化工生产基础知识

化工生产基础知识第一章化工生产概述一化工的基本概念：1 化工生产的三大要素：水、电、汽。2 化工生产的基本任务：a. 研究化工生产的基本过程和反应原理。b. 化工生产的工艺流程和最佳的工艺条件。c. 生产中运用的主要设备的构造、工作原理及强化生产的方法。3 化工生产单元操作及分类a 什么是化工单元操作？化工生产的门类很多，如酸、碱、化肥、农药、 橡胶、染料、制药等行业。不仅原料来源广泛，而且产品种类繁多，加工过程各不相同。 把除了化学反应外其余的步骤归纳为一些生产的基本加工过程。如液体的输送与压缩、沉降、过滤、蒸发、传热、结晶、离心、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻、粉碎、等这些基本加工过程称为化工单元操作。若干单元操作串连起来就构成一个化工产品的生产过程。b 化工单元操作的分类归纳为几个过程：a. 流体动力学过程：如液体的输送与压缩、过滤、沉降、离心等。b 热量传递过程.：如传热、蒸发等。精品资料c 质量传递过程：如蒸馏、吸收、干燥等。d 热力学过程：如冷冻、深度冷冻等。e 机械过程：如固体粉碎、过筛、物料的搅拌等。将其4 化工过程的基本规律：对于千变万化的各种化工生产过程都可以将其单元操作归纳在上述的几个化工基本过程中，并都遵循着共同的规律，它也是指导生产实践的方法和手段。（1） ）物料衡算：根据物质守恒定律。.w 原=w 产+w 损. w 原投入物料量w 产所得的产品量w 损损失物料量（2） ）热量衡算. 根据能量守恒定律。q 入=q 出+q 损q 入输入的热量q 出输出的热量q 损损失的热量按照这一规律可以检查热量消耗的程度，确定经济合理的用能方案和对热能综合利用的选择。（ 3）过程的平衡关系；化工生产中固体的溶解、气体的吸收、溶液的蒸馏等操作过程都是在一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程进行的最大限度。如食盐溶解水的过程。气体的吸收过程；冷、热两流体进行热量传递过程；当两者的传递过程达到了平衡就不再进 行了。 也就是在化工生产过程中建立过程平衡关系，对生产具有很重要的实际意义。一个过程在一定条件下能否进行，进行到什么程度都可以由平衡关系推知。同时为生产条件的选择和改进提供依据。（ 4）过程的速率；过程的速率指单位时间里过程进行的变化量。它与过程的推 动力成正比， 与阻力成反比。提高过程的推动力是提高过程的速率的基本方法。如流体流动的推动力是压力差，传热过程的推动力是温度差，吸收过程的推动力是浓度差等。二化工原料和产品：1a化工原料：无机原料：（空气、水、盐、黄矿石、磷灰石、硼镁矿）空气:主要成分氧气、氮气、二氧化碳、氦气等，其中he 、ne 、ar、kr、xe 五种为稀有气体，因为不容易发生化学反应， 又叫惰性气体。空气的密度是1.293g/l 。水:是地球上分布最广、最常见、最需要的一种化合物。水的物理性质：自然界的水以气态、液态、固态存在。纯净水是无色、无味、无嗅的透明液体。水的凝固点为 0，在 4时密度最大为 1000kg/m 3,水在 373k 的 蒸发潜热为 2258.8kj/kg, 凝固热为 330kj/kg 。冰的密度为 920 kg/m 3, ,所以冰比水轻 ,水变成冰时体积是增大的。水的化学性质：水很稳定，只有在2730k以上开始离解为氢和氧。 水进行电解可生成氢和氧很容易和其他物质反应。水的用途很广， 是化工工业的重要起原料始。水可以和许多物质参加反应生成基本原料和中间体，广泛用于作溶剂，洗涤剂、吸收剂、润滑剂和氧化还原剂等，水更是目前最常用的加热、冷却和冷冻的介质。