化工基礎(chǔ)緒論191905

化工基礎(chǔ)緒論191905第一頁，共60頁。一、改善專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的需要

作為化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)一些“三傳”及反應(yīng)器的基本知識(shí)，了解幾個(gè)典型的化工工藝，對(duì)改善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，拓寬知識(shí)面，無疑是有益的。二、科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要

21世紀(jì)的中學(xué)教師必須是“全能型”或“完整型”的教師。即21世紀(jì)的中學(xué)教師既能教學(xué)，又會(huì)科研，還要懂生產(chǎn)的多面手，否則難以適應(yīng)科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。因此，化學(xué)專業(yè)的學(xué)生具備必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和一定的工業(yè)生產(chǎn)知識(shí)，就是必須的了。學(xué)習(xí)化工基礎(chǔ)的重要性第二頁，共60頁。三、中等教育結(jié)構(gòu)改革的需要高等師范化學(xué)專業(yè)將會(huì)有更多的畢業(yè)生從事中等職業(yè)技術(shù)教育。為適應(yīng)這一新的需要，很有必要對(duì)化學(xué)專業(yè)學(xué)生和在職中學(xué)教師加強(qiáng)化工方面的教育，使他們不僅有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，較寬的知識(shí)視野，還要有一定的解決實(shí)際問題的能力。四、對(duì)科研起到一定的指導(dǎo)作用學(xué)習(xí)本課程，將有助于指導(dǎo)化學(xué)科研工作。學(xué)習(xí)化工基礎(chǔ)，有助于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的裝置及組合，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的操作方式、方法和條件，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化提供指導(dǎo)性建議，使科研取得更好的成果。第三頁，共60頁。本課程的性質(zhì)

化工基礎(chǔ)是是高等師范院校化學(xué)專業(yè)唯一的一門工程技術(shù)類課程，這是一門緊密聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際的技術(shù)基礎(chǔ)課。是一門探討化工類型生產(chǎn)過程的基本規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律來分析和解決化工類型生產(chǎn)實(shí)際問題的學(xué)科。

該課程兼有“科學(xué)”與“技術(shù)”的特點(diǎn)，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，來分析和解決化工類型生產(chǎn)過程中的各種問題，在化學(xué)、化工類專業(yè)人才培養(yǎng)中，它承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育任務(wù)，所以它起到理論學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科的搭橋作用。

第四頁，共60頁?；瘜W(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)，包括以煤、石油和天然氣等資源作為原材料加工的石油化工、煤化工、鹽化工、天然氣化工、生物化工及精細(xì)化工等領(lǐng)域。1.1化學(xué)工業(yè)概況

第1章緒論什么是化學(xué)工業(yè)：化學(xué)工業(yè)又稱化學(xué)加工工業(yè)，泛指生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的過程工業(yè)。因?yàn)檫@些工業(yè)都是經(jīng)過反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換的生產(chǎn)部門，也稱過程工業(yè)。第五頁，共60頁?；瘜W(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要部門之一，在各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中舉足輕重。一般占GDP的5-7%，占工業(yè)產(chǎn)值的7-10%甚至更高。過去十年，世界化學(xué)工業(yè)以高于世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率的20%-30％的速度發(fā)展。我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)占GDP的12-15%左右。

化學(xué)工業(yè)的發(fā)展反映了人類對(duì)化工產(chǎn)品日益增加的需求，顯示出其在人類社會(huì)生活中的作用愈來愈重要。

1．化學(xué)工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用第六頁，共60頁。2004年以來，我國(guó)化學(xué)工業(yè)在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)、國(guó)際化工市場(chǎng)全面復(fù)蘇的良好環(huán)境下，不僅產(chǎn)值規(guī)模迅速擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益也大幅提升，全年累計(jì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)價(jià)工業(yè)總產(chǎn)值12908.9億元，同比增長(zhǎng)33.2%；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入12550.73億元，同比增長(zhǎng)33.92%；實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額802.30億元，同比增長(zhǎng)89.93%，且各類化工產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)步提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也得到進(jìn)一步改善。在市場(chǎng)需求方面，由于汽車、電子、房地產(chǎn)、輕紡、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等相關(guān)行業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展，化工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，其中增幅較快的有化肥、涂料、硫酸、燒堿、甲醇，分別比2003年增長(zhǎng)了13.6%、18.6%、16.7%、14.2%、24.1%。在需求和國(guó)際油價(jià)猛漲等多種因素的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)化工產(chǎn)品價(jià)格也大幅上漲，在中國(guó)石化協(xié)會(huì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的148種化工產(chǎn)品中，價(jià)格上漲的有131種，占88.5%。第七頁，共60頁?；瘜W(xué)工業(yè)的作用：

