化工基础(张四方)绪论

◆问题：专科教育与本科教育的差异何在？ ◆专科教育以应用为目的，在理论学习上以够用为度；而本科 教育重在培养学生的理论体系。 ◆例子：虹吸现象。大家都知道水往低处流，但在虹吸中水先 往高处流，越过一个高点后才往低处流。为什么呢？只有用流 体动力学的理论才能作出解释。 ◆经验只能解决现象问题，理论才能解决本质问题。
通过化学工程的研究，认识和阐释这些过程的规律性，并 使之应用于生产过程和装置的开发、设计、操作，以达到 优化和提高效率的目的。
化学过程与化学工程 的区别
化学过程：化学 反应的原理、机 理，过程进行的 可行性。注重能 否进行的问题。
化学工程：如何通 过一系列的设备、 工艺、操作来实现 化学过程。注重过 程、条件、影响因 素。关注操作性、 合理性、经济性。
30万吨合成氨,45万吨尿素的化肥厂，投资达到40-50亿元；年 产30万吨的乙烯厂，需投资60-80亿元。化工技术更新速度快， 化工厂设备的寿命一般不超过15年
流动资金占固定投资的12-20%，每年的设备维修费5-10%。 如：M=100万元/年，T=2000万元，流动资金300-400万元， 维修费100-200万元/年。
◆请珍惜本科教育机会，注重培养自己的理论体系，认真学好 每门基础理论课。
◆化工基础，是化工类各专业课的基础理论课，也是化学工艺 等专业考研的必考专业课。
一.化学工业概述
化学工业（chemical industry）又称化学加 工工业，是综合运用化学和物理方法将原料加工成 化学产品的加工工业。也泛指生产过程中化学方法 占主要地位的过程工业。 1.化学工业的重要性及其发展
化学工业是国民经济重要的基础工业，是最具活 力、最具竞争力、可发展前景极强的产业。随着石 油工业的发展，化学工业从50年代起进入高速发展 期，已成为世界经济发展的支柱产业。
2.化学工业的分类
化工生产装置实例 ——70万吨乙烯装置
化工生产装置实例 ——甲醇回收装置
化工生产装置实例 ——合成氨装置
技术密集表现在工艺流程长，从原料到产品，涉及化学、 机械、电子、仪表等诸多领域，有很高的知识密集度和很强的 技术综合性。若以机械工业的技术密集指数为100，则化学工 业达到2480。
(5)化学工业是能耗大户 化学工业以煤、石油、天然气等能源为原料，也作为生
产的动力和燃料。能源中约40％作为生产原料，60％作为 动力和燃料，原料消耗费占产品成本的60%-70%。 (6)化学工业是易污染、重污染的工业部门
实际上，化学过程往往和物理过程同时发生。例如催 化裂化是一个典型的化学过程，但辅有加热、冷却和分离， 并且在反应进行过程中，伴随有流动、传热和传质。
化学工程学——研究化学工业和其他过程工业生产中所进 行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。
这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、 食品工业、造纸工业等。 它们从石油、煤、天然气、盐、 石灰石、其他矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料 出发，借助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质 和状态，使之成为多种价值较高的产品，如化肥、汽油、 润滑油、合成纤维、合成橡胶、塑料等等。
化学工业已担负起迎接三大挑战的历史重任：可提供充足的化肥、 农药、化学纤维、合成医药及各种新型合成材料，满足人口增长带来的 衣、食、住、行的需要；在化工生产中合理使用能源和开发新能源，可 有效解决能源紧缺问题（如生物能源、核能等）；“三废”的治理更是 化学工业义不容辞的责任，其作用是其他工业无法替代的。
T=M0.6~0.7 如： M=10万元/年Biblioteka Baidu则T=40~50万元，4~5倍
M=100万元/年，则T=1600~2500万元，16~25倍 M=1000万元/年，则T=6.3~12.6亿元，63~126倍
(4)化学工业是资金密集型、技术密集型工业 工艺复杂性和装置大型化决定了它的这一特征。如年产值
化工产品大多是易燃、易爆、有毒的，在生产、储存、 运输、使用过程中，如果发生泄露，就会严重危害人的健 康，污染环境。例如广西广维集团爆炸事件。2008年8月26 日6时45分，广维化工股份有限公司有机车间发生爆炸事故， 爆炸引发的火灾导致车间内装有甲醇、乙炔、醋酸乙烯等 易燃易爆物品的储罐发生爆炸，共造成20人死亡。事故还 造成周围3公里范围内18个村屯和广维集团生活区的11500 名群众紧急疏散。
化工基础
Elementary Chemical Engineering
化工基础——化学工程基础
什么是化学工程？
化学过程——是指物质发生化学变化的反应过程，如 柴油的催化裂化制备高辛烷值汽油是一个化学反应过程。
物理过程——系指物质不经化学反应而发生的组成、 性质、状态、能量变化过程，如原油经过蒸馏的分离而得 到汽油、柴油、煤油等产品。
(2)化工产品品种繁多，工艺复杂 品种繁多导致生产工艺的多样性。同一原料可生产多种产品，
同一产品又可利用多种原料生产，所以技术难度大。合理的资源配 置和原料路线，恰当工艺技术的选择和组合，产品结构和产业结构 的优化，是化工中要解决的主要问题。 (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，生产能力与 容积（即其线性尺寸的三次方）呈正比，制造费与容器表面积（即 其线性尺寸的二次方）呈正比。装置的投资费用T与其生产能力M的 2/3次方呈正比（所谓的0.6次方法则）：
化工生产过程实例
湿法磷酸生产工艺流程
磷矿石
破碎
硫酸
HF气体 （回收）
磷酸（化肥、
加工成盐
饲料用）
球磨
酸解反应
过滤
浓缩
洗液
水
过滤
精制
磷酸（医药、 食品用）
滤渣石膏
3.化学工业的特点
(1)化学工业与人类的生存和发展息息相关 当今世界面临的三大挑战：
A.人口增长：1804年10亿人→1927年20亿人→1960年30亿人→1974年 40亿人→1987年50亿人→1999年60亿人，每年7800万人的增长速度， 预计2013年70亿，实际2010年64.64亿人。→吃饭大问题！ B.环境污染：人口增长→工业发展→大气和水污染。每年流入海洋的石 油达1000多万吨，排入大气的CO2达230亿吨，水土流失240亿吨。 C.能源短缺：以现有速度，全世界的石油只够用60年，煤炭300年左右。