工业化学课件第章绪论

工业化学主讲人：张为1.1化学工业2化学工业,又称化学加工工业,广义地说,是指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业,也即原料经化学反应转化为产品的生产过程。化学工业的分类方法较多,例如按原料资源可分为煤炭化学工业、石油化学工业、农副产品化学工业等,按产品吨位可分为基本化学工业、精细化学工业等,按产品用途又可分为肥料、染料、医药、涂料、合成洗涤剂、食品、农药、试剂、助剂、合成纤维、塑料、橡胶等。习惯上,一般将化学工业分为无机化学工业和有机化学工业。

1绪论1.1.1无机化学工业3(1)无机酸工业:硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、硼酸等;

(2)氯碱工业:烧碱、氯气、漂白粉、纯碱;

(3)化肥工业:氮肥、磷肥、钾肥、复合肥料、微量元素;

(4)无机精细化工:无机盐、试剂、助剂、添加剂等。

1.1.2有机化学工业4(1)石油炼制工业:汽油、煤油、柴油、润滑油;

(2)石油化学工业:有机原料(有机酸、酯、醚、酮、醛等)、合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶;

(3)有机精细化工:染料、农药、医药、涂料、颜料、香料、试剂、表面活性剂、化学助剂、感光材料、催化剂等;

(4)食品工业:饮料、生物化学制品;

(5)油脂工业:油脂、肥皂、硬化油。

1.2化学工业的发展史518世纪中叶,英国发生工业革命,机器的出现促进了纺织工业、纺织物的漂白与染色技术的改进18世纪40年代,英国第一个用铅室法从硫磺和硝石中制造硫酸1841年开始了磷肥生产。1870年后兴起了制钾工业19世纪初叶,随着炼铁工业的发展和城市对煤气及工业燃料的要求,促进了炼焦工业和煤气工业的发展20世纪40年代,瑞士P·H·米勒发明第一个有机氯农药滴滴涕之后,又开发了一系列有机氯、有机磷杀虫剂,植物性荷尔蒙等1854年,西利曼建立了原油分馏装置20世纪30年代,建立了高分子化学体系,高分子材料的化学工业得到迅速发展

1.3化工原料及产品61.3.1原料

(1)空气空气是工业用氮气、氧气及惰性气体的来源(2)水水是最便宜和最丰富的溶剂,广泛应用于洗涤、冷却介质及锅炉给水,也可以作为制取氢气的原料(3)矿物资源矿物包括煤、石油、天然气及无机化学矿(4)生物原料粮食、农产废料及林业中木材加工副产物,可用于生产有机产品,如粮食发酵生产乙醇、丙酮、丁醇、柠檬酸等

1.3.2产品7化工企业使化工原料经过单元过程和单元操作而制得的可作为生产资料和生活资料的成品,都是化工产品。但是习惯上往往把不再供生产其他化学品的成品,如化学肥料、农药、塑料、合成纤维、合成橡胶等称为化工产品。而把再生产其他化学品的成品,如酸、碱、盐等无机产品和烃类、中间体等有机成品称为化工原料。因此,有些成品,在不同场合,根据使用的目的,称为化工原料或化工产品。在生产目的产品中,有时先得到某阶段产物,常称为半成品或中间体。在生产主要产品的同时,也生产次要的但有一定价值的产品,称为副产品。

1.4化工过程分析81.4.1工艺过程的选择与确定

1.4.1.1化工过程

化学生产过程是将原料物经过化学反应转变为产品的工艺过程原料处理为了使原料达到符合进行化学反应所要求的状态和规格,通常根据具体情况,对原料进行预处理,如净化、提浓、混合、粉碎(对固体原料)等化学反应这是生产的关键步骤。经过预处理的原料,在一定温度、压力及催化剂等条件下进行反应,以达到所要求的反应转化率和收率产品精制将由化学反应得到的混合物进行分离,除去副产物或杂质,以获得符合组成规格的产品

9化工生产过程主要分为:

(1)与化学变化有关的操作,称为单元过程;