機(jī)械工業(yè)電子工業(yè)

國(guó)防工業(yè)

農(nóng)業(yè)

日用品

第八頁，共60頁。機(jī)械工業(yè)

切割用的電石、成型劑、粘合劑、表面處理、化學(xué)鍍、防銹涂料、合成纖維、合成樹脂、橡膠、涂料、石棉、玻璃、建材等。

電子工業(yè)

超高材料、超導(dǎo)材料；如氣體、試劑、半導(dǎo)體、熒光屏及其他溶劑。國(guó)防工業(yè)

炸藥、助推劑、復(fù)合材料、陶瓷、核燃料等。

第九頁，共60頁。農(nóng)業(yè)

合成纖維代替棉花、合成橡膠代替天然橡膠；如，生產(chǎn)1萬t合成纖維相當(dāng)于200km2棉田所產(chǎn)棉花，制造1萬t合成橡膠相當(dāng)于166.5km2橡膠園所產(chǎn)的天然橡膠。農(nóng)藥、化肥、農(nóng)用地膜、人工降雨等。日用品

衣、食、住、行、醫(yī)療及文體用品等。

從化纖服裝到塑料制品；從性能各異的食品添加劑、果蔬保鮮劑到用途廣泛的衛(wèi)生用品及醫(yī)用高分子材料；從室內(nèi)裝飾材料到新型輕質(zhì)的建筑材料；從家用商品到海、陸、空各種交通工具使用的輪胎、板材、管類等橡膠制品，都是由化工提供的原料制成。

第十頁，共60頁。2．化學(xué)工業(yè)行業(yè)范疇與產(chǎn)品分類化學(xué)工業(yè)門類復(fù)雜，是一個(gè)包含多個(gè)行業(yè)的工業(yè)部門。按4類分：原料工業(yè)（煤、石油、天然氣等）基本無機(jī)化工（酸、堿、鹽）基本有機(jī)化工（合成材料、加工業(yè)）合成工業(yè)（制藥、精細(xì)化工）

石油煉制和裂解工業(yè)、煤焦化及煤焦油工業(yè)、基本有機(jī)合成工業(yè)、合成高分子工業(yè)、氯堿工業(yè)、制酸工業(yè)、肥料工業(yè)以及精細(xì)化學(xué)工業(yè)。

b．按8類分：第十一頁，共60頁。c．按產(chǎn)品分類（25類）：第1類：氨、電石、硫酸、化學(xué)肥料；第2類：堿工業(yè)產(chǎn)品；第3類：無機(jī)化工產(chǎn)品；第4類：高壓氣體；第5類：火藥；第6類：芳香族及焦油產(chǎn)品；第7類：有機(jī)化工產(chǎn)品；第8類：石油化工和石油煉制產(chǎn)品；第9類：塑料；第10類：增塑劑及穩(wěn)定劑；第11類：合成橡膠；第12類：橡膠助劑及炭黑；第13類：人造纖維及合成纖維；第14類：醫(yī)藥和染料中間體；第15類：合成染料；第16類：顏料（無機(jī)和有機(jī)）；第17類：油脂及油劑；第18類：涂料及粘合劑；第19類：香料及食品添加劑；第20類：生活化學(xué)產(chǎn)品；第21類：催化劑；第22類：照相藥品和拔染劑；第23類：農(nóng)藥；第24類：天然藥品及天然產(chǎn)物；第25類：各種不同用途的藥劑。

第十二頁，共60頁。①通用化學(xué)品：以煤、石油、天然氣、農(nóng)副產(chǎn)品等天然資源為原料經(jīng)簡(jiǎn)單初步加工而得到大噸位的產(chǎn)品，其附加價(jià)值較低，但應(yīng)用范圍較廣。如基本有機(jī)化工原料乙烯、乙醇及苯等。d．按技術(shù)密集程度和附加值大小等分類：②精細(xì)化工品：以通用化學(xué)品為原料，深加工，高附加值，小批量，大利潤(rùn)，高純度的產(chǎn)品。如：農(nóng)藥、化妝品、顏料等。第十三頁，共60頁。3．化學(xué)工業(yè)的原料及選擇原則

