化學(xué)化工基礎(chǔ)課件演講人：日期:目錄CATALOGUE02.化工過(guò)程基礎(chǔ)04.單元操作技術(shù)05.安全與環(huán)境保護(hù)01.03.材料與物質(zhì)應(yīng)用06.工業(yè)應(yīng)用與案例化學(xué)基礎(chǔ)原理化學(xué)基礎(chǔ)原理01PART原子結(jié)構(gòu)與元素周期表原子核與電子排布原子由帶正電的原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成，電子在不同能級(jí)上分層排布，遵循泡利不相容原理和能量最低原理。01元素周期律元素按原子序數(shù)排列，周期性表現(xiàn)為物理化學(xué)性質(zhì)的重復(fù)規(guī)律，如電負(fù)性、電離能和原子半徑的遞變趨勢(shì)。02主族與過(guò)渡元素特性主族元素價(jià)電子數(shù)等于族序數(shù)，化學(xué)性質(zhì)活潑；過(guò)渡元素d軌道電子參與成鍵，常呈現(xiàn)多種氧化態(tài)和配位能力。03化學(xué)鍵類型與性質(zhì)離子鍵由正負(fù)離子間靜電作用形成，常見(jiàn)于金屬與非金屬化合物，具有高熔點(diǎn)、導(dǎo)電性等特性。02040301金屬鍵金屬原子間自由電子形成的“電子?！蹦Ｐ停x予金屬延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。共價(jià)鍵通過(guò)電子共享實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合，包括極性共價(jià)鍵（如水分子）和非極性共價(jià)鍵（如氧氣分子），影響分子極性與溶解度。氫鍵與范德華力次級(jí)鍵作用力，氫鍵存在于含氫電負(fù)性原子間（如DNA雙鏈），范德華力則普遍存在于分子間，影響物質(zhì)聚集狀態(tài)。兩種或多種物質(zhì)生成一種產(chǎn)物，如氫氣與氧氣反應(yīng)生成水，需配平原子數(shù)和電荷守恒。單一化合物分解為多種物質(zhì)，如碳酸鈣加熱分解為氧化鈣和二氧化碳，需標(biāo)注反應(yīng)條件。單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成新單質(zhì)和新化合物，如鐵與硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵，遵循活性順序規(guī)則。兩種化合物交換成分生成新化合物，如氯化鈉與硝酸銀反應(yīng)生成氯化銀沉淀和硝酸鈉，需滿足沉淀、氣體或弱電解質(zhì)生成條件。基本反應(yīng)方程式化合反應(yīng)分解反應(yīng)置換反應(yīng)復(fù)分解反應(yīng)化工過(guò)程基礎(chǔ)02PART質(zhì)量守恒與物料平衡基本原理與應(yīng)用多組分系統(tǒng)平衡穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)分析質(zhì)量守恒定律是化工過(guò)程設(shè)計(jì)的核心，要求系統(tǒng)輸入質(zhì)量等于輸出質(zhì)量與積累量之和。通過(guò)建立物料平衡方程，可精確計(jì)算反應(yīng)器、分離設(shè)備等單元操作中的物料流動(dòng)與轉(zhuǎn)化效率。穩(wěn)態(tài)條件下系統(tǒng)積累量為零，適用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程；非穩(wěn)態(tài)分析則用于間歇操作或動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬，需考慮時(shí)間變量對(duì)物料分布的影響。復(fù)雜混合物需采用組分平衡法，結(jié)合相平衡關(guān)系（如氣液平衡常數(shù)）和化學(xué)計(jì)量關(guān)系，解決精餾、吸收等分離過(guò)程的計(jì)算問(wèn)題。能量守恒原理用于計(jì)算化工系統(tǒng)的熱量變化，包括顯熱、潛熱及反應(yīng)熱，涉及焓變計(jì)算和能量效率評(píng)估。熱力學(xué)第一定律應(yīng)用分析傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種傳熱方式，優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)（如管殼式、板式），確保熱能高效傳遞與回收。傳熱機(jī)制與設(shè)備設(shè)計(jì)第二定律指導(dǎo)過(guò)程優(yōu)化，通過(guò)減少熵產(chǎn)（如降低摩擦、溫差）提高能量利用率，典型應(yīng)用包括熱泵和制冷循環(huán)。熵增與過(guò)程不可逆性能量傳遞與熱力學(xué)反應(yīng)速率方程建立對(duì)比間歇釜式反應(yīng)器（BR）、連續(xù)攪拌釜（CSTR）、活塞流反應(yīng)器（PFR）的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)反應(yīng)級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)化率需求選擇合適類型。