化工工藝學-第一章-緒論

聊城大學2013級化工工藝學講義化工工藝學姜松聊城大學化學化工學院Tel-mail：jiangsong006@163.com課程介紹最終成績=考勤＋作業(yè)期末考試成績＋20%80%附：①考勤10分②作業(yè)10分各部分成績的最終解釋權歸教師所有?！痘すに噷W》是化學工程與工藝專業(yè)本科生的專業(yè)必修課章節(jié)教學內容學時分配理論教學考核權重第一章緒論24%第二章化工原料及其初步加工612%第三章無機化工單元工藝1227%第四章石油化工單元工藝1630%第五章煤化工單元工藝1227%總計48100%課程內容重點

第三章→第五章典型化工工藝單元第二章化工原料及其初步加工第一章緒論引導基礎鋪墊

章節(jié)的前后聯(lián)系課程內容課程重點內容:無機化工單元石油化工單元煤化工單元無機化工單元以合成氨生產(chǎn)工藝為例講授原料氣制取、原料氣凈化和氨合成等工序的生產(chǎn)原理及工藝安排。石油化工單元主要講授烴類蒸氣裂解制烯烴、芳烴轉化、催化氧化、催化脫氫與脫氫、羰基化工藝等。煤化工單元主要講授煤的熱分解、干餾、氣化及液化。課程內容原全國化工部九大設計院課程重點：①分析和討論生產(chǎn)工藝中反應、分離部分的工藝原理、影響因素、確定工藝條件的依據(jù)、反應設備的結構特點、流程的組織等。②了解工藝路線、流程的經(jīng)濟技術指標、能量回收利用、副產(chǎn)物的回收利用及廢物處理等問題。課程要求：①熟悉熱力學、反應器理論、分離技術等基礎概念；②了解精餾、吸收、傳熱等單元操作的基本原理及設備。課程目的：培養(yǎng)學生應用化工基礎理論解決工程實際問題的能力，了解當今化學工業(yè)的概貌及其發(fā)展方向；掌握化工過程的基本原理，典型工藝過程的方法、原理、流程及工藝條件；了解化工生產(chǎn)中的設備材質、安全生產(chǎn)、三廢治理等問題。課程任務：從化工生產(chǎn)工藝角度出發(fā)，運用化工過程基本原理，闡明化工工藝的基本概念和基本理論，介紹典型工藝的生產(chǎn)方法與工藝原理、典型流程與關鍵設備、工藝條件與節(jié)能降耗分析。課程定位與課程目標參考書1由原料到化工產(chǎn)品2化工原料的變遷與化學工業(yè)發(fā)展趨勢3化工工藝學的研究方法第一章緒論“化工”

—兩個概念化學工業(yè)(ChemicalIndustry)泛指生產(chǎn)過程中化學方法占主要地位的制造工業(yè)?；すに?ChemicalTechnology)即化工生產(chǎn)技術，系指將原料物質主要經(jīng)過化學反應轉化為產(chǎn)品的方法和過程，包括實現(xiàn)這種轉變的全部化學的和物理的措施。由原料到化工產(chǎn)品不同工藝路線和流程的技術經(jīng)濟評價等能量的回收和利用產(chǎn)品規(guī)格和副產(chǎn)物的分離與利用生產(chǎn)方法的選擇及方法原理流程組織和生產(chǎn)控制操作條件的影響和選定其他物料的影響催化劑的選擇和使用設備的選擇、結構和操作原料的選擇和預處理原料反應產(chǎn)品評價化工工藝學的研究范疇化工原料自然資源化工生產(chǎn)的初級產(chǎn)品無機化工原料[a.空氣經(jīng)液化和精餾為化工生產(chǎn)提供氧氣和氮氣。氧氣與諸多化工原料反應生成含氧產(chǎn)品;氮氣既可作為原料，也可用于洗滌、分離氣體混合物。b.水主要用做原料、溶劑、冷卻劑、蒸汽(熱源或動力)。c.化學礦物有制硫酸的黃鐵礦和硫，制磷酸鹽的磷灰石等。]有機化工原料[a.煤:煤焦油、焦碳、苯、焦爐氣〔CH4)、硫等。b.天然氣:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。c.石油:油品、煉廠氣、裂解、重整。d.農林作物:油料、藥用、纖維作物、橡膠、染料等。]純堿、燒堿、氯氣和鹽酸(由食鹽生產(chǎn))硫酸(由硫鐵礦生產(chǎn))氨、硝酸、乙炔和芳經(jīng)〔由煤或焦炭生產(chǎn))低級烯經(jīng)、芳經(jīng)、乙塊、甲醇、和合成氣(由石油和天然氣生產(chǎn))酒精、丙酮和丁醇等(由淀粉或糖蜜生產(chǎn))化工原料基礎化工原料:硫酸、鹽酸、硝酸、燒堿、純堿、合成氨、工業(yè)氣體(如氧、氮、氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等)等無機物，乙烯、丙烯、丁烯(丁二烯)、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、苯酚和醋酸等有機物。三酸兩堿三烯三苯一炔一萘