根據(jù)物質(zhì)來源分，有無機(jī)原料和有機(jī)原料兩大類。前者主要有空氣、水和化學(xué)礦物；后者主要是煤、石油、天然氣和生物質(zhì)。

空氣經(jīng)液化和精餾為化工生產(chǎn)提供氧氣和氮?dú)?。氧氣與諸多化工原料反應(yīng)生成含氧產(chǎn)品；氮?dú)饧瓤勺鳛樵?，也可用于洗滌、分離氣體混合物。水主要用做原料、溶劑、冷卻劑、蒸汽(熱源或動(dòng)力)?；瘜W(xué)礦物有制硫酸的黃鐵礦和硫，制磷酸鹽的磷灰石等。(1)無機(jī)化工原料第十四頁，共60頁。a．煤煤焦油、焦碳、苯、焦?fàn)t氣（CH4）、硫等。(2)有機(jī)化工原料d．農(nóng)林作物

油料、藥用、纖維作物、橡膠、染料等。

c．石油油品、煉廠氣、裂解、重整。b．天然氣甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。(3)原料選擇原則在選擇原料路線和技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)全面權(quán)衡技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保等方面的利弊。要考慮原料的來源、種類，路線是否可行，技術(shù)上是否合理，分析原料的經(jīng)濟(jì)性、從綜合利用原料資源的角度考察原料的合理性。第十五頁，共60頁。4．化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)

(1)化學(xué)工業(yè)是獨(dú)特的、不可取代的工業(yè)部門化學(xué)工業(yè)以化學(xué)加工為主要特征，是創(chuàng)造新物質(zhì)的工業(yè)。

(2)化工產(chǎn)品品種繁多，工藝復(fù)雜

(3)化學(xué)工業(yè)是裝置型工業(yè)，具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)性

化工生產(chǎn)的主要設(shè)備大多是塔、罐、槽、器及管道，一般裝置的投資費(fèi)用與其生產(chǎn)能力的2/3次方呈正比。

即裝置規(guī)模越大，單位生產(chǎn)能力的投資越省，成本越低，這就是化工裝置的規(guī)模性。第十六頁，共60頁。(4)化學(xué)工業(yè)是資金密集，技術(shù)密集的工業(yè)部門

以機(jī)械工業(yè)的技術(shù)密集指數(shù)為100，化學(xué)工業(yè)則達(dá)到2480。以醫(yī)藥和農(nóng)藥新品種開發(fā)為例，開發(fā)成功率為萬分之一，完成一個(gè)新品種研制，在美國(guó)需10年左右時(shí)間，耗資6000萬美元。(5)化學(xué)工業(yè)是能源消耗的大戶

現(xiàn)代化工生產(chǎn)中能源消費(fèi)總量中約40%作為生產(chǎn)原料，60%作為動(dòng)力和燃料，而原料消耗的費(fèi)用占到成本的60%—70%。(6)化學(xué)工業(yè)是易污染、重污染的工業(yè)部門

化工產(chǎn)品許多是易燃、易爆、有毒的化學(xué)物質(zhì)，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存中，如果發(fā)生泄漏，就會(huì)嚴(yán)重危害人的健康，污染環(huán)境。第十七頁，共60頁。5．化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀

化學(xué)工業(yè)歷史悠久，最初的化工可追溯到公元前2000多年前的制陶、冶煉、釀造、漂染等行業(yè)。自18世紀(jì)中期工業(yè)革命興起，機(jī)器的出現(xiàn)使棉紡織業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，硫酸的鉛室法出現(xiàn)，路布蘭制堿法出現(xiàn)。19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了氨堿法制堿的索爾維法。隨后，電解法制堿技術(shù)問世，為造紙、染料、炸藥等行業(yè)提供了比純堿更強(qiáng)的苛性堿。(1)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的歷史第十八頁，共60頁。