水的净化处理采用有药剂沉淀法和离子交换法。b 有机原料：有煤、石油、天然气。c 农副产品 :有薯类、壳类、秆类和油类。2化工产品a 化学肥料 :农作物不仅需要碳、氢、氧还要氮、磷、钾。大多数化学肥料是无机化合物，吸收效果好但长期使用土壤会变 质，最后是农家有机肥料使用效果更好。b 农药:是用于农业防治病虫害、除草、调节植物生长等药剂。发展方向是高效低毒低残毒的药剂和微生物农药。c 合成树脂及塑料: 塑料是多种有机物单体经聚会或缩聚而成的高分子化合物。是制成合成树脂再加一些填充料、增塑剂和染料而成能保持现状不变的有机材料。（ 1）聚通用塑料：有聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料。（ 2）工程塑料：是指机械强度高，耐磨，耐腐蚀自润滑等性能好的一类塑料。如尼龙1010 、聚甲醛等。(3)耐高温塑料：是具有耐热性好、价格高的一类塑料。如聚四氟乙烯、 硅树脂， 在高温下具有很强粘结能力的苯二醚和聚苯硫醚。（ 4)环氧树脂： 由于它硬化后产物具有很优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀和金属、非金属优异的结力。（ 5）有机玻璃是具有高度透明性的塑料。又有很高的机械强度。d 橡胶：通用合成橡胶和特种合成橡胶。e 合成纤维：棉、麻、丝、毛属于天然纤维。合成纤维以有机原料人工合成的高聚物，具有强度高、 耐磨、比重轻、 不吸水、保暖性好、耐酸碱、不发霉、不虫蛀等特性，但也有透气性和染色性较差的缺点。f化工其它产品：颜料、涂料、试剂和各种药物、燃料、催化剂添加剂、乳化剂、粘合剂、发泡剂、防老剂等等。三化学基本概念(一)物质1 物质的概念化学研究的对象是物质。物质是作用于我们感觉器官而引起人们感觉的东西，它有一定空间和具有质量。物质以不同的形式在不停地运动着。所以物质存在必然有物质运动。2 能量物质的变化和运动总是伴随着各种能量的变化。水加热产生高压蒸汽可以带动火车运行，电又可以使马达带动机器工作，汽油在汽缸内燃烧可以使汽车行驶等等。3 物质的质量和能量守恒定律化学反应过程中由一个物质变化成为另一个物质，变化前后物质的能量是相等的。（二）物质的变化和性质1 物理变化和物理性质物质的变化是多种多样的。如水加热变成水蒸汽，水蒸汽冷却又变成水：木材加工成家具；钢锭轧成钢筋等等。只改变了物质的外部状态和现状，而没有改变物质的组成，更没有新物质产生叫物理变化。物质在物理变化时表现出来的性质叫物理性质。 如颜色、气味、密度、沸点、熔点等。2 化学变化和化学性质物质不仅外形有了变化，物质本身的组成发生了变化，产生 了新物质。 如炭燃烧产生二氧化碳。由一物质生成新物质的变化叫化学变化。物质在化学变化时表现出来的性质叫化学性质。(三)物质的组成1 分子自然界的一切东西都是由物质组成的。保持某物质一切化学性质的最小粒子叫该物质的分子。分子很小；分子在不断地运动；分子之间有距离。一般物质有三种状态，气态、液态、固态的变化，主要是分子间的间隔大小发生变化而造成的。2 原子物质在化学变化过程中，原来的物质分子分解成更小的微粒， 再重新组合变成新物质的分子。我们把在化学变化中最小微粒， 叫原子。原子很小；原子在不断地运动着；原子具有复杂结构的微粒。3 元素元素是具有相同核电荷的同一类原子的总称。4 采用一定的符号来表示各种元素， 这种符号叫元素符号。 元素 符 号 除 表 示 一 种元 素 外 还 表 示 这 种 元 素的 一 个 原 子 有h.n.o.f.cl.br.c.si.p.s.i.na.mg.al.k.ca.cr.mn.fe.cu.zn. 