化學(huàxué)工藝學ChemicalTechnology

精品資料1學習(xuéxí)要求:1.考試課,開卷考試;70(考試):30(平時(píngshí))；2.聽課,缺一次課平時(píngshí)成績扣1分;3.按時完成和交作業(yè),少交一次平時(píngshí)成績扣1分;4.多提問題和討論;5.課件可拷貝。精品資料21.1化學工程與技術的學科介紹1.2化學工業(yè)的發(fā)展(fāzhǎn)、地位與作用1.3化學工藝學常用的基本概念

第1章緒論(xùlùn)精品資料31.1化學工程與技術的學科(xuékē)介紹研究對象:化學工業(yè)為代表的各類過程工業(yè)。學科內容:化學與物理過程的基本規(guī)律和應用技術，包括:基礎理論、基本方法(fāngfǎ)和基本實驗技術，產品研制、工藝開發(fā)、過程設計、系統(tǒng)模擬與優(yōu)化、操作控制等。

精品資料4五個二級學科：化學工程、化學工藝、生物化工、應用化學和工業(yè)催化。學科特點：以實驗為基石(jīshí)，計算機為重要研究手段，重視實驗室結果的工業(yè)轉化。學科間關系：各有側重，互有交叉，形成了相互依賴、相互支持的學科體系。精品資料51.1.1化學工程(huàxuéɡōnɡchénɡ)學科特點:化學和物理過程的一般原理和共性規(guī)律。研究目的:解決過程及裝置的開發(fā)、設計、操作及優(yōu)化的理論和方法問題。研究內容與方向:化工熱力學、傳遞過程原理、分離工程、化學反應工程、過程系統(tǒng)工程及其它學科分支。內容可概括(gàikuò):“三傳一反”，即動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞、化學反應。精品資料61.1.2化學(huàxué)工藝學科(xuékē)特點:研究具體的生產過程(個性)研究內容:化學品的合成機理、生產原理、產品開發(fā)、工藝實施、過程及裝置的設計及優(yōu)化。

精品資料7涉及的工業(yè)領域:石油、煤、天然氣和其它礦物質為原料，采用化學加工過程，生產石油及石油化工、煤化工、基本有機化工、無機化工、化工冶金和高分子化工產品的工業(yè)部門。生產企業(yè)大都是我國的大型骨干企業(yè)，在國民經濟(guómínjīngjì)中具有極重要地位，如中國石油天然氣總公司、中國石油化工總公司等(世界500強)。精品資料81.1.3生物化工(shēnɡwùhuàɡōnɡ)研究內容:有生物體或生物活性物質參與的過程中的基本理論和工程技術；生物學、化學、工程學等多學科組成的交叉學科。學科特點(tèdiǎn):以實驗研究為基礎、理論和工程并重，綜合遺傳工程、細胞工程、酶工程與工程技術理論，通過工程研究、過程設計、操作的優(yōu)化與控制，實現生物過程的目標產物。精品資料9學科作用:解決(jiějué)人類所面臨的資源、能源、食品、健康和環(huán)境等重大問題起到積極的作用。精品資料101.1.4應用化學學科特點:研究精細化學品制備原理和工藝技術。研究內容:精細化工產品(chǎnpǐn)制備、分離與精制、產品(chǎnpǐn)復配及商品化,研制過程中的合成化學、物理化學、化工單元反應及工藝、生物技術的應用等。學科作用:與化工、電子、能源、材料、航天、兵器、環(huán)境工程技術有緊密聯(lián)系。精品資料111.1.5工業(yè)(gōngyè)催化學科特點:以近代化學和物理為基礎，過程工業(yè)及材料(cáiliào)、能源、環(huán)境、食品、生物等領域密切聯(lián)系的理工相結合的學科。