化工工藝學(xué)——第一章緒論.ppt

1、化工工藝學(xué) 第一章 緒論,一、化工工藝學(xué)的特點(diǎn),化工工藝學(xué)相對(duì)于其他專業(yè)課程來(lái)說(shuō)，有其特殊性： （1）應(yīng)用性很強(qiáng) （2）綜合性強(qiáng) （3）靈活性強(qiáng) （4）內(nèi)容廣而雜,二、課程定位與課程目標(biāo),化工工藝學(xué)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生的專業(yè)必修課。 課程的目的是通過(guò)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，要求了解當(dāng)今化學(xué)工業(yè)概貌及其發(fā)展方向；掌握化工過(guò)程的基本原理，典型工藝過(guò)程的方法、原理、流程及工藝條件；了解化工生產(chǎn)中的設(shè)備材質(zhì)、安全生產(chǎn)、三廢治理等問(wèn)題,課程的任務(wù)是使學(xué)生從化工生產(chǎn)工藝角度出發(fā)，運(yùn)用化工過(guò)程的基本原理，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

2、、典型流程與關(guān)鍵設(shè)備、工藝條件與節(jié)能降耗分析。為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 課程的重點(diǎn)放在分析和討論生產(chǎn)工藝中反應(yīng)、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(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、流程的組織等。同時(shí)，對(duì)工藝路線、流程的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、能量回收利用、副產(chǎn)物的回收利用及廢物處理作一定的論述,二、課程定位與課程目標(biāo),參考書,三、參考書,四、課程主要內(nèi)容,化工工藝學(xué)課程內(nèi)容主要由三大單元板塊構(gòu)成：無(wú)機(jī)化工單元、石油化工單元和煤化工單元。 無(wú)機(jī)化工單元以合成氨生產(chǎn)工藝為例講授從原料氣制取、一氧化碳變換、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的工藝、石油

3、化工中的催化氧化工藝、催化加氫工藝、催化脫氫與氧化脫氫工藝。 煤化工單元主要講授煤的熱分解、干餾、氣化及液化,四、課程主要內(nèi)容,通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能掌握這些有代表性的化工過(guò)程的化學(xué)原理、過(guò)程熱力學(xué)特征、動(dòng)力學(xué)特征、催化劑應(yīng)用、工藝設(shè)計(jì)要求與工程考慮，使學(xué)生對(duì)基本化學(xué)工業(yè)典型過(guò)程的共性和特性有深入的了解，并具有綜合應(yīng)用大學(xué)前二年所學(xué)知識(shí)對(duì)工業(yè)化實(shí)際化工過(guò)程進(jìn)行分析的能力,五、課程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及要求,1、快，不可能在課堂上掌握所有知識(shí)。 2、注重自學(xué)。 3、注重獲取知識(shí)的能力培養(yǎng)，掌握獲取知識(shí)的方法比獲取知識(shí)更重要，但必要的知識(shí)積累也是比不可少的。 4、特別注意綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析、解決實(shí)際

4、問(wèn)題的能力的培養(yǎng),第一章 緒論,1.1 化工工藝學(xué)的定義和范疇 1、什么是化工 一般地說(shuō)，化工是“化學(xué)工程”或“化學(xué)工業(yè)”的簡(jiǎn)稱 。 在學(xué)科上，化學(xué)工程簡(jiǎn)稱為化工； 在習(xí)慣上，化學(xué)工業(yè)簡(jiǎn)稱為化工。 化學(xué)工程：研究化學(xué)工業(yè)和其他過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程共同規(guī)律的一門學(xué)科。 化學(xué)工業(yè)：利用化學(xué)反應(yīng)改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)等生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)部門,1.1 化工工藝學(xué)的定義和范疇,例如： （1）礦石冶煉成金屬(如銅、鐵、鋅、鋁等)或非金屬(如硅等) 冶金工業(yè)。 （2）動(dòng)物的皮用化學(xué)反應(yīng)使蛋白質(zhì)固定制革工業(yè)。 （3）植物的纖維改變其“形態(tài)”造紙工業(yè)。 （4）釀酒、制藥這些通常又不稱為化學(xué)