19世紀(jì)，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了煉焦工業(yè)，從煉焦副產(chǎn)品煤焦油中提取多種有機(jī)芳香族化合物，并以其為原料制染料、醫(yī)藥、香料、炸藥等產(chǎn)品，形成了以煤焦油為基礎(chǔ)的有機(jī)合成工業(yè)。20世紀(jì)初，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)石油公司采用裂化方法將重質(zhì)油加熱轉(zhuǎn)化為相當(dāng)汽油餾分的輕質(zhì)油。促進(jìn)了石油化工的發(fā)展。20世紀(jì)中葉，有機(jī)化工產(chǎn)品80%-90%是以石油或天然氣為原料生產(chǎn)的，三大合成材料的原料幾乎全部來自石油化工。由于化工原料的變化，引發(fā)了化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革，帶動(dòng)精細(xì)化工的發(fā)展。第十九頁，共60頁。

自20世紀(jì)40年代以來，化工已經(jīng)成為世界各國(guó)工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。80年代以來，隨社會(huì)的發(fā)展、生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)，提高人民生活水平，化工產(chǎn)品出現(xiàn)多樣化、功能化、精細(xì)化的特點(diǎn)。成為化學(xué)工業(yè)的起點(diǎn)，化學(xué)工業(yè)由發(fā)展基礎(chǔ)化工轉(zhuǎn)向重點(diǎn)發(fā)展精細(xì)化學(xué)工業(yè)，使化學(xué)工業(yè)發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的歷史時(shí)期。第二十頁，共60頁。中國(guó)近代化學(xué)工業(yè)的初創(chuàng)時(shí)期

（19世紀(jì)末-1949年前）

1876年，清天津機(jī)械局建成我國(guó)第一家鉛室法硫酸廠，日產(chǎn)硫酸約2噸1924年，天津塘沽成立永利堿廠1934年，南京成立永利寧廠這一階段的代表人物有范旭東、吳蘊(yùn)初、侯德榜至1949年，我國(guó)化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值為1.77億元，占當(dāng)時(shí)全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的1.6%。

舊中國(guó)的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱，僅有沿海、沿江的幾個(gè)小化工企業(yè)。新中國(guó)成立后，先后吉化、太化和蘭化三大化工基地；相繼又建成了北京燕山、山東齊魯、上海金山、南京揚(yáng)子等一大批石油化工聯(lián)合企業(yè)。

(2)我國(guó)的化學(xué)工業(yè)

