化工工艺学-重点整理

化学工业定义借助化学反应使原料组成或结构发生变化，从而制得化工产品的工业。常用的化学反应有：无机化学反应，有机化学反应和生物化学反应。化学工业的分类按学科分类a.无机化工b.有机化工c.高分子化工d.精细化工e.生物化工精细化学品是指具有特定功能和特定用途、产量小、生产技术较为复杂、产品质量要求高的一类化工产品。这类产品附加值较高，利用的反应主要有：硝化、磺化和重氮化等；化学工艺学定义研究由化工原料加工成化工产品的化学生产过程的一门科学。内容包括：生产方法的评估、过程原理的阐述、工艺流程的组织、设备的选择和设计、以及生产过程中原料的节能、环保和安全问题等。化学工艺学分类无机化工工艺学，有机化工工艺学，高分子化工工艺学，精细化工工艺学，生物化工工艺学化工原料用作化工生产的原料称为化工原料；可以来自自然界，也可以人工合成；其中，硫酸、盐酸、硝酸、烧碱、纯碱和合成氨等无机物，合成气、乙炔、乙烯等有机物，经各种反应途径，可以衍生出成千上万种无机或有机化工产品、高分子化工产品和精细化学品，所以又将它们称之为基础化工原料。由基础化工原料制得的结构简单的小分子化工产品称为一般化工原料。例如，各种无机盐和无机化学肥料，各种有机酸及其盐类、醇、酮、醛和酯等。它们可以直接出售，也可以作为原料继续参与化学反应生产我们需要的化工产品。化学工业原料：矿产资源，海洋资源，动物，植物，空气，水，其他林农业副产品。其中矿产资源包括化学矿，煤，石油，天然气。化学矿包括盐矿，硫矿，磷矿。矿物的初步加工方法：分级、粉碎、团固和烧结、精选、脱水和除尘硫铁矿生产硫酸的过程主要有以下几个步骤：硫铁矿粉碎沸腾炉焙烧SO2催化氧化SO2吸收浓硫酸溶液空气98.3%H2SO4煤的储存方法：1：使煤和空气隔绝2:加强通风散热，使煤堆中空气流通以利于散热三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔和萘，还有甲醇。其中的三烯主要由石油制取，三苯、萘和甲醇可由石油、天然气和煤制取。工业上也常按原油的化学组成来分类，可分为：石蜡基原油、中间基原油和环烷基原油原油的加工方法可分为以下几种a.燃料型炼油厂以加工油品为主b.燃料--化工型炼油厂油品和化工并重c.化工--燃料型炼油厂以化工产品为主，兼顾生产油品提高辛烷值方法：1）添加四乙基铅2）增加汽油中的芳烃、环烷烃和异构烷烃的量，效果最好的是增加芳烃3）添加烷基醚或烷基醇，用得最多，效果最好的是甲基叔丁基醚（MTBE）芳烃抽提a.抽提剂以环丁砜最好，其次N-甲酰基吗啉和四乙二醇醚，环丁砜还具有密度大、沸点高、比热容小等优点。天然气的分类和组成a.以产地分类（1）天然气井（2）油田伴生气（3）煤田伴生气b.以气体组成分类（1）干气稍加压缩不会有凝液产生（2）湿气稍加压缩会有凝液产生化学工业的特点1：原料、生产方法和产品的多样性与复杂性；2：向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高；3：是多学科合作，生产、技术密集型的生产部门；4：重视能量合理利用，积极采用节能新工艺和方法；5：资金密集，投资回收速度快，利润高；:6：化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首先要解决的问题。国外的发展现状1：现在，西方发达国家已将化学工业划分为以通用化学品为主和以高附加值产品为主的两大部类。2：前者的重点是开发，通过工艺过程和催化剂的开发不断降低生产成本；:3：后者重点是研发，通过研究、发明和开发，不断推出新的具有高附加值的产品。化工原料转为石油和天然气的原因分析1石油和天然气开采、运输和加工方便，因而价廉、易得；2石油和天然气是由低相对分子量的有机化合物组成的混合物，可以采用简单的物理（例如蒸馏和萃取等）和化学（例如催化裂解、催化重整等）加工方法，将它们彼此分离或改变它们的结构，从而制得大量的有机化工产品。3而煤是一种巨大的高相对分子量的化合物，必须经过深度加工（例如焦化、汽化和液化等）才能打破它们的分子键，获得组成及其复杂的低相对分子量的化合物，想进一步制得纯品，将是十分困难的。4因此，从前的乙炔路线生产化工产品，生产成本比以石油和天然气为原料制得的产品要高得多，缺乏商业竞争力，所以，煤化工的发展缓慢。