5、工業(yè)。 （5）把石油這種混合物，利用精餾的方法(這是一個(gè)物理方法或物理化學(xué)方法)把它的各個(gè)組分分離出來(lái)，通常是“石油化工”的一個(gè)范疇。 （6）將煤炭經(jīng)化學(xué)方法轉(zhuǎn)換為氣體、液體和固體燃料和化學(xué)品煤化工,如果把化學(xué)工業(yè)定義為利用化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)工程的方法，改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)而生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)部門，那范圍就更寬廣。因此，我們只能根據(jù)歷史上形成化學(xué)工業(yè)的概念和人們的習(xí)慣來(lái)大體界定它的范疇。 我們這里講的化工，是當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的說(shuō)法,1.1 化工工藝學(xué)的定義和范疇,2什么是工藝學(xué) （1）工藝：利用生產(chǎn)工具對(duì)各種原材料、半成品進(jìn)行加工或處理，使之成為產(chǎn)品的方法。 （2）工藝學(xué)：根據(jù)技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合

6、理的原則，研究各種原材料、半成品、成品的加工方法和過(guò)程的學(xué)科稱為工藝學(xué),1.1 化工工藝學(xué)的定義和范疇,3、什么是化工工藝學(xué) 化工工藝學(xué)是研究由化工原料加工成化工產(chǎn)品的化工生產(chǎn)過(guò)程的一門科學(xué)，內(nèi)容包括生產(chǎn)方法、原理、流程和設(shè)備,1.1 化工工藝學(xué)的定義和范疇,1.2 由原料到化工產(chǎn)品,1、化工原料 用做化工生產(chǎn)的原料，稱為化工原料，可以是自然資源，也可以是化工生產(chǎn)的階段產(chǎn)品。 例如： （1）由食鹽生產(chǎn)純堿、燒堿、氯氣和鹽酸。 （2）由硫鐵礦生產(chǎn)硫酸,3）由煤或焦炭生產(chǎn)合成氨、硝酸、乙烯和芳烴。 （4）由石油和天然氣生產(chǎn)低級(jí)烯烴、芳烴、乙炔、甲醇和合成氣,1.2 由原料到化工產(chǎn)品,1.2 由原料

7、到化工產(chǎn)品,化工原料,有機(jī)原料,無(wú)機(jī)原料,包括石油、天然氣、煤和生物質(zhì),包括空氣、水、鹽、無(wú)機(jī)非金屬礦物和金屬礦物,基本有機(jī)化工產(chǎn)品,基本無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品,1、化工原料,基礎(chǔ)化工原料,如硫酸、鹽酸、硝酸、燒堿、純堿、合成氨、工業(yè)氣體等無(wú)機(jī)物，乙烯、丙烯、苯、二甲苯等有機(jī)物，經(jīng)各種反應(yīng)途徑可衍生出成千上萬(wàn)種無(wú)機(jī)或有機(jī)化工產(chǎn)品、高分子化工產(chǎn)品和精細(xì)化工產(chǎn)品,一般化工原料,由基礎(chǔ)化工原料制得的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小分子化工產(chǎn)品稱為一般化工原料。如各種無(wú)機(jī)鹽和無(wú)機(jī)化學(xué)肥料，各種有機(jī)酸及其鹽類、醇、醛、酮和酯等,用途：直接作為商品出售。 作為原料繼續(xù)參與化學(xué)反應(yīng),2、化工產(chǎn)品 （1）基本無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品 最重要的基本無(wú)機(jī)

8、化工產(chǎn)品可用空氣、焦炭（或者其他的含碳產(chǎn)品）、水、石灰、巖鹽、磷石灰、硫和黃鐵礦等原料制取。 無(wú)機(jī)原料與基本無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之間的關(guān)系如圖1-1所示,1.2 由原料到化工產(chǎn)品,空氣,空分,O2,N2,HNO3,NH3,H2,氣化,焦炭等,水,石灰石,煅燒,CO2,CaO,Na2CO3,NaCl,電解,NaOH,Cl2,磷石灰,分解,磷酸鹽,Fe2O3,SO2,硫,黃鐵礦,鋼,煅燒,H2SO4,無(wú)機(jī)化工的重要原料,2）基本有機(jī)化工產(chǎn)品 由石油、天然氣、煤加工時(shí)生成的副產(chǎn)物所得的化工產(chǎn)品。 基本有機(jī)化工原料深加工產(chǎn)品,1.2 由原料到化工產(chǎn)品,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

9、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,酯化,丁酯,溶劑、 增塑劑,溶劑,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（C11C18,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?；?丙醛,丙酸,還原,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(shù)脂、AS樹(shù)脂、丁腈橡膠,丙烯酰胺,絮凝劑、水增稠劑、紙張?zhí)幚韯?丙烯腈,與乙烯共聚,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(guò)氧化物環(huán)氧化,環(huán)氧丙烷、苯乙烯