第二十一頁，共60頁。侯德榜中國(guó)著名化工專家，中國(guó)化學(xué)工業(yè)的先驅(qū)者之一。1890年8月生于福建閩侯。1974年8月卒于北京。早年入清華留美預(yù)備學(xué)堂高等科學(xué)習(xí)，畢業(yè)后進(jìn)美國(guó)麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)化工。1921年獲美國(guó)哥倫比亞大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。同年任塘沽永利制堿公司技師長(zhǎng)。侯德榜于1922年回國(guó)，經(jīng)長(zhǎng)期潛心鉆研，永利堿廠終于沖破封鎖，1926年6月生產(chǎn)出潔白的純堿,產(chǎn)品在美國(guó)費(fèi)城萬國(guó)博覽會(huì)上獲金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，被譽(yù)為中國(guó)近代工業(yè)進(jìn)步的象征。1941年，聯(lián)合生產(chǎn)純堿與氯化銨的新工藝初步獲得成功。同年3月15日新工藝命名為“侯氏堿法”。1949年以后，侯德磅歷任中央財(cái)政經(jīng)濟(jì)委員會(huì)委員，重工業(yè)部化工技術(shù)最高顧問，化學(xué)工業(yè)部副部長(zhǎng)等職。第二十二頁，共60頁。范旭東中國(guó)化工實(shí)業(yè)家。1883年10月24日生于湖南長(zhǎng)沙東鄉(xiāng)。1908年考入日本京都帝國(guó)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)科。1912年歸國(guó)。1920年在塘沽興建永利堿廠，1926年8月,以紅三角牌純堿獲得美國(guó)費(fèi)城萬國(guó)博覽會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?934年改組永利制堿公司為永利化學(xué)工業(yè)公司，在江蘇省六合縣創(chuàng)辦硫酸銨廠，即永利化學(xué)工業(yè)公司寧廠。1937年該廠建成，生產(chǎn)合成氨、硫酸、硫酸銨及硝酸，為當(dāng)時(shí)具有世界水平的大型化工廠。。1937年7月,日本進(jìn)一步入侵中國(guó)，沽、寧兩廠先后淪陷。1945年8月抗戰(zhàn)勝利后,從日本拆回全套硝酸設(shè)備，恢復(fù)了沽、寧兩廠生產(chǎn)。曾于1924年當(dāng)選為中華化學(xué)工業(yè)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，1945年當(dāng)選為中國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。1945年10月4日因患黃膽病在重慶沙坪壩逝世。毛澤東同志在挽幛中譽(yù)為“工業(yè)先導(dǎo)，功在中華”。第二十三頁，共60頁。吳蘊(yùn)初中國(guó)化工實(shí)業(yè)家。1891年9月29日生于上海市嘉定縣。1953年10月15日卒于上海。1911年畢業(yè)于上海兵工學(xué)堂化學(xué)專業(yè)。1921年試制調(diào)味劑──味精成功后，于1923年與張崇新合資創(chuàng)辦天廚味精廠，生產(chǎn)的味精暢銷國(guó)內(nèi)以及東南亞各國(guó)，與日本產(chǎn)的“味の素”（味之素）競(jìng)爭(zhēng)并遠(yuǎn)銷至美國(guó)，1926-1927年先后向美、英、法等國(guó)申請(qǐng)專利。擔(dān)任中華化學(xué)工業(yè)會(huì)理事長(zhǎng)，為支持該會(huì)活動(dòng)捐贈(zèng)會(huì)所。1939年舉辦清寒學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金，支持和幫助浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)等校培養(yǎng)化工人才。創(chuàng)辦蘊(yùn)初公益基金，后將此基金全部贈(zèng)給上海市圖書館。1949年后，任華東軍政委員會(huì)委員，上海市人民政府委員，等職。第二十四頁，共60頁。建國(guó)以來我國(guó)化學(xué)工業(yè)的概況1953-1957年，“一五”重點(diǎn)建設(shè)1958-1962年，“大躍進(jìn)”化肥普遍建設(shè)1964-1972年，三線建設(shè)1973-1980年，石化企業(yè)為主1981-1990年，以大型石化企業(yè)為依托，發(fā)展外向型精細(xì)化工、醫(yī)藥化工、橡塑加工等。1991-1995年，主要提高重要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和技術(shù)裝備水平。1996-2000年，繼續(xù)建成大中型項(xiàng)目，重點(diǎn)在石油化工、精細(xì)化工、日用化工和化工高技術(shù)產(chǎn)業(yè)上。第二十五頁，共60頁。表1—1為我國(guó)與部分發(fā)達(dá)國(guó)家主要化工產(chǎn)品產(chǎn)量比較(1997年)表

表1—2為我國(guó)化工產(chǎn)值變化情況表1—3為我國(guó)化工工業(yè)與其它工業(yè)的比較情況第二十六頁，共60頁。第二十七頁，共60頁。表1一3全國(guó)工業(yè)及化工系統(tǒng)總產(chǎn)值增長(zhǎng)速度（％）

第二十八頁，共60頁。我國(guó)化學(xué)工業(yè)的現(xiàn)狀我國(guó)化工生產(chǎn)的布局沿海沿江→西移→東回→機(jī)構(gòu)改革→南北分制→走向世界

我國(guó)化工企業(yè)的技術(shù)水平與國(guó)外企業(yè)相比有較大的差距。主要特點(diǎn)是技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差、原料能耗大、成本高。我國(guó)化學(xué)工業(yè)的技術(shù)水平第二十九頁，共60頁。

自從1746年英國(guó)出現(xiàn)世界第一座硫酸廠，現(xiàn)代世界化學(xué)工業(yè)經(jīng)過250多年的發(fā)展，已經(jīng)形成一個(gè)技術(shù)成熟、規(guī)模宏大和品種繁多的生產(chǎn)部門。美國(guó)是當(dāng)今世界上最發(fā)達(dá)的國(guó)家,也是世界上最大的化學(xué)品生產(chǎn)國(guó)，1997年化工總產(chǎn)值3917億美元，居世界第一位.表1一4列舉了1997年我國(guó)與世界幾個(gè)化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的勞動(dòng)生產(chǎn)率比較情況.

