第一章 化学工艺学基础
化学工艺学 第一章
1.1.2 化学工艺
学科特点: 研究具体的生产过程(个性) 研究内容: 化学品的合成机理、生产原理、产品开发、工艺实 施、过程及装置的设计及优化。
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涉及的工业领域:
石油、煤、天然气和其它矿物质为原料，采用化 学加工过程，生产石油及石油化工、煤化工、基本有 机化工、无机化工、化工冶金和高分子化工产品的工 业部门。 生产企业大都是我国的大型骨干企业，在国民经 济中具有极重要地位，如中国石油天然气总公司、中 国石油化工总公司等(世界500强)。
又称化学加工工业，指利用化学反应改变物结构、
成分、形态而生产化学产品的制造工业。
化学工艺（chemical technology）：
即化工生产技术，系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。
14
化学工业的作用
为工农业、现代交通运输业、国防军事、尖端科 技等领域提供: ⑴ 各类基础材料; ⑵ 新结构、新功能材料; ⑶ 能源（包括一般动力燃料、航空航天高能燃 料和燃料电池等）。
4.多提问题和讨论;
5.课件可拷贝。
2
第1章
绪论
1.1 化学工程与技术的学科介绍 1.2 化学工业的发展、地位与作用 1.3 化学工艺学常用的基本概念
3
1.1化学工程与技术的学科介绍
• 研究对象: 化学工业为代表的各类过程工业。
• 学科内容: 化学与物理过程的基本规律和应用技术，包括: 基
础理论、基本方法和基本实验技术，产品研制、工艺
9%～11%
7%～14%
26
1.2.1.3 高分子化工
• 高分子（macromolecule）: 指相对分子质量高，达几千到几百万的分子，由千 百个原子以共价键相互连接而成，由这类分子构成的 化合物称为高分子化合物（macromolecule compound） 又称高聚物 (high polymer)。 • 高分子化工的产品: 高分子化合物以及高分子化合物为基础的复合或共 混材料制品。 • 特点: 品种非常多，用途广泛，更新换代迅速。 • 分类: 按材料和产品的用途分为：塑料、合成橡胶、 合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等。 27
化学工艺学知识点总结
化学工艺学第一章绪论1、化学工业：运用化学工艺、化学工程及设备,通过各种化工单元操作,高效、节能、经济、环保和安全地将原料生产成化工产品的特定生产部门.2、化学工艺即化工生产技术,是指将各种原料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.3、化学工艺学是根据化学、物理和其他科学的成就,研究综合利用各种原料生产化学产品的方法原理、操作条件、流程和设备,以创立技术先进、经济上合理、生产上安全的化工生产工艺的学科.4、21世纪,化学工业的发展趋势答：1产品结构精细化和功能化；2生产装置微型化和柔性化；3生产过程绿色化和高科技化；4市场经营国际化、信息化.5、绿色化工就是用先进的化工技术和方法减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的各种物质的一种技术手段.6、化学工业的基础原料指可以用来加工生产化工基本原料或产品的在自然界天然存在的资源.7、化工产品一般是指由原料经化学反应、化工单元操作等加工方法生产出来的新物料品.8.煤化工：以煤为原料,经过化学加工转化为气体、液体和固体燃料及化学品的工业.9.煤的干馏：是指在隔绝空气条件下将煤加热,使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程.10．一次加工方法主要包括一次加工和二次加工,一次加工方法主要包括常压蒸馏和减压蒸馏.11.蒸馏是一种利用液体混合物中各组分挥发度的差别沸点不同进行分离的方法,是一种没有化学反应的传质、传热物理过程,主要设备是蒸馏塔.12.常用的二次加工方法主要有催化重整、催化裂化、催化加氢裂化和烃类热裂解四种.13.催化重整：是在铂催化剂作用下加热汽油馏分石脑油,使其中的烃类分子重新排列形成新分子的工艺过程.14.催化重整的原料是石脑油,以生产高辛烷值汽油为目的时一般采用80～180℃馏分.15．催化加氢裂化是在催化剂及高氢压下加热重质油,使其发生一系列加氢和裂化反应,转变成航空煤油、柴油、汽油和气体等产品的加工过程. 16.