化工工藝學1化工工藝學概述第1章化工工藝基礎知識

第2章合成氨第3章硫酸第4章燒堿第5章石油烴裂解第6章有機化工的主要產品第7章天然氣化工2緒論1、化學工業及其發展概況無機化學工業的形成：

18世紀中葉

煤化工的形成：19世紀中葉

石油和天然氣化工的形成：20世紀50年代

精細化工的形成和發展：20世紀70年代

3緒論2、化學工業在國民經濟中的地位

化學工業與國民的衣食住行、其他行業緊密相關，其產品已滲透到國民生產的各行各業，化學工業的強弱是衡量一個國家科學技術水平的重要標志。5緒論3、化工行業與化工產品按原料劃分：煤化工、石油化工、生物化工。按產品劃分：（1）基本有機化工：以碳氫化合物及其衍生物為主的通用型化工產品。（2）無機化工：三酸（硫酸、鹽酸、硝酸）、兩堿（燒堿、純堿）與化肥（無機大化工），無機鹽、工業氣體、元素化合物。（3）高分子化工：高分子化工產品是通過聚合反應獲得的相對分子質量高達104~106的高分子化合物。產品包括：按用途分：塑料、合成橡膠、合成纖維（三大合成材料）、涂料、粘合劑；按功能分：通用高分子化工產品、特種高分子化工產品。6緒論3、化工行業與化工產品（4）精細化工：精細化工產品是一類加工深、純度高、生產批量小、附加值高，其自身具有某種特定功能或增進產品特定功能的化學品，也稱作精細化學品或專用化學品。包括：農藥、染料、顏料、涂料（油墨、油漆）、粘合劑、食品和添加劑、催化劑和各種助劑、化學原藥及日用化學品、試劑和高純物、功能高分子材料、信息用化學品（11類）

也包括：香料香精、精細陶瓷、醫藥制劑、酶制劑、電子信息材料、生物醫藥、生物農藥等。

7緒論3、化工行業與化工產品（5）生物化工：生物化工產品是指采用生物技術生產的化工產品。主要有：

乙醇、丁醇、丙酮、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸、L-賴氨酸、L-色氨酸、維生素、抗生素、生物農藥、飼料蛋白、酶制劑等。8緒論5、本課程的性質、任務與內容本課程主要介紹一些典型的生產工藝：合成氨、硫酸、氯堿工業（無機化工）乙烯系列（聚乙烯、氯乙烯、乙醛）、丙烯系列（聚丙烯）、芳烴系列（苯乙烯）

（基本有機化工）天然氣的性質和組成、天然氣制甲醇、天然氣的氯化加工（天然氣化工）10第1章化工工藝基礎知識1.1.2轉化率、選擇性和收率轉化率：某反應物轉化掉的量占投入該反應物總量的百分數。

包括：

單程轉化率：物料一次性通過反應器的轉化率

全程轉化率：新鮮物料進入反應系統到離開反應系統所達到的轉化率。

12第1章化工工藝基礎知識1.1.2轉化率、選擇性和收率

選擇性S：轉化為目的產物的某反應物的量與其轉化的總量之比。

收率Y（產率）：生成目的產物所轉化的某反應物的量占投入某反應物的量的百分數。

14第1章化工工藝基礎知識1.1.2轉化率、選擇性和收率轉化率、選擇性和收率之間的關系

Y=X·S

200kg/h1000kg/h500kg/h例如：Y=500/1000=0.500X=(500+200)/1000=0.700S=500/(500+200)=0.71415第1章化工工藝基礎知識1.1.3化學反應的限量物與過量物限量物：按最小化學計量數投料的反應物，稱為限量物。過量物：超過限量物完全反應的另一反應物，稱為過量物。過量百分數（過剩系數）：過量物超過限量物所需理論量的部分占所需理論量的部分的百分率。原料配比（反應物料的摩爾比）：即加入反應器各組分物質的量之比。一般情況下，原料的配比不等于化學計量系數比。16第1章化工工藝基礎知識1.1.4化學反應的工藝因素溫度：對化學平衡及反應速率都有影響壓力：對于氣-液相反應、氣相反應：

增大壓力，對體積減小的反應有利；增加惰性氣體組分，對體積增大的反應有利（恒溫恒壓）。反應物濃度：對于液相反應，一般的情況是：增大反應物的濃度，反應速率加快，平衡轉化率也增大。

