化学工业的分类和特点.pptx

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化学工艺

化学工艺具有个别生产的特殊性，即生产不同的化学产品要采
用不同的工艺，即使生产相同产品，但原料路线不同时，也要采
用不同的化学工艺。尽管如此，化学工艺所涉及的范畴是相同的，
一般包括原料的选择和预处理，生产方法的选择及方法原理；设
备的作用、结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料的影响；
含乙醇5％ 10吨/时
精 馏 塔
废水 含乙醇0.1％
例1-1 附图
产品和废水中乙醇含量
求：
产品和废水流量
分析：
两个未知量，需列出两个物料 衡算方程求解！
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确定：
衡算范围： 包含精馏塔在内的虚线框
衡算对象： a. 物流的流量 b. 物流中乙醇的量
衡算基准： 单位时间：小时
设：产品流量为 X 吨/时、废水流量为 Y 吨/时。 由物料衡算式： ∑M入 ＝ ∑M出
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例1-1 每小时有10 吨 5％ 的乙醇水溶液进入精馏塔，
塔顶馏出的产品中含乙醇 95％，塔底排出的废水中含乙
醇 0.1％。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排放，
每年（按操作 7200小时 计）损失的乙醇多少吨？
乙醇产品 解：已知：
含乙醇95％
原料液流量及其中乙醇含量
原料液
操作条件的影响；生产控制；产品的分离；能量的利用与回收等。
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单元操作
单元过程
化工原理 + 反应工程
单元操作 化工原理
化工工艺
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§1－3 化工中的一些基本规律
物料衡算（质量守恒） 能量衡算（能量守恒）
动量衡算（动量守恒）*
平衡关系
过程速率
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化学工程
1. 单一化学工艺学阶段
在20世纪前的几百年时间里，出现了不少化学工业，如制糖 工业、制碱工业、造纸工业等。介绍每一种工业从原料到成品的 生产过程，作为一种特殊的知识讲解，这是最早的化学工程学。
2. 单元操作阶段
20世纪初，人们逐渐发现，许多化学工业中存在共同的操作 原理。例如，无论是制糖业还是制碱业，从溶液蒸发得到固体糖 和固体碱的原理是相同的，于是，蒸发成为最早提出的单元操作 之一。经不断总结，被称为单元操作的有：流体流动与输送、沉 降与过滤、固体流态化、传热、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、 干燥、结晶、膜分离等。
（2）设计（ Design ）——如何进行过程的计算 和设备的设计。在缺乏数据的情况下，如何 组织实验以取得必要的设计数据。
（3）操作（Operation）如何进行操作和调节以 适应生产的不同要求。在操作发生故障时如 何寻找故障的缘由。
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§1－7 学习中注意的问题
（1）、要理论联系实际 理论教学 试验教学 课程设计
（3）为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提供 新型化工材料和新产品；
（4）为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。
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1 化学工业的分类
美国：
化学工业包括：生产基本化工产品的企业
中国：
以化学方法为主进行产品加工的企业
化学工业包括：基本化学工业 化肥工业 石油化学工业 其他化学工业
造纸化学品 感光材料
脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、涂 布胶粘剂、分散剂等
电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等
磁性记忆材料 磁带、磁盘等
橡胶加工 轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等
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2 化学工业的特点
（1）增长速度快； （2）化工科研和新产品开发费用高； （3）大规模连续化生产和技术的复杂性促使化学工业投资加大； （4）化工产品、工艺路线、技术创造性上竞争激烈； （5）新工艺的投入、生产规模的扩大以及设备的腐蚀，致使化学工 业的工厂寿命缩短、报废快； （6）在资金足够的条件下，化工产品进入市场的自由度大； （7）运输便利、均相及价值高的化工产品贸易有国际性； （8）化学工业与整个工业相辅相存，在经济发展中起支柱作用。
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§1－2 化工基础的内容（化工学科的发展）
化工学科的内容
化学工程 研究化工生产中的共同性操作的规律及其工程性质
的问题（包括化工原理和化学反应工程）
化学工艺 也称为化工生产技术。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，包括实现这种转变的全部化学的 和物理的措施
物料衡算式： ∑M入 ＝ ∑M出 ＋ M (1-1) 连续稳态流动：∑M入 ＝ ∑M出 (1-2)
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进行物料衡算时，必须明确下面几点：
1. 首先要确定衡算的系统，即衡算对象包 括的范围。 2. 其次要确定衡算的基准。 3. 然后确定衡算的对象。 4. 最后还要确定衡算对象的物理量及单位。
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表1-1 主要化工行业及其相关产品
化工行业
化学矿山 酸、碱 无机盐
化肥
化学农药
主要产品或用途
磷矿、硫矿、硼矿、矾矿和石灰石矿等
硫酸、烧碱、纯碱
磷酸盐、碳酸钾、小苏打、无水硫酸钠、氰化钠、硫酸铝、硝酸钠、氯 化锌、轻质碳酸钙、过氧化氫、沉淀硫酸钡等 氮肥（硫酸铵、硝酸铵、尿素、氯化铵、碳酸氫铵、氨水、石灰氮等）、 磷肥（普通过磷酸钙、钙镁磷肥等）、钾肥 敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等
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表示各物理量大小除了数字部分外，还要看该物理量 的单位。
