化学工艺学课件

主讲教师:范天博联系方式:eftb@163.com.课程考核方法：作业+课堂出席情况+期末考试化学工艺学——化工概论化工概论的内容第一章化工的地位与发展史第二章无机化工第三章石油炼制与石油化工第四章高分子合成材料第五章天然气化工与煤化工第六章精细化工第七章生物化工

学习化工概论的目的和意义《化学工艺学》是化学工程学的一个重要分支，与各主要课程课程关系密切。主要讲述在不同分类的化工工业中化工过程分析，化学反应器、分离装置和过程控制的基本方法和技术等，它是化工过程研究、开发与设计的理论总结，是一门理论性与应用性均较强的课程。对于非化工专业，可将化学工艺学的原理和方法与本专业知识相结合，应用于与其专业相关的经济核算、工程分析等实践问题中。基本要求(1)正确理解化学工艺学的有关基本概念和理论；(2)理解各个概念之间的联系和应用；(3)掌握化学工艺学的基本思路和方法；(4)能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。(5)能为后续课程提供专业知识的基础。

第一章化工的地位与发展史

1.1化工概述化工的含义： 化学工业、化学工程和化学工艺的总称或其单一部分都可称为化工。化工的范畴：随着科学和国民经济的发展，“化工”的范围也在不断扩大，例如自动化技术、过程控制及优化、环境问题、经济问题、生产安全，只要涉及上述化学工业、化学工程和化学工艺的，也可列入“化工”的范畴中1.1.2化学工业化学工业的含义：化学工业又称化学加工工业。广义地说，泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业，即经过反应过程实现原料向产品的转换的生产部门，而通常采用狭义的定义，把冶金、石油产品、建筑材料、纸张、皮革、食糖和食用化学品等的生产均列为其他工业部门。化学工业分类方法(1)按原料分可分为石油化学工业、煤化学工业、生物化学工业和农林化学工业。(2)按产品吨位分可分为大吨位产品和精细化学品两类：前者指产量大、对国民经济影响大的一些产品，如氨、乙烯、甲醇；后者指产量小、品种多，但价值高的产品，如药品、染料等。化学工业分类方法(3)按化学特性分粗略地可分为无机化学工业和有机化学工业。前者又可分为基本无机工业、硅酸盐工业、无机精细化学品等；后者包括石油炼制、石油化学工业、基本有机化学工业、高分子化学工业、有机精细化学品工业、生物化学制品工业、油脂工业等。化学工业分类方法合成氨及肥料工业硫酸工业制碱工业无机物工业基本有机原料工业染料及中间体工业产业用炸药工业化学农药工业医药药品工业合成树脂与塑料工业(4)我国统计的方法化学工业划分为下列各种工业：合成纤维工业合成橡胶工业橡胶制品工业涂料及颜料工业信息记录材料工业化学试剂工业军用化学品工业以及化学矿开采业化工机械制造业1.1.3化学与化工化学与化工的区别：化学：侧重于“理”，主要对合成新物质，发现新的化学反应，测定物质的化学结构和性质，以及新的机理、规律、理论感兴趣。化工：侧重于“工”，着眼于将在实验室合成的化学物质或化学反应放大到在工业上的运用和实现。1.1.4化学工程与工艺化学工程：研究以化学工业为代表的过程工业中有关化学过程和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。

其研究内容与方向包括化工热力学、传递过程原理、分离工程、化学反应工程、过程系统工程及其他学科分支。

化学工程发展过程早期：只限于研究物料的物理加工过程，基本上只是数学、物理、化学和机电诸基础学科的综合应用。20世纪初：引入各种单元操作，“单元操作”被看作是传热、传质和动量传递的特殊情况或特定的组合。20世纪中叶以来，进入了以“传递工程”和“反应工程”为中心的所谓“三传一反”阶段。化学工艺化学工艺即化工技术或化学生产技术。它是指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这一转变的全部措施。化学工艺学是以产品为目标，研究化工生产过程的学科，目的是为化学工业提供技术上最先进、经济上最合理的方法、原理、设备和流程。化学工艺化学工艺一般可概括为三个主要步骤：①原料处理，使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格；②化学反应，使其获得目的产物或其混合物；③产品精制，将由化学反应得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。1.1.5化工原料化学工业起始原料是空气、水、矿物和生物。