動力學因素：一般反應的動力學方程式；放熱的對行反應特性、平行反應特性。如合成氨反應的動力學方程。

17第1章化工工藝基礎知識1.2催化劑催化反應包括：

均相催化反應（僅在液相反應中）非均相催化反應生物催化反應（酶）催化劑的作用：加快化學反應速率，提高生產能力；對于復雜反應，可有選擇性地加快主反應的速率，抑制副反應，提高目的產物的收率；改善操作條件、降低對設備的要求，改進生產條件；開發新的反應過程，擴大原料的利用途徑；消除污染，保護環境。18第1章化工工藝基礎知識1.2催化劑工業生產對催化劑的要求（1）活性：反映催化劑活性大小的指標：時空收率（空時產量）、空間速度。（2）選擇性：（3）壽命：成熟期、活性穩定期、衰老期（由于催化劑結構改變、表面積炭、粉化、有效成分蒸發升華等原因造成）（4）穩定性：化學穩定性、熱穩定性、耐壓、耐磨、耐沖擊等穩定性20第1章化工工藝基礎知識1.2催化劑催化劑的使用活化：煅燒。使用時的要求：原料氣要凈化處理；嚴格按工藝要求操作；保持催化劑的活性：失活與再生：

失活：催化劑因中毒、炭沉積覆蓋活性表面、高溫過熱（催化劑的晶型、結構改變）、活性組分改變和損失等原因而喪失了催化作用。

再生：恢復催化劑活性的加工過程。如通水蒸氣除炭、固體催化劑的再生、液體催化劑的再生和分離等。儲藏、運輸與裝卸：21第1章化工工藝基礎知識1.3化學反應器反應器的主要結構形式：釜式反應器：聚乙烯生產（聚合反應釜）管式反應器：石油裂解爐（管子爐）塔式反應器：乙醛生產（鼓泡塔）固定床反應器：氨合成塔（列管式）；SO2催化氧化（多段催化劑床層）；乙炔與氯化氫合成氯乙烯（列管式）

流化床反應器：硫鐵礦的焙燒（沸騰爐）23釜式反應器攪拌器罐體夾套支座人孔軸封傳動裝置壓出管2426列管式固定床反應器27殼體流化床反應器換熱管擴大段旋風分離器內部構件氣體分布器28鼓泡塔反應器（a）空心式鼓泡塔（b）塔內具有熱交換單元的鼓泡塔30第1章化工工藝基礎知識1.4分離設備包括：液液相分離、氣液相分離、氣固相分離和液固相分離設備。這里主要介紹液液相分離設備——精餾塔、閃蒸塔和汽提塔，其它相的分離設備將在其它章節中介紹。31第1章化工工藝基礎知識1.4分離設備精餾塔：精餾又稱分餾，是用分餾柱分離沸點相近組分的方法。當混合液中組分的沸點相距很近時，用蒸餾的辦法已無效，這時需采用塔效較高的分餾柱對混合物進行處理。分餾柱的選擇取決于分離的難易程度、分餾物的數量以及分餾是的壓力范圍。工業生產上采用的是精餾塔。在精餾操作中，回流比的控制至關重要。一般來說，回流比越大，混合物分離越完善。

32換熱器原料罐精餾塔冷凝器回流罐冷凝器低沸物產品罐加熱器高沸物產品罐33343536丙烯精餾塔精餾塔塔板37第1章化工工藝基礎知識1.4分離設備閃蒸塔（罐）：

物質的沸點是隨壓力增大而升高，而壓力越低，沸點就越低。這樣就可以讓高壓高溫流體經過減壓，使其沸點降低，進入閃蒸罐。這時，流體溫度高于該壓力下的沸點。流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進行兩相分離。使流體達到氣化的設備不是閃蒸罐，而是減壓閥。閃蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。

閃蒸塔（罐）主要是用于分離幾乎不互溶的液相分離，如氣水的分離、干燥等。383940第1章化工工藝基礎知識1.4分離設備氣提塔：氣提作用：氣提是一個物理過程，它采用一個氣體介質破壞原氣液兩相平衡而建立一種新的氣液平衡狀態，使溶液中的某一組分由于分壓降低而解吸出來，從而達到分離物質的目的。例如，A