化化学反反应和和化学学工程程的方方法，，改变变物质质结构构、成成分、、形态态而生生产化化学产产品的的工业业部门门，那那范围围就更更宽广广。因因此，，我们们只能能根据据历史史上形形成化化学工工业的的概念念和人人们的的习惯惯来大大体界界定它它的范范畴。。我们这这里讲讲的化化工，，是当当代化化学工工业的的说法法。1.1化化工工工艺学的的定义和和范畴2．什么是工艺艺学（1）工艺：利用生生产工具具对各种种原材料料、半成成品进行行加工或或处理，，使之成成为产品品的方法法。（2）工艺学：根据技技术上先先进，经经济上合合理的原原则，研研究各种种原材料料、半成成品、成成品的加加工方法法和过程程的学科科称为工工艺学。。1.1化化工工工艺学的的定义和和范畴3、什么么是化工工工艺学学化工工艺艺学是研究由由化工原料料加工成化化工产品品的化工工生产过过程的一一门科学学，内容容包括生产方法法、原理理、流程程和设备备。1.1化化工工工艺学的的定义和和范畴1.2由由原料料到化工工产品1、化工工原料用做化工工生产的的原料，，称为化化工原料料，可以以是自然资源源，也可以以是化工生产产的阶段段产品。例如：（1）由由食盐生生产纯碱碱、烧碱碱、氯气气和盐酸酸。（2）由由硫铁矿矿生产硫硫酸。（3）由由煤或焦焦炭生产产合成氨氨、硝酸酸、乙烯烯和芳烃烃。（4）由由石油和和天然气气生产低低级烯烃烃、芳烃烃、乙炔炔、甲醇醇和合成成气。1.2由由原料料到化工工产品1.2由由原料料到化工工产品化工原料料有机原料料：无机原料料：包括石油油、天然然气、煤煤和生物物质。包括空气气、水、、盐、无无机非金金属矿物物和金属属矿物。。基本有机机化工产产品基本无机机化工产产品1、化工工原料基础化工工原料：：如硫酸、、盐酸、、硝酸、、烧碱、、纯碱、、合成氨氨、工业业气体等等无机物物，乙烯烯、丙烯烯、苯、、二甲苯苯等有机机物，经经各种反反应途径径可衍生生出成千千上万种种无机或或有机化化工产品品、高分分子化工工产品和和精细化化工产品品。一般化工工原料：：由基础化化工原料料制得的的结构简简单的小小分子化化工产品品称为一一般化工工原料。。如各种种无机盐盐和无机机化学肥肥料，各各种有机机酸及其其盐类、、醇、醛醛、酮和和酯等。。用途：①①直接作作为商品品出售。。②作为原原料继续续参与化化学反应应2、化工工产品（1）基基本无机机化工产产品最重要的的基本无无机化工工产品可可用空气气、焦炭炭（或者者其他的的含碳产产品）、、水、石石灰、岩岩盐、磷磷石灰、、硫和黄黄铁矿等等原料制制取。无机原料料与基本本无机化化工产品品之间的的关系如图1-1所示。1.2由由原料料到化工工产品空气空分O2N2HNO3NH3H2气化焦炭等水石灰石煅烧CO2CaONa2CO3NaCl电解NaOHCl2磷石灰分解磷酸盐Fe2O3SO2硫黄铁矿钢煅烧H2SO4无机化工工的重要要原料（2）基基本有机机化工产产品①由石油、、天然气气、煤加加工时生生成的副副产物所所得的化化工产品品。②基本有机机化工原原料深加加工产品品。1.2由由原料料到化工工产品由石油、、天然气气、煤加加工副产产物所得得化工产产品乙烯与丙烯共共聚乙丙橡胶胶电缆、电电线材料料氧化乙醛缩合醋酸辛醇、季季戊四醇醇2-羟基基丁醛丁醇酯化丁酯溶剂、增塑剂溶剂药物、酯酯类、醋醋酸乙烯烯纤维（（维尼龙龙）增塑剂齐聚、水水合高碳直链链醇（C11～～C18）合成洗涤涤剂水合乙醇酯化乙酸乙酯酯、其它它酯类溶剂及合合成原料料加氢脱水水丁二烯合成橡胶胶氢甲酰化化丙醛丙酸还原正丙醇溶剂丙烯聚合聚丙烯合成纤维维、塑料料氨氧化合成纤维维、ABS树脂脂、AS树脂、、丁腈橡橡胶丙烯酰胺胺絮凝剂、、水增稠稠剂、纸纸张处理理剂丙烯腈与乙烯共共聚乙丙橡胶胶次氯酸化化氯丙醇环氧丙烷烷丙二醇聚酯塑料料聚氨酯塑塑料、表表面活性性剂过氧化物物环氧化化环氧丙烷烷、苯乙乙烯或异异丁烯高温氯化化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇醇聚酯甘油医药、炸炸药环氧氯丙丙烷水解环氧树脂脂丁二烯与苯乙烯烯共聚丁苯橡胶胶与丙烯腈腈共聚丁腈橡胶胶聚合顺丁橡胶胶与苯乙烯烯、丙烯烯腈共聚聚ABS塑塑料氯化2-氯丁丁二烯氯丁橡胶