化學(xué)工程與工藝-第1章 緒論

化學(xué)工藝學(xué)

ChemicalTechnology

化學(xué)工程與工藝專業(yè)1.1化學(xué)工程與化學(xué)工藝1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史及其作用1.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展方向1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品1.5化學(xué)工藝的共性知識(shí)第一章緒論1.1化學(xué)工程與化學(xué)工藝化學(xué)工業(yè)ChemicalIndustry化學(xué)工藝化學(xué)工程ChemicalChemicalTechnologyEngineering1.1化學(xué)工程與化學(xué)工藝化學(xué)工藝個(gè)性研究具體過程從原料到產(chǎn)品化學(xué)工程共性單元操作工程因素尤其是放大兩者相輔相成，密不可分1.1.1什么是化學(xué)工藝學(xué)?

化學(xué)工藝也稱化工生產(chǎn)技術(shù)或化工技術(shù)，系指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施?；瘜W(xué)工藝學(xué)是根據(jù)化學(xué)、物理和其他科學(xué)的成就，來研究綜合利用各種原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的方法原理、操作條件、流程和設(shè)備，以創(chuàng)立技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、生產(chǎn)上安全的化工生產(chǎn)工藝的學(xué)科。1.1.2化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇原料的選擇和預(yù)處理；生產(chǎn)方法的選擇及方法原理；設(shè)備(反應(yīng)器和其他)的作用、結(jié)構(gòu)和操作；催化劑的選擇和使用；其他物料（雜質(zhì)）的影響；操作條件（溫度、壓力等）的影響和選定；流程組織；生產(chǎn)控制；產(chǎn)品規(guī)格和副產(chǎn)物的分離與利用；能量的回收和利用；對(duì)不同工藝路線和流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)比等。1.1.3什么是化學(xué)工程學(xué)化學(xué)過程是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的反應(yīng)過程。物理過程系指物質(zhì)不經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的組成、性質(zhì)、狀態(tài)、能量變化過程?；瘜W(xué)過程往往和物理過程同時(shí)發(fā)生。所有這些過程，都可通過化學(xué)工程的研究，認(rèn)識(shí)和解釋其規(guī)律性，并使之應(yīng)用于生產(chǎn)過程和裝置的開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作，以達(dá)到優(yōu)化和提高效率的目的。1.1.3什么是化學(xué)工程學(xué)研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科。其他過程工業(yè)：石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、建筑材料工業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)等。它們從石油、煤、天然氣、鹽、石灰石、其他礦石和糧食、木材、水、空氣等基本的原料出發(fā)，借助化學(xué)過程或物理過程，改變物質(zhì)的組成、性質(zhì)和狀態(tài)，使之成為多種價(jià)值較高的產(chǎn)品。1.1.3什么是化學(xué)工程學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的共同特點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)效益提高的重要途徑：裝置的放大，以節(jié)省投資，降低消耗，減少占地,節(jié)約人力。1.1.3什么是化學(xué)工程學(xué)在大裝置上所能達(dá)到的某些指標(biāo)，通常低于小型試驗(yàn)結(jié)果，原因是隨著裝置的放大，物料的流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等物理過程的因素和條件發(fā)生了變化。這種起源于放大過程的效應(yīng)，長期以來被籠統(tǒng)地稱作“放大效應(yīng)”，它包含了很多已查明或未查明的物理因素（或稱工程因素）的影響。1.1.4化學(xué)工程學(xué)的研究內(nèi)容單元操作：流體輸送、換熱、蒸餾、吸收、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶、干燥等?；瘜W(xué)反應(yīng)工程：化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心部分，它決定著產(chǎn)品的收率，對(duì)生產(chǎn)成本有著重要影響。傳遞過程：動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。著重研究上述三種傳遞的速率及相互關(guān)系，連貫起一些本質(zhì)類同但表現(xiàn)形式各異的現(xiàn)象?；崃W(xué)：研究傳遞過程的方向和極限，提供過程分析和設(shè)計(jì)所需的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；は到y(tǒng)工程：化工過程中，各個(gè)過程單元相互影響，相互制約，因此很有必要將化工過程看作一個(gè)綜合系統(tǒng)，并建立起整體優(yōu)化的概念。1.1.5化學(xué)工程與化學(xué)工藝的關(guān)系化學(xué)生產(chǎn)過程一般可概括為三個(gè)主要步驟：①原料處理。②化學(xué)反應(yīng)。③產(chǎn)品精制。

以上每一步都需在特定的設(shè)備中，在一定的操作條件下完成所要求的化學(xué)的和物理的轉(zhuǎn)變?；瘜W(xué)工程與工藝核心課程基本框架化學(xué)工程和化學(xué)工藝密不可分，它們相配合，可解決化工過程中的各種問題。1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史及其作用