萘：工業(yè)上最重要的稠環(huán)芳烴。

純品為具有香樟木氣味的白色晶體,熔點80.3℃。主要用于生產(chǎn)鄰苯二甲酸酐、染料中間體、橡膠助劑和殺蟲劑等。1.由石油烴制得：催化重質重整油，催化裂化輕循環(huán)油，裂解制乙烯的副產(chǎn)焦油等；2.由煤焦油分離，高溫煤焦油中萘約占8-12%，將煤焦油蒸餾，切取煤油，經(jīng)脫酚，脫喹啉，蒸餾得成品萘。每t萘消耗10t煤焦油；化工生產(chǎn)過程原料預處理改變狀態(tài)及規(guī)格破碎、過篩、加熱、汽化脫除雜質產(chǎn)品分離及精制反應溫度、濃度、壓力、催化劑、設備反應設備反應特性相態(tài)催化結構操作換熱精餾、吸收、萃取、吸附、干燥等化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程三個環(huán)節(jié)原料處理：為了使原料符合進行化學反應所要求的狀態(tài)和規(guī)格，根據(jù)具體情況，不同的原料需要經(jīng)過凈化、提濃、混合、乳化或粉碎等多種不同的預處理?；瘜W反應：這是生產(chǎn)的關鍵步驟。經(jīng)過預處理的原料，在一定的溫度、壓力等條件下進行反應，以達到所要求的反應轉化率和收率。反應類型是多樣的，可以是氧化、還原、復分解、磺化、異構化、聚合、焙燒等。通過化學反應，獲得目的產(chǎn)物或其混合物。以上每一步都需在特定的設備中，在一定的操作條件下完成所要求的化學的和物理的轉變。產(chǎn)品精制：將由化學反應得到的混合物進行分離，除去副產(chǎn)物或雜質，以獲得符合組成規(guī)格的產(chǎn)品。催化劑制備三廢處理反應工序分離工序后處理工序產(chǎn)品回收工序副產(chǎn)品原料工序原料化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程各工序組合由原料到基本化工產(chǎn)品的過程構成了化學工業(yè)鏈的基礎，其產(chǎn)值在整個化學工業(yè)中的比重在一定時期內不一定是最高的，但其重要性卻是不容置疑的?；ぎa(chǎn)品