胶与顺酐反反应四氢邻苯苯二甲酸酸酐与HCN反应己二腈己二胺尼龙66三聚环化化1，5，，9-环环十二碳碳三烯十二碳内内酰胺（（尼龙12的单单体）香料、增增塑剂、、阻燃剂剂、聚酯酯原料乙酰氧基基化、加加氢、水水解1，4-丁二醇醇聚酯树脂脂异丁烯与异戊二二烯共聚聚丁基橡胶胶氧化甲基丙烯烯酸甲基丙烯烯酸酯有机玻璃璃与甲醛反反应异戊二烯烯异戊橡胶胶水合叔丁醇香料原料料、溶剂剂、医药药中间体体、与甲醇反反应甲基叔丁丁基醚（（MTBE）（（汽油添添加剂））聚合聚异丁烯烯粘合剂、、密封胶胶苯加乙烯烷烷基化乙苯脱氢苯乙烯加丙烯烷烷基化异丙苯苯酚酚醛树脂脂、苯胺胺、壬基基酚等丙酮双酚A聚碳酸酯酯、环氧氧树脂加十二烯烯十二烷基基苯合成洗涤涤剂加氢环己烷己内酰胺胺聚酰胺纤纤维氯化氯苯染料中间间体、医医药氧化顺丁烯二二酸酐四氢呋喃喃、1，，4-丁丁二醇医药、聚聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲甲烷二异异氰酸酯酯、橡胶胶助剂、、染料、、医药、、农药聚氨酯纤纤维乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇醇酸树脂脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸乙烯烯合成纤维维、涂料料、粘合合剂加甲醛1，4-丁炔二二醇1，4-丁二醇醇四氢呋喃喃、γ-丁内酯酯、聚酯酯树脂二聚乙烯基乙乙炔粘合剂加氢丁二烯加HCl2-氯丁丁二烯氯丁橡胶胶氯化三氯乙烯烯、四氯氯乙烯溶剂加HF氟乙烯聚合聚氟乙烯烯合成气(CO+H2)补N2和变换N2-H2合成氨、尿素素等改良的F-T合合成汽油、煤煤油、柴柴油等液液体燃料料合成甲醇羰基合成成醋酸氧化甲醛酚醛树脂脂、合成成原料与异丁烯烯合成甲基叔丁丁基醚（（MTBE）与CO合合成甲酸甲酯酯甲酸加CO、、O2草酸二甲甲酯乙二醇草酸同系化乙醇脱水乙烯合成二甲醚转化转化C2-C4烯烃汽油柴油机燃燃料1.3化化工原原料的变变迁与化化学工业业发展趋趋势一、化学学工业的的发展简简史1、古代代化学工工业18世纪纪以前，，化工生生产均为为作坊式式手工工工艺。例如，早早期的制制陶、酿酿造、冶冶炼等。。2、近代代化学工工业（1）纯纯碱工业业路布兰制制碱法2NaCl+2H2SO4=Na2SO4+2HClNa2SO4+4C=Na2S+4CONa2S+CaCO3=Na2CO3+CaS索尔维制制碱法（（氨碱法法）NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4ClNaHCO3=Na2CO3+H2O+CO21.3化化工原料的的变迁与化化学工业发发展趋势（2）硫酸酸工业①铅室法制制硫酸18世纪中中叶，有人人用硫磺和和硝石燃烧烧，置于铅铅制容器中中用水吸收收生产的气气体，就得得到硫酸。。②接触法制制硫酸19世纪中中叶，用铂铂作催化剂剂，使SO2氧化为SO3。20世纪初初，以V2O5为主要成分分的混合催催化剂，逐逐步实现了了“接触法法”制硫酸酸工业。1.3化化工原料的的变迁与化化学工业发发展趋势（3）电解解食盐水工工业（氯碱碱工业）19世纪中中期，开发发了水泥的的隔膜式电电解槽，产产生了Cl2和NaOH。（4）煤化化工1888年年，法国的的莫桑和美美国的威尔尔逊用焦炭炭和石灰电电炉制取电电石，继而而得到乙炔炔。古代和近代代化学工业业是以改变变天然产物物为特征，，而现代化化学工业则则以合成产产品为标志志。1.3化化工原料的的变迁与化化学工业发发展趋势3、现代化化学工业的的发展根据原料的的变迁，现现代化学工工业可简单单地划分为为两个阶段段：（1）19世纪末到到20世纪纪50年代代，经煤焦焦油和电石石乙炔，以煤为原料料进一步生产产有机化学学品的时代代。（2）20世纪50年代开始始的以石油和天天然气为原原料合成有机化化学品的新新时期。1.3化化工原料的的变迁与化化学工业发发展趋势1.4化化工工工工艺艺学学的的研研究究方方法法化工工工工艺艺学学的的研究究方方法法有有两两种种，，或或称称两两个个层层次次：（1））从从个个别别到到一一般般也就就是是说说，，我我们