化学工艺学-第一章绪论

1、2021/3/141 一、化学工艺学的特点一、化学工艺学的特点 化学工艺学相对于其他专业课程来说化学工艺学相对于其他专业课程来说, 有其特殊性有其特殊性: （1）应用性很强）应用性很强 （2）综合性强）综合性强 （3）灵活性强）灵活性强 （4）内容广而杂）内容广而杂 2021/3/142 二、课程定位与课程目标二、课程定位与课程目标 化学工艺学化学工艺学是一门涉及无机化学、有机是一门涉及无机化学、有机 化学、物理化学、化工热力学、化学反应工程学化学、物理化学、化工热力学、化学反应工程学 及化工机械等多门学科的专业性较强的课程及化工机械等多门学科的专业性较强的课程, ,化化 学工程与工艺专业本科

2、生的专业必修课。学工程与工艺专业本科生的专业必修课。 课程的目的是通过学习课程的目的是通过学习, ,培养学生应用学培养学生应用学 过的基础理论解决工程实际问题的能力过的基础理论解决工程实际问题的能力, ,要求了要求了 解当今化学工业概貌及其发展方向解当今化学工业概貌及其发展方向; ;掌握化工过掌握化工过 程的基本原理程的基本原理, ,典型工艺过程的方法、原理、流典型工艺过程的方法、原理、流 程及工艺条件程及工艺条件; ;了解化工生产中的设备材质、安了解化工生产中的设备材质、安 全生产、三废治理等问题。全生产、三废治理等问题。 2021/3/143 课程的任务课程的任务是使学生从化工生产工艺角度

3、出是使学生从化工生产工艺角度出 发发,运用化工过程的基本原理运用化工过程的基本原理,阐明化工工艺的基阐明化工工艺的基 本概念和基本理论本概念和基本理论,介绍典型工艺的生产方法与工介绍典型工艺的生产方法与工 艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能 降耗分析。为今后的工作打下坚实的基础。降耗分析。为今后的工作打下坚实的基础。 课程的重点课程的重点放在分析和讨论生产工艺中反应、放在分析和讨论生产工艺中反应、 分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件 的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等。的依据、反应设备的结

4、构特点、流程的组织等。 同时同时,对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回 收利用、副产物的回收利用及废物处理作一定的收利用、副产物的回收利用及废物处理作一定的 论述。论述。 二、课程定位与课程目标二、课程定位与课程目标 2021/3/144 三、参考书三、参考书 2021/3/145 四、课程主要内容四、课程主要内容 化学工艺学化学工艺学课程内容主要由四大板块构成课程内容主要由四大板块构成:无无 机化工、石油炼制及有机化工、天然气化工和煤化工机化工、石油炼制及有机化工、天然气化工和煤化工。 无机化工无机化工以合成氨生产工艺为例讲授从原料气制以合成氨生产工艺

5、为例讲授从原料气制 取、一氧化碳变换、原料气净化和氨合成等工序的生取、一氧化碳变换、原料气净化和氨合成等工序的生 产原理及工艺安排。产原理及工艺安排。 石油炼制及有机化工石油炼制及有机化工主要讲授石油的炼制主要讲授石油的炼制,烃类蒸烃类蒸 气裂解制烯烃的工艺、石油化工中的催化氧化工艺、气裂解制烯烃的工艺、石油化工中的催化氧化工艺、 催化加氢工艺、催化脱氢与氧化脱氢工艺。催化加氢工艺、催化脱氢与氧化脱氢工艺。 煤化工煤化工主要讲授煤的热分解、干馏、气化及液化。主要讲授煤的热分解、干馏、气化及液化。 2021/3/146 五、课程学习的特点五、课程学习的特点 1、快、快,不可能在课堂上掌握所有知识

