化学工程与工艺-第1章 绪论

化学工艺学

ChemicalTechnology

化学工程与工艺专业1.1化学工程与化学工艺1.2化学工业的发展历史及其作用1.3现代化学工业特点和发展方向1.4化学工业的原料和主要产品1.5化学工艺的共性知识第一章绪论1.1化学工程与化学工艺化学工业ChemicalIndustry化学工艺化学工程ChemicalChemicalTechnologyEngineering1.1化学工程与化学工艺化学工艺个性研究具体过程从原料到产品化学工程共性单元操作工程因素尤其是放大两者相辅相成，密不可分1.1.1什么是化学工艺学?

化学工艺也称化工生产技术或化工技术，系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。化学工艺学是根据化学、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、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产上安全的化工生产工艺的学科。1.1.2化学工艺学的研究范畴原料的选择和预处理；生产方法的选择及方法原理；设备(反应器和其他)的作用、结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料（杂质）的影响；操作条件（温度、压力等）的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用；对不同工艺路线和流程的技术经济评比等。1.1.3什么是化学工程学化学过程是指物质发生化学变化的反应过程。物理过程系指物质不经化学反应而发生的组成、性质、状态、能量变化过程。化学过程往往和物理过程同时发生。所有这些过程，都可通过化学工程的研究，认识和解释其规律性，并使之应用于生产过程和装置的开发、设计、操作，以达到优化和提高效率的目的。1.1.3什么是化学工程学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工程学科。其他过程工业：石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、食品工业、造纸工业等。它们从石油、煤、天然气、盐、石灰石、其他矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料出发，借助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质和状态，使之成为多种价值较高的产品。1.1.3什么是化学工程学工业生产的共同特点：生产规模扩大和经济效益提高的重要途径：装置的放大，以节省投资，降低消耗，减少占地,节约人力。1.1.3什么是化学工程学在大装置上所能达到的某些指标，通常低于小型试验结果，原因是随着装置的放大，物料的流动、传热、传质等物理过程的因素和条件发生了变化。这种起源于放大过程的效应，长期以来被笼统地称作“放大效应”，它包含了很多已查明或未查明的物理因素（或称工程因素）的影响。1.1.4化学工程学的研究内容单元操作：流体输送、换热、蒸馏、吸收、蒸发、萃取、结晶、干燥等。化学反应工程：化学反应是化工生产的核心部分，它决定着产品的收率，对生产成本有着重要影响。传递过程：动量传递、热量传递和质量传递。着重研究上述三种传递的速率及相互关系，连贯起一些本质类同但表现形式各异的现象。化工热力学：研究传递过程的方向和极限，提供过程分析和设计所需的有关基础数据。化工系统工程：化工过程中，各个过程单元相互影响，相互制约，因此很有必要将化工过程看作一个综合系统，并建立起整体优化的概念。1.1.5化学工程与化学工艺的关系化学生产过程一般可概括为三个主要步骤：①原料处理。②化学反应。③产品精制。

以上每一步都需在特定的设备中，在一定的操作条件下完成所要求的化学的和物理的转变。化学工程与工艺核心课程基本框架化学工程和化学工艺密不可分，它们相配合，可解决化工过程中的各种问题。1.2化学工业的发展历史及其作用

1.2.1化学工业的发展史制陶、酿造、冶炼制碱、制酸、煤化学、合成氨石油化工高分子化工：合成材料新兴的化学工业1.2化学工业的发展历史及其作用

1.2.1化学工业的发展史18世纪前：作坊式手工工艺，例如酿造、玻璃、冶金和染色等工业。18世纪初：铅室法制硫酸，到了19世纪中，原料由硫黄改为黄铁矿，并建立了盖·吕萨克塔，改革了原料的经济利用以及硫酸应用范围的不断扩展，因而使生产量急剧增加。由于两方面相互促进的结果，而使硫酸工业发展成为化学工业的心脏，强而有力地影响着整个化学工业的发展。19世纪中叶，硝酸开始工业化，19世纪后期，以纯碱为中心而发展起来的大规模生产开始。从中生产出了重要副产品盐酸。随着制碱法的不断发展，其它如盐酸、芒硝、氯、漂白粉、碳酸氢钠和氢氧化钠等工业生产也逐渐随着发展起来。1.2化学工业的发展历史及其作用

1.2.1化学工业的发展史煤干馏工业是从19世纪初期开始的。最初是为了照明。后从煤焦油中制出了苯，又从苯中衍生出来苯胺染料和其它的芳香族化合物；还发现了煤焦油是氨的丰富原料。1913年，世界上第一个合成氨厂建立，有力的促进了无机和有机化工的发展20世纪40年代，管式炉裂解烃开发成功。60年代后，石油化工突飞猛进的发展。20世纪50年代后，三大合成材料（合成塑料、合成橡胶、合成纤维）工业开始发展。1.2化学工业的发展历史及其作用

