化工导论

化工导论第1章化工的地位与发展史1.1化工概述化工的含义化学工业、化学工程、化学工艺的总称或一部分，都可称为化工。1.1.2化学工业产品的生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。按原料分：石油化学工业、煤化学工业等按产品量分：基本有机化学工业、精细化学工业按化学特性分：无机化学工业、有机化学工业1.1.3化学与化工化学——新物质的合成、新化学反应的发现、研究物质的化学结构与性质、化学反应的机理、规律、理论。化工——将实验室合成的化学物质或化学反应放大到工业规模的运用与实现。1.1.4化学工程与化学工艺化学工程——研究以化学过程中有关化学过程和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。单元操作——蒸发、流体流动、传热、干燥、蒸馏、吸收、萃取、结晶、过滤等过程的总称。单元操作的核心——“三传一反”“三传”：质量传递、热量传递、动量传递“一反”：反应工程对反应器的研究——化学反应动力学、化学反应热力学化学工艺——将原料物质经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这一转变的全部措施。一般化学工艺过程包括：原料处理化学反应产品精制化学工程与化学工艺一级学科化学工程化学工艺高分子化工精细化工电化学工程1.1.5化工原料化学工业起始原料——空气、水、矿物和生物化学工业的基本原料——石油、天然气、煤及生物质资源。石油、天然气、煤是不可再生资源生物质是可再生资源1.1.6化工的特点：品种多原料、生产方法和产品的多样性和复杂性能耗巨大化工生产过程条件变化大知识密集、技术密集和资金密集实验与计算并重使用外语多1.2化工在国民经济中的作用化工为其它工业部门提供必需的物质基础与人们的衣、食、住、行息息相关。化工与农业——化肥、农药、植物激素及生长调节剂。化工与医药——化学合成制药。化工与能源——能源与化工有重叠性，同时两者密不可分。一次能源——煤、天然气、石油、生物质、核能、水能、风能、地热能、太阳能、海洋能等。二次能源——从一次能源加工得到的便于利用的形式，如汽油、煤油、柴油、重油、煤气、LPG等。世界能源结构石油39.6%煤27.3%天然气%22.4核能7.5%水电2.7%其他0.5%中国能源结构煤74.6%石油%17.5天然气1.8%水电6.1%化工与人类生活——衣、食、住、行、用人类发现和创造的化学物质达1200多万种，其中数万种通过化工过程生产出来。化工与国防——炸药、导弹及火箭推进剂飞机燃料、化学武器1.3化学工业发展史世界化学工业发展史古代的化学加工近代的化学工业现代化学工业中国化学工业发展史我国近代的化学工业新中国的化学工业我国化学工业与发达国家相比存在的差距：以人均计的产品产量比较低化学工业结构不够合理进口量高于出口量规模小而分散经济效益差，成本高技术水平与装备水平落后，能耗高环境污染严重化学工业作为重要的工业部门还将继续发展，为其它工业部门提供必不可少的原料及产品，为进一步满足人民生活水平提高的需求，对人类社会的物质文明作出更大贡献。思考题第一章化工的地位与发展史1.解释中文“化工”的含义。说明“工程”与“工艺”的关系，并举例说明(P2～3)。2.化学工业按原料、产品吨位、和化学特性各如何分类(P1)？3.简述化工的特点是什么（P3)？4.简述化学工程与化学工艺的各自的学科定义与研究内容？5.化学工业中的基本原料包括哪些(P3)？6.重要的能源有几种？其中有哪些是可再生的(P7)？7.一次能源与二次能源的定义？各包括哪些种类(P7)？8.简述化工与能源的关系。它们之间应如何配合？试举例说明(P8)。第2章无机化工2.1无机化工的特点无机化工是历史上发展最早的化工部门无机化工产品是用途广泛的基本化工原料与有机化工产品相比，无机化工产品品种少，工艺过程相对简单新型无机化工产品逐渐形成新的无机化工产业2.2无机化工原料无机化学工业的原料来源很广，大致可分五大类：空气、水、化学矿物、化石燃料（煤、石油、天然气等）及工业农业副产品。