6、。不可能在课堂上掌握所有知识。 2、注重自学。、注重自学。 3、注重获取知识的能力培养、注重获取知识的能力培养,掌握获取知掌握获取知 识的方法比获取知识更重要识的方法比获取知识更重要,但必要的知识但必要的知识 积累也是必不可少的。积累也是必不可少的。 4、特别注意综合运用所学知识、特别注意综合运用所学知识,分析、解分析、解 决实际问题的能力的培养。决实际问题的能力的培养。 2021/3/147 六、化学工艺学六、化学工艺学学习要求学习要求 基本要求基本要求: 了解基本化学工业有代表性的典型了解基本化学工业有代表性的典型过程过程, 生产技术现状及发展趋势生产技术现状及发展趋势,经济技术指标、能量

7、经济技术指标、能量 回收利用、副产物的回收利用及废物处理方法回收利用、副产物的回收利用及废物处理方法; 熟悉生产过程的原料来源和产品特点、热力学熟悉生产过程的原料来源和产品特点、热力学 与动力学特征、催化剂构成与特性、主要设备与动力学特征、催化剂构成与特性、主要设备 的结构和特点的结构和特点; 掌握生产原理、生产工艺过程的共性和特点。掌握生产原理、生产工艺过程的共性和特点。 2021/3/148 学习方法学习方法学习流程示意图学习流程示意图 2021/3/149 第一章第一章 绪论绪论 1.1 化学工艺学的定义及研究范畴 1.2 化学工业的发展、地位与作用 1.3 现代化学工业的特点和发展方向

8、 1.4 化学工业的原料资源和主要产品 1.5 化学工艺学的研究方法 2021/3/1410 第一章第一章 绪论绪论 1.工艺学概述工艺学概述 .工艺学工艺学:研究由原料制取产品的科学研究由原料制取产品的科学 .工艺学分类工艺学分类:化学工艺学化学工艺学 机械工艺学机械工艺学 .化学工艺学化学工艺学:原料经过化学反应制取化工原料经过化学反应制取化工 产品的科学。产品的科学。 .化学工艺学具体特征化学工艺学具体特征:原料必须经过化学原料必须经过化学 反应制取产品反应制取产品,且产品的性质、外形、结构且产品的性质、外形、结构 均发生变化。均发生变化。 2021/3/1411 1.1 化学工艺学的研

9、究范畴 2.化学工艺学主要研究的内容化学工艺学主要研究的内容: 利用各种原料生产化工产品的利用各种原料生产化工产品的方法、原方法、原 理、理、 操作条件、工艺流程和设备操作条件、工艺流程和设备 3.蓝矾生产举例蓝矾生产举例: OHSOHCu 242 OHCuSOOHSOHCuO 24242 5 OHCuSOOHOSOHCu 242242 5 NOOHCuSOOHHNOSOHCu 242342 5 22 NOONO 322 HNOOHNO 2021/3/1412 .蓝矾生产工艺流程蓝矾生产工艺流程: 高温加热 激冷 氧化铜颗粒 反应器 42SO H 冷却结晶离心分离结晶水洗 干燥 .蓝矾生产主要

10、设备蓝矾生产主要设备: 高温电加热炉高温电加热炉;搪瓷反应釜搪瓷反应釜;冷却结晶器（多个）冷却结晶器（多个）;低低 压锅炉压锅炉;三足式离心机三足式离心机;母液储罐母液储罐;热风干燥器热风干燥器;耐腐蚀耐腐蚀 泵等泵等; 电解铜电解铜 水水 母液母液 蓝矾产品蓝矾产品 水水 洗液洗液 储槽 2021/3/1413 化学工艺学所涉及的具体范畴化学工艺学所涉及的具体范畴 . .原料的选择及原料的预处理原料的选择及原料的预处理 . .生产方法、反应原理及生产工序的选生产方法、反应原理及生产工序的选 择与确定择与确定 . .生产所用设备（及其他反应器）的结生产所用设备（及其他反应器）的结 构、作用和操

