化学工艺学1全解.pptx

化工工艺学化工工艺学化工工艺学化工工艺学化学化工系化学化工系化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业周文超周文超n化学工程与化学工艺的联系与区别？化学工程与化学工艺的联系与区别？化工工艺化学工程与工艺简称简称研究范畴研究范畴 两者相辅相承，密不可分两者相辅相承，密不可分化学工艺化学工艺化学工程化学工程以生产产品为目的以生产产品为目的以强化过程为目的以强化过程为目的工艺路线、流程工艺路线、流程化学反应、单元操作化学反应、单元操作化工过程化工过程两者密不可分，相互配合，可解决化工过程中的各种问题。两者密不可分，相互配合，可解决化工过程中的各种问题。未反应物料循环未反应物料循环副产物综副产物综合利用合利用n专业必修课，研究专业必修课，研究生产工艺生产工艺的学科，知识面宽，是的学科，知识面宽，是化学基础理论知识在实际生产中的应用。化学基础理论知识在实际生产中的应用。n涉及到的学科涉及到的学科：无机化学、物理化学、分析化学、：无机化学、物理化学、分析化学、化工原理、化工设计概论、化工设备。化工原理、化工设计概论、化工设备。n涉及到的设备涉及到的设备：换热装置、分离装置、反应装置、：换热装置、分离装置、反应装置、流体输送设备。流体输送设备。课程性质、学科基础课程性质、学科基础基本内容基本内容第第1章章 概论概论第第2章章 合成气合成气第第3章章 合成气衍生产品合成气衍生产品第第4章章 无机大宗化学品无机大宗化学品第第5章章 石油炼制石油炼制 第第6章章 烃类裂解烃类裂解第第7章章 烯烃为原料的化学品烯烃为原料的化学品第第8章章 芳烃为原料的化学品芳烃为原料的化学品第第9章章 绿色化学化工概论绿色化学化工概论课程任务课程任务1.了解化学工业的特点和发展方向；了解化工工艺了解化学工业的特点和发展方向；了解化工工艺学的学的研究范畴研究范畴；2.掌握典型产品的化工生产掌握典型产品的化工生产工艺流程工艺流程、反应原理、反应原理、影响因素、工艺条件确定、主要设备结构及其发影响因素、工艺条件确定、主要设备结构及其发展现状；展现状；3.通过学习典型产品的工艺，强化化工工程意识，通过学习典型产品的工艺，强化化工工程意识，培养理论联系实际的培养理论联系实际的能力能力。考核方法考核方法1.平时。包括出勤率、作业等。平时。包括出勤率、作业等。2.期末。闭卷。期末。闭卷。3.成绩成绩=60%考试成绩考试成绩+40%平时成绩平时成绩 化学工艺学及其研究的内容化学工艺学及其研究的内容化学工业的分类及特征化学工业的分类及特征化学工业的现状和发展方向化学工业的现状和发展方向化学工艺学与化学工业的关系化学工艺学与化学工业的关系化工原料及其工艺化工原料及其工艺化工工艺计算化工工艺计算第第1 1章章 概论概论1.1 化学工艺学及研究内容化学工艺学及研究内容原料经过原料经过化学反应化学反应制取化工产品的科学制取化工产品的科学具体特征具体特征：原料必须经过化学反应制取产：原料必须经过化学反应制取产品，且产品的性质、外形、结构均发生变化。品，且产品的性质、外形、结构均发生变化。工艺学：研究由原料制取产品的科学工艺学：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 and 机械工艺学机械工艺学主要研究内容：利用各种原料生产化工产品的主要研究内容：利用各种原料生产化工产品的方法、原理、操作条件、工艺流程和设备方法、原理、操作条件、工艺流程和设备1.2 化学工业的分类及特征化学工业的分类及特征化工原料的类型：自然矿藏、人工合成产品包括化工原料的类型：自然矿藏、人工合成产品包括化工产品、生物资源等化工产品、生物资源等化工产品的类型：到目前为止，已发现和人工合成化工产品的类型：到目前为止，已发现和人工合成的化工产品有的化工产品有2000多万多万种；商品销售的有种；商品销售的有8万多种万多种；而与工农业、国防及人类生活密切相关的而与工农业、国防及人类生活密切相关的4000种种左左右。右。化学工业：借助于化学反应将原料制成化工产品化学工业：借助于化学反应将原料制成化工产品的工业的工业化学工业的分类（按学科分类）化学工业的分类（按学科分类）精细化工精细化工：医药、农药、染料、表面活性剂、催：医药、农药、染料、表面活性剂、催化剂、化妆品等特定功能产品。化剂、化妆品等特定功能产品。有机化工有机化工：如烯烃、有机酸、醇、酯，芳烃等。：如烯烃、有机酸、醇、酯，芳烃等。无机化工无机化工：如无机酸、碱、盐及无机化肥：如无机酸、碱、盐及无机化肥高分子化工高分子化工：利用聚合和缩聚反应，合成橡胶、：利用聚合和缩聚反应，合成橡胶、塑料、化纤塑料、化纤生物化工生物化工：依靠微生物发酵、酶催化制取的产品：依靠微生物发酵、酶催化制取的产品如抗生素、有机溶剂、调味剂、食品添加剂等。如抗生素、有机溶剂、调味剂、食品添加剂等。