1.2.2化学工业的重要作用人类的生存离不开化学工业，粮食的增产需要化肥和农药，人们的健康需要药物。人类的日常生活（衣、食、住、行）离不开化学工业。化工是二次能源的主要供应者，也是未来能源的开拓者。国防、军工、航天离不开化工。高新技术的发展离不开化工。化工是国民经济的支柱产业2010中国企业100强名单(1-100)名次企业名称营业收入（万元）1中国石油化工集团公司1391951963中国石油天然气集团公司12182780915中国中化集团公司2430285119中国海洋石油总公司2095783123宝钢集团有限公司1953074825中国华能集团公司1777402954中国化工集团公司1080345960河南煤业化工集团有限责任公司1040952764中国航空油料集团公司936998472陕西延长石油（集团）有限责任公司80686601.3现代化学工业特点和发展方向

1.3.1现代化学工业特点原料、方法和产品多样性与复杂性大型化、综合化、精细化率提高多学科、生产技术密集型的生产部门能量合理利用，节能工艺和方法资金密集，投资回收速度快，利润高安全与环境保护（化工生产中易燃、易爆、有毒是现代化工企业首要解决的问题）1.3现代化学工业特点和发展方向

1.3.2现代化学发展方向高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的周期，加快产品更新和升级的速度最充分、最彻底地利用原料大力发展绿色化工化工过程要高效、节能和智能化实施废弃物再生利用工程1.4化学工业的原料和主要产品化学工业产品有很多:化学原料、化学肥料、三大合成材料、染料、香料、涂料、感光材料、橡胶材料、新型材料、医药、农药、炸药、各种试剂、助剂、日用化学品等等.通常化学工业可分为无机化学工业和有机化学工业即无机化工和有机化工.一、无机化工基本无机化工三酸、两碱、合成氨、化学肥料精细无机化工各种试剂、药剂、日化品、稀有元素等电化学工业氯碱工业、湿法电冶金、电石生产等硅酸盐工业玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等矿物涂料和颜料的生产硫酸、硝酸、盐酸1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用A、无机化学矿：(1)盐矿;(2)硫矿;(3)磷矿；(4)钾盐矿；(5)铝土矿；(6)硼矿；(7)锰矿；(8)钛矿；(9)锌矿；(10)钡矿；(11)天然沸石；(12)硅藻土、膨润土。此外，还有铬铁矿；赤铁矿；黄铜矿；方铅矿；镍黄铁矿；辉钼矿；天青石；铌铁矿等，是冶炼各种金属的原料。1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用A、无机化学矿：其中磷矿和硫铁矿是化学矿山产量最大的两个产品。磷矿是生产磷肥、磷酸、单质磷、磷化物和磷酸盐的原料。硫铁矿用于制硫酸，世界上硫酸总产量的一半以上用于生产磷肥和氮肥。合成塑料、合成橡胶、合成纤维二、有机化工基本有机化工

三烯三苯一炔一萘;甲醇、甲醛、乙烯系、丙烯系和芳香烃产品等精细有机化工各种试剂、药剂、香料和杀虫剂、染料工业和各种中间体(医药、农药、颜料)等高分子化学工业三大合成、成膜材料等的生产燃料化学工业石油、天然气、煤的化学加工等食品工业糖、油脂、饮料、生化产品等其它造纸、制革、橡胶等的加工乙烯、丙烯、丁二烯苯、甲苯、二甲苯1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用B、石油：1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用C、天然气：1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用D、煤：1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用E、生物资源：农、林、牧、副、渔业的产品及其废弃物(壳、芯、秆、糠、渣)等生物质通过化学或生物化学方法可以转变为基础化学品或中间产品，例如葡萄糖、乳酸、柠檬酸、乙醇、丙酮、高级脂肪酸(月桂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、肉豆蔻酸)等。其中比较重要的有糠醛的生产、乙醇的生产、丙二醇的生产等1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用F、再生资源：工农业和生活废料在原则上都可以回收处理、加工成有用的产品，这些再生资源的利用不仅可以节约自然资源，而且是治理污染、保护环境的有效措施之一。废塑料重新炼制成液体燃料含碳的废料也可通过部分氧化法转化为小分子气体化合物，然后再加工利用。1.4化学工业的原料和主要产品

1.4.1化学工业的原料资源及加工利用G、空气和水：空气中的O2和N2是重要化工原料；从空气中提取的高纯度氩、氦、氖、氪等气体，广泛应用于高精尖科技领域。水在化工中应用更普遍,可作为原料、溶剂、冷热载体等。化工生产基本原料简介石油、煤、天然气、农林副产品，各种矿物质。世界能源消耗量：石油40%、煤27%、天然气23%、核能7%、水3%。2004年世界石油产量前五位：俄罗斯、沙特、美国、伊朗、中国。中国石油产量1.75亿吨，探明储量25亿吨，探明天然气储量1.51亿吨。2004年中国煤炭产量19.8亿吨,居世界第一位。1.5化学工艺的共性知识

1.5.1化工过程的主要效率指标生产能力系指一个设备、一套装置或一个工厂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。生产强度为设备的单位特征几何量的生产能力。即设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力。用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置的优劣。设备中进行的过程速率高，其生产强度就