11、作构、作用和操作 . .催化剂的选取及使用催化剂的选取及使用 . .其他物料的影响其他物料的影响 2021/3/1414 化学工艺学所涉及的具体范畴化学工艺学所涉及的具体范畴 . .生产操作条件确定及对实际生产的影响生产操作条件确定及对实际生产的影响 . .生产工艺流程的组织、实施和控制生产工艺流程的组织、实施和控制 . .目标产品与副产品的分离目标产品与副产品的分离, ,目标产品质目标产品质 量的控制及副产物的利用量的控制及副产物的利用 . .生产过程中能量的回收及利用生产过程中能量的回收及利用 . .对生产同种产品不同工艺路线和工艺流对生产同种产品不同工艺路线和工艺流 程的技术经济的评价与

12、对比程的技术经济的评价与对比 2021/3/1415 化学工艺与化学工程 化学工艺:研究化工产品的原料特点、物理化 学性质、生产原理,最适宜的工艺路线、最适 宜工作条件、工艺流程,生产设备的构造和材 料,工艺计算,技术经济评价,市场动态等的一 门科学。 化学工程:研究化工生产过程的基本原理,寻找 各单元操作和化学反应过程的内在规律,并据 此解决生产中所需设备机械的设计和操作条 件等的一门科学。 工艺学:了解从原料变为产品的过程。 2021/3/1416 化学工艺化学工艺 个性个性 研究具体过程研究具体过程 从原料到产品从原料到产品 化学工程化学工程 共性（共同规律）共性（共同规律） 单元操作单

13、元操作 工程因素（尤其是放大工程因素（尤其是放大） 化学工艺与化学工程的关系化学工艺与化学工程的关系: 虽然两者研究的内容不同虽然两者研究的内容不同;涉及的范畴不同涉及的范畴不同;但两者相但两者相 互加强相互促进互加强相互促进,即相辅相成密不可分。即相辅相成密不可分。 化学工程主要研究化学工业和其他工业过程生产中化学工程主要研究化学工业和其他工业过程生产中 所进行的化学过程和物理过程的共同规律所进行的化学过程和物理过程的共同规律,它的一个它的一个 主要任务是研究有关工程因素对过程和装置的效应主要任务是研究有关工程因素对过程和装置的效应, 特别是生产特别是生产放大中的效应放大中的效应问题。问题。

14、 化学工艺与化学工程的区别和联系化学工艺与化学工程的区别和联系 2021/3/1417 化学工艺学与所学课程的关系: 2021/3/1418 1.2 化学工业的发展、地位和作用化学工业的发展、地位和作用 18世纪前:作坊式手工工艺。如酿造、玻璃、冶金等工业。 18世纪初:铅室法制硫酸,到了19世纪中,原料由硫黄改为黄 铁矿,使硫酸工业发展成为化学工业的心脏,强而有力地影响 着整个化学工业的发展。 19世纪中叶:硝酸开始工业化,煤干馏工业开始。19世纪后期, 以纯碱为中心而发展起来的大规模生产开始。从中生产出 了重要副产品盐酸。 1913年:世界上第一个合成氨厂建立,有力的促进了无机和有 机化工

15、的发展。 20世纪40年代:管式炉裂解烃开发成功。60年代后,石油化工 突飞猛进的发展。 20世纪50年代后:三大合成材料（合成塑料、合成橡胶、合 成纤维）工业开始发展。 2021/3/1419 化学工业在国民经济中的地位与作用 2021/3/1420 1.3 现代化学工业的特点现代化学工业的特点 原料、生产方法和生产产品的原料、生产方法和生产产品的多样性多样性与与复杂性复杂性 生产向生产向大型化大型化、综合化综合化、精细化精细化发展发展 化工生产中化工生产中多学科合作多学科合作,生产技术密集生产技术密集 重视生产中重视生产中能量的合理利用能量的合理利用,积极采用积极采用节能工艺节能工艺 和方

