第1章緒論1.1化學工業概略1.2化工消費過程概述1.3化學工程學簡介1.1化學工業概略化學工業是國民經濟的重要部門之一，在各國經濟開展中舉足輕重。普通占GDP的5-7%，占工業產值的7-10%甚至更高。過去十年，世界化學工業以高于世界經濟增長率的20%-30％的速度開展。我國化工產業占GDP的12-15%左右。化學工業的開展反映了人類對化工產品日益添加的需求，顯示出其在人類社會生活中的作用愈來愈重要。1．化學工業在國民經濟中的位置與作用化學工業的作用：機械工業電子工業國防工業農業日用品機械工業切割用的電石、成型劑、粘合劑、外表處置、化學鍍、防銹涂料、合成纖維、合成樹脂、橡膠、涂料、石棉、玻璃、建材等。電子工業超高資料、超導資料；如氣體、試劑、半導體、熒光屏及其他溶劑。國防工業炸藥、助推劑、復合資料、陶瓷、核燃料等。農業合成纖維替代棉花、合成橡膠替代天然橡膠；如，消費1萬t合成纖維相當于200km2棉田所產棉花，制造1萬t合成橡膠相當于166.5km2橡膠園所產的天然橡膠。農藥、化肥、農用地膜、人工降雨等。日用品衣、食、住、行、醫療及文體用品等。2．化學工業行業范疇與產品分類化學工業門類復雜，是一個包含多個行業的工業部門。按4類分：原料工業〔煤、石油、天然氣等〕根本無機化工〔酸、堿、鹽〕根本有機化工〔合成資料、加工業〕合成工業〔制藥、精細化工〕石油煉制和裂解工業、煤焦化及煤焦油工業、根本有機合成工業、合成高分子工業、氯堿工業、制酸工業、肥料工業以及精細化學工業。b．按8類分：c．按產品分類〔25類〕：如：工業、農業、天然產品、生活用品等①通用化學品：以煤、石油、天然氣、農副產品為原料經簡單加工而成的三烯三苯一炔一萘、三酸二堿等。d．按技術密集程度和附加值大小分類：②精細化工品：以通用化學品為原料，深加工，高附加值，小批量，大利潤，高純度的產品。3．化學工業的原料及選擇原那么根據物質來源分，有無機原料和有機原料兩大類。前者主要有空氣、水和化學礦物；后者主要是煤、石油、天然氣和生物物質。空氣經液化和精餾為化工消費提供氧氣和氮氣。氧氣與諸多化工原料反響生成含氧產品；氮氣既可作為原料，也可用于洗滌、分別氣體混合物。水主要用做原料、溶劑、冷卻劑、蒸汽(熱源或動力)。化學礦物有制硫酸的黃鐵礦和硫，制磷酸鹽的磷灰石等。(1)無機化工原料a．煤煤焦油、焦碳、苯、焦爐氣〔CH4〕、硫等。(2)有機化工原料d．農林作物油料、藥用、纖維作物、橡膠、染料等。c．石油油品、煉廠氣、裂解、重整。b．天然氣甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。(3)原料選擇原那么在選擇原料道路和技術道路時，應全面權衡技術、經濟、社會和環保等方面的利弊。要思索原料的來源、種類，道路能否可行，技術上能否合理，分析原料的經濟性。4．化學工業的特點(1)化學工業是獨特的、不可取代的工業部門化學工業以化學加工為主要特征，是發明新物質的工業。(2)化工產品種類繁多，工藝復雜(3)化學工業是安裝型工業，具有規模經濟性化工消費的主要設備大多是塔、罐、槽、器及管道，普通安裝的投資費用與其消費才干的2/3次方呈正比。(4)化學工業是資金密集，技術密集的工業部門以機械工業的技術密集指數為100，化學工業那么到達2480。以醫藥和農藥新種類開發為例，開發勝利率為萬分之一，完成一個新種類研制，在美國需10年左右時間，耗資6000萬美圓。(5)化學工業是能源耗費的大戶(6)化學工業是易污染、重污染的工業部門5．化學工業的開展與現狀化學工業歷史悠久，最初的化工可追溯到公元前2000多年前的制陶、冶煉、釀造、漂染、揉革等行業。自18世紀中期工業革命興起，機器的出現使棉紡織業實現機械化，硫酸的鉛室法出現，路布蘭制堿法出現。19世紀中葉，出現了氨堿法制堿的索爾維法。隨后，電解法制堿技術問世，為造紙、染料、炸藥等行業提供了比純堿更強的苛性堿。