研究方向:表面催化、分子催化、生物催化、催化劑制造科學與工程、催化反應工程、新催化材料(cáiliào)與新催化過程開發(fā)、環(huán)境催化、能源與資源精化過程中的催化、化學工業(yè)與石油煉制催化等。精品資料12學科作用:化學品、燃料、材料、醫(yī)藥、食品等生產和環(huán)境保護的支柱科學技術之一;在化學工業(yè)和能源工業(yè)中，催化技術支持的產值已經占80%以上，表明工業(yè)催化已成為社會生產力發(fā)展不可缺少的科學技術;對人類文明進步和生活(shēnghuó)質量提高作出了巨大貢獻！精品資料131．2化學工業(yè)(huàxuégōngyè)化學工業(yè)（chemicalindustry）：又稱化學加工工業(yè)，指利用化學反應改變物結構、成分、形態(tài)而生產化學產品的制造工業(yè)?；瘜W工藝（chemicaltechnology）：即化工生產技術，系指將原料物質主要經過化學反應轉變?yōu)楫a品的方法(fāngfǎ)和過程，包括實現這種轉變的全部化學的和物理的措施。精品資料14化學工業(yè)(huàxuégōngyè)的作用為工農業(yè)、現代交通運輸業(yè)、國防軍事、尖端科技等領域提供:⑴各類基礎材料;⑵新結構、新功能材料;⑶能源（包括一般動力燃料(ránliào)、航空航天高能燃料(ránliào)和燃料(ránliào)電池等）。精品資料15與人類(rénlèi)生活更是息息相關在現代人類(rénlèi)生活中，從衣、食、住、行和戰(zhàn)勝疾病等物質生活到文化藝術、娛樂消遣等精神生活都離不開化工產品為之服務；有些化工產品的開發(fā)、生產和應用對工業(yè)革命、農業(yè)發(fā)展和人類(rénlèi)生活起到劃時代的作用。精品資料161．2．1化學工業(yè)(huàxuégōngyè)的分類按學科類型(lèixíng)：無機化工、基本有機化工、高分子化工、精細化工、生物化工等分支。精品資料171.2.1.1無機(wújī)化工

(1)大宗的無機化工產品:硫酸、硝酸、鹽酸、純堿、燒堿(三大酸、兩大堿);合成氨和氮、磷、鉀等化學肥料,其中化肥產量在化工產品中位居首位又以氮肥產量最高。(2)無機鹽：由金屬離子或銨離子與酸根陰離子組成的物質，例如硫酸鋁、硝酸鋅、硅酸鈉、高氯酸鉀、重鉻酸鉀、鉬酸銨等，約有1300多種。其特點(tèdiǎn)是應用面廣、加工方法多樣、生產規(guī)模小、品種多。精品資料18(3)無機酸：磷酸、硼酸、鉻酸、砷酸、氫溴酸、氫氟酸等。(4)氫氧化物(qīnɡyǎnɡhuàwù)：鉀、鈣、鎂、鋁、銅、鋇、鋰等的氫氧化物(qīnɡyǎnɡhuàwù)。(5)元素化合物：氧化物、過氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、氫化物、氰化物等。(6)單質：鉀、鈉、磷、氟、溴、碘等。(7)工業(yè)氣體：氧、氮、氫、氯、氨、氬、CO、CO2等。精品資料191.2.1.2基本(jīběn)有機化工有機化合物:碳氫化合物及其衍生物組成有機化合物的元素品種不多，但數量龐大。1989年已達到1000萬種，到2000年增至2000萬種，但目前無機化合物只有幾十萬種?；居袡C化工原料:乙烯(yǐxī)(Ethylene)、丙稀(Propylene)、丁二稀(Butadiene)、苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲苯(Xylene)、乙炔(Acetylene)、萘(Naphthalene)、合成氣(Syngas)（CO和H2）等產品。精品資料20基本有機化工產品的用途：作為單體生產塑料、合成(héchéng)橡膠、合成(héchéng)纖維和其它高分子化合物，合成(héchéng)用的單體用量大；作為原料（中間體）合成(héchéng)精細化工的產品；直接作為消費品，例如作溶劑、萃取劑、氣體吸收劑、冷凍劑、防凍劑、載熱體、醫(yī)療用麻醉劑、消毒劑等。精品資料21乙烯產量:衡量一個(yīɡè)國家化工發(fā)展水平主要指標