按原料性质和来源分类：石油化工、煤化工、按原料性质和来源分类：石油化工、煤化工、生物化工、矿产化工、海洋化工生物化工、矿产化工、海洋化工化化学学工工业业的的特特征征技术密集型工业技术密集型工业能源密集型工业能源密集型工业连续性和自动化程度高连续性和自动化程度高大型化、综合化、精细化大型化、综合化、精细化治理三废、节能治理三废、节能1.3 化学工业的现状和发展方向化学工业的现状和发展方向（一）化学工业现状（一）化学工业现状我国支柱型的产业；我国支柱型的产业；但生产规模小、生产成本高、大型装置设备自给但生产规模小、生产成本高、大型装置设备自给率低，产品品种少、功能化和差别率低，环境污率低，产品品种少、功能化和差别率低，环境污染严重，能量消耗高。染严重，能量消耗高。（二）化学工业发展方向（二）化学工业发展方向1 1、化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技、化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技术产品。术产品。2、最充分、最彻底的利用化工生产原料最充分、最彻底的利用化工生产原料最大限度地利用原料和最大限度地减少废物排放。最大限度地利用原料和最大限度地减少废物排放。3、化工生产过程、化工生产过程要实现高效、节能及智能化生产。要实现高效、节能及智能化生产。4、化工生产中大力发展、化工生产中大力发展绿色化工绿色化工，生产过程中应，生产过程中应做到做到“零排放零排放”原子经济性反应原子经济性反应1991年，年，B.M.Trost，美国化学家，美国化学家 在化学反应中应使原料中的每一个原子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即产物中，不需要利用保都结合到目标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，因而不会有副产物或废护基团或离子基团，因而不会有副产物或废物生成。物生成。淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发对生淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发对生态环境友好产品。态环境友好产品。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。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。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。实施废弃物再利用工程。实施废弃物再利用工程。1.4 化学工艺学与化学工业的关系化学工艺学与化学工业的关系 紧密联系紧密联系，相互依存、相互促进，共同发展；，相互依存、相互促进，共同发展；化学工艺学是化学工业的化学工艺学是化学工业的基础学科基础学科，化学工艺，化学工艺学的发展为化学工业的发展提供坚强的学的发展为化学工业的发展提供坚强的支撑支撑；化学工业的发展又可以促进化学工艺学的提高。化学工业的发展又可以促进化学工艺学的提高。1.5 化工原料及其工艺化工原料及其工艺Click to add Title1石油及其加工工艺石油及其加工工艺1Click to add Title2天然气及其加工工艺天然气及其加工工艺2Click to add Title1煤及其加工工艺煤及其加工工艺3Click to add Title2化学矿及其加工工艺化学矿及其加工工艺4Click to add Title1生物质加工工艺生物质加工工艺5石油化工自石油化工自20世纪世纪50年代开始蓬勃发展。年代开始蓬勃发展。Click to add Title1石油及其加工工艺石油及其加工工艺1三烯三烯乙烯、丙烯、丁二烯乙烯、丙烯、丁二烯 石油制取石油制取三苯三苯苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 石油、天然气和煤制取石油、天然气和煤制取基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品大约有工业等的产品大约有90来源于石油和天然气。来源于石油和天然气。石油的组成n由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合物构成的构成的混合物混合物，其中化合物的沸点：常温，其中化合物的沸点：常温500。