等 等(四) 原子量、分子量和摩尔1 原 子 量 :原子具有质量，只有知道原子的相对质量。以 12 c 原子碳量定为 12 ，任一元素的原子量是该元素的原子相对于 12c 原原子的重量。2 分子量分子量是组成分子的所有原子量总和。是相对质量。cu （原子量）=63.5分子量 =63.5o2(氧气)原子量 =16分子量 =16x2=323 摩尔物质之间的化学反应都是按照一定数量的原子或分子的比例进行的。物质之间化学反应都以阿伏伽德罗常数6.02 10 23.个倍数进行反应。：任何物质中只要含有6.02 10 23. 个微粒（分子、原子、离子、电子等）这种物质的量叫做1摩尔。 1 摩尔物质的质量叫摩尔质量。单位克/摩尔(克/mol) 或千克 /摩尔 (kg/mol)物质的摩尔数(mol)= 物质的质量(克)/ 物质的摩尔质量(克/摩尔)物质的质量 =物质摩尔质量(克/ 摩尔)物质摩尔数(摩尔) (五)化合价和物质的量：四物质结构及元素周期律： 五化学反应方程式1分子式：用元素符号来表示物质的组成的式子；从分子式可以看出物质分子是由哪些元素的原子组成，各元素的原子数目和质量百分比。如(nh 4)so 4其中 s%= ？ n%= ？ o%= ？ h%= ？2化学反应式：用分子式来表示化学反应的式子c+o2=co 2从反应方程式中看出反应物和生成物是什么物质，同时可以看出反应式两边各元素的原子个数相等，符合反应前后物质总量不变的原则。a) 反应方程式的书写步骤在符号左边写反应物的化学式， 右边写生成物的化学式。 反应是特定条件要注明反应发生的条件。如燃烧、加热、加压、催化剂、温度等。b) 化学方程式的配平：最小公倍数法和対数法。3热化学方程式在化学反应中除了有物质的变化外，以热量形式表现出来的能量变化， 能表明热量变化的化学方程式叫热化学方程式。 放出热量的化学反应叫放热反应，用符号“ + ”来表示放热。吸收热量的化学反应叫吸热反应。用符号“ -”来表示吸热。六 溶液及相平衡（一）溶液1溶液的定义一种或几种物质分散到另一种物质里形成均匀的、稳定的混 合物叫溶液。 被溶解的物质叫溶质，能溶解其它物质的物质叫溶剂。溶质可以是固体、液体或气体。固体、气体、溶于液体时称 其为溶质，液体为溶剂。习惯上量多的叫溶剂，量少的叫溶质。 如：用水做溶剂的溶液叫水溶液，用酒精做溶剂的叫酒精溶液。2溶液的分类：(1) 按照状态分三类：气态溶液、液态溶液和固态溶液。(2) 按照导电性能分量类：电解质溶液和非电解质溶液。(3) 按照溶液的形成过程分三类；固体溶于液体的溶液，气体溶于液体的溶液和液体溶于液体的溶液。3物质的溶解过程溶质溶解于溶剂中，常常有温度的变化。物质的溶解时，首先溶质分子在水分子作用下溶质分子之间的相互吸引， 分子状态和离子状态扩散到水中去， 这是一个物理过程需要吸热， 同时溶质在不断地运动， 水相互吸引形成水合分子并放出热量。 整个溶解有热量、体积或颜色的变化。因此溶解不是单纯的物理过程，也不是单纯的化学过程，而是一种复杂的物理化学过程。4 饱和溶液固体溶解过程中， 进入溶剂中的溶质分子或离子可能被溶质表面吸引而回到固体表面上来，或溶液中互相碰撞重新聚集成固体颗粒， 即重新从溶剂中析出的过程叫结晶。在一定温度下， 溶质溶解的速度等于结晶速度叫溶解平衡。在一定温度下达到溶解平衡的溶液叫饱和溶液。5 饱和蒸汽压液体上方的蒸汽压力即为该液体在该温度下的饱和蒸汽压。6 溶解度a 溶剂中达到溶解平衡时所溶解的量。b 影响溶解度的因素：同一溶剂，不同溶质的溶解度不同。不同溶剂中，同一溶质的溶解度也不同。