(3)世界化學(xué)工業(yè)表1一4化學(xué)工業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率萬元／人年美國(guó)日本德國(guó)英國(guó)法國(guó)意大利中國(guó)38.1452.7221.7024.0832.6826.980.26第三十頁，共60頁。

在20世紀(jì)前的幾百年時(shí)間里，出現(xiàn)了不少化學(xué)工業(yè)，如制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每一種工業(yè)從原料到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識(shí)講解，這是最早的化學(xué)工程學(xué)。

20世紀(jì)初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學(xué)工業(yè)中存在共同的操作原理。例如，無論是制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)得到固體糖和固體堿的原理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早提出的單元操作之一。經(jīng)不斷總結(jié)，被稱為單元操作的有：流體流動(dòng)與輸送、沉降與過濾、固體流態(tài)化、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。1.2化工生產(chǎn)過程概述

1．化工生產(chǎn)過程分析第三十一頁，共60頁。

到20世紀(jì)50年代，人們又發(fā)現(xiàn)，各單元操作之間還存在著共性。例如，傳熱和蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式，蒸餾、吸附、吸收、萃取都是質(zhì)量傳遞的形式。于是，把單元操作歸納為動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。

20世紀(jì)50年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了“化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)”這一新的分支。對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的研究，不僅要運(yùn)用化學(xué)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運(yùn)用動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是“傳遞過程”與“反應(yīng)工程”成為當(dāng)今化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡(jiǎn)稱“三傳一反”階段。第三十二頁，共60頁。硫酸生產(chǎn)：礦石粉碎→焙燒制SO2→除塵→精制→轉(zhuǎn)化→吸收→H2SO4。合成氨：以煤（石油或天然氣）→造氣→精制→合成→分離→氨?！镌稀疤幚怼瘜W(xué)處理（核心）→后處理→產(chǎn)品（或中間產(chǎn)品）第三十三頁，共60頁。

化工生產(chǎn)過程可視為物理過程和化學(xué)過程組成。由于被加工物料的相態(tài)不同、過程原理和采用方法的差異，將物理過程可進(jìn)一步細(xì)分為一系列遵循不同物理定律，具有某種功用的基本操作過程，稱之為單元操作，見表1一5所示

每一種單元操作都概括了化工生產(chǎn)中一類有共性的操作，從本質(zhì)上歸納為動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過程。

化學(xué)反應(yīng)類似于單元操作，按其反應(yīng)的特點(diǎn)，尋求共性，提煉出諸多單元操作。三種傳遞過程和反應(yīng)工程，即“三傳一反”構(gòu)成化學(xué)工程學(xué)科研究的一條主線。

第三十四頁，共60頁。表1-5單元操作單元操作目的物態(tài)原理傳遞過程流體輸送輸送液或氣輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞攪拌混合或分離氣-液輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞液-液,固-液過濾非均相混合物分離氣-固,固-液尺度不同的截留動(dòng)量傳遞沉降非均相混合物分離氣-固,固-液密度差引起的動(dòng)量傳遞沉降運(yùn)動(dòng)加熱,冷卻升溫,降溫,改變氣或液利用溫差傳入熱量傳遞相態(tài)或移出熱量蒸發(fā)溶劑與不揮發(fā)性液供熱汽化溶劑熱量傳遞溶質(zhì)的分離第三十五頁，共60頁。第三十六頁，共60頁。2．化工生產(chǎn)過程的工業(yè)特征

(5)化工生產(chǎn)涉及經(jīng)濟(jì)問題。如原料供應(yīng)、設(shè)備投資、能耗、銷售、投入、工時(shí)及生產(chǎn)管理等。經(jīng)濟(jì)效益是評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)過程是否能實(shí)施的重要指標(biāo)。

(1)化工過程是大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，物料處理量大，與實(shí)驗(yàn)研究相差懸殊。(2)化工生產(chǎn)多為連續(xù)化生產(chǎn)過程。(3)化工生產(chǎn)處理的物料從原料的純度到產(chǎn)品的收率都與化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究不盡相同。(4)化工生產(chǎn)需要設(shè)置專用供水、供電、動(dòng)力、貯存、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)施。第三十七頁，共60頁。3．化工生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制

在任何化工生產(chǎn)過程中，需要檢測(cè)和控制的指標(biāo)有溫度、壓力、流量、液面、組成等幾類。

第三十八頁，共60頁。4．化工生產(chǎn)過程的研究與開發(fā)