16、法和方法 资金密集资金密集,投资回收速度快投资回收速度快,利润高利润高 化工生产中化工生产中易燃易燃、易爆易爆、有毒有毒及及污染污染 开发环境友好生产工艺。（清洁生产）开发环境友好生产工艺。（清洁生产） 技术先进技术先进 经济合理经济合理 生产安全生产安全 环境无害环境无害 2021/3/1421 1.3 化学工业的现状化学工业的现状 生产规模小生产规模小,生产成本高生产成本高; 大型装置和设备主要依靠进口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产品品种少、功能化和差别化率低; 环境污染严重环境污染严重; 能耗较高等。能耗较高等。 问题和差距问题和差距 2021/3/142

17、2 1.3、现代化学工业的发展方向、现代化学工业的发展方向 .开发高新技术,缩短新技术、新工艺工业化的 周期,加快产品更新和升级的速度。 。 .最充分、最彻底地利用原料。 在化工生产中提倡设计和开发在化工生产中提倡设计和开发“原子经济性反应原子经济性反应”,该该 概念是美国化学家概念是美国化学家B.M.Trost于于1991年提出的年提出的,“在化在化 学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子 即产物中即产物中,不需要利用保护基团或离子基团不需要利用保护基团或离子基团,因而不会因而不会 有副产物或废物生成有副产物或废物生成”。即最大限度地利用

18、原料和最。即最大限度地利用原料和最 大限度地减少废物排放。大限度地减少废物排放。 2021/3/1423 1.3、化学工业的发展方向、化学工业的发展方向 .化工生产中大力发展绿色化工化工生产中大力发展绿色化工,生产过程生产过程 中应做到中应做到“零排放零排放” 采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂 利用反应选择性高的催化剂和工艺流程利用反应选择性高的催化剂和工艺流程 将副产物和废物转化为有利用价值的产品将副产物和废物转化为有利用价值的产品 淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品,开发对生开发对生 态环境有好产品态环境有好产品 实施废弃物

19、再利用工程实施废弃物再利用工程 .化工生产过程要实现高效、节能及智能化工生产过程要实现高效、节能及智能 化生产化生产 2021/3/1424 1.3 化学工艺学和化学工业的关系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。 2021/3/1425 2021/3/1426 2021/3/1427 2021/3/1428 2021/3/1429 2021/3/1

20、430 2021/3/1431 2021/3/1432 2021/3/1433 2021/3/1434 2021/3/1435 2021/3/1436 1.4 化工生产基本原料 2021/3/1437 高分子化工产品高分子化工产品 有机化工产品有机化工产品 无机化工产品无机化工产品 1.4 主要产品主要产品 精细化工产品精细化工产品 生物化工产品生物化工产品 2021/3/1438 2021/3/1439 2021/3/1440 2021/3/1441 2021/3/1442 2021/3/1443 2021/3/1444 2021/3/1445 2021/3/1446 2021/3/1447

21、 2021/3/1448 合成气合成气 (CO+H2) 补N2和变换N2-H2合成氨、尿素等 改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液体燃料 合成甲醇 羰基合成醋酸 氧化甲醛酚醛树脂、合成原料 与异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE） 与CO合成甲酸甲酯甲酸 加CO、O2草酸二甲酯 乙二醇 草酸 同系化乙醇脱水乙烯 合成二甲醚 转化 转化 C2-C4烯烃 汽油 柴油机燃料 2021/3/1449 现代化学工业的发展现代化学工业的发展 根据原料的变迁根据原料的变迁,现代化学工业可简现代化学工业可简 单地划分为两个阶段单地划分为两个阶段: （1）19世纪末到世纪末到20世纪世纪50年代年代,经煤焦经煤焦

22、油和电石乙炔油和电石乙炔,以煤为原料以煤为原料进一步生产有机进一步生产有机 化学品的时代。化学品的时代。 （2）20世纪世纪50年代开始的年代开始的以石油和天然以石油和天然 气为原料气为原料合成有机化学品的新时期。合成有机化学品的新时期。 化工原料的变迁与化学工业发展趋势化工原料的变迁与化学工业发展趋势 2021/3/1450 50 初级化工原料初级化工原料主要产品主要产品 石脑油石脑油 加氢尾油加氢尾油 液化气液化气 煤煤/ /天然气、盐天然气、盐 烯烃产业链烯烃产业链 芳烃产业链芳烃产业链 精细化工精细化工 无机化工无机化工 2.合成树脂合成树脂 3.合成橡胶合成橡胶 4.合纤原料合纤原料