c溶解度的计算:固体溶解度的计算（克 100克）；气体溶解度计算（克升）。7 稀溶液的性质溶液有不同的性质，如溶液的颜色、体积的变化。所有溶液都有一个共同的性质，如溶液于对应的溶剂相比，溶液的蒸汽压下降 ;（纯溶剂的蒸汽压于溶液的蒸汽压之差称为溶液的蒸汽压下降）。溶液的沸点上升： （溶液在沸点温度时并不沸腾，要达到沸点必须把温度升高到某个温度溶液才沸腾称为溶液的沸点上 升。溶液的凝固点下降。如冰加盐或加有机溶剂化合物冰的温度下降。利用这个性质生产上作为冷冻剂。（二）电解质溶液1电解质的电离凡是在水溶液里或加热熔化时能导电的化合物叫做电解质，反之叫非电解质。hach+ac2离子反应及反应完成条件离子反应方程式的书写方式；离子反应反应完成条件：生成弱电解质；生成难溶性物质；生成气体。3 溶液的ph 值a 水的电离b 溶液的酸碱性与ph 值关系在所有物质的水溶液中，都存在水的电离平衡问题，都有h和 oh 离子存在。纯水中h+等于oh 离子的浓度为10 -7mol l. 当h+ oh 溶液为酸性溶液，h+=oh 为中性溶液， h+oh 溶液为碱性溶液, 因此中性溶液中h+ oh 10 -7 m,ph 10 -7m 酸性溶液，ph 10 -7m 碱性溶液。4 盐类水解强碱弱酸盐的水解；强酸弱碱盐的水解；弱酸弱碱盐的水解（三）相平衡（相和相数、组分和组分数、相律）（单组分、二组分、三组分物系） 。第二章无机化合物第一节无机化合物的分类一氧化物：由氧和另一种元素组成的化合物。具有以下性质：a 碱性氧化物与酸反应生成盐和水；与水反应生成碱昂；与酸性氧化物反应生成含氧酸盐。b 酸性氧化物 （又称酸酐）：与碱反应生成盐和水；与水反应生成含氧酸；与碱性氧化物反应生成含氧酸盐。c 两性氧化物二碱：在水溶液里生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物。具有以下性质：a 碱性溶液遇酸碱指示剂；可使红色石蕊试纸变颜蓝，无色酚酞变红，甲基橙由橙变黄。b 与酸反应生成盐和水c 与酸性氧化物反应生成盐和水d 与盐反应生成新碱昂新盐e 难溶性的碱加热分解生成金属氧化物和水三酸：在水溶液中电离所生产的阳离子全部是氢离子化合物。具有以下性质：a 酸溶液和酸碱指示剂反应，可使蓝色石蕊试纸变颜红，甲基橙由橙变红。但不能使无色酚酞变色。b 与碱反应生成盐和水c 与碱性氧化物生成盐和水 d与活泼金属反应生成盐和水e与盐反应生成新盐和新酸四两性氧化物：在水溶液中既能按酸式电离又能按碱式电离的金属氧化物。zn(oh) 2h2zno 2al(oh) 3h3alo 3五盐:由金属离子和酸根离子组成的化合物。具有如下性质： a与碱反应生成新盐和新碱b 与酸反应生成新盐和新碱c 与另一种盐反应生成两种新盐d 盐溶液与金属反应生成新盐和新金属，但遵守金属活泼顺序。六无机盐分类无机物：单质和化合物。单质：金属和非金属化合物：氧化物、碱、酸、盐还可以继续分。第二节重要的无机化学反应一化合反应：由两种或两种以上物质生成一种新物质的反应。nh 3+ h 2o+ co 2nh 4hco 3二分解反应：由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应。2kclo 32kcl+3o 2三置换反应：一种单质的原子代替化合物中另一种元素的原子，生成一种新的单质和另一种新的化合物的反应。四复分解反应： 两种化合物互相交换成分，生成两种新的化合物的反应。五氧化还原反应：与氧结合的反应叫做氧化反应，失去氧的反应叫做还原反应。第三节氢、氧和水一氢的性质氢气通常情况下是无色、无味、无嗅的气体。