化工工艺学第一章绪论

化工工艺学延安职业技术学院延安职业技术学院QQ:86909394E-mail:[e-mail]第一节化学工业及其在国民经济中的地位和作用第二节由原料到化工产品第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势第四节化工工艺学研究的范畴第一章绪论第一节化学工业及其在国民经济中的地位和作用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。化工工艺(ChemicalTechnology)即化工生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转化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。对化学工业进行严格分类比较困难。根据应用化学原理（包括化学反应）改变物质结构的成分和形态的都是化学工业。由于某些行业管理体制上的差别，诸如冶金、建材、硅酸盐、食品等不列入化学工业；而医药、纤维、橡胶制品和塑料制品等有时又各有不属于化工部门的管理机构；生物化工、石油化工的独特形态，可能又各自独立，所以我们只简略地将化学工业进行分类。一、化学工业的分类延安职业技术学院一、化学工业的分类按化学工业使用的原料划分：煤化工、石油化工、天然气化工、海洋化工、矿产化工、生物化工、林产化工、天然药品和天然产物化工、核化工、电化工等。按产品的用途和形态等划分：国防化工、环境化工、日用化工、食品化工、农用化工、能源化工、信息化工、材料化工、皮革化工、治金化工、药物化工、建筑化工等。延安职业技术学院化学工业基本分类无机化学工业（包括化学肥料、“三酸”、“二碱”、无机盐、稀有元素、电化学等)三酸(硫酸、盐酸、硝酸)两碱（烧碱、纯碱）基本有机化工（以天然资源煤、石油、天然气、生物质为原料经过化学加工得到的“三烯”、“三苯”、“一炔”、萘等八大基础原料，然后再进一步为基本有机原料的工业)三烯三苯一炔一萘（乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘八种化工原料）高分子化学工业（包括合成塑料、合成橡胶、合成纤维等）精细化学品加工工业：以通用化学品为原料，深加工，高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品。工业上昀重要的稠环芳烃。纯品为具有香樟木气味的白色晶体,熔点80.3℃。主要用于生产邻苯二甲酸酐、染料中间体、橡胶助剂和杀虫剂等。1958年以来，代替滴滴涕等氯化产品的甲萘威投产后，用作杀虫剂原料的比例有所增加。萘二、化学工业的现状①属多品种、多行业、服务面广和配套性强的部门，增长速度多高于国民经济增长速度。②结构大调整，重点或开发采用新工艺和催化剂的通用化学品，或开发高附加值产品。延安职业技术学院③产品生产能力和技术研发取得长足进步。重视规模经营和综合利用，以获取昀大利润；产品高质量、功能化和多样化；各种高强度、高质量、耐高温，具有特殊光学或电学性能的塑料、陶瓷和纤维等新材料不断涌现；高温超导材料已趋实用化；二、化学工业的现状延安职业技术学院超细技术广泛应用，纳米陶瓷、纳米铜和纳米碳管等纳米材料不断发展；利用生物技术生产肥料、医药和农药等；无铅汽油广为应用；包括煤气化联合循环发电在内的洁净煤技术进入工业实施阶段；陶瓷膜等无机膜有望用于天然气分离等。二、化学工业的现状延安职业技术学院延安职业技术学院纳米是长度单位，原称“毫微米”，就是10-9（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。延安职业技术学院纳米技术包含下列四个主要方面：第一方面是纳米材料，包括制备和表征。第二方面是纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等，用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。延安职业技术学院纳米技术包含下列四个主要方面：第三方面是纳米生物学和纳米药物学。第四方面是纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。④我国有10余种主要化工产品的产量居世界前列。其中，化肥、合成氨和染料世界第一，硫酸、纯碱和农药世界第二，硫铁矿、磷矿、磷肥、烧碱、醋酸、涂料、轮胎、乙烯和合成材料等在较前位次。石油化工已成为国民经济的重要的支柱产业之一。二、化学工业的现状延安职业技术学院规模小，成本高；大型装置和设备主要依靠进口；产品品种少、功能化和差别化率低；环境污染严重；能耗较高等。问题和差距二、化学工业的现状延安职业技术学院原料、生产方法和产品具有多样性和复杂性。生产向大型化、综合化发展、精细化率也在不断提高。化学工业部门是多学科合作、生产技术密集型的生产部门。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。产品易燃、易爆、有毒。开发环境友好生产工艺。（清洁生产）三、化学工业的特点延安职业技术学院四、化学工业的发展方向①环保问题：清洁生产、绿色化学和循环经济等；②化学与其它科学结合以合成产品：如使用包裹型粒状化肥，调节肥效期；③新能源：燃料电池、太阳能和氢能等；④化工新材料：纳米材料、超导材料，以陶瓷、金属、聚合物为基础的复合材料，高强度纤维，耐高温黏合剂和密封剂等新材料；延安职业技术学院四、化学工业的发展方向⑤生物化工：利用生物酶技术在温和条件下生产产品；利用农副产品生产燃料乙醇、有机酸、抗生素和精细化学品的大规模化；生物农药等；⑥产品精细化：消耗较少原料制功能化产品。延安职业技术学院五、化学工艺学和化学工业的关系化学工艺学：研究由化工原料加工成化工产品过程的科学，包括生产方法、原理、流程和设备。据反应类型、特点和产品分为各种工艺学。二者互相依存，相互促进。21世纪化学工业的发展使化学工艺学面临如产品精细化和个性化、原料路线转变及发展绿色化工技术等挑战。延安职业技术学院五、化学工艺学和化学工业的关系1)化工过程的三个主要步骤原料处理：经净化、提浓、混合、乳化或粉碎（对固体原料）等预处理，使原料符合要求；反应：生产的关键步骤，达到要求的反应转化率和收率，获得目的产物或其混合物。