对无机化学工业而言，矿物常常是最重要的原料；而对氨的合成而言，关键的原料是氮和氢，因而常用煤、油、天然气等有机原料。.化学工业的基本原料，即大部分产品的原料中，起主要作用的原料是石油(或加工后的各种馏分)、天然气、煤。利用生物质资源(如含纤维素、半纤维素、淀粉、糖类和油脂等的农林副产物和农业废物)获取有机原料或产品已有悠久历史。与石油、天然气、煤等化石燃料不同，生物质资源是可再生资源。空气和水是化工生产必不可少的原料。1.1.6化工的特点(1)品种多(2)原料、生产方法和产品的多样性和复杂性(3)化学工业是耗能大户(4)化工生产过程条件变化大(5)知识密集、技术密集和资金密集(6)实验与计算并重(7)使用外语多1.1.6化工的特点(1)品种多这是最大特点，与其他行业只涉及几十个品种不同，化学工业所涉及的品种远远超过万种。不同化合物各有特点，有不同的物理和化学性质、不同的制备方法和用途，所以必须进行更多的实验及更多的计算。1.1.6化工的特点(2)原料、生产方法和产品的多样性和复杂性可以从不同原料出发制造同一产品，也可从同一原料出发制造许多不同产品，同一原料制造同一产品还可采用许多不同生产路线。一个产品一般有不同用途，不同产品有时却可有同一用途。一种产品往往又是生产别种产品的原料、辅助材料或中间体。这种关系错综复杂，因而原料来源、技术、设备有很大选择余地，又在经常变化之中，化学工业是少有的灵活性最大的工业之一。1.1.6化工的特点(3)化学工业是耗能大户在大吨位产品中，除了靠提高得率外，节能也常常是企业竞争中获胜的保证。1.1.6化工的特点(4)化工生产过程条件变化大高温可达1000℃以上，低温可达-200℃以下，高压可达几百兆帕，低压可至几个帕，经常要处理强腐蚀性化合物，这种严峻的条件不但对设备的设计增加难度，更因为物质的物理化学性质的极端变化，需要掌握更多的规律性。1.1.6化工的特点(5)知识密集、技术密集和资金密集由于化学工业的复杂性，往往需要多学科的合作，成为知识密集型的生产部门，进而又导致资金密集，技术复杂更新又快，投资多，其中研究费用多，开发人员多。例如，发达国家化学公司的科研和开发(R&D)人员会占公司人员的一半以上。1.1.6化工的特点(6)实验与计算并重100年前化学、化工都是经验性学科，随着化学、化工各种规律被掌握，微观的定量关系已深入到原子和分子级别，分子设计概念已被提出；宏观定量关系就用得更多了。化工计算愈来愈广泛和深入，许多情况已和实验一样，是不可缺少的。1.1.6化工的特点(7)使用外语多由于品种多，涉及化合物多，涉及化合物物理化学性质、制备方法的论文多，为进行科学研究或开展技术革新，查阅国内外文献是必不可少的。1.2化工在国民经济中的地位地位：

化工对人类的贡献及对国民经济的作用是多方面的。化学工业从它形成时起就为其他工业部门提供必需的物质基础。概括而言，化学工业在国民经济中是工业革命的助手、发展农业的支持、战胜疾病的武器及改善生活的手段，与衣、食、住、行息息相关。1.2化工在国民经济中的地位化工与农业化工与医药化工与能源化工与人类生活化工与国防1.2.1化工与农业化肥：对农作物的增产作用。农药：对农作物的保护作用。植物激素和生长调节剂对农业发展的物资支持1.2.2化工与医药制药工业 古代中药 抗生素 生物技术制药制药工业与人类健康1.2.3化工与能源一次能源与二次能源一次能源：是指从自然界获得且可直接加以利用的热源和动力源，包括煤、石油、天然气、油田气等；林木秸秆等植物燃料，沼气，核燃料，还有水能、风能、地热能、海洋能和太阳能等。

世界和中国能源消耗构成二次能源：是指从一次能源加工得到的便于利用的能量形式，除火电外，主要是指化学加工得到的汽油、柴油、煤油、重油、渣油和人造汽油等液体燃料；煤气、液化石油气等气体燃料。化工与能源的关系化学工业所用基本原料中大部分都可用作于能源，因此化学工业的原料与能源有重叠性，相应地也有一个选择性，即可以选择最合适的原料作化工用，再用剩余的物料作为能源用，这样的选择可大大降低成本。我国能源的开源节流我国是能源生产和消费大国。我国原油储量不大，已探明的地质储量近200亿吨。中国煤炭的储量极大，但污染严重，使用受到限制。与化石燃料情况相反，我国可再生能源资源丰富。节能也是我国解决能源问题的关键之一。对化工的要求。1.2.4化工与人类生活(1)衣(2)食(3)住(4)行(5)用1.2.5化工与国防化工与国防的关系可以追溯到黑火药的发明。火炸药工业是广义化学加工工业的重要组成部分。除了炸药是化学工业的直接产品外，与国防有关的化工产品还很多。综上所述化学工业是重要的工业部门，它上接炼油、炼焦等基础工业，一系列下游产品广泛应用于各类工业部门，特别是通过高分子产品向一系列轻工产业、交通部门、服装产业等提供必不可少的原料及加工产品。因此要发展工业、发展制造业是离