2000年世界排名前十名國家(guójiā)及乙烯產量萬噸國別美國日本加拿大德國韓國沙特中國獨聯(lián)體法國荷蘭產量27187055175134914854464443223091.2001年我國乙烯產量為481萬噸；2.2004年全國共生產乙烯626.57噸；3.2005年全國共生產乙烯755.53噸（中國乙烯生產超過日本（720萬噸）），比2004年增長20.43％；4.2006年全國共生產乙烯940.5噸，比2005年增長24.5％，2007年全國共生產乙烯1024.8噸，比2006年增長8.96％；5.2009年全國乙烯的產量為1,066.3萬噸。精品資料22目前我國已有20多種主要化工產品位居世界(shìjiè)前列居世界第一位:合成氨、化肥、農藥、硫酸、合成纖維、電石、燒堿、染料等。居世界第二位:原油加工、乙烯、合成樹脂、合成橡膠、輪胎、涂料等。2007年，全行業(yè)共完成工業(yè)總產值5.32萬億元，比2002年增長(zēngzhǎng)254.5%，5年年均增長(zēngzhǎng)率達28.8%，大大高于國內生產總值的增長(zēngzhǎng)速度。精品資料23“十一五”期間發(fā)展(fāzhǎn)規(guī)劃⑴對茂名石化等第二輪改擴建，C2=規(guī)模達到80萬噸級以上；對上海、吉林石化等第三輪改擴建，C2=生產規(guī)模達到百萬噸級。⑵新建南海石化等七大乙烯工程，增加C2=產能620萬噸，2010年形成長三角、環(huán)渤海和珠三角三大C2=產業(yè)區(qū)，產能占到全國(quánɡuó)60%以上。(3)新疆、甘肅、四川、湖北等中西部地區(qū)建成大型C2=基地，獨山子石化新建120萬噸C2=基地，以天然氣為原料的四川大乙烯（80萬噸）在建設。(4)2010年以后，通過改造或擴建現有企業(yè)，我國C2=生產能力將達到1800萬噸左右,成為僅次于美國（2776萬噸，2006年）的世界第二大C2=生產國

。精品資料242001年我國乙烯產量(chǎnliàng)前10名企業(yè)萬噸序號企業(yè)名稱200020012007（能力）1上海石化59.063.186.942齊魯石化50.055.584.683大慶石化48.050.453.664吉林石化43.347.487.315揚子(yánɡzǐ)石化43.440.680.116茂名石化39.539.296.267燕山石化48.739.074.858蘭化68.179揚巴乙烯

65.4810上海賽科100.29精品資料25乙烯(yǐxī)、丙烯用途1.乙烯(yǐxī)產品分配到各種用途的比例如下：聚乙烯(yǐxī)環(huán)氧乙烷二氯乙烷苯乙烯(yǐxī)其它40%～50%11%～19%14%～15%8%～8.5%13%～18%2.丙烯產品分配到各種用途的比例如下：聚丙稀丙稀腈環(huán)氧丙烷異丙苯異丙醇其它27%～33%14%～17%13%～14.5%9%～11%7%～14%20%～24%精品資料261.2.1.3高分子化工(huàgōng)高分子（macromolecule）:指相對分子質量高，達幾千到幾百萬的分子，由千百個原子以共價鍵相互連接而成，由這類分子構成的化合物稱為高分子化合物（macromoleculecompound）又稱高聚物(highpolymer)。高分子化工的產品:高分子化合物以及高分子化合物為基礎的復合或共混材料制品。