1、 国际单位制 SI制 7个基本单位，2个辅助单位，其余皆为 导出单位。
2、 工程单位制（重力单位制）
3. 绝对单位制
4、 单位换算
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§1－6 学习目标
（1）选择（selection)——如何根据各单元操作 在技术上和经济上的特点，进行“过程和设 备”的选择，以适应指定物系的特征，经济 而有效地满足工艺要求。
第一章 绪论
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§1－1 化学工业的分类和特点
化工（化学工业），又称化学加工工业，泛指生产过
程中化学方法占主要地位的制造工业。是国民经济重要的基础
工业，是工业经济中最具活力，竞争力极强的一个部门。
（1）为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料； （2）为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提供 各种配套原材料；
能量衡算的依据是能量守恒定律。
能量衡算的目的是：
计算单位产品的能耗 了解过程中能量的利用和损失情况 确定生产过程中需要输入、输出的热量 设计换热设备
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∑Q入
系统 积累 Q
∑Q出
图1-2 能量衡算示意图
热量衡算式： ∑Q入 ＝ ∑Q出 ＋ Q (1-3)
稳态操作：∑Q入 ＝ ∑Q出
实验室研究（小试） 可行性研究 中间试验（中试） 工业装置的设计和投产
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§1－5 物理量的因次与单位制
物理量：表示物质物理性质的参数，如长度、面积、体积、密度、粘度、 导热系数、温度、压强等。这些物理量可通过几个彼此独立的基本物理 量来表示，其大小则用各种单位来量度称为基本单位。 常用的基本单位长度、力或质量，时间和温度等，基本量以外的其它物 理量，可通过物理量之间的规律（定义或定律），从基本量推导出来称 为导出物理量，他们的单位称为导出单位。 应用这些基本量以表示物理量特性的式子称为因次（或量纲）式。因次 式中各物理量的指数称为它的因次或量纲（有时也把物理量的量纲式简 称为物理量的量纲）。因次可正、可负、整数、分数等任意有理数。
过程速率决定设备的生产能力，过程速率越高， 设备生产能力越大，或设备的尺寸越小。
过程速率（r）∝
在实际工作中，一个过程以多快的速率 由不平衡向平衡移动是极为重要的问题。
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§1－4 化工过程开发
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将实验室研究扩大为生产规模，使新产品、新工 艺或新技术在工业装置中运转或转变为生产的全过程 称为化工过程开发。
电石
热固性塑料和 工程塑料 合成橡胶
可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、双 氰胺、硫脲等工业的原料
酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚甲醛、 ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等
顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等
染料
硫化染料、直接染料、酸性染料、活性染料、碱性染料、还原燃料、分 散染料、冰染染料、阳离子染料等
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续表1-1 主要化工行业及其相关产品
化工行业
涂料
增塑剂 橡胶加工助剂
主要产品或用途
天然树脂漆、酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、氨基树脂漆、过氯乙烯漆、聚 酯漆、聚氨酯漆、硝基漆、有机硅漆等
邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯 化石蜡、磷酸酯等
防老剂、促进剂
表面活性剂 阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型等
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1-3.1物料衡算（质量守恒）：
物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量守 恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副产物 等之间的关系，即进入的物料量必等于排出的物 料量和过程中的积累量。
输入物料的总量 ＝ 排出物料的总量＋过程积累的总量
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∑M入
系统 积累 M
∑M出
图1-1 物料衡算示意图
(1-4)
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1-3.3 平衡关系
有关平衡的规律可以预测过程能够达到的极限 可以确定当时条件下物料或能量能够利用的极限 可以考察外界参数对平衡的影响和体系中物料状态
对平衡转化率的影响，从而优化条件 衡量过程的效率，从而找出改进的方法
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1.3.4过程速率
对物流的量进行衡算： 10 ＝ X + Y (1)
对乙醇的量进行衡算：
10 ×5％ ＝ X ×95％ + Y ×0.1％ (2)
X ＝0.516 吨/时 Y ＝9.484 吨/时
每年损失乙醇： 9.484 ×0.1％ ×7200 ＝68.28 吨/年
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1-3.2能量衡算（能量守恒）：
（2）、过程原理与设备并重 （3）、掌握研究的方法 （4）、着重培养自学能力、创新能力
基础：高等数学、物理化学、化工机械
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3. 传递过程阶段
到20世纪50年代，人们又发现，各单元操作之间还存 在着共性。例如，传热和蒸发都是热量传递的形式，蒸馏、 吸附、吸收、萃取都是质量传递的形式。于是，把单元操 作归纳为动量传递、热量传递和质量传递。
4. “三传一反”阶段
20世纪50年代中期，化学工程中出现了“化学反应工 程学”这一新的分支。对化学反应器的研究，不仅要运用 化学动力学和热力学原理，而且要运用动量、热量和质量 传递原理。于是 “传递过程” 与 “反应工程” 成为当今 化学工程学的两大支柱。简称 “三传一反” 阶段。