23、 6.化肥及化肥及C1化工化工 1.基本有机化工原料基本有机化工原料 产业链产业链 5.合成纤维合成纤维 7.特殊化学品特殊化学品 2021/3/1451 丙烯 丁二烯抽提 醚化 1-丁烯MTBE异丁烯丁基橡胶 丁二烯 丁苯橡胶 顺丁橡胶 ABS SBS 裂解碳四 乙烯裂解乙烯裂解 乙烯 聚乙烯 环氧乙烷 乙醇 苯乙烯 氯乙烯 醋酸 烯烃 乙丙胶 乙二醇涤纶 PVC 聚苯乙烯 ABS SAN 丁苯橡胶 聚丙烯 丙烯腈 乙丙胶 异丙醇 异丙苯 丁醛 氯丙烯 丙烯酸 环氧丙烷 腈纶 ABS 丙酮 苯酚 双酚A环氧树脂 丁醇 辛醇 环氧氯丙烷 聚醚 丙烯酸酯 聚碳 裂解汽油 汽油加氢 芳烃抽提 二甲

24、苯 硝基苯苯胺 烷基苯 异丙苯 环己烷 苯酚/丙酮 己内酰胺 锦纶 苯 苯/MX TDI 甲苯醇/酮己二酸己二胺 尼龙66盐锦纶 邻二甲苯 苯酐 对二甲苯 PTA 聚酯涤纶 间二甲苯 PIA 裂解碳五 异戊橡胶 间戊二烯 双环戊二烯 煤 炭合成气合成氨 天然气 乙 炔 醋酸乙烯维尼纶 甲醇 中国石化化工板块产业链中国石化化工板块产业链 2021/3/1452 合成树脂产品示意图合成树脂产品示意图 苯乙烯苯乙烯 丙烯腈丙烯腈 丁二烯丁二烯 丙丙 烯烯聚丙烯（聚丙烯（PPPP） 丙烯腈丙烯腈- -丁二烯丁二烯- -苯乙苯乙 烯共聚树脂（烯共聚树脂（ABSABS） 聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPS） 乙

25、乙 烯烯 线性聚乙烯（线性聚乙烯（LLDPELLDPE） 高压聚乙烯（高压聚乙烯（LDPELDPE） 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）氯乙烯氯乙烯 1-1-丁烯丁烯/1-/1-己烯己烯 2021/3/1453 合成橡胶产品示意图合成橡胶产品示意图 苯乙烯苯乙烯 丁二烯丁二烯 异戊烯异戊烯 顺丁橡胶（顺丁橡胶（BRBR） 丁基橡胶（丁基橡胶（IIR） 丁苯胶乳丁苯胶乳 丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBRSBR） 热塑性弹性体热塑性弹性体 (SBS/SEBS/SIS) 异丁烯异丁烯 2021/3/1454 合纤原料产品示意图合纤原料产品示意图 乙二醇（乙二醇（EG）乙烯乙烯 丙烯丙烯丙烯腈丙烯腈 间苯二甲酸（间苯二甲酸（PIA） 对苯二甲酸（对苯二甲酸（PTA） 间二甲苯（间二甲苯（OX） 醋醋 酸酸 对二甲苯（对二甲苯（PX） 己内酰胺己内酰胺甲苯甲苯苯甲酸苯甲酸 环己酮环己酮苯苯 聚酰胺聚酰胺 2021/3/1455 合成纤维产品示意图合成纤维产品示意图 聚酯（聚酯（PETPET） 腈纶腈纶 涤纶长丝涤纶