特點(tèdiǎn):品種非常多，用途廣泛，更新?lián)Q代迅速。分類:按材料和產品的用途分為：塑料、合成橡膠、合成纖維、橡膠制品、涂料和膠粘劑等。精品資料27按功能(gōngnéng)分為以下兩大類:通用高聚物(commoditypolymer)(三大合成材料)塑料：聚乙烯（PE）、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。合成纖維：滌綸、腈綸(jīnglún)、錦綸等。合成橡膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等。特點：產量大，應用面廣。精品資料28特種(tèzhǒng)高聚物(specialpolymer)(1)工程塑料：聚碳酸酯、聚甲醛(POM)、聚芳醚、聚砜(PSF)、聚芳酰胺(PAA)、有機硅樹脂和氟樹脂等(能耐高溫、能在苛刻條件環(huán)境中作為結構材料使用)。(2)功能高聚物:高分子分離膜；高分子試劑；高分子醫(yī)藥(yīyào)、醫(yī)用高分子等(具有光電導、壓電、熱電、磁性等物理性能)。精品資料29近年來很重視高分子共混物、高分子復合材料等高性能產品(chǎnpǐn)的研究、開發(fā)和生產，諸如高分子感光材料；光致或熱致變色高分子材料；光電纖維；高分子液晶；具有電、磁性能的功能高分子；仿生高分子等。為了保護環(huán)境，生物降解高分子產品(chǎnpǐn)的研制也受到高度重視。精品資料301.2.1.4精細化工(jīnɡxìhuàɡōnɡ)（finechemicalengineering）用途:各工業(yè)部門廣泛應用的輔助材料；農林業(yè)用品、人們(rénmen)生活的直接消費品。特點:品種多、產量小，多數產品純度高、附加值高、價格貴精細化工產品大多數為有機化工產品，無機化工產品相對較少精品資料31分類(歐美標準):精細化學品：染料、農藥(nóngyào)、涂料、表面活性劑、醫(yī)藥等。專用化學品：農用化學品、油田化學品、電子工業(yè)用試劑、清潔劑、特殊聚合物、食品添加劑、粘合劑和密封劑、催化劑等。精品資料32化工部提出(tíchū)的分類方法：⑴農藥⑵染料⑶涂料（包括油漆及油墨）⑷顏料⑸試劑和高純物⑹信息化學品（包括感光材料、磁性材料等能接受電磁波的化學品）⑺食品和飼料添加劑⑻粘合劑⑼催化劑和各種助劑⑽化工系統(tǒng)生產的藥品(yàopǐn)（原藥）和日用化學品⑾功能高分子材料（包括功能膜、感光材料等）精品資料331.2.1.5生物化工(shēnɡwùhuàɡōnɡ)

生物化工產品:用生物技術［即通過生物催化劑（活細胞催化劑或酶催化劑）催化的發(fā)酵過程、酶反應過程或動植物細胞大量培養(yǎng)過程］獲得的化工產品產品分類：大宗化工產品，如乙醇、丙酮、丁醇、甘油、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸等；精細化工產品，如各種氨基酸、酶制劑、核酸、生物農藥、飼料蛋白等；醫(yī)藥產品，如抗生素、維生素、甾體激素(jīsù)、疫苗等精品資料341.2.2化學工業(yè)(huàxuégōngyè)的原料自然資源:礦物、植物和動物，還包括空氣和水。自然資源的分類：(1)礦物原料:金屬礦、非金屬礦和化石燃料礦。金屬礦:多以金屬氧化物、硫化物、無機鹽類或復鹽形式(xíngshì)存在；非金屬礦:以各種各樣化合物形態(tài)存在，其中含硫、磷、硼、硅的礦物儲量比較豐富精品資料35化石燃料:煤、石油、天然氣、油頁巖和油砂等(它們主要由碳和氫元素組成)。化石燃料中的碳只占地殼中總碳質量的0.02%，卻是最重要的能源，也是最重要的化工原料，目前世界(shìjiè)上85%左右的能源與化學工業(yè)均建立在石油、天然氣和煤炭資源的基礎上。