链式饱和烃链式饱和烃 环烷烃环烷烃 芳香烃芳香烃 硫化物硫化物 氮化物氮化物 含氧化合物含氧化合物 稠环烃类等稠环烃类等n烃类化合物烃类化合物n非烃化合物非烃化合物n胶质和沥青质胶质和沥青质石油的加工石油的加工利用原油中各组分沸点的差别进行分离利用原油中各组分沸点的差别进行分离常压蒸馏常压蒸馏 and 减压蒸馏减压蒸馏常减压蒸馏馏分油的进一步化学加工工程：常减压蒸馏馏分油的进一步化学加工工程：催化裂化、催化重整、催化加氢裂化、催化裂化、催化重整、催化加氢裂化、烃类热裂解烃类热裂解一次加工一次加工油品的加工油品的加工二次加工二次加工馏分油的化学加工馏分油的化学加工,调整烃类的组成调整烃类的组成Click to add Title2天然气及其加工工艺天然气及其加工工艺2按组成分：干气（甲烷体积含量在按组成分：干气（甲烷体积含量在90%以上）以上）湿气（甲烷体积含量在湿气（甲烷体积含量在90%以下）以下）天然气：主要成分是天然气：主要成分是CH4分类：分类：按来源分：伴生气按来源分：伴生气天然气于石油伴生天然气于石油伴生 非伴生气非伴生气单独的气田资源单独的气田资源煤层气（瓦斯气）煤层气（瓦斯气）:吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷天然气水合物天然气水合物:冻土带和海底甲烷与水组成冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物的笼形化合物天然气的化工利用天然气的化工利用制氢气制氢气合成氨合成氨热裂解制热裂解制化工产品化工产品经合成气路线制经合成气路线制燃料和化工产品燃料和化工产品甲烷的氯化、硝化、甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化氨氧化和硫化直接催化直接催化转化成化转化成化工产品工产品湿气中湿气中C2C4烷烷烃的利用烃的利用Click to add Title1煤及其加工工艺煤及其加工工艺3lH%O%含量顺序：泥煤含量顺序：泥煤褐煤褐煤 烟煤烟煤无烟煤无烟煤l分类分类成煤过程的程度不同：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤成煤过程的程度不同：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤l煤煤(coal)由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成。硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成。1、煤的干馏、煤的干馏 (coal carbonization)煤的加工煤的加工高温干馏（炼焦）高温干馏（炼焦）低温干馏低温干馏煤干馏过程分类煤干馏过程分类 在在隔绝空气隔绝空气条件下加热煤，使其分解生成焦条件下加热煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程。2、煤的气化、煤的气化 (coal gasification)生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、生成的气体组成随固体燃料性质、气化剂种类、气化方法、气化条件的不同而有差别。气化方法、气化条件的不同而有差别。气化剂气化剂主要主要是是水蒸气、空气或氧气水蒸气、空气或氧气。在高温在高温(9001300)下使煤、焦炭或半焦下使煤、焦炭或半焦等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有等固体燃料与气化剂反应，转化成主要含有H2、CO等气体的过程。等气体的过程。3、煤的液化、煤的液化 (coal liquefaction)4、生成电石、生成电石CaC2 将煤与将煤与CaO在在20002200及电弧炉作用下反及电弧炉作用下反应生成应生成 CaC2的过程。电石水解可生成乙炔（此法占的过程。电石水解可生成乙炔（此法占乙炔来源的一半以上），由乙炔出发可生成一系列乙炔来源的一半以上），由乙炔出发可生成一系列化工产品。化工产品。煤经化学加工转化为液体燃料的过程。煤煤经化学加工转化为液体燃料的过程。煤液化可分为液化可分为直接液化和间接液化直接液化和间接液化两大类过程。两大类过程。1.6 化工工艺计算化工工艺计算衡算系统的衡算系统的物料衡算通式物料衡算通式输入物料的总质量输入物料的总质量=输出物料的总质量输出物料的总质量 +系统内积累的物料质量系统内积累的物料质量稳态流动反应过程的热量衡算稳态流动反应过程的热量衡算输入该系统的能量输入该系统的能量=输入物料的内能输入物料的内能U in +环境传入的热量环境传入的热量QP输出该系统的能量输出该系统的能量=输出物料的内能输出物料的内能U out +系统对外做的功系统对外做的功WU in+QP=U out+W转化率转化率产率产率(收率收率)选择性选择性三者关系三者关系Y=XAS表达主、副反应表达主、副反应进行程度的大小进行程度的大小反映原料的利用反映原料的利用是否合理是否合理1、现代化学工业有什么特点？、现代化学工业有什么特点？2、煤的干馏有哪几种形式？通过煤干馏可得、煤的干馏有哪几种形式？通过煤干馏可得到哪些化工基本原料？到哪些化工基本原料？3、石油的二次加工有哪几种过程？得到的产、石油的二次加工有哪几种过程？得到的产品各有什么特点？品各有什么特点？4、转化率、产率、选择性的含义及三者之间、转化率、产率、选择性的含义及三者之间的关系的关系？思思 考考 题题