氢气在0和101.3kpa的密度为0.0899 l，是同一状况下空气重量的114.4. ，在所有气体中最轻，难溶于水，加压降温可以液化成液体。氢是制造合成氨、盐酸、甲醇等的重要原料，液态氢可作火箭 燃 料 。 二氧的性质氧气在常温常压下是无色、无味、无嗅的气体。 比空气重， 在 0 和 101.3kpa下，氧气的密度为1.429g l,微溶于水， 液态氧是淡蓝色，沸点 -183 ，熔点为 -218.4 。氧是一种化学性质活泼的元素，几乎和所有元素直接和间接化合形成氧化物。第四节氯、氯化氢和盐酸一氯气：氯气是黄绿色有强烈刺激气味，有毒。比空气重。能与金属、氢气、磷、水、碱等反应。二氯化氢和盐酸氯化氢是无色有刺激性气体，极易溶于水。在标准状况下1体积水可以溶解500体积的氯化氢，溶于水后就是盐酸。盐酸即氢氯酸，是常用的强酸之一。纯盐酸是无色液体，(工业含有fecl 3 等杂质而显黄色)，可以和水任意比例混和，工业含量一般31 的 hcl ，在 15 时密度1.158g ml,盐酸化学性质很活泼，具有酸的一切通性。第五节硫、硫化氢和硫酸硫又称硫黄，是一种淡黄色的晶体，有三种晶形。硫化氢是无色而具有臭鸡蛋气味的气体，比空气稍重，并有剧毒。水溶液呈弱酸性，叫氢硫酸，具有酸的通性。 ，但不稳定。硫酸：纯硫酸是无色油状液体，凝固点为 10.5 ， 98.3 硫酸的沸点为 338 ，工业浓硫酸相对密度为 1.84 。是一种难挥发的强酸，具有酸的一切通性。浓硫酸还具有氧化性， 不仅能氧化金属， 也能氧化一些非金属和气态氢化物。浓硫酸的吸水性：浓硫酸与水结合的能力十分强烈，能吸收空气或其它物质中的水形成水合物，同时放出大量的热。浓硫酸稀释时， 一定要将浓硫酸慢慢倒入水中， 并不断搅拌， 如果将水倒入浓硫酸， 由于水的相对密度小， 水将浮在硫酸上面， 硫酸溶解时放出的热会使溶液的局部温度聚升，水层立即沸腾，使硫酸液滴四周飞溅，很容易造成事故，千万不能把水倒入硫酸中。硫酸吸水性很强，常用作干燥剂。硫酸的脱水性：浓硫酸可以夺取某些有机物中的氢、氧元素 而使碳游离出来。如浓硫酸溅到衣服、皮肤上必须立即用大量水冲洗，否则会造成严重的烧伤和腐蚀。第六节氨和硝酸氨的性质：氨是无色有刺激性气味的气体，比空气轻，密度为0.5588g l,1体积水可溶700体积的氨。氨的水溶液叫氨水， 浓氨水含nh 3 约 27 相对密度0.90 。氨极易液化。液氨气化时吸收大量的热量，使周围介质温度下降，因此氨常作为制冷剂。硝酸纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，沸点为86 ，密度为1.50kg l，浓硝酸浓度约69，密度1.4kg l， 浓度为96 98 的硝酸叫发烟硝酸，是强酸之一，具有酸的一般通性。浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性，硝酸的氧化性与硝酸的浓度有关。浓度越大，氧化性越强。第七节烧碱和纯碱(一)烧碱：化学名称叫氢氧化钠，又叫苛性钠或火碱。为白色固体密度2.130kg l，熔点1390 。在空气中容易潮解，在水中的溶解度很大，溶剂时放出大量的热量。溶液有滑腻感觉，并有很强的腐蚀性。(1) 指示剂的显色反应，能使石蕊变蓝，使无酚酞呈红色。(2) 与酸中和反应生产盐和水(3) 于 co 2 和 coz作用(4) 于金属作用生产盐和氢(5) 与硅化物作用生产硅酸钠(二)纯碱纯碱的化学名称叫碳酸钠，白色粉末，味涩，熔点 851 ，易溶于水。其水溶液呈碱性。 35.4 时每 100 克水中可溶解 49.7 克碳酸钠，当温度升高时溶解度反而下降。