化学工艺学课件

第一章绪论第一节化学工艺学研究范畴化学工业(ChemicalIndustry)泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。化学工艺(ChemicalTechnology)即化工生产技术，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措施。化工生产工艺化工工艺学研究范畴化学工业化学工艺学化工生产工艺发展提高完善壮大解决化工过程开发,装置设计流程组织,操作原理及方法等方面的问题化学工艺及其他过程中进行的化学过程和物理过程的共同规律化学工程学第二节化学工业的历史和作用生产、生活化学工业社会文明化学、物理和其他科学的成就＋研究、综合、利用不同化工原料生产产品的方法原理、操作条件、流程、设备、原技术先进经济合理生产安全绿色环保原料：选择和预处理；其它物料的影响。生产方法：生产方法的选择及方法原理；催化剂的选择和使用。设备：设备的作用、结构和操作工程：流程组织控制：生产控制；操作条件的影响和选定质量：产品的规格和副产物的分离与利用能量：能量的回收和利用效益：对不同工艺路线和流程的技术经济评价18世纪以前作坊式手工冶炼、陶瓷、酿造18世纪初工业化铅室法硫酸厂1791年工业化路布兰法制碱产业革命洗涤、结晶、过滤、干燥、煅烧等单元过程19世纪末～20世纪初工业化接触法制硫酸索尔维法(氨碱法)制碱无机化工和煤化工初具规模化学合成时代（染料、农药、医药、香料）20世纪初工业化合成氨氮肥、炸药催化工业石油和天然气的开发和利用大量廉价的化工原料1920年丙烯水合生产异丙醇工业化石油化工兴起1940年管式炉裂解制乙烯，临氢重整生产芳烃石油化工发展壮大精细化工，新材料的开发和应用，高性能碳纤维、陶瓷、金属基树脂等复合结构材料，信息材料，纳米材料和高温超导材料，生物化工具有较强的生命力。美国4.3%德国6.1%法国5.2%日本3.2%中国10.71%第三节现代化工的特点和发展方向特点：—原料、生产方法和产品的多样性与复杂性；—向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高；—多学科合作，生产技术密集；自动化、机械化智能化—重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法；—资金密集，投资回收速度快，利润高；—安全、环保、绿色；方向；绿色化工，生物质原料第四节化工生产过程及流程一、化工生产过程高分子化工天然高分子加工、改性以煤焦油和电石乙炔为原料的合成以石油、天然气为基础的单体原料聚合1931年氯丁橡胶1937年聚己二酰己二胺1950年橡胶、纤维、塑料合成材料时代原料预处理反应产品分离及精制改变状态及规格温度,浓度,压力,催化剂设备破碎、过筛、加热、汽化脱除杂质精馏、吸收、萃取、吸附、干燥等反应设备反应特性相态催化结构操作换热二、化工生产工艺流程原料物质和能量转换化工产品功能单元有机组合工艺流程推论分析功能分析形态分析其他方法论推论分析：由“目标”出发，寻找实现此“目标”的前提，将具有不同功能的单元进行逻辑组合，形成一个具有整体功能的系统。合成氨合成气制气、净化、合成（换热、输送、压缩、储存）功能分析：研究每个单元的基本功能和基本属性，然后组成几个相同整体功能的可比较方案以供选择。形态分析：对每种可供选择的方案进行精确的分析和评价，利用判据进行择优选择。技术、经济、环保天然气制气单元煤轻油/渣油间歇气化连续气化：块煤气化(鲁奇法)、粉煤气化(K-T法)、水煤浆气化(德士古法)2FeS+7/2O2Fe2O3+2SO2SO2SO3(98%,99.5~99.8%二次)V2O5SO3+H2OH2SO4第五节有机化工的内涵有机化工是一门以生产有机化工原料为主要产品的基础化学工业。有机化工的原料均为能源物质，因而随着能源结构的转化，经历了三个不同的阶段，正向第四个阶段发展。石油化工大体分为原料加工、基础原料加工、中间产品加工、“最终”产品加工四个过程。