--無機化工產(chǎn)品和有機化工產(chǎn)品?；ぎa(chǎn)品最重要的基本無機化工產(chǎn)品可用空氣、焦炭（或其它的含碳產(chǎn)品）、水、石灰、巖鹽、磷石灰、硫和黃鐵礦等原料制取。硫酸是最重要的基本無機化工產(chǎn)品，其次為氧和氨氣。重要的無機化工的終產(chǎn)品種類有：化肥、金屬材料、無機非金屬材料、無機顏料、催化劑、無機聚合物等?；緹o機化工產(chǎn)品基本有機化工產(chǎn)品由石油、天然氣、煤加工時生成的副產(chǎn)物所得的化工產(chǎn)品基本有機化工原料深加工產(chǎn)品最重要的基本有機化工原料：三烯三苯一炔一萘由石油、天然氣、煤加工副產(chǎn)物所得化工產(chǎn)品乙烯與丙烯共聚乙丙橡膠電纜、電線材料氧化乙醛縮合醋酸辛醇、季戊四醇2-羥基丁醛丁醇溶劑酯化丁酯溶劑、增塑劑藥物、酯類、醋酸乙烯纖維（維尼龍）增塑劑齊聚、水合高碳直鏈醇（C11～C18）合成洗滌劑水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯類溶劑及合成原料加氫脫水丁二烯合成橡膠氫甲?；┍徇€原正丙醇溶劑丙烯聚合聚丙烯合成纖維、塑料氨氧化合成纖維、ABS樹脂、AS樹脂、丁腈橡膠丙烯酰胺絮凝劑、水增稠劑、紙張?zhí)幚韯┍╇媾c乙烯共聚乙丙橡膠次氯酸化氯丙醇環(huán)氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性劑過氧化物環(huán)氧化環(huán)氧丙烷、苯乙烯或異丁烯高溫氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油醫(yī)藥、炸藥環(huán)氧氯丙烷水解環(huán)氧樹脂丁二烯十二碳內酰胺（尼龍12的單體）香料、增塑劑、阻燃劑、聚酯原料與苯乙烯共聚丁苯橡膠與丙烯腈共聚丁腈橡膠聚合順丁橡膠與苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯氯丁橡膠與順酐反應四氫鄰苯二甲酸酐與HCN反應己二腈己二胺尼龍66三聚環(huán)化1，5，9-環(huán)十二碳三烯乙酰氧基化、加氫、水解1，4-丁二醇聚酯樹脂苯加乙烯烷基化乙苯脫氫苯乙烯氯化氯苯染料中間體、醫(yī)藥聚氨酯纖維加丙烯烷基化異丙苯苯酚酚醛樹脂、苯胺、壬基酚等丙酮雙酚A聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂加十二烯十二烷基苯合成洗滌劑加氫環(huán)己烷己內酰胺聚酰胺纖維氧化順丁烯二酸酐四氫呋喃、1，4-丁二醇醫(yī)藥、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二異氰酸酯、橡膠助劑、染料、醫(yī)藥、農藥聚苯乙烯、丁苯乙烯、ABS樹脂硝化硝基甲苯染料中間體、炸藥歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中間體、農藥、增塑劑臨氫脫烷基苯硝化、還原、光氣化甲苯二異氰酸酯聚氨酯類泡沫塑料、聚氨酯橡膠甲苯氨氧化間苯二腈農藥、聚酰胺纖維鄰二甲苯氧化二甲苯間二甲苯異構化對二甲苯對二甲苯氧化對二苯甲酸聚酯樹脂、滌綸鄰苯二甲酸酐染料、農藥、增塑劑萘氧化鄰苯二甲酸酐乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇酸樹脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸乙烯合成纖維、涂料、粘合劑加甲醛1，4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氫呋喃、γ-丁內酯、聚酯樹脂二聚乙烯基乙炔粘合劑加氫丁二烯加HCl2-氯丁二烯氯丁橡膠氯化三氯乙烯、四氯乙烯溶劑加HF氟乙烯聚合聚氟乙烯合成氣(CO+H2)改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液體燃料合成二甲醚柴油機燃料補N2和變換N2-H2合成氨、尿素等合成甲醇氧化甲醛酚醛樹脂、合成原料與異丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）與CO合成甲酸甲酯甲酸加CO、O2草酸二甲酯乙二醇草酸同系化乙醇脫水乙烯轉化C2-C4烯烴轉化汽油羰基合成醋酸醋酸乙烯酯、乙酸酯類、醋酐其他重要化工產(chǎn)品高分子化工產(chǎn)品：合成塑料、合成橡膠、合成纖維等及特種高分子精細化工產(chǎn)品（11類）：農藥、染料、涂料、顏料、試劑和高純物、信息用化學品、食品和飼料添加劑、粘合劑、催化劑和各種助劑、化工系統(tǒng)生產(chǎn)的藥品(原藥)和日用化學品、功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。生物化工產(chǎn)品：利用微生物發(fā)酵和生物酶催化（又稱酶促），