任何一個(gè)新的化工生產(chǎn)過程，都是從最初的創(chuàng)意或設(shè)想開始，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室研究、中間試驗(yàn)、工業(yè)化試驗(yàn)、放大設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等諸多環(huán)節(jié)，最后建成工業(yè)生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。在放大設(shè)計(jì)過程中,大小裝置之間會(huì)產(chǎn)生工藝結(jié)果的差別，歸結(jié)于“放大效應(yīng)”，尋求其產(chǎn)生因由和改善的方法是過程開發(fā)一項(xiàng)中心任務(wù)。第三十九頁，共60頁。5．化工生產(chǎn)過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

化工生產(chǎn)過程的工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有：

①物料和能量的綜合利用。④生產(chǎn)的投資費(fèi)用。③生產(chǎn)強(qiáng)度。②產(chǎn)品的產(chǎn)率及質(zhì)量。第四十頁，共60頁。6．化工生產(chǎn)過程的資源和能源綜合利用

生產(chǎn)規(guī)模的大型化是化工生產(chǎn)過程資源和能源綜合利用的保障。生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大使單位產(chǎn)品的原材料和能源消耗大大降低；勞動(dòng)效率高，產(chǎn)品的總成本低，因而在市場(chǎng)和資源條件具備的情況下，生產(chǎn)規(guī)模大型化是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

化工生產(chǎn)中，物料循環(huán)和熱量回流，并達(dá)到多種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，是節(jié)能降耗的主要途徑。第四十一頁，共60頁。7．化工生產(chǎn)過程的優(yōu)化

按具體的生產(chǎn)任務(wù)，確定合理的工藝路線(原料、方法)，選擇合適的反應(yīng)器，配置相適宜的單元操作及設(shè)備，適當(dāng)組合構(gòu)成一個(gè)化工生產(chǎn)過程的整體，成為化工過程系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱化工系統(tǒng)。化工系統(tǒng)的諸多不確定性，決定了化工生產(chǎn)過程的復(fù)雜性?；どa(chǎn)過程自身的特點(diǎn)和復(fù)雜性，使其存在大量的過程最優(yōu)化問題，涉及過程研究中的開發(fā)和設(shè)計(jì)及過程運(yùn)行中的操作、管理和控制等各個(gè)方面。第四十二頁，共60頁?；は到y(tǒng)優(yōu)化包含三個(gè)層次：

(1)化工工藝路線的最優(yōu)化。即系統(tǒng)總體方案的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇。(2)流程結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。即流程最優(yōu)化設(shè)計(jì)和選擇。(3)流程工藝參數(shù)和操作參數(shù)的最優(yōu)化。第四十三頁，共60頁?；どa(chǎn)過程優(yōu)化任務(wù)分為三個(gè)階段

(1)為完成某類產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)，將分散的單元遵循一定的法則，組織成對(duì)給定的性能指標(biāo)來說是最優(yōu)的過程系統(tǒng)，這個(gè)階段稱為最優(yōu)綜合。在給定過程結(jié)構(gòu)的條件下，確定各單元及整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算，叫最優(yōu)設(shè)計(jì)。第四十四頁，共60頁。

(3）在結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)都已固定的條件下，為避免干擾,使生產(chǎn)過程能在外界條件變化及各干擾因素出現(xiàn)的情況下，保證過程系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)操作參數(shù)和控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，稱為最優(yōu)操作或最優(yōu)控制。

過程優(yōu)化涉及技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面

技術(shù)優(yōu)化是使各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，經(jīng)濟(jì)優(yōu)化是以最小費(fèi)用獲得最大利潤(rùn),達(dá)到高的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)。

第四十五頁，共60頁。8．化工生產(chǎn)過程的流程圖

為描述化工生產(chǎn)過程，工程上通常用形象的圖形、符號(hào)和代號(hào)表示設(shè)備，用箭頭表示物料流動(dòng)方向，將化工過程從原料到最終產(chǎn)品經(jīng)過的所有設(shè)備和相互關(guān)系以及物料流動(dòng)順序，以圖示的方式表達(dá)出來，這種表示整個(gè)化工生產(chǎn)過程全貌的圖形稱為工藝流程圖。

工藝流程圖是工廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是操作和檢修的指南。一般分為生產(chǎn)工藝流程圖、物料流程圖和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。第四十六頁，共60頁。