2.3无机化工主要产品酸（硫酸、硝酸、盐酸）碱（纯碱、烧碱）合成氨以及由氮、磷、钾等合成的化学肥料，盐（由金属离子或铵离子与酸根阴离子组成的物质，如硫酸铝、硝酸锌、碳酸钙、硅酸钠、高氯酸钾、重铬酸钾、钼酸铵等）和元素化合物、单质。约有1300多种，多数为用途广泛的基本化工原料。简答题1.无机化工包括哪些类产品？(P16)2.无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？(P19)3.纯碱是用什么方法生产的？(P21)4.三酸两碱都包括那些酸和碱？(P21)5.最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？(P19)论述题1.简述硫酸生产的主要步骤和目的，写出主要反应方程式。（P20）2.简述合成氨生产的主要步骤和目的，写出主要反应方程式。（P23~24）第3章石油炼制与石油化工主要内容和要求：●石油（物性、组成和油品的分类）●石油炼制（一次、二次和三次加工）●石油烃类裂解制烯烃及芳烃的生产●典型产品的生产工艺3.1石油的概念、组成、特点●含碳氢化合物，深褐色液体，相对密度一般为0.75~1之间，比水轻，储藏在地表深处，可以燃烧。●组成:原油是由各种烃类组成的混合物，烃类主要由烷烃、环烷烃、芳烃组成。原油组成的特点:●原油中各类烃类分子含碳原子的个数从1个到几百个。●同一种原油中各种烃类在各个馏分中的分布差异很大。●不同的原油，各族烃类含量相差很大。石油产品一般分为四大种类:●石油燃料●润滑油和润滑脂●蜡、沥青和石油焦●石油化工原料3.2石油炼制石油炼制:从原油制取化工原料，及汽油、航空煤油、柴油和润滑油等重要油品的加工过程。按加工深度的不同可分为原油的一次加工、二次加工和三次加工。●原油的一次加工:原油通过常压蒸馏和减压蒸馏被切割成不同沸点范围的烃类混合物（称馏分油）的过程。包括三个工序：●原油预处理（脱盐、脱水、脱杂质）；●原油常压蒸馏：将原油加热到360-370℃进入常压塔，塔顶得到汽油馏分（直馏汽油，也叫石脑油）,塔不同塔板处（侧线）得到煤油，轻柴油，重柴油；●原油减压蒸馏：将沸点高于350℃,如裂化原料和润滑油的部分分离出来,温度要控制在420℃以下。原油一次加工工艺流程简图原油的二次加工:将一次加工所得的馏分再加工生产更多的燃料和化工原料的过程。二次加工包括催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整、烷基化、油品加氢精制、电化学精制及润滑油加工装置等过程。目的在于提高轻质油收率，提高油品质量，增加油品品种及提高炼油厂经济效益。催化裂化：是原料油在500℃左右在一定的压力下与裂化催化剂的作用下反应生成气体(2%)、汽油(50%)、柴油(28%)、重质油和焦炭的过程。●催化加氢：指石油馏分在氢气的存在下催化加氢的过程，同时发生加氢精制和加氢裂化反应。如：RSH+H2→RH+H2S●催化重整：是以汽油(主要是直馏汽油)为原料生产高辛烷值汽油和轻芳烃，比如苯,甲苯和二甲苯（BTX）的过程。●原油的三次加工：将炼厂气进一步加工生产高辛烷值汽油和各种化学品的过程。原油的三次加工包括石油烃烷基化，异构化，烯烃叠合等。目前的趋势是炼油厂与石油化工厂联合，在石油加工的同时生产化工产品。3.3石油裂解制烯烃烃类裂解是指以石油烃为原料，利用烃类在高温下不稳定、易断链和分解的原理，在隔绝空气和高温条件下（700℃以上），使原料发生深度分解等多种化学转化生成较小分子乙烯、丙烯的过程。●烃类热裂解是强吸热反应，反应历程十分复杂，一般认为是自由基链锁反应。总的热裂解反应通式是：（1）裂解Cm+nH2（m+n)+2→CnH2n+CmH2m+2（2）脱氢CnH2n+2→CnH2n+H2烃类热裂解流程图裂解气的分离：●裂解气的压缩●水分的脱除●酸性气体脱除●炔烃的脱除●烃的分离3.4芳烃的生产芳烃的生产主要指BTX的生产，BTX广泛地用在石油化工和有机合成中，用于制造染料、农药、医药、合成橡胶、合成纤维等。