(1)化學工業開展的歷史19世紀，鋼鐵工業的開展促進了煉焦工業，從煉焦副產品煤焦油中提取多種有機芳香族化合物，并以其為原料制染料、醫藥、香料、炸藥等產品，構成了以煤焦油為根底的有機合成工業。20世紀初，美國規范石油公司采用裂化方法將重質油加熱轉化為相當汽油餾分的輕質油。促進了石油化工的開展。20世紀中葉，有機化工產品80%-90%是以石油或天然氣為原料消費的，三大合成資料的原料幾乎全部來自石油化工。由于化工原料的變化，引發了化學工業產業構造的變革，帶動精細化工的開展。自20世紀40年代以來，化工曾經成為世界各國工業開展的重點。80年代以來，隨社會的開展、消費工藝技術的改良，提高人民生活程度，化工產品出現多樣化、功能化、精細化的特點。成為化學工業的起點，化學工業由開展根底化工轉向重點開展精細化學工業，使化學工業開展到達了一個新的歷史時期。(2)我國的化學工業舊中國的化學工業根底非常薄弱，僅有沿海、沿江的幾個小化工企業。新中國成立后，先后吉化、太化和蘭化三大化工基地；相繼又建成了北京燕山、山東齊魯、上海金山、南京揚子等一大批石油化工結合企業。表1—1為我國與部分興隆國家主要化工產品產量比較(1997年)表表1—2為我國化工產值變化情況表1—3為我國化工工業與其它工業的比較情況表1一3全國工業及化工系統總產值增長速度〔％〕美國是當今世界上最興隆的國家,也是世界上最大的化學品消費國，1997年化工總產值3917億美圓，居世界第一位.表1一4列舉了1997年我國與世界幾個化學工業興隆國家的勞動消費率比較情況.(3)世界化學工業表1一4化學工業勞動消費率萬元／人年美國日本德國英國法國意大利中國38.1452.7221.7024.0832.6826.980.261.2化工消費過程概述消費中，原料預處置和產物分別，缺一不可。化學反響這一步是整個化工消費過程的中心，起主導作用，其要求和結果斷定著原料預處置的程度和產物分別的義務，直接影響到其它兩部分的設備投資和操作費用。1．化工消費過程分析化學工業產品種類繁多，消費流程千差萬別，共同之處是都有原料預處置、化學反響和產物的分別三部分。化工消費過程可視為物理過程和化學過程組成。由于被加工物料的相態不同、過程原理和采用方法的差別，將物理過程可進一步細分為一系列遵照不同物理定律，有某種功用的根本操作過程，稱之為單元操作，如消費硫酸.見表1一5所示每一種單元操作都概括了化工消費中一類有共性的操作，從本質上歸納為動量傳送、熱量傳送和質量傳送三種傳送過程。化學反響類似于單元操作，按其反響的特點，尋求共性，提煉出諸多單元操作。三種傳送過程和反響工程，即“三傳一反〞構成化學工程學科研討的一條主線。表1-5單元操作單元操作目的物態原理傳送過程流體保送保送液或氣輸入機械能動量傳送攪拌混合或分別氣-液輸入機械能動量傳送液-液,固-液過濾非均相混合物分別氣-固,固-液尺度不同的截留動量傳送沉降非均相混合物分別氣-固,固-液密度差引起的動量傳送沉降運動加熱,冷卻升溫,降溫,改動氣或液利用溫差傳入熱量傳送相態或移出熱量蒸發溶劑與不揮發性液供熱汽化溶劑熱量傳送溶質的分別2．化工消費過程的工業特征(5)化工消費涉及經濟問題.如原料供應、設備投資、能耗、銷售、投入、工時及消費管理等。經濟效益是評價化工消費過程能否能實施的重要目的。(1)化工過程是大規模的工業消費，物料處置量大，與實驗研討相差懸殊。(2)化工消費多為延續化消費過程。(3)化工消費處置的物料從原料的純度到產品的收率都與化學實驗研討不盡一樣。(4)化工消費需求設置公用供水、供電、動力、儲存、運輸等設備。3．化工消費過程的檢測與控制在任何化工消費過程中，需求檢測和控制的目的有溫度、壓力、流量、液面、組成等幾類。4．化工消費過程的研討與開發任何一個新的化工消費過程，都是從最初的創意或想象開場，經過實驗室研討、中間實驗、工業化實驗、放大設計、技術經濟評價等諸多環節，最后建成工業消費安裝，實現規模消費。