可以制得乙醇、丙酮、丁醇、檸檬酸、谷氨

酸、丙烯酸胺、各類抗生素藥物、人造蛋白質、油脂、調味劑（如味精等）、食品添加劑和加酶洗滌劑等。1由原料到化工產(chǎn)品2化工原料的變遷與化學工業(yè)發(fā)展趨勢3化工工藝學的研究方法第一章緒論化學工業(yè)發(fā)展簡史十八世紀以前：作坊式手工（冶煉、陶瓷、釀造）近現(xiàn)代化學工業(yè)(無機酸、堿、鹽、煤化工純堿工業(yè)以煤焦油為原料的有機化學工業(yè)由煤焦油中分離出來的苯、甲苯、二甲苯、苯酚、蒽、萘等有機物合成有機化工產(chǎn)品。硫酸工業(yè)路布蘭制堿法索爾維法（氨堿法）鉛室法接觸法氯堿工業(yè)隔膜法電解食鹽水現(xiàn)代化學工業(yè)19世紀末到20世紀50年代，以煤為原料，經(jīng)煤焦油和電石乙炔，生產(chǎn)有機化學品的時代20世紀50年代開始的以石油和天然氣為原料合成有機化學品的新時期化工原料的變遷與化學工業(yè)發(fā)展趨勢合成染料、醫(yī)藥、涂料工業(yè))純堿工業(yè)路布蘭制堿法（芒硝、石灰石、煤）2NaCl+2H2SO4=Na2SO4+2HClNa2SO4+4C=Na2S+4CONa2S+CaCO3=Na2CO3+CaS索爾維法（氨堿法：食鹽、石灰石、煤）NaCl+NH3+CO2+H2O=NH4HCO3+NH4ClCaCO3=CaO+CO2NH4Cl+CaO=2NH3+CaCl2+HO22NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2氨堿法的流程圖侯氏制堿法（聯(lián)合制堿法：食鹽、氨、二氧化碳）將氨堿法和合成氨兩種工藝聯(lián)合起來，同時生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品的方法（1943年）。侯氏制堿法的流程圖硫酸工業(yè)鉛室法：利用高級氮氧化物（主要是三氧化二氮）使二氧化硫氧化并生成硫酸：SO2+N2O3+H2O→H2SO4+2NO鉛室法制硫酸流程圖接觸法：4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2（沸騰爐造氣）2SO2+O2

→2SO3（接觸室氧化）SO3+H2O→H2SO4（吸收塔淋洗）接觸法制硫酸流程圖沸騰爐接觸室吸收塔氯堿工業(yè)隔膜燒堿法2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑離子膜燒堿法離子膜燒堿法示意圖以煤焦油為原料的有機化學工業(yè)苯硝基苯苯胺和苯胺紫甲苯TNT炸藥苯酚水楊醛煤焦油香料水楊酸阿司匹林萘、蒽蒽醌蒽醌系列染料電石法制乙炔CaCO3→CaO+CO2CaO+2C→CaC2+COCaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2煤制合成氣20世紀初，F(xiàn).哈伯發(fā)明合成氨技術，1913年在C.博施的主持下建成第一個合成氨廠，合成氨的氫源來自水煤氣。1920年，C.埃利斯發(fā)明的丙烯水合制異丙醇工藝，標志著石油化工的興起。20世紀40年代，管式裂解烴類工藝和臨氫重整工藝開發(fā)成功，使乙烯等低碳烯烴和苯等芳烴來源變得豐富廉價。1931年氯丁橡膠實現(xiàn)工業(yè)化，1937年尼龍