化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离与精制三大步骤.17.原料的预处理的主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格.18、化学反应是化工生产的核心.实现化学反应过程的设备称为反应器釜或塔.19、产品分离与精制目一是获取符合规格的产品,二是回收、利用副产物.20、组织工艺流程时应遵循的原则有哪些答：1工艺路线技术先进,生产运行安全可靠,经济指标先进合理；2原料和能量利用充分合理；3单元操作适宜,设备选型合理；4工艺流程连续化、自动化；5安全措施得当,“三”治理有效.21、工业催化剂的性能指标是活性、选择性和寿命.22、催化剂的失活原因一般分为中毒、结焦和堵塞、烧结和热失活三大类.22、固体催化剂在使用中应注意事项有哪些答：1要防止已还原或已活化好的催化剂与空气接触；2原料必须经过净化处理,使用过程中要避免毒物与催化剂接触；3要严格控制催化剂使用温度,使其在催化剂活性温度范围内使用,防止催化剂床层温度局部过热,以免烧坏催化剂.4要维持正常操作条件如温度、压力、反应物配比、流量等稳定,尽量减少波动.5开车时要保持缓慢的升温、升压速率,温度、压力的突然变化容易造成催化剂的粉粹,要尽量减少开车、停车的次数.第一章化学工艺基础1.化工原料根据物质来源可分为无机原料和有机原料两大类.2.煤化工包括煤的干馏包括炼焦和低温干馏,气化,液化和合成化学品等.3.原油：从油井中开采出来没有经过加工处理的石油叫原油,它是一种有气味的棕黑色或黄褐色粘稠液体.4.一次加工：一次加工方法主要包括常压蒸馏和减压蒸馏.5.二次加工：常用的二次加工方法主要有催化重整,催化裂化,催化加氢裂化和烃类热裂解.6.化工生产过程：一般可概括为原料预处理,化学反应和产品分离与精制三大步骤.7.选择性：是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比,用符号S表示.表达式为：转化为目的产物的某反应物的量该反应物的转化总量8.催化剂失活原因一般分为中毒,结焦和堵塞,烧结和热失活三大类.9.催化剂使用注意事项：（1）要防止已还原或已活化好的催化剂与空气接触；（2）原料必须经过净化处理,使用过程中要避免毒物与催化剂接触；（3）要严格控制操作温度,使其在催化剂活性温度范围内使用,防止催化剂床层温度局部过热,以免烧坏催化剂；（4）要维持正常操作条件的稳定,尽量减少波动；（5）开车时要保持缓慢的升温,升压速率,温度,压力的突然变化容易造成催化剂的粉碎,要尽量减少开,停车的次数.第四章烃类热裂解1.烃类热裂解：是指以石油系烃类为原料,利用石油烃在高温下的不稳定、易分解的性质,在隔绝空气和高温条件下使大分子的烃类发生断链和脱氢等反应,以制取低级烯烃的过程.2.烃类热裂解制乙烯的生产工艺主要由原料烃的热裂解和裂解产物的分离精制两部分组成.3.一般将复杂的裂解反应归纳为一次反应和二次反应.4.一次反应：是指原料烃主要是烃类和环烷烃经热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应.5. 二次反应：是指一次反应的产物乙烯、丙烯等低级分子烯烃进一步发生反应生成多种产物,直至最后生焦或炭.6.乙烷裂解的自由基反应包括链引发、链增长反应和链终止反应3个阶段.7.各类烃热裂解的难易顺序可归纳为：异构烷烃>正构烷烃>环烷烃C 6>C 5>芳烃8.从热力学角度分析,裂解是吸热反应,理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般在750～900℃.裂解的深度取决于裂解温度和停留时间.管式炉裂解技术的反应设备是裂解炉,它既是乙烯装置的核心,又是挖掘节能潜力的关键设备.9.石油烃类裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间、低烃分压,产生的裂解气要迅速离开反应区.10.烃类的热裂解过程的特点：1烃类热裂解是吸热反应；2烃类热解需在高温下进行,反应温度一般在750℃以上；3为了避免烃类热裂解过程中二次反应,反应停留时间很短,一般在～1s ； 4热裂解反应是分子数增加的反应,烃分压低有利于原料分子向反应产物分子的反应平衡方向移动；5裂解反应产物是复杂的混合物,除了裂解气和液体烃之外,尚有固体产物焦生成.11.裂解气中含有少量的Ｈ2S 、CO 2、H 2O 、C 2H 2、CO 等气体杂质.