1.2.1化學(xué)工業(yè)的發(fā)展史制陶、釀造、冶煉制堿、制酸、煤化學(xué)、合成氨石油化工高分子化工：合成材料新興的化學(xué)工業(yè)1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史及其作用

1.2.1化學(xué)工業(yè)的發(fā)展史18世紀(jì)前：作坊式手工工藝，例如釀造、玻璃、冶金和染色等工業(yè)。18世紀(jì)初：鉛室法制硫酸，到了19世紀(jì)中，原料由硫黃改為黃鐵礦，并建立了蓋·呂薩克塔，改革了原料的經(jīng)濟(jì)利用以及硫酸應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，因而使生產(chǎn)量急劇增加。由于兩方面相互促進(jìn)的結(jié)果，而使硫酸工業(yè)發(fā)展成為化學(xué)工業(yè)的心臟，強(qiáng)而有力地影響著整個(gè)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。19世紀(jì)中葉，硝酸開始工業(yè)化，19世紀(jì)后期，以純堿為中心而發(fā)展起來的大規(guī)模生產(chǎn)開始。從中生產(chǎn)出了重要副產(chǎn)品鹽酸。隨著制堿法的不斷發(fā)展，其它如鹽酸、芒硝、氯、漂白粉、碳酸氫鈉和氫氧化鈉等工業(yè)生產(chǎn)也逐漸隨著發(fā)展起來。1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史及其作用

1.2.1化學(xué)工業(yè)的發(fā)展史煤干餾工業(yè)是從19世紀(jì)初期開始的。最初是為了照明。后從煤焦油中制出了苯，又從苯中衍生出來苯胺染料和其它的芳香族化合物；還發(fā)現(xiàn)了煤焦油是氨的豐富原料。1913年，世界上第一個(gè)合成氨廠建立，有力的促進(jìn)了無機(jī)和有機(jī)化工的發(fā)展20世紀(jì)40年代，管式爐裂解烴開發(fā)成功。60年代后，石油化工突飛猛進(jìn)的發(fā)展。20世紀(jì)50年代后，三大合成材料（合成塑料、合成橡膠、合成纖維）工業(yè)開始發(fā)展。1.2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史及其作用

1.2.2化學(xué)工業(yè)的重要作用人類的生存離不開化學(xué)工業(yè)，糧食的增產(chǎn)需要化肥和農(nóng)藥，人們的健康需要藥物。人類的日常生活（衣、食、住、行）離不開化學(xué)工業(yè)?；な嵌文茉吹闹饕?yīng)者，也是未來能源的開拓者。國防、軍工、航天離不開化工。高新技術(shù)的發(fā)展離不開化工?；な菄窠?jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)2010中國企業(yè)100強(qiáng)名單(1-100)名次企業(yè)名稱營業(yè)收入（萬元）1中國石油化工集團(tuán)公司1391951963中國石油天然氣集團(tuán)公司12182780915中國中化集團(tuán)公司2430285119中國海洋石油總公司2095783123寶鋼集團(tuán)有限公司1953074825中國華能集團(tuán)公司1777402954中國化工集團(tuán)公司1080345960河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司1040952764中國航空油料集團(tuán)公司936998472陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司80686601.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展方向

1.3.1現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)特點(diǎn)原料、方法和產(chǎn)品多樣性與復(fù)雜性大型化、綜合化、精細(xì)化率提高多學(xué)科、生產(chǎn)技術(shù)密集型的生產(chǎn)部門能量合理利用，節(jié)能工藝和方法資金密集，投資回收速度快，利潤高安全與環(huán)境保護(hù)（化工生產(chǎn)中易燃、易爆、有毒是現(xiàn)代化工企業(yè)首要解決的問題）1.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展方向