煤液化技术将是化工领域新的研究方向。高水平的化学工业必定要有高水平的化学工艺学作为支撑。我国化学矿资源分布特点如下：:1：资源比较丰富，但是分布不均衡2：高品位矿储量比较少。3：:选矿比较困难，利用较为复杂。天然气的分类1：干气：主要成分是CH4，其次是乙烷、丙烷、丁烷，并含有少量的C5以上重组分，及CO2、N2、H2S、NH3等。它稍加压缩不会有液体产生，故被称作干气。:2：湿气：除上述成分外，还含有少量的较多的轻汽油C5以上，对它稍加压缩就有汽油析出来，故称湿气。天然气按储存方式可分为：气井气：由气井采出的天然气；气井只出气而不出油的井，来自纯气藏（一般属于干气）；油田伴生气：伴随采油采出的天然气，来自油气藏（属于湿气）。天然气中H2S是在制硫装置转化为硫磺的，主要采用克劳斯法流程，如下图所示。在克劳斯氧化燃烧器中，于1200℃下硫化氢部分燃烧生成二氧化硫，释放出的热量可用于制造水蒸气。随后，气体进入克劳斯催化反应器，用铝土矿作催化剂，于300一350℃将进料气转化为气态硫，用水喷淋冷却即析出液态硫磺。名词解释只通过一次转化的工艺称为“一转一吸”工艺。采用二次转化，二次吸收的工艺称为“二转二吸”工艺，在“二转二吸”工艺中，有的第一次转化分三段，第二次转化分二段，这种流程称为“3＋2”流程．工业上还有“3＋1，“2十2”、“4+1”流程等，现在一般认为“3＋2”流程较好:，稀硝酸生产方法：常压法、中压法(0.25~0.5MPa)、高压法(0.7~1.2MPa)、综合法(氧化为常压，吸收为加压)和双加压法(氧化为中压，吸收为高压)浓硝酸生产方法：有直接法、间接法和超共沸酸精馏法三种。环氧乙烷生产车间易燃易爆物料很多，氧化反应器因“尾烧’（即出口尾气在催化剂粉末催化下继续进行氧化反应）沿管长方向温度由高向低逐渐下降，此点称为“热点”。引起热点温度迅速上升，甚至产生“飞温”现象，进入参数敏感区最小的一点温度称为临界温度。排放气氢回收方法有：中空纤维膜分离、变压吸附和深冷分离三种产乙苯的方法：传统AlCl3液相法、均相AlCl3液相法，分子筛气相法Y型分子筛液相法。用食盐水电解制造氯气和烧碱有三种方法：①隔膜法；②汞阴极法；③离子交换膜法固相化学加工单元工艺类型：湿法化学加工：用酸、碱对化学矿的浸取；热法化学加工：焙烧、煅烧、烧结；复分解或置换反应：复分解或者置换反应工艺，对固相原料化学转化。焙烧的分类：氧化焙烧，硫酸化焙烧，挥发焙烧，氯化焙烧，还原焙烧，氧化-钠化焙烧硫铁矿焙烧都采用沸腾焙烧技术，焙烧工序主要设备有沸腾焙烧炉、废热锅炉和电除尘器浸取：应用溶剂将固体原料中可溶组分提取出来的单元过程浸取方法：1浸取按是否发生化学反应可分为：非反应浸取与反应浸取两类，2反应浸取中又可分为：络合浸取、氧化浸取、还原浸取、氯化浸取等。3按浸取条件可将浸取分为：常温或高温浸取，常压或加压浸取。4.按溶剂种类分：酸，碱，盐浸取定义：裂解又称裂化，指有机化合物受热分解和缩合成相对分子质量不同的产品的过程分类：（1）有否使用催化剂：可分为热裂化和催化裂化两大类;（2）存在介质不同：可分为加氢裂化、氧化裂化、加氨裂化和蒸汽裂化。一次反应：是由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应。（原料为烷烃、环烷烃）二次反应：主要是由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生成多种反应产物，直至最后生成低级烯烃通常是指乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯和丁二烯。由石油烃热裂解制得的芳烃主要是苯、甲苯、二甲苯和萘。焦或碳的反应。（原料为一次反应的产物：如丙烯、乙烯等）裂解气的分离过程：（1)气体净化系统(2)压缩和冷冻系统(3)精馏分离系统裂解气的分离方法：深冷分离法，吸收(精馏)法，吸附分离法，络合物分离法氯化反应的分类：取代氯化，加成氯化，氯化物裂解，氧氯化汽油中添加了甲基叔丁基醚后，不仅能够提高汽油的辛烷值而且能降低排气中CO的含量乙二醇是合成聚酯树脂的主要原料，乙二醇还可用作防冻液，乙二醇还可用作溶剂和用于化妆品、毛皮加工、烟叶润湿和纺织工业染整等。