(2)与物理变化有关的操作,称为单元操作。

单元操作约在1910年提出,以后逐渐发展成为化学工程学科,并由此应用完备的数学方法对化工厂进行设计计算。单元过程是1930年由P·H·Grog-gins提出的,这一新概念虽然并不像单元操作那样有用,也未能简化成为以数学方法来进行处理,但在广泛研究或学习各种类型的化学过程的基础上,对设计一个新的工艺过程还是十分有用的。

101.4.1.2过程选择

在生产某一化工产品时,可能存在着不同的原料路线及化学加工方法。如氯乙烯生产,可采用乙炔路线,也可采用乙烯路线。而乙烯路线中,也有几种工艺流程。因此,工程师首先应对已有的或新开发的工艺路线进行选择,以能进行工业生产。

在工艺过程选择中,必须符合技术上可行性和经济上合理性的要求。

111)技术上的可行性

对一个新开发的工艺路线,技术可行性尤为重要。因为从实验室开发研究到实现工业化,需要包括一系列的环节,如化学反应工程研究、化学工程研究、工艺过程与装置、机械设备材料、调节控制等同时应指出,当第一套生产装置设计、投产之后,并不意味着过程开发的结束,还必须根据工业装置上获得的数据,核对设计模型,并修改原设计,进一步考虑生产装置的最优化方案,这样才能使今后建立的装置达到最优化设计和最优控制。

因此技术上的可行性体现了在工业装置运行的可靠性,并且通过一阶段运行后可以达到预定设计的指标。明确这一点对从事工程项目的技术人员是十分重要的。

122)经济上的合理性经营工厂的费用称为生产成本,常以每单位质量产品的成本来表示,例如元/吨。生产成本主要包括原材料费(包括费)、动力费、工资、设备折旧费、维修费等。各种费用在成本中所占的比例,因生产规模、生产方式、技术水平、管理水平而异。

对大多数化工过程来说,原料价格是生产成本中最重要的部分,因此,最希望工艺过程能使用便宜的原料,并能有效地将原料转变为产品,这就不仅希望过程的产率高,还要尽可能避免使用在产品中不存在的物料。为了使所选的过程符合要求,通常对生产过程进行技术经济指标的评价,然后再进行工艺过程、化学工程和设备设计,最后安装投产。

13在建立生产装置之前,除了要符合国家指令性文件和国家总体布局外,工艺过程的选择尤为重要.工程技术人员主要应了解的内容有:

(1)生产装置规模及工艺过程的先进性;

(2)原材料来源及产品质量;

(3)装置设计所需的化学工程数据;

(4)技术经济指标(以吨产品计的水、电、蒸汽、煤等消耗量);

(5)三废排放量及治理方法;

(6)腐蚀及设备材质选择;

(7)反应所需的主要催化剂及其来源;

(8)投资费用。

然后在此基础上,对照装置建设单位的条件,确定工艺过程,并请设计单位进行设计。

1.4.2工艺流程图14原料经化学加工制取产品的过程,是由单元过程和单元操作组合而成的。工艺流程就是按物料加工的先后顺序将这些单元表达出来。如果以方框来表达各单元,则称为流程框图;如果以设备外形或简示图形表达的流程图则称为工艺流程图。一般书中主要以这两种图形表达。以简明反映化工产品生产过程中的主要加工步骤,了解各单元设备的作用,物流方向及能量供给情况。而工厂生产装置的流程图需表明物料流动量,副产物及三废排放量,需供给或移出的能量,工艺操作条件,测量及控制仪表,自动控制方法等。

1.4.3生产过程的主要指标151）生产能力化工装置在单位时间内生产的产品量或在单位时间内处理的原料量,称为生产能力。化工装置在最佳条件下可以达到的最大生产能力称为设计能力。2）转化率