10、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(shù)脂,丁 二 烯,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(yīng),四氫鄰苯二甲酸酐,與HCN反應(yīng),己二腈,己二胺,尼龍66,三聚環(huán)化,1，5，9-環(huán)十二碳三烯,十二碳內(nèi)酰胺（尼龍12的單體,香料、增塑劑、阻燃劑、聚酯原料,乙酰氧基化、加氫、水解,1，4-丁二醇,聚酯樹(shù)脂,異 丁 烯,與異戊二烯共聚,丁基橡膠,氧化,甲基丙烯酸,甲基丙烯酸酯,有機(jī)玻璃,與甲醛反應(yīng),異戊二烯,異戊橡膠,水合,叔丁醇,香料原料、溶

11、劑、醫(yī)藥中間體,與甲醇反應(yīng),甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加劑,聚合,聚異丁烯,粘合劑、密封膠,苯,加乙烯烷基化,乙苯,脫氫,苯乙烯,加丙烯烷基化,異丙苯,苯酚,酚醛樹(shù)脂、苯胺、壬基酚等,丙酮,雙酚A,聚碳酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂,加十二烯,十二烷基苯,合成洗滌劑,加氫,環(huán)己烷,己內(nèi)酰胺,聚酰胺纖維,氯化,氯苯,染料中間體、醫(yī)藥,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(nóng)藥,聚氨酯纖維,乙 炔,加HCl,氯乙烯,聚氯乙烯,水合,乙醛,乙酸,季戊四醇,醇酸樹(shù)脂,巴豆醛,山梨酸,加醋酸,醋酸乙烯,合成纖維、涂料、粘合劑,加

12、甲醛,1，4-丁炔二醇,1，4-丁二醇,四氫呋喃、-丁內(nèi)酯、聚酯樹(shù)脂,二聚,乙烯基乙炔,粘合劑,加氫,丁二烯,加HCl,2-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,補(bǔ)N2和變換,N2-H2,合成,氨、尿素等,改良的F-T合成,汽油、煤油、柴油等液體燃料,合成,甲醇,羰基合成,醋酸,氧化,甲醛,酚醛樹(shù)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,合成,二甲醚,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化,C2-C4烯烴,汽油,柴油機(jī)燃料,1.3 化工原料的變遷與化學(xué)

13、工業(yè)發(fā)展趨勢(shì),一、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史 1、古代化學(xué)工業(yè) 18世紀(jì)以前，化工生產(chǎn)均為作坊式手工工藝。 例如，早期的制陶、釀造、冶煉等,2、近代化學(xué)工業(yè) （1）純堿工業(yè) 路布蘭制堿法 2NaCl+2H2SO4=Na2SO4+2HCl Na2SO4+4C= Na2S+4CO Na2S+CaCO3= Na2CO3+ CaS 索爾維制堿法（氨堿法） NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2,1.3 化工原料的變遷與化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì),2）硫酸工業(yè) 鉛室法制硫酸 18世紀(jì)中葉，有人用硫磺和硝石燃燒，置于鉛制容器中用

14、水吸收生產(chǎn)的氣體，就得到硫酸。 接觸法制硫酸 19世紀(jì)中葉，用鉑作催化劑，使SO2氧化為SO3。 20世紀(jì)初，以V2O5為主要成分的混合催化劑，逐步實(shí)現(xiàn)了“接觸法”制硫酸工業(yè),1.3 化工原料的變遷與化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì),3）電解食鹽水工業(yè)（氯堿工業(yè)） 19世紀(jì)中期，開(kāi)發(fā)了水泥的隔膜式電解槽，產(chǎn)生了Cl2和NaOH。 （4）煤化工 1888年，法國(guó)的莫桑和美國(guó)的威爾遜用焦炭和石灰電爐制取電石，繼而得到乙炔。 古代和近代化學(xué)工業(yè)是以改變天然產(chǎn)物為特征，而現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)則以合成產(chǎn)品為標(biāo)志,1.3 化工原料的變遷與化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì),3、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 根據(jù)原料的變遷，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)可簡(jiǎn)單地劃分為兩個(gè)階段： （1）19世紀(jì)末到20世紀(jì)50年代，經(jīng)煤焦油和電石乙炔，以煤為原料進(jìn)一步生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品的時(shí)代。 （2）20世紀(jì)50年代開(kāi)始的以石油和天然氣為原料合成有機(jī)化學(xué)