石油煉制、石油化工、煤化工等在國民經濟中占有極為重要的地位。精品資料36(2)生物資源(shēnɡwùzīyuán)來源：來自農、林、牧、副、漁的植物體和動物體用途：提供諸如淀粉、蛋白質、油料、脂肪、糖類、木質素和纖維素等食品和化工原料；天然的顏料、染料、油漆、絲、毛、棉、麻、皮革和天然橡膠等產品也都取自植物或動物。特點：來源的繁殖性顯示了生物資源(shēnɡwùzīyuán)的可再性的優(yōu)越性。注意：保護生態(tài)平衡，合理利用，讓這些資源獲得適合于它們繁衍和恢復的環(huán)境。精品資料37再生資源1.原料：不應局限于自然資源；經過某種化學加工得到的產品，可以是其它化學加工部門的原料。2.三廢問題：工業(yè)廢渣、廢液、廢氣以及人類用過的物質和材料，排放和廢棄(fèiqì)會造成環(huán)境污染。然而，它們也可作為再生資源，經過物理和化學的再加工，成為有價值的產品和能源。精品資料381.2.3現代化學工業(yè)的六大(liùdà)特點1.原料、生產方法和產品的多樣性與復雜性多樣性:用同一種原料可以生產多種不同的化工產品；同一種產品可采用不同原料、不同方法和工藝路線生產；一個產品可以有不同用途，而不同產品可能會有相同用途；由于這些多樣性，化學工業(yè)能夠為人類提供越來越多的新物質、新材料和新能源。復雜性:多數化工產品的生產過程是多步驟的，有的生產步驟影響因素(yīnsù)多而復雜，操作條件苛刻。精品資料392.向大型化、綜合化發(fā)展(fāzhǎn)，精細化率不斷提高大型化:裝置規(guī)模越來越大，單位容積單位時間的產出率顯著增大。1.合成氨合成氨反應器的尺寸擴大(kuòdà)3倍，產出率增加9倍以上。設備尺寸增大不需要增加太多的投資，不需要增加生產、管理人員，單位成本明顯降低。一套日產1360t設備與日產600t的相比，每個勞動力生產量增加70%，成本降低36%。精品資料402.合成乙烯：乙烯裝置，在20世紀50年代(niándài)中期，生產規(guī)模年產乙烯50kt，成本很高；到70年代(niándài)初擴大為年產200kt，成本降低40%，成為盈利的裝置；自70年代(niándài)后，新建的乙烯裝置均為500kt至1000kt。精品資料41綜合化:目的：使資源和能源得到充分、合理的利用。方法：就地利用副產物和“廢料”，使其轉化成有用產品，沒有廢物排放或排放最少。不局限于不同化工廠(gōngchǎng)的聯(lián)合體，還包含與其它工廠(gōngchǎng)聯(lián)合的綜合性企業(yè)?；鹆Πl(fā)電廠與化工廠(gōngchǎng)聯(lián)合，利用煤的熱能發(fā)電，又可利用生成的煤氣生產化工產品；核電站建化工廠(gōngchǎng)，利用反應堆的尾熱使煤轉變成合成氣CO+H2，用于生產汽油、柴油、甲醇以及許多C1化工產品。精品資料42精細化率:

即精細化工產值率，指在化工產品總產值中精細化工產品產值所占的百分率。精細化不僅指生產小批量的化工產品，更指生產技術含量高、附加值高的具有優(yōu)異性能或功能的產品。精細化工是當今世界化學工業(yè)的發(fā)展重點，也是國家綜合國力和技術水平的重要(zhòngyào)標志之一。目前德國、美國、日本等國家均把發(fā)展精細化工作為石油化工發(fā)展的基本戰(zhàn)略之一，在這些國家精細化率已達到相當高的水平。精品資料433.多學科合作(hézuò)，生產技術密集型的生產部門高度自動化和機械化的生產部門，朝著智能化發(fā)展。通過生物與化學工程、微電子與化學、材料與化工等不同學科的結合，可創(chuàng)造出更多優(yōu)良的新物質(wùzhì)和新材料。