转化率是原料中某一反应物转化掉的量(摩尔)与初始反应物的量(摩尔)的比值,它是化学反应进行程度的一种标志。

16工业若生产倾中有塔单程捷转化诉率和避总转卧化率,其表踏达式驶为:简化兆后可颂写为:以数漏学式腹表达蹦：式中nA惑O—原料姓中某窗反应胸物的胳初始柴量(摩尔);晋nA侮—反应腿后某吨反应翼物的扭量(摩尔)。173)选择败性竿选择尘性表舰示实绕际所编得的盏产物探量与萍按反虑应的丹原料猪计算纪的理娘论产漠物量滚之比,也即业有一担些原晴料被鼓副反负应消马耗掉鸣了。用数套学式舌可写兵为:184)收率以上激工业日上通阔常称宽为单龟程收亲率。街对于尝可逆虑反应,部分健未反敞应的中物料缺循环恨返回本反应吗器进陈行反猴应,故其汇总收迁率为1.做5现代设化学渔工业督的特碎点和籍发展怠方向191.栋5.制1现代蓄化学逐工业历的特杆点企业柏大型澡化矮在化塔工过胆程的湿经济状分析剪中,生产沫规模阀是一循个影常响较泡大的夏因素,也就恭是说,对大练部分窑化工磁过程,单位蹄年生烂产能肯力的奔投资螺及生昂产成嫩本,随着晨生产河规模浓的增意加而闷减小(在某裤一极叔限的钢规模贪范内)。生纯产规膊模的雁大型歌化,使生遭产装丢置也感大型顶化,设备采型式锹也发彻生变币化。高度被机械妄化、瞧自动侧化连集续生与产扑大型课化工际厂的咐机械吹化和咱自动衬化程猾度高,通常耕采用磁计算奸机控侧制进每行操挖作,一般旷投入呀的体慕力劳厨动人低员较热少。粉因此页要求盯参加候操作锅的工伐人具登有较敬高的腰技术律水平枕。同秘时还土要在片设计弊和生经产中腔达到赶最佳椅化。203)综合介利用谅化工坚原料斩石巷油资阵料的批综合否利用奇是一板个典扮型例董子,石油炎本身贿可作遭为燃砌料,经炼遮油厂法加工维后又语可得妖到各设种用繁途的极油品,进一脆步深沸度加弓工,还可宁得到最石油闭化工挡的基辆本原型料乙中烯、拥丙烯尚、芳福烃等,从而俯可合绢成塑僚料、脾纤维勤、橡路胶等约各种翠产品鞭。4)三废谋治理虽在汪化工稻生产群中产子生大召量的填废气负、废坝水、候废渣,这些帮物质喇不少熔是有杏害的,不仅脂污染耗环境,影响冒人民垃健康,也危禁害了盘生态述平衡纱。错为了息保护净环境,造福泻人类,应严洲格控炎制三俩废的室排放梁量。词我国滋已制嫁订了树环境煮保护奴法,规定旺凡新择建的闷工厂燥都必奇须达兆到三碌废治笨理的障标准撒。215)节能颗世均界上伴由于岩工业孟发展,资源类及能雅源的拣需求刷日益煎增长,因此,1某97深3年原推油价压格猛滥涨之慨后,各国贵都致伯力于驳节能瞒方法注的研韵究,如提茎高产吨品收凡率,改变偏工艺上路线,采用伏新的遍催化连剂体辣系,改换枕原料悼以及且副产帜品的抱充分夏利用少等方排面,尽可旁能节塌省能乘源,提高瓶经济迁效益蓝。除陪此之勾外,在产左品的扇规格呀、输颠送及挎包装杏合理萍等管小理方呜面也捎进行际了努附力。1.毁5.豆2化学俯工业鹿的发喜展方松向221)大力缠发展至绿色类过程葡技术坐我亲国化弟学加阀工技虏术水踩平与断发达丧国家配相比,还有和较大伯差距,化学抄加工株工业战中资节源浪垫费较烈多,环境颂影响绣严重起。例藏如液隔体燃股料中四有毒陆有害消物质爷的含呜量明原显高斯于发送达国砌家标热准的类允许母值;以煤样作为拘一次轮能源矛及生瓜产化测学品庄的原粪料,污染使十分侵严重;资源员的有斑效利笔用率蜻低;大量升低品支位资华源未陪加利浊用等灭。近刚年来,发达供国家裕正在泥大力讽发展芳绿色话过程严技术,以实欢现化晌学加子工技解术的形更新让换代近。因拖此,我国睡也将叫开