工藝流程圖中的設(shè)備的圖形和符號(hào)已標(biāo)準(zhǔn)化。生產(chǎn)工藝流程圖常將設(shè)備的大致幾何形狀畫出，或以方框表示。無論采用那種流程圖表達(dá)工藝流程，從左向右展開，有必要的文字進(jìn)行說明，如設(shè)備名稱(符號(hào)代號(hào))、物料流向、物料名稱、圖名、圖號(hào)、設(shè)計(jì)階段等。第四十七頁，共60頁。第四十八頁，共60頁。1.3化學(xué)工程學(xué)簡(jiǎn)介

1．化學(xué)工程學(xué)及其研究對(duì)象和任務(wù)

化學(xué)反應(yīng)是它的核心，化學(xué)學(xué)科是它的基礎(chǔ)。化學(xué)工業(yè)在大型設(shè)備中大批量連續(xù)化的生產(chǎn)所提出的技術(shù)間題，僅靠化學(xué)學(xué)科的知識(shí)是遠(yuǎn)不夠的，它需要機(jī)械、電氣、儀表、控制等工程學(xué)科的理論支持和技術(shù)上的應(yīng)用，因此便誕生了一門源自化學(xué)、又不同于化學(xué)，綜合了諸多工程技術(shù)學(xué)科的新學(xué)科—化學(xué)工程學(xué)。第四十九頁，共60頁。

化學(xué)工程學(xué)始于19世紀(jì)末。20世紀(jì)初，明確認(rèn)識(shí)到各行各業(yè)通用的物理操作的共性，提出了單元操作的概念，形成化工過程與設(shè)備課程，后多稱為化工原理。50年代形成了化學(xué)反應(yīng)工程分支。70年代以后，化工生產(chǎn)日趨大型化、連續(xù)化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，化學(xué)工程學(xué)的研究已不再局限于單個(gè)單元操作或化學(xué)反應(yīng)過程，形成了化學(xué)系統(tǒng)工程，主要是研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和管理。

第五十頁，共60頁。化學(xué)工藝學(xué)：化學(xué)工藝學(xué)是在化學(xué)、物理和其他科學(xué)成就的基礎(chǔ)上，研究綜合利用各種原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原理、方法、流程和設(shè)備的一門學(xué)科，目的是創(chuàng)立技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)安全、環(huán)境無害的生產(chǎn)過程。化學(xué)工藝學(xué)研究的范疇：一般包括原料的選擇和預(yù)處理；生產(chǎn)方法的選擇及方法原理；設(shè)備的作用、結(jié)構(gòu)和操作；催化劑的選擇和使用；操作條件的影響和選定；流程組織；生產(chǎn)控制；產(chǎn)品規(guī)格和副產(chǎn)物的分離與利用；能量的回收和利用；對(duì)不同工藝路線和流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)比等問題。第五十一頁，共60頁?；瘜W(xué)系統(tǒng)工程：其主要任務(wù)是研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和管理。化學(xué)反應(yīng)工程：研究反應(yīng)器內(nèi)傳遞過程和化學(xué)反應(yīng)的相互關(guān)系和影響，以闡明工業(yè)反應(yīng)器的實(shí)質(zhì)，目的在于控制生產(chǎn)規(guī)模下的化學(xué)反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的最佳設(shè)計(jì)。第五十二頁，共60頁。2．化學(xué)工程學(xué)的研究方法

數(shù)學(xué)模型法：將復(fù)雜的研究對(duì)象合理地簡(jiǎn)化為某個(gè)模型，簡(jiǎn)化的模型與原過程近似而等效?；瘜W(xué)方面的問題歸納為研究反應(yīng)對(duì)象，提出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型；傳遞方面的問題歸納為研究不同類型反應(yīng)器，提出反應(yīng)器的傳遞模型；而兩者的結(jié)合方面的問題，則是將各種反應(yīng)模型和各種傳遞模型相結(jié)合的問題。在化學(xué)工程學(xué)的歷史發(fā)展中形成了兩種基本的研究方法經(jīng)驗(yàn)歸納法和數(shù)學(xué)模型法。經(jīng)驗(yàn)歸納法：借助物理學(xué)的相似論和因次分析法的指導(dǎo)。例熱交換中的傳熱系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定歸納成量綱為一的相似特征數(shù)的關(guān)系式確定。第五十三頁，共60頁。