石油芳烃来源有：催化重整工艺烃类裂解副产芳烃石脑油原料预分馏原料预加氢催化重整溶剂抽提精馏分离＜60℃组分＞130℃组分H2非芳烃C4气体烃苯甲苯二甲苯重芳烃聚乙烯乙二醇氯乙烯乙丙橡胶乙烯聚合氧化加氯工程塑料、氯纶纤维丙烯电线、电缆塑料薄膜、成型制品涤纶、防冻剂、溶剂环氧乙烷二氯乙烷共聚3.5石油化工系列产品聚丙烯甘油丙烯腈苯酚丙烯聚合氧化氨氧化腈纶纤维、丁腈橡胶、ABS树脂苯烃化酚醛树脂、锦纶、医药丙纶、胶片、树脂制品异丙苯炸药、医药、化妆用品丙烯醛丁二烯碳四烃溶剂、汽油添加剂重要化工原料橡胶制品塑料、农药正丁烯异丁烯正丁烷苯乙烯共聚丁苯橡胶水合叔丁醇氧化顺丁烯二酸酐氧化乙酸石油化工发展展望大型化、综合化原料的重质化、石油的深加工采用节约原料、能源的生产工艺采用对环境友好的石油化工技术简答题：1、石油炼制和石油化工的主要产品有哪些？各列举5种(P28)。2、石油炼制的一次加工主要采用什么方法，得到的燃料油主要包括哪几种(P29)？3、原油减压蒸馏的目的是什么(P29)？4石油二次加工的目的是什么(P30)？5、举例说出三种乙烯的下游产品及获得该产品时所经历的反应类型(P39)。6、简答生产乙烯的原料和方法是什么(P31)？7、石油芳烃的两个主要来源是什么(P35)？第三章习题第三章习题论述题：1、简述烃类裂解生产乙烯过程中，裂解气净化与分离的几个主要步骤和每个步骤的目的。2、简述环氧乙烷生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。第4章高分子合成材料通用高分子材料的分类、特性及用途合成聚合物的原料聚合生产过程高分子材料典型生产工艺功能高分子材料高分子材料的发展前景4.1通用高分子材料的分类、特性及用途高分子化合物——由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在10000以上的化合物。聚合反应——低相对分子量的单体连接形成高分子化合物（聚合物）的过程。通用高分子材料——塑料、合成纤维、合成橡胶热塑性物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质。大多数线型聚合物均表现出热塑性，很容易进行挤出、注射或吹塑等成型加工。热固性指加热时不能软化和反复塑制，也不在溶剂中溶解的性能，体型聚合物具有这种性能。均聚物由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。共聚物又称共聚体。由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物。如丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物。根据各种单体在共聚物分子链中排列方式，可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。英文的“高分子”主要有两个词，即polymer和macromolecule。前者又可译作聚合物或高聚物；后者又可译作大分子。这两个词虽然常混用，但仍有一定区别，前者通常是指有一定重复单元的合成产物，一般不包括天然高分子，而后者指分子量很大的一类化合物，包括天然和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子。塑料树脂——制备塑料的原料，有天然树脂与合成树脂之分。塑料——由树脂粒子添加其他辅助材料，经混合、模压而得的产品。常见的主要合成树脂：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯聚乙烯（PE），是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良；但聚乙烯耐热老化性差。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.91～0.96g／cm3）的产物。主要用于制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。聚乙烯产量约占塑料总产量的1/4。聚氯乙烯（PVC），主要成份为聚氯乙烯，另外加入其他成分来增强其耐热性，韧性，延展性等。被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，它的全球使用量在各种合成材料中高居第二