化工工艺基础讲义课程.ppt

1、化工工艺基础,讲授人：,leiwang,课程介绍,“化工工艺基础”这门课程是安全专业本科生学习的专业基础课，是化学工程技术学科与化学学科之间的桥梁。本课程从化工生产的工艺操作单元和生产角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和基本理论，介绍典型产品的生产方法、工艺原理和工艺条件、典型流程与关键设备。为进一步学习专业课以及毕业后从事化工安全工作打下必要的基础。,学习本课程的目的,通过本课程学习，使学生了解当今化学工业的概貌，掌握化工过程的基本原理，典型工艺过程的方法、原理、流程及工艺条件，了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。以便学生为

2、将来从事学习化工安全专业课奠定基础。安全工程专业的学生应广泛涉猎多学科、多领域的学科知识，作为化工安全方向的安全专业学生更应对化工这一学科的知识有深入的了解。,推荐教材和教学参考书,1）吴志泉等编工业化学上海：华东化工学院出版社，2）曾之平等编化工工艺学北京：化学工业出版社，19973）黄仲九主编化学工艺学北京：高等教育出版社，20014）陈五平主编无机化工工艺学北京：化学工业出版社，19965）吴指南主编基本有机化工工艺学北京：化学工业出版社，19906）陈蜜蜂等编精细化工产品的合成及工艺郑州：河南科技出版社，1996,第一章绪论,1.1化学工业概论,化学工业,在我国，“化学工业”通常理解为

3、包括化学肥料、化学农药、三酸两碱(硫酸、硝酸、盐酸、烧碱、纯碱)、三烯（乙烯、丙烯、丁烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、一炔（乙炔）、一萘、无机盐、染料、涂料、化学试剂、助剂、感光材料、磁性记录材料，以及石油化工、合成橡胶、塑料、化学纤维等的制造，即所谓“大化工”。,化学工业行业分类,化学工业门类复杂，是一个包含多个行业的工业部门。,按4类分：原料工业（煤、石油、天然气等）基本无机化工（酸、碱、盐）基本有机化工（合成材料、加工业）合成工业（制药、精细化工）,石油炼制和裂解工业、煤焦化及煤焦油工业、基本有机合成工业、合成高分子工业、氯碱工业、制酸工业、肥料工业以及精细化学工业。,b按8类分：,c按

4、产品分类（25类）：如：工业、农业、天然产品、生活用品等,通用化学品：以煤、石油、天然气、农副产品为原料经简单加工而成的三烯、三苯、一炔、一萘、三酸、二碱等。,d按技术密集程度和附加值大小分类：,精细化工品：以通用化学品为原料，深加工，高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品。,化学工业,通常将化工分为无机化学工业和有机化学工业。1、无机化学工业无机酸工业：硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、硼酸等；氯碱工业：烧碱、纯碱、氯气、漂白粉等；化肥工业：氮肥、磷肥、钾肥、复合肥料等；无机精细化工：无机盐、试剂、助剂、添加剂等。2、有机化学工业1）石油炼制工业：汽油、柴油、煤油、润滑油等；2）石油化学工业：有机产品

5、（有机酸、酯、醚、酮、醛等）、合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶；3）有机精细化工：染料、农药、医药、涂料、颜料、香料、试剂、表面活性剂、化学助剂、感光材料、催化剂等；4）食品工业：饮料、生物化学制品；5）油脂工业：油脂、肥皂、硬化油等。,化工与人类生存,人类需要摄取食物来维持生命。“民以食为天”农用化学品，早已成为解决粮食危机的重要手段。农作物生长需要营养素，需要量大的最主要是氮、磷、钾肥。农业还离不开农用化学药剂(农药)，它为农作物保护提供了有效武器。农用化学品还不止化肥和农药，如农用塑料薄膜在温室种菜、育秧和地膜覆盖减少蒸发等方面部取得增产效果。新的农用化学品如微量元素肥料、化肥增效剂、

6、蒸发阻抑剂、土壤改良剂、人工降雨剂、合成饲料等，正在不断出现。,化工与人类生存,化学加工工业对人类的贡献还有医药，人类要生存必须与疾病作斗争，这就离不开药物。19世纪30年代发明并开始生产的一系列磺胺药，是化学药物研制生产的一个里程碑。40年代发明的青枚素，还有后来发明的其他抗生素，比磺胺药更有效，在第二次世界大战中拯救了无数伤病员的生命。,化工与能源,人类的生存发展还离不开能源。我们的祖先从钻木取火掀开了利用能源的历史。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、天然气等化石燃料，林木秸杆等植物燃料，以及核燃料，还有水能、风能、地热、海洋能和太阳能等。二次能源是指从

7、一次能源加工得到的便于利用的能量形式，除火电(水电、核电通常计入一次能源)以外，主要另指化学加工得到的汽油、柴油、重油印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,解决能源问题的出路无非一是开源，二是节流。开源就是寻求新的能源，主要着眼于储量较大的能源和可再生能源。煤的储量较为丰富，在石油将要告竭之日，人们所需液体燃料要靠煤的化学转化取得。发展煤化工，通过适宜的化学加工将煤转化为洁净的液体燃料和气体燃料。另一较丰富的能源是核能。比较有希望的是太阳能电池与海水电解相解制氢，如果技术上得到突破，这一可再生能源在理论上是无限的。,化工与人类生活,化工不但保障人类的生存，还为提高人民