反應(yīng)器類型與選型多相反應(yīng)與傳遞限制涉及氣固催化反應(yīng)時(shí)，需考慮內(nèi)擴(kuò)散（催化劑孔隙內(nèi)）和外擴(kuò)散（流體邊界層）對(duì)表觀反應(yīng)速率的制約作用?；跐舛取囟?、催化劑等因素，推導(dǎo)冪律型或機(jī)理型速率方程，如阿倫尼烏斯公式描述溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響。反應(yīng)速率與動(dòng)力學(xué)材料與物質(zhì)應(yīng)用03PART無(wú)機(jī)化工原料有機(jī)化工原料包括酸、堿、鹽、氧化物等基礎(chǔ)化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化肥等領(lǐng)域，如硫酸用于磷肥生產(chǎn)，氫氧化鈉用于造紙和紡織工業(yè)。涵蓋烴類、醇類、醛類等化合物，是合成塑料、橡膠、纖維的重要基礎(chǔ)，例如乙烯用于聚乙烯生產(chǎn)，甲醇用于甲醛和燃料添加劑制造。常見(jiàn)化工原料分類高分子材料原料如單體、聚合物等，用于生產(chǎn)塑料、合成纖維和橡膠，典型代表包括苯乙烯用于聚苯乙烯合成，丙烯腈用于腈綸纖維制備。特種化工原料包括催化劑、助劑、電子化學(xué)品等，具有高純度或特殊功能，如硅烷用于半導(dǎo)體制造，偶氮染料用于紡織印染行業(yè)。材料性能測(cè)試方法通過(guò)拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和硬度測(cè)試評(píng)估材料的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，確保其在實(shí)際應(yīng)用中能承受機(jī)械應(yīng)力。力學(xué)性能測(cè)試通過(guò)循環(huán)伏安法、阻抗譜分析材料的導(dǎo)電性、介電性能和腐蝕行為，適用于電池、電容器等電子元件開(kāi)發(fā)。電化學(xué)性能測(cè)試采用差示掃描量熱法（DSC）和熱重分析（TGA）測(cè)定材料熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性和分解溫度，為高溫應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。熱性能分析010302利用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）觀察材料的晶體結(jié)構(gòu)、相組成和表面形貌，揭示性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。微觀結(jié)構(gòu)表征04包括齊格勒-納塔催化劑和茂金屬催化劑，調(diào)控烯烴聚合的立體規(guī)整性，制備高性能聚乙烯、聚丙烯等塑料產(chǎn)品。聚合反應(yīng)催化劑如選擇性催化還原（SCR）催化劑和汽車(chē)尾氣凈化催化劑，降低氮氧化物和碳?xì)浠衔锱欧?，助力大氣污染治理。環(huán)保催化劑01020304如裂化催化劑和加氫催化劑，用于提高原油轉(zhuǎn)化效率，生產(chǎn)高辛烷值汽油和低硫柴油，滿足清潔燃料需求。石油煉制催化劑酶催化劑在制藥和食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，例如固定化葡萄糖異構(gòu)酶用于高果糖漿生產(chǎn)，提高反應(yīng)選擇性和效率。生物化工催化劑工業(yè)催化劑應(yīng)用單元操作技術(shù)04PART流體輸送原理流體靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)分析流體在靜止和流動(dòng)狀態(tài)下的壓力、流速、黏度等參數(shù)變化規(guī)律，為管道設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。涉及伯努利方程、雷諾數(shù)等核心概念。泵與壓縮機(jī)選型根據(jù)流體性質(zhì)（如腐蝕性、含固量）和工藝需求（如流量、揚(yáng)程），選擇離心泵、容積泵或壓縮機(jī)等設(shè)備，并計(jì)算功率效率。管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮經(jīng)濟(jì)流速、管材耐壓等級(jí)、閥門(mén)類型及布局，優(yōu)化管道網(wǎng)絡(luò)以減少阻力損失和能耗。利用組分揮發(fā)度差異實(shí)現(xiàn)分離，包括常壓蒸餾、減壓蒸餾及共沸精餾，需控制塔板效率、回流比等關(guān)鍵參數(shù)。蒸餾與精餾工藝通過(guò)反滲透、超濾或納濾膜的選擇性透過(guò)性分離微?；蛉苜|(zhì)，適用于高附加值產(chǎn)品的溫和提純。膜分離技術(shù)通過(guò)溶解度差異（結(jié)晶）或分配系數(shù)（液液萃取）實(shí)現(xiàn)高純度產(chǎn)物獲取，需優(yōu)化溶劑比例、溫度梯度等條件。