在放大設計過程中,大小安裝之間會產生工藝結果的差別，歸結于“放大效應〞，尋求其產生來由和改善的方法是過程開發一項中心義務。5．化工消費過程的技術經濟分析化工消費過程的工藝技術經濟目的主要有：①物料和能量的綜合利用。④消費的投資費用。③消費強度。②產品的產率及質量。6．化工消費過程的資源和能源綜合利用消費規模的大型化是化工消費過程資源和能源綜合利用的保證。消費規模擴展使單位產品的原資料和能源耗費大大降低；勞動效率高，產品的總本錢低，因此在市場和資源條件具備的情況下，消費規模大型化是化學工業的開展趨勢。化工消費中，物料循環和熱量回流，并到達多種產品結合消費，是節能降耗的主要途徑。7．化工消費過程的優化按詳細的消費義務，確定合理的工藝道路(原料、方法)，選擇適宜的反響器，配置相適宜的單元操作及設備，適當組合構成一個化工消費過程的整體，成為化工過程系統，簡稱化工系統。化工系統的諸多不確定性，決議了化工消費過程的復雜性。化工消費過程本身的特點和復雜性，使其存在大量的過程最優化問題，涉及過程研討中的開發和設計及過程運轉中的操作、管理和控制等各個方面。化工系統優化包含三個層次：(1)化工工藝道路的最優化。即系統總體方案的最優化設計和選擇。(2)流程構造的最優化。即流程最優化設計和選擇。(3)流程工藝參數和操作參數的最優化。化工消費過程優化義務分為三個階段:(1)為完成某類產品的消費義務，將分散的單元遵照一定的法那么，組織成對給定的性能目的來說是最優的過程系統，這個階段稱為最優綜合。(3〕在構造參數和設計參數都已固定的條件下，為防止干擾,使消費過程能在外界條件變化及各干擾要素出現的情況下，保證過程系統的經濟性，對操作參數和控制參數進展優化，稱為最優操作或最優控制。(2〕在給定過程構造的條件下，確定各單元及整個系統的最優參數的優化計算，叫最優設計。過程優化涉及技術和經濟兩方面。技術優化是使各項目的到達最優，經濟優化是以最小費用獲得最大利潤,到達高的經濟效益為目的。8．化工消費過程的流程圖為描畫化工消費過程，工程上通常用籠統的圖形、符號和代號表示設備，用箭頭表示物料流動方向，將化工過程從原料到最終產品經過的一切設備和相互關系以及物料流動順序，以圖示的方式表達出來，這種表示整個化工消費過程全貌的圖形稱為工藝流程圖。工藝流程圖是工廠設計的根底，也是操作和檢修的指南。普通分為消費工藝流程圖、物料流程圖和帶控制點的工藝流程圖。工藝流程圖中的設備的圖形和符號已規范化。消費工藝流程圖常將設備的大致幾何外形畫出，或以方框表示。無論采用那種流程圖表達工藝流程，從左向右展開，有必要的文字進展闡明，如設備稱號(符號代號)、物料流向、物料稱號、圖名、圖號、設計階段等。1.3化學工程學簡介1．化學工程學及其研討對象和義務化學反響是它的中心，化學學科是它的根底。化學工業在大型設備中大批量延續化的消費所提出的技術間題，僅靠化學學科的知識是遠不夠的，它需求機械、電氣、儀表、控制等工程學科的實際支持和技術上的運用，因此便誕生了一門源自化學、又不同于化學，綜合了諸多工程技術學科的新學科—化學工程學。化學工程學始于19世紀末。20世紀初，明確認識到各行各業通用的物理操作的共性，提出了單元操作的概念，構成化工過程與設備課程，后多稱為化工原理。50年代構成了化學反響工程分支。70年代以后，化工消費日趨大型化、延續化以及計算機技術的迅速開展，化學工程學的研討已不再局限于單個單元操作或化學反響過程，構成了化學系統工程，主要是研討系統的設計、控制和管理。2．化學工程學的研討方法數學模型法是將復雜的研討對象合理地簡化為某個模型，簡化的模型與原過程近似而等效。化學方面的問題歸納為研討反響對象，提出反響動力學模型；傳送方面的問題歸納為研討不同類型反響器，提出反響器的傳送模型；而兩者的結合方面的問題，那么是將各種反響模型和各種傳送模型相結合的問題。在化學工程學的歷史開展中構成了兩種根本的研討方法閱歷歸納