8、衣食住行和其他物质文化生活的水平和质量作出贡献。化学纤维的出现，为纺织工业提供了五光十色的原料，极大满足了人类的需要，美化了人们的衣着。一个年产1万吨合成纤维工厂的产量，相当于15万亩棉田(以每亩年产棉花80kg，且合成纤维比重为棉花的80计)或200万只绵羊(以每年每只羊剪毛5kg计的纤维产量）。合成染料的问世人们的服装才更加艳丽。,化工与人类生活,住的方面，除木材、钢材不是化工产品，从传统的建筑材料砖瓦、水泥、玻璃、陶瓷，到新型建筑材料，如塑料结构材料等的生产，都属于于化工的范围。行的方面，现代化交通工具属新月异，如汽车、飞机，从结构材料到燃料，无不需要化工生产，无不与化工息息相关。以汽车

9、为例，汽车外部的轮胎，车身的底漆、面漆，车窗玻璃、灯罩以及其他零件，内部的方向盘、仪表面板、各种装饰材料，到处可以看到化工品。近年来用工程塑料代替钢材制造车身，可以减轻车体的自重，从而大幅度降低燃料消耗。还有高性能轮胎的开发也为提高车速，确保安全创造了条件。,化工与人类生活,用的方面的贡献更不胜枚举。仅以洗涤用品为例，1990年我国洗涤用品的总产量就达257.4万吨，其中肥皂为106万吨，合成洗涤剂为151万吨，产值共达87亿元。,化工与国防,战争是铁与火的洗礼，要把千百吨钢铁倾泻到敌人头上，就离不开火炸药。化工与国防的关系可以远溯到黑火药的发明。黑火药是我国“四大发明”之一，它标志着武器由冷

10、兵器发展为热兵器，千余年来一直是战争的主要工具之一，是后来现代火炸药工业的先驱。,化工与国防,火炸药工业是广义化学加工工业的重要组成部分，它的生产工艺及设备与一般化学工此特别是染料工业、制药工业十分近似，具有相同的操作和过程。与国防有关的化工产品还很多，如防化学武器和防细菌武器，都离不开化学品。装甲运兵车和自行火炮如果没有橡胶轮胎，将只是一堆废铁。同样核武器的制造也与化工分不开。,化工与现代化,现代化的基础是科学技术的现代化。科学技术，即化学、物理、数学、生物科学和各种工程技术，是化工发展的基础。而化工的发展，反过来又推动科学技术进一步前进。当前科技发展的尖端领域，几乎无不与化工密切有关。,机

11、械工业,切割用的电石、成型剂、粘合剂、表面处理、化学镀、防锈涂料、合成纤维、合成树脂、橡胶、涂料、石棉、玻璃、建材等。,电子工业,超高材料、超导材料；如气体、试剂、半导体、荧光屏及其他溶剂。,国防工业,炸药、助推剂、复合材料、陶瓷、核燃料等。,农业,合成纤维代替棉花、合成橡胶代替天然橡胶；如，生产1万t合成纤维相当于200km2棉田所产棉花，制造1万t合成橡胶相当于166.5km2橡胶园所产的天然橡胶。农药、化肥、农用地膜、人工降雨等。,日用品,衣、食、住、行、医疗及文体用品等。,1.2化学工业发展史,现代化学工业,化学工业在20世纪初30年代有两次飞跃。20世纪初的一大飞跃是合成氨生产工艺的

12、突破。第一座“哈伯博施法”合成氨工厂于1912年建成，1913年投入生产。此法标志着高温高压催化反应在工业上实现的重大突破，同时又在催化剂制造、耐腐蚀合金钢冶炼、耐高压反应器制造、煤的气化、气体分离净制技术等方面取得一系列成就，成为化学工业发展史上的一个里程碑。一般认为它不但是现代化肥工业的发端，也标志着现代化学工业的伊始。,20世纪化学工业,20世纪3040年代是化学工业大发展时期。许多今天在国民经济中起重要作用的化工和石油化工产品，都是在这个时期涌现的。如：1930年，德国法本公司用本体聚合法进行聚苯乙烯的工业生产，60年代石油化学工业和高分子工业的大发展形成了第二次工业革命。,20世纪的

13、石油化学工业,1920年，美国新泽西标准石油公司利用炼厂气中的丙烯生产出合成异丙醇，被认为是石油化工的萌芽。20年代中期，以及前述2040年代化工新产品、新技术的大量涌现，其中有的为石油化工开辟了中间原料，如：1919电美国联合碳化物公司开发出以乙烷、丙烷为原料高温裂解制乙烯的技术，随后林德公司实现了从裂解气中分离出乙烯。1930年建立了第一个生产乙烯的石油化工厂。在芳烃和二烯烃生产方面，1941年开发成功从石油轻质馏分催化重整制取芳烃的新工艺。同年从烃类裂解气体中分离出合成橡胶的重要单体丁二烯。,20世纪的石油化学工业,由于烯烃、芳烃和二烯烃生产技术的成功，接着又研究出一系列以其为原料的产品