煤化工反应单元主要包括：煤的干馏、气化、液化，以及焦油加工，碳素材料，电石乙炔化工、煤基甲醇制烯烃、煤气化联合循环发电和多联产等。煤的干馏的主要产品有气态(煤气)、液态(焦油)和固态(半焦或焦炭)等。煤炭气化的主要有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。煤的干馏是煤在隔绝空气条件下加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程，称为煤的热解，或称热分解和干馏。迄今为止煤加工的主要工艺仍是热加工低温干馏的方法和类型很多:按加热方式有外热式、内热式和内外热结合式；按煤料的形态有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同又有气体热载体和固体热载体两种；按煤的运动状态又分为固定床、移动床、流化床和气流床等。煤的气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤焦(半焦)为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化过程包含：煤的热解、半焦的气化等过程。煤气的主要组成为CO、CO2、H2、CH4、H2O。气化时所得的气体称为煤气，其有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。煤气化方法1．移动床（固定床）煤气化2．碎煤流化床气化3．煤的气流床气化煤液化的途径煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。直接液化的主要产物有轻油柴油等，间接液化产品主要有脂肪烃化合物煤炭间接液化所谓间接液化是相对于被称为直接液化的煤高压加氢路线而言，指的是先将煤气化制成合成气，然后通过催化合成，得到以液态烃为主要产品的技术。此法由德国皇家煤炭研究所的F.Fischer和H.Tropsch发明，所以又称为Fischer－Tropsch（F-T）合成或费托合成。随着碳一化工的发展，间接液化的范畴也在不断扩大，如由合成气－甲醇－汽油的MTG技术，由合成气直接合成二甲醚和低碳醇燃料的技术也属于煤间接液化之列。精细化工的特点1、精细化工品种日益增多2、商品化技术水平日益提高3、产品的质量水平不断提高4、精细化工生产装置多为小型设备，产量少，生产周期短。5大多数的精细化学品为间歇式生产。焙烧、煅烧和烧结的差异性1烧结也是一种化工单元工艺。烧结与焙烧不同，焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应，而烧结需在高于炉内物料的熔点下进行反应。2烧结也与煅烧不同，煅烧是固相物料在高温下的分解过程，而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转化过程。3虽然都是高温反应过程，但烧结是在物料熔融状态下的化学转化，这是它与焙烧、燃烧的不同之处。磺化反应和硝化反应工艺分析烷基苯的磺化：烷基苯经磺化制得的烷基苯磺酸钠是目前合成洗涤剂中最重要的一种，即对水和油都有较高的亲和力。对于一种洗涤剂的基本要求是：无毒、分子中既含有亲水基团，又含有亲油基团；烷基苯磺酸钠中，烷基是亲油的，磺酸基是亲水的，由12个碳原子的烷基生成的烷基苯磺酸具有最好的洗涤性能。烷基苯的磺化可在30~60℃的范围内，用硫酸或发烟硫酸来实现，所得产品是含有三个异构体的混合物，它们都具有良好的洗涤性能，因此不必分离。磺化概念：有机化合物分子中引入磺酸基(—SO2OH或—SO3H)，或其相应的盐或磺酰卤基的任何化学过程。作用：1.在芳环上引入磺酸基后，可使使水溶性大大增加，在染料方面有重要意义；2.磺酸基比较容易被一些亲核试剂取代，磺酸是常用的有机合成中间体，如碱熔法制酚；3.利用各组分磺化难易程度的不同，可以进行分离和纯化；4.利用磺酸基可以水解的特点，可作为有机合成中的保护基。磺化反应一般采用浓硫酸或发烟硫酸作为磺化剂硝化反应指在有机化合物中引入硝基(-NO2)而生成硝基化合物的过程。作用：1.作为制备氨基化合物的重要途径；2.促进亲核取代反应的进行；3.制备各种有用的有机化合物或中间体；4.利用