产品精制：分离产物，除去副产物或杂质。延安职业技术学院五、化学工艺学和化学工业的关系2）化工技术的提出针对一定产品或原料，如甲醇的合成等。一般内容：原料和生产方法的选择，流程组织，设备（反应器、分离器、热交换器等）选用，催化剂及其他物料的影响，操作条件的确定，生产控制，产品规格、副产品的分离和利用及安全生产和技术经济等问题。延安职业技术学院五、化学工艺学和化学工业的关系3）化学工艺学和工业化学在生产和科学的长期发展中，化学生产逐渐从手工向以科学理论为基础的现代生产技术转变。但由于化学转化的复杂性，经验性的生产技术仍然存在。各院校设置的工业化学和化学工艺学课仅在名称上不同，其内容均与上述化学生产技术的一般内容大体相似。延安职业技术学院化学工业是国民经济的重要部门之一，在各国经济发展中举足轻重。一般占GDP(grossdomesticproduct)的5-7%，占工业产值的7-10%甚至更高。过去十年，世界化学工业以高于世界经济增长率的20%-30％的速度发展。我国化工产业占GDP的12-15%左右。化学工业的发展反映了人类对化工产品日益增加的需求，显示出其在人类社会生活中的作用愈来愈重要。六、化学工业在国民经济中的地位与作用延安职业技术学院国防军事工业农业信息产业航空航天交通运输化学工业与人类生活息息相关六、化学工业在国民经济中的地位与作用化学工业延安职业技术学院化肥沥青橡胶轮胎农药杀虫剂六、化学工业在国民经济中的地位与作用乳乳化化炸炸药药生生产产设设备备延安职业技术学院第二节由原料到化工产品延安职业技术学院一、化工原料基础化工原料：硫酸、盐酸、硝酸、烧碱、纯碱、合成氨、工业气体（如氧、氮、氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等）等无机物，乙炔、乙烯、丙烯、丁烯（丁二烯）、苯、甲苯、二甲苯、萘、苯酚和醋酸等有机物。延安职业技术学院一、化工原料延安职业技术学院一、化工原料由原料到基本化工产品的过程构成了化学工业链的基础，其产值在整个化学工业中的比重在一定时期内不一定是最高的，但其重要性却是不容置疑的。除利用一般的无机和有机反应外，工业上还可以通过生化反应来生产化工产品，这一类产品统称为生化制品。例如利用微生物发酵和生物酶催化（又称酶促），可以制得乙醇、丙酮、丁醇、柠檬酸、谷氨酸、丙烯酸胺、各类抗生素药物、人造蛋白质、油脂、调味剂（如味精等）、食品添加剂和加酶洗涤剂等。原料选择原则：在选择原料路线和技术路线时，应全面权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。要考虑原料的来源、种类，路线是否可行，技术上是否合理，分析原料的经济性。延安职业技术学院一、化工原料二、化工生产过程延安职业技术学院延安职业技术学院二、化工生产过程有机化工是一门以生产有机化工原料为主要产品的化学工业。延安职业技术学院二、化工生产过程有机物质三烯、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(塑料、合成橡胶和合成纤维)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。延安职业技术学院二、化工生产过程昀重要的基本无机化工产品可用空气、焦炭（或其它的含碳产品）、水、石灰、岩盐、磷石灰、硫和黄铁矿等原料制取。硫酸是昀重要的基本无机化工产品，其次为氧和氨气。重要的无机化工的终产品种类有：化肥、金属材料、无机非金属材料、无机颜料、催化剂、无机聚合物等。延安职业技术学院二、化工生产过程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（催化裂化工艺）回收的C3=、C4=外，其余主要由烃类热裂解在生产乙烯的同时副产大量的丙烯、丁烯和BTX(芳香烃)，其中三烯、三苯总量计约67%，来自烃类热裂解。有机化工的原料均为能源物质，需要注意的是，用做化工原料的化石燃料只是一小部分，大部分则作为能源消费掉了，从化学的观点看，这是对宝贵资源的一种浪费。延安职业技术学院二、化工生产过程第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势延安职业技术学院第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势根据原料的变迁，现代化化学工业可简单分为两个阶段：19世纪末到20世纪50年代，以煤为原料，经煤焦油和电石乙炔，进一步生产有机化学品的时代；20世纪50年代开始以石油和天然气为原料合成有机化学品的新时代。延安职业技术学院第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势目前，世界上有机化工产品的80%-90%来自石油和天然气，石油化工已成为现代化学工业的生要支柱。20世纪末进入21世纪初，以产品批量小、品种多、功能优良、附加值高为特征的精细化工，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。延安职业技术学院第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势化石燃料既是能源，又是化学工业的原料，它是不可再生的，从这个意义上讲，用可再生资源如生物质，替代化石燃料成为主要的化工原料是不可逆转的趋势。延安职业技术学院第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势内蒙古毛乌素生物质热电厂延安职业技术学院第三节化工原料的变迁与化学工业发展趋势延安职业技术学院第四节化工工艺学研究的范畴第四节化工工艺学研究的范畴延安职业技术学院化工工艺学：是研究由化工原料加工成化工产品的化工生产过程的一门科学，内容包括生产方法、原理、流程和设备。第四节化工工艺学研究的范畴延安职业技术学院第四节化工工艺学研究的范畴延安职业技术学院化工工艺学学习示意图第四节化工工艺学研究的范畴化工工艺学包括：无机化工工艺学、石油化工工艺学和煤化工工艺学。二十一世纪化工工艺学研究将因学科的交叉和融合得到扩展，特别是能源科学、信