14、生产技术，如：乙烯间接水合制乙醇(1930)；乙烯与苯烷基化制苯乙烯(1930)；乙烯制环氧乙烷(1937)；乙烯为原料生产氯乙烯(1940)；丁烯脱氢制丁二烯(1943)等等。,20世纪的石油化学工业,在下游产品方面，30年代初期，在以德国人施陶丁格和俄国人谢茵诺夫为代表的聚合物科学理论的指导下，高分子化工新产品大量涌现，如：1930电德国法本公司用本体法生产聚苯乙烯，并与其他单体共聚生成一系列树脂。1931年，法本公司用乳液法生产聚氯乙烯。1931年，美国用本体法生产出聚甲基丙烯酸丙烯甲酯，即有机玻璃。1939年，美国杜邦公司生产出尼龙66纤维。1939年，英国帝国化学公司发明高压气相法生

15、产聚乙烯。所有这些都为石油化学工业的大发展准备了充分有利的条件。,1.3我国化学工业的发展,近代化工初创时期,我国近代化学工业始于19世纪末。1876年天津机械局建成我国策一座铅室法硫酸厂，日产硫酸约2吨，可以说是中国近代化学工业的伊始。陆续兴办的化工厂还有：1889年在唐山建成中国第一座水泥厂，即现在的启新水泥厂。1895年在上海建立我国第一座无烟火药厂。1905年陕西兴办我国策一座石油开采和炼制企业延长石油官厂，1907年开钻出油，生产煤油。1915年在上海建立我国策一家涂料生产厂开林油漆厂，同年在广州建成第一个橡胶制品厂。,近代化工初创时期,1918年在大连（即今大连染料厂)，次年在青岛

16、（即今青岛染料厂）先后建厂，生产硫化黑染料。1921年在上海胜德厂开始生产赛路珞制品，1926年开始生产酚醛树脂。1924年在天津塘沽建成第一个纯碱厂永利碱厂：1925年在石家庄建成第一个焦化厂，供汉冶萍铁厂炼铁之用。1934年在南京建设我国策一个合成氨厂，1937年建立投入生产。1944年重庆药械制造实验厂首次合成DDT并小量生产。,现代化工及前景,到1949年，旧中国的化学工业基础仍然十分薄弱，只是在南京、沈阳、大连、天津、上海等沿海城市有一些中小化工厂。1949年，全国化学工业总产值仅1.77亿元，只占全国工业总产值的1.6。化工主要产品产量仅为：化肥2.7万吨，硫酸4万吨烧碱1.5万吨

17、，纯碱8.8万吨电石0.3万吨，轮胎3万条，有机化学工业几乎还是空自。在原苏联的帮助下，建立了三大化工基地和一个抗生素基地，即：吉林化工公司：包括氮肥厂、电石厂、染料厂；太原化工公司：包括氮肥厂、化工厂、合成药厂；兰州化工公司：包括氮肥厂、合成橡胶厂、兰州炼油厂；华北制药厂：包括抗生素厂、淀粉厂、玻璃厂。,现代化工及前景,70年代随着我国石油工业的迅速发展，一批石油化工企业先后建立，以上三种合成材料产量大幅度增长。80年代，在改革开放总方针指导下，石油化工迅速倔起，基本化工和精细化工也迅速发展。到1991年，我国主要石油化工和合成材料产量已达：乙烯93.7万吨，塑料153万吨，合成纤维607万

18、吨，合成橡胶21.8万吨。其他主要化工产品如：纯碱236万吨，硫酸293万吨均居世界第三位；烧减270万吨，居世界第五位。中国化学工业包括石油化学工业在内，总产值共达926亿元，约占全国工业总产值的8，平均每年递增8.97。,现代化工及前景,2005年底的统计，目前已经有20多种主要的石油化工产品的产量居世界的前列。从目前统计来看，原油产量位居世界第六，同时中国成为世界第二大消费国；炼油能力超过3亿吨，居世界第二；乙烯生产能力6645万吨，位居世界第三；五大类合成树脂生产能力世界第四；合成纤维生产能力世界第一；合成橡胶生产能力世界第四；聚丙烯和合成橡胶消费量世界第一；硫酸、合成氨、化肥、电石、染料、磷矿、磷肥、胶鞋等产量世界第一；农药、烧碱、轮胎等产量世界第二；涂料等世界第三。由于整个化学工业进入一个新的景气周期。,现代化工的特点,(1)化学工业是独特的、不可取代的工业部门化学工业以化学加工为主要特征，是创造新物质的工业。,(2)化工产品品种繁多，工艺复杂,(3)化学工业是装置型工业，具有规模经济性化工生产的主要设备大多是塔、罐、槽、器及管道，一般装置的投资费用与其生产能力的2/3次方呈正比。,(4)