1.3.2現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展方向高新技術(shù)，縮短新技術(shù)、新工藝工業(yè)化的周期，加快產(chǎn)品更新和升級(jí)的速度最充分、最徹底地利用原料大力發(fā)展綠色化工化工過程要高效、節(jié)能和智能化實(shí)施廢棄物再生利用工程1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品有很多:化學(xué)原料、化學(xué)肥料、三大合成材料、染料、香料、涂料、感光材料、橡膠材料、新型材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、各種試劑、助劑、日用化學(xué)品等等.通?；瘜W(xué)工業(yè)可分為無機(jī)化學(xué)工業(yè)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)即無機(jī)化工和有機(jī)化工.一、無機(jī)化工基本無機(jī)化工三酸、兩堿、合成氨、化學(xué)肥料精細(xì)無機(jī)化工各種試劑、藥劑、日化品、稀有元素等電化學(xué)工業(yè)氯堿工業(yè)、濕法電冶金、電石生產(chǎn)等硅酸鹽工業(yè)玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等礦物涂料和顏料的生產(chǎn)硫酸、硝酸、鹽酸1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用A、無機(jī)化學(xué)礦：(1)鹽礦;(2)硫礦;(3)磷礦；(4)鉀鹽礦；(5)鋁土礦；(6)硼礦；(7)錳礦；(8)鈦礦；(9)鋅礦；(10)鋇礦；(11)天然沸石；(12)硅藻土、膨潤土。此外，還有鉻鐵礦；赤鐵礦；黃銅礦；方鉛礦；鎳黃鐵礦；輝鉬礦；天青石；鈮鐵礦等，是冶煉各種金屬的原料。1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用A、無機(jī)化學(xué)礦：其中磷礦和硫鐵礦是化學(xué)礦山產(chǎn)量最大的兩個(gè)產(chǎn)品。磷礦是生產(chǎn)磷肥、磷酸、單質(zhì)磷、磷化物和磷酸鹽的原料。硫鐵礦用于制硫酸，世界上硫酸總產(chǎn)量的一半以上用于生產(chǎn)磷肥和氮肥。合成塑料、合成橡膠、合成纖維二、有機(jī)化工基本有機(jī)化工

三烯三苯一炔一萘;甲醇、甲醛、乙烯系、丙烯系和芳香烴產(chǎn)品等精細(xì)有機(jī)化工各種試劑、藥劑、香料和殺蟲劑、染料工業(yè)和各種中間體(醫(yī)藥、農(nóng)藥、顏料)等高分子化學(xué)工業(yè)三大合成、成膜材料等的生產(chǎn)燃料化學(xué)工業(yè)石油、天然氣、煤的化學(xué)加工等食品工業(yè)糖、油脂、飲料、生化產(chǎn)品等其它造紙、制革、橡膠等的加工乙烯、丙烯、丁二烯苯、甲苯、二甲苯1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用B、石油：1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用C、天然氣：1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用D、煤：1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用E、生物資源：農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的產(chǎn)品及其廢棄物(殼、芯、稈、糠、渣)等生物質(zhì)通過化學(xué)或生物化學(xué)方法可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)化學(xué)品或中間產(chǎn)品，例如葡萄糖、乳酸、檸檬酸、乙醇、丙酮、高級(jí)脂肪酸(月桂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、肉豆蔻酸)等。其中比較重要的有糠醛的生產(chǎn)、乙醇的生產(chǎn)、丙二醇的生產(chǎn)等1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用F、再生資源：工農(nóng)業(yè)和生活廢料在原則上都可以回收處理、加工成有用的產(chǎn)品，這些再生資源的利用不僅可以節(jié)約自然資源，而且是治理污染、保護(hù)環(huán)境的有效措施之一。廢塑料重新煉制成液體燃料含碳的廢料也可通過部分氧化法轉(zhuǎn)化為小分子氣體化合物，然后再加工利用。1.4化學(xué)工業(yè)的原料和主要產(chǎn)品

1.4.1化學(xué)工業(yè)的原料資源及加工利用G、空氣和水：空氣中的O2和N2是重要化工原料；從空氣中提取的高純度氬、氦、氖、氪等氣體，廣泛應(yīng)用于高精尖科技領(lǐng)域。水在化工中應(yīng)用更普遍,可作為原料、溶劑、冷熱載體等?；どa(chǎn)基本原料簡介石油、煤、天然氣、農(nóng)林副產(chǎn)品，各種礦物質(zhì)。世界能源消耗量：石油40%、煤27%、天然氣23%、核能7%、水3%。2004年世界石油產(chǎn)量前五位：俄羅斯、沙特、美國、伊朗、中國。中國石油產(chǎn)量1.75億噸，探明儲(chǔ)量25億噸，探明天然氣儲(chǔ)量1.51億噸。2004年中國煤炭產(chǎn)量19.8億噸,居世界第一位。1.5化學(xué)工藝的共性知識(shí)

1.5.1化工過程的主要效率指標(biāo)生產(chǎn)能力系指一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量，或在單位時(shí)間內(nèi)處理的原料量。生產(chǎn)強(qiáng)度為設(shè)備的單位特征幾何量的生產(chǎn)能力。即設(shè)備的單位體積的生產(chǎn)能力，或單位面積的生產(chǎn)能力。用于比較那些相同反應(yīng)過程或物理加工過程的設(shè)備或裝置的優(yōu)劣。設(shè)備中進(jìn)行的過程速率高，其生產(chǎn)強(qiáng)度就