計算機技術的發(fā)展，已實現了遠程自動化控制，也將給化學品的合成提供強有利的智能化工具。將組合化學、計算化學與計算機方法結合，可進行新分子、新材料的設計與合成，節(jié)省大量實驗時間和人力。精品資料444.重視能量合理利用，積極(jījí)采用節(jié)能技術和方法原料物質主要經化學變化轉化為產品物質的過程，伴隨著能量的傳遞和轉換，必須消耗能量，是耗能大戶。合理用能和節(jié)能極為重要，先進性體現在是否采用(cǎiyòng)了低能耗工藝或節(jié)能技術。以天然氣為原料的合成氨生產過程，在近年來出現低能耗工藝、設備和流程，開發(fā)出節(jié)能型催化劑，已將每生產1t液氨的能耗由35.87MkJ降低至28.04MkJ。精品資料45能耗大的生產工藝或技術(jìshù)已經或即將淘汰氯乙烯的生產方法，過去用乙炔與氯化氫合成，而乙炔由電石法制造，該工藝消耗大量的電能，產生大量廢渣，現已逐漸淘汰，由低能耗、低成本的乙烯氧氯化法所取代。膜分離、膜反應、等離子體化學、生物催化、光催化和電化學合成等具有高效率和節(jié)能前景的新方法、新技術的開發(fā)(kāifā)和應用受到高度重視。精品資料465.資金密集，投資(tóuzī)回收期短，利潤高現代化學工業(yè)裝備復雜，技術程度高，基建投資大，產品更新迅速，需要大量的資金然而化工產品產值(chǎnzhí)高，成本低，利潤高，一旦工廠建成投產，可很快收回投資并贏利。化學工業(yè)的產值(chǎnzhí)是國民經濟總產值(chǎnzhí)指標的重要組成部分。2008中國500強企業(yè)中前50強中1中國石油化工集團公司3中國石油天然氣集團公司11中國中化集團公司22中國海洋石油總公司41中國化工集團公司42神華集團有限責任公司精品資料476.化工生產中易燃、易爆、有毒和環(huán)境污染(huánjìngwūrǎn)仍然是現代化工企業(yè)首要解決的問題安全:采用安全的生產工藝，要有可靠的安全技術保障、嚴格的規(guī)章制度及其監(jiān)督機構。綠色:大力發(fā)展綠色化工，采用清潔生產工藝，采用無毒、無害的原料(yuánliào)、溶劑和催化劑，應用反應選擇性高的工藝和催化劑，將副產物或廢物轉化為有用的物質。精品資料48原子經濟:采用(cǎiyòng)原子經濟性反應，提高原料中原子的利用率，實現零排放，淘汰污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡的產品，開發(fā)和生產環(huán)境友好產品。精品資料491．3化學(huàxué)工藝學常用的基本概念1.機械或機器（machine）：機械是其一部分或全部靠運動才能進行作業(yè)(zuòyè)，如泵、電動機等。2.設備（equipment）：設備是給出溫度、壓力或其它物理條件為目的，即使自身不運動也能進行作業(yè)(zuòyè)，如鍋爐、換熱器、塔等。在鍋爐中，水被加熱自身成為具有一定溫度、壓力的蒸汽，鍋爐沒有必要運動。3.儀器（instrument）：儀器用來測定各種參數的量，如溫度計、壓力計、流量計等。精品資料504（加工）過程（process）：為了從原料得到目的產品把數段的操作組合起來的體系。5工藝（technology）：利用生產工具對各種原材料、半成品進行加工處理，使之成為(chéngwéi)產品的方法工藝除指技術之外，還應包括過程的理論、系統(tǒng)、各環(huán)節(jié)的安排，工藝是工程和技術、藝術的結合。精品資料516.裝置或車間（plant）：把多種設備、機器和儀器適當組合起來的加工過程成為生產裝置。例如(lìrú):醋酸裂解法制醋酐裝置由加熱爐（裂解爐）、