有机物物理化学三烯、三苯、乙炔、萘、蒽及其衍生物产品中间产品三大合成材料及其它农副产物煤石油、天然气原料加工天然气原油脱水、脱酸性气体、烷烃分离蒸馏、催化、重整、加氢石脑油、柴油、加氢尾油、重整油C20，C30，C40基本原料加工汽化裂解抽提苯、甲苯、二甲苯等苯的同系物烯烃丁二烯和H2CONH3,CH3OHC2=,C3=,iC4=中间产品加工氧化,加氢、羧基化烷基化,酰化CH3OH,HCHO,C2H5OH,CH3CHO,CH3COOH,CH2-CH2,CH2-CH-CH3CH3-CH-CH3,CH2-CH-CH2,CH3CCH3,CH3CH2CH2CH2OH,OOHOHOOHOHO石油化工大多数中间产品均以烯烃和芳烃为原料，烯烃和芳烃约占石化原料的80%以上。除由重整生产芳烃及从FCC家族技术回收C3=、C4=外，其余主要由烃类热裂解生产，烃类热裂解在生产乙烯的同时付产大量的丙烯、丁烯和BTX、以三烯、三苯总量计约67%来自烃类热裂解。C2=聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯，环氧乙烷、乙酸、乙二醇、苯乙烯99%C3=聚丙烯、丙烯腈、苯酚、丙酮、异丙醇、环氧丙烷50％～70%丁二烯、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶90%异丁烯丁基橡胶、甲基丙烯酸甲酯60%丁烯55％BTX30%第六节有机化工的原料及产品一、原料1、煤及其化工利用煤的元素组成元素分析%种类CHO泥煤60~705~623~25褐煤70~805~615~25烟煤80~904~55~15无烟煤90~981~31~3最终产品加工三大合成材料、合成洗涤剂及其它聚合煤干馏高温干馏(焦化)中温干馏低温干馏冷却,洗涤气体产物+固体产物(70%~78%)煤焦油(3%~4.5%)氨(0.25%~0.35%)粗苯(0.8%~1.4%)焦炉煤气(15%~19%)生石灰汽化液化水煤气CaC2CHCHCO+H2液体燃料(催化加氢法,溶剂萃取法,热裂解法)和／或H2OO2900~1100°C°C°C700~900500~700°C°C350~4002200C+H2OCO+H2C+H2OCO2+2H2CO2+C2COCO+H2OCO2+H2CaO+3CCaC2+COCaC2+H2OC2H2+Ca(OH)2HθHθHθHθHθ=118.798KJ/Mol=75.222KJ/Mol=162.374KJ/MOl=468.832KJ/Mol=138.138KJ/MolFe3O42、石油及其化工利用石油稳定与回收原油常压蒸馏碱压蒸馏加氢裂化凝析油油田气炼厂气催化裂化催化重整裂解原料蒸汽转化合成气加氢尾油干气n-C40,i-C40C10C20C30C40C50C3=,n-C4=,i-C40LPGB.T.XARVR重柴油轻汽油煤油+轻柴油裂解原料裂解原料裂解原料VGO3、天然气及其化工利用干气湿气贫气富气C3+10010-6m3/m3C3+10010-6m3/m3C5+10.010-6m3/m3C5+1010-6m3/m3高级醇、氨、尿素炭黑、氢氰酸、氯代甲烷CH4CO+H2CH3OHCHCHC2=C20C30C40C3=顺丁烯二酸酐1，3二丁烯裂解氧化脱氢C30氧化C40CH3CHOCH3COOH4、生物质及其化工利用：淀粉：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O62nC2H5OH+2nCO2淀粉酶水解丙酮-丁醇酶发酵酵母菌11(C6H10O5)+9nH2OC6H12O6(己糖)6nCH3(CH2)3OH+4nCH3COCH3+2nC2H5OH+26nCO2+16nH2Q=113kJ/mol丁醇：丙酮：乙醇（ω/ω）=6：3：1丙丁菌的特异性保证均为正丁醇纤维素和半纤维素酵母菌(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6(己糖)2nC2H5OH+2nCO2多缩己糖(C5H8O4)nC5H10O5HCHCOC-CHOCH+3H2OH2SO4(6%),1800.5~1MPa,固液比1:0.45°C多缩戊糖戊糖阿拉伯糖10%木糖90%木糖醇H2,NiC5H12O5二、产品1、天然气化工产品伴生气（油田气）非伴生气纯气田天然气凝析气田天然气天然气2、合成气化工产品3、乙烯系列产品4、乙炔系列产品5、丙烯系列产品6、碳四和碳五系列产品7、芳烃合成产品8、生物质合成产品