易吸潮，能与酸反应生成，与石灰水作用生成氢氧化钠，与盐类作用起复分解反应。加热至 400 时开始分解。第九节几种重要金属元素重要金属元素有：钠、钙、铝、铁、铜、钛第十节无 机 化 肥 无机化肥有：氮肥、磷肥、钾肥、复合肥第三章有机化合物基础一、有机化合物概述1、什么是有机化合物把含有 c 元素的化合物叫有机化合物：一般不含 c 元素叫无机化合物，而 co 、co 2、h2co 3 碳酸盐因为含有 c，便分子结构和性质跟无机化合物相似，所以习惯称无机化合物。2、有机化合的特点（1） ）熔点低，多数有机化合物熔点在300 以下。（2） ）容易燃烧，多数有机化合物燃烧后变成co 2 和 h 2o。（3） ）难溶于水，易溶于有机溶剂中，如苯、丙酮等有机溶剂。（4） ）有机化合物不能电离，也不导电，是非电介质。（5） ）化学反应复杂，还伴有副反应，反应速度缓慢，且更完成。以上是共性，但也有特别：如四氢化碳可以灭火，糖易溶于水。3、有机化合物的分类按有机化合物中c 原子结合方式的不同进行分类。（1） ）链状化合物：（2） ）环状化合物：脂环族、芳香族（3） ）杂环化合物如：有机化合物4、有机化合物的结构链状化合物环状化合物脂环族化合物芳香族化合物有机化合物结构理论主要内容是关于有机化合物分子里原子的相互结合排列和相互影响。5、基本有机化学反应（1） ）氧化和还原反应： 2c 2h5oh+o 22ch 3cho+2h 2o1 氧化反应： 2ch 3cho+o 22ch 3cooh2 还原反应： cuo+h 2cu o+h 2o（2） ）氢化和脱氢反应：1 氢化反应2 脱氢反应（3） ）水合和脱水反应（4） ）水解反应（5） ）卤化、硝化、磺化反应（6） ）胺化和酯化反应本厂常用溶剂和常见化学反应：（1） ）氧化反应：黄体酮沃氏7 酮-dha（2） ）水解反应：环酮、黄体酮水解（3） ）酯化反应：kc-01甲酯、醋氢可（4） ）肟化反应：有雄酮羟化、表雄酮羟化（5） ）卤仿反应：kc-01合成（6） ）氢化反应：黄体酮氢化、5孕烷pgc加氢（7） ）贝克曼重排水解、去氢表雄酮：dha贝氏上第四章化工生产基本操作一、化工生产供热过程1、传热方式三种：传导、对流、辐射2、传热设备：换热器、混合式蓄热式、间壁式1 加热器：用于流体加热，反应釜加热常用水溶方式、汽溶方式，管道走向：水溶下进上出汽溶上进下出2 冷却器：用于液体预热3 预热器：用于液体预热4 冷凝器：用于蒸汽的冷凝、蒸馏、馏分的回收5 分凝器：使蒸汽冷凝（蒸馏上较广）6 再沸器：用于物料加热汽化7 深冷热换器：用于深冷分离工序中按材质分类：1 金属材料制作：化工生产最多，不锈钢2 非金属：石墨、陶器、塑料、玻璃等按形状分类：1 管式换热器：喷淋式换热器、v 型管式换热器等2 板式换热器：夹套换热器、报式换热器、螺旋扳式换热器、石墨扳式换热器3、冷冻冷冻是人为地将物料的温度降低到比周围常温空气和水的 温度还要低的操作过程。冷冻已成为化工生产中的一个常用单元操作。（1） ）冷冻方法：a、冰融化法b、冰盐水法： 本下 5水冷却， 乙醇 30 35% 冷却c、干冰法（2） ）冷冻分类：a、普通冷冻范围-100 以内b、深度冷冻200 以下（3） ）冷冻循环：a、普通：循环水冷却7水冷却冷却水b、液体汽化制冷： 本厂冷冻剂乙醇30 35%原来用cacl 2（4） ）冷冻主要设备a、压缩机b、冷凝器和蒸发器c、膨胀阀（称节流阀针形阀）二、固体物料的基本操作1、固体物料验收和输送（校对名称、批号等）2、固体物料粉碎和过筛机械方法：挤压、撞击、劈裂机械设备：摇摆机、筛网、粉碎机、气流粉碎（根据物料要求定筛网）3、固体物料与液体物料分