結(jié)晶與萃取分離純化技術(shù)傳熱與傳質(zhì)基礎(chǔ)吸附與離子交換探討平衡吸附等溫線及穿透曲線，優(yōu)化吸附劑再生周期與傳質(zhì)效率，應(yīng)用于廢水處理或資源回收。蒸發(fā)與干燥過(guò)程研究多效蒸發(fā)節(jié)能原理及濕分?jǐn)U散機(jī)制，控制干燥速率以避免物料熱敏性破壞。熱傳導(dǎo)與對(duì)流傳熱分析傅里葉定律及努塞爾數(shù)關(guān)聯(lián)式，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)需計(jì)算傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)平均溫差及污垢熱阻。安全與環(huán)境保護(hù)05PART實(shí)驗(yàn)室安全管理個(gè)人防護(hù)裝備規(guī)范實(shí)驗(yàn)人員必須穿戴實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、手套等防護(hù)裝備，接觸腐蝕性或毒性物質(zhì)時(shí)需使用防毒面具或面罩，確保操作安全。危險(xiǎn)化學(xué)品管理嚴(yán)格實(shí)行“雙人雙鎖”制度，建立化學(xué)品臺(tái)賬，分類存放易燃、易爆、劇毒物質(zhì)，并張貼醒目標(biāo)識(shí)。應(yīng)急處理流程實(shí)驗(yàn)室需配備急救箱、滅火器及應(yīng)急噴淋裝置，定期開(kāi)展火災(zāi)、泄漏等突發(fā)事故演練，確保人員熟悉應(yīng)急預(yù)案。設(shè)備操作規(guī)范高壓滅菌器、離心機(jī)等設(shè)備需經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)后使用，定期檢查維護(hù)，避免因操作不當(dāng)引發(fā)機(jī)械傷害或電氣事故。廢物處理流程分類收集原則實(shí)驗(yàn)廢物按化學(xué)性質(zhì)分為有機(jī)廢液、無(wú)機(jī)廢液、固體廢棄物等，使用專用容器密封存放，避免交叉污染。強(qiáng)酸強(qiáng)堿廢液需中和至中性后再移交處理，含重金屬?gòu)U液需通過(guò)沉淀、吸附等方式降低毒性。危險(xiǎn)廢物需聯(lián)系具備資質(zhì)的環(huán)保單位進(jìn)行無(wú)害化處理，嚴(yán)禁隨意傾倒或混入生活垃圾。建立廢物轉(zhuǎn)移聯(lián)單制度，詳細(xì)記錄廢物種類、數(shù)量及處置去向，確保全程可追溯。中和與預(yù)處理專業(yè)機(jī)構(gòu)處置記錄與追蹤綠色化工實(shí)踐優(yōu)先選擇高選擇性催化劑和高效反應(yīng)路徑，減少副產(chǎn)物生成，提高原料利用率。原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生能源替代傳統(tǒng)化石燃料，降低生產(chǎn)過(guò)程碳排放。推廣聚乳酸（PLA）、纖維素基材料等可降解產(chǎn)品，減少“白色污染”對(duì)環(huán)境的影響。清潔能源替代通過(guò)蒸餾、膜分離等技術(shù)回收有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少揮發(fā)性有機(jī)物排放。溶劑回收技術(shù)01020403生物降解材料開(kāi)發(fā)工業(yè)應(yīng)用與案例06PART典型化工生產(chǎn)流程石油裂解與精煉通過(guò)高溫裂解原油得到乙烯、丙烯等基礎(chǔ)化工原料，再經(jīng)精餾、加氫等工藝生產(chǎn)燃料油、潤(rùn)滑油及聚合物單體，全過(guò)程涉及催化反應(yīng)、分離提純等核心技術(shù)。合成氨工藝采用哈伯法將氮?dú)馀c氫氣在高壓催化劑作用下合成氨，后續(xù)通過(guò)尿素合成或硝酸制備延伸產(chǎn)業(yè)鏈，流程涵蓋氣體凈化、循環(huán)壓縮及熱能回收等環(huán)節(jié)。聚合反應(yīng)工程以聚乙烯為例，通過(guò)齊格勒-納塔催化劑引發(fā)乙烯單體聚合，控制反應(yīng)溫度與壓力調(diào)節(jié)分子量分布，最終經(jīng)造粒、干燥得到塑料顆粒成品。新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)綠色化學(xué)工藝人工智能優(yōu)化微反應(yīng)器技術(shù)開(kāi)發(fā)低毒溶劑、生物基原料替代傳統(tǒng)石化產(chǎn)品，如利用纖維素發(fā)酵制取生物燃料，減少碳排放與環(huán)境污染。通過(guò)毫米級(jí)反應(yīng)通道實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)傳熱，提升反應(yīng)選擇性與收率，適用于醫(yī)藥中間體、精細(xì)化學(xué)品的高效合成。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整反應(yīng)參數(shù)（如溫度、pH值），預(yù)測(cè)設(shè)備故障并優(yōu)化能耗效率。實(shí)際案例分析03二氧化碳資源化利用示范工程