分析其来源主要有三个方面：一是由原料带入；二是裂解反应过程生成；三是裂解气处理过程引入.12.热泵：是通过做功将低温热源的热量传送给高温热源的供热系统. 2．烃类热裂解的主要目的是生产乙烯,同时可得丙烯、丁二烯以及苯、甲苯、二甲苯等产品.3.乙烯装置生产能力的大小实际反映了一个国家有机化学工业的发展水平.4.烃类热裂解过程非常复杂,具体体现在一下几个方面：1原料复杂2反应复杂3产物复杂7．同碳原子数的烷烃,C-H键能大于C-C键能,故断键反应比脱氢反应容易发生.8.带支链烃的C-C键或C-H键的键能较直链烷烃的C-C键或C-H键的键能小,易断裂,所以,带支链的烃容易裂解或脱氢.9.带侧链的环烷烃首先经行脱烷基反应,脱烷基反应一般在长侧链的中部开始断裂,一直进行到侧链为甲基或乙基,然后再一步发生环烷烃脱氢生成芳烃的反应,环烷烃脱氢比开环生成烯烃容易.10.在较高的温度下,低分子的烷烃、烯烃有可能分解为碳和氢.11.正构烷烃在各族烃中最有利于生成乙烯、丙烯.12.异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃.13.烃类热裂解过程的特点：1吸热反应高温2体积增大低压3易发生二次反应14.裂解深度：指裂解反应进行的程度.15.裂解炉设计开发的根本思路是提高裂解过程的选择性和设备的生产能力.16.提高裂解过程选择性的主要途径：1提高反应温度2缩短停留时间3降低烃分压17.工业上一般采用蒸汽作为稀释剂,其优点有如下几点：1裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离,不会增加裂解气的分离负荷和困难.2水蒸汽热容量大,使系统有较大的热惯性,当操作供热不平稳时可以起到稳定温度的作用,保护炉管防止过热.3抑制裂解原料所含硫对镍络合金炉管的腐蚀.4脱除结碳.18.裂解供热方式有直接供热和间接供热.19.急冷的方法有两种：一种是直接急冷,一种是间接急冷.20.裂解气的净化与分离目的是除去裂解气中的有害杂质.21.工业生产上采用的裂解气分离方法主要有：油吸收精馏分离法、深冷分离法、吸附分离法、络合物分离法.22.工业上脱水的方法有多种,如冷冻法、吸收法、吸附法.补充：第5章芳烃转化过程石油芳烃主要来源于石脑油重整生成的油及烃裂解生成乙烯副产的裂解汽油.工业上广泛应用的芳烃转化反应主要有：C8芳烃的异构化、甲苯的歧化和C9芳烃烷基的转移、芳烃的烷基化、烷基芳烃的脱烷基化等.芳烃歧化：是指两个相同的芳烃分子在酸性催化剂作用下一个芳烃分子上的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上的反应.烷基转移是指两个不同的芳烃分子之间发生烷基转移的反应.芳烃的烷基化是芳烃分子中苯环上的一个或几个氢被烷基取代生成烷基芳烃的反应.第6章催化加氢与脱氢1、催化加氢：是指有机化合物中一个或几个不饱和官能团在催化剂作用下与氢气的加成反应.2.催化加氢反应在化学工业中一是用于合成有机产品,二是用于许多化工产品的加氢精制.3.骨架催化剂：将具有催化活性的金属和载体铝或硅制成合金,再用氢氧化钠溶液浸渍合金,溶解其中的铝或硅,得到活性金属构成的骨架状物质4.加氢催化剂按其形态主要可分为金属催化剂、骨架催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、金属络合物催化剂五大类.5.下列芳烃加氢的顺序正确的是CA C 6H 5CH 3>C 6H 6>C 6H 4CH 32>C 6H 3CH 33B C 6H 4CH 32>C 6H 6>C 6H 5CH 3>C 6H 3CH 33C C 6H 6>C 6H 5CH 3>C 6H 4CH 32>C 6H 3CH 33D C 6H 6>C 6H 5CH 3>C 6H 3CH 33 >C 6H 4CH 326炔烃、二烯烃、单烯烃、芳烃混合在一起加氢时,其反应速率顺序为DA. 二烯烃>炔烃>单烯烃>芳烃B. 炔烃>单烯烃>二烯烃>芳烃C. 二烯烃>单烯烃>芳烃>炔烃D. 炔烃>二烯烃>单烯烃>芳烃7.绝热式反应器乙苯脱氢工艺中,水蒸气和乙苯的摩尔比为AA. 14：1B. 13：1C. 12：1D. 10：18.金属催化剂：就是把活性组分如Ni 、Pd 、Pt 等金属分散于载体上,以提高催化剂活性组分的分散性和均匀性,增强催化剂的强度和耐热性.9.目前工业生产上采用的催化剂大致可分为锌铬系和铜锌或铝系即铜基催化剂两大类.10.低压法合成甲醇工艺流程主要由造气、压缩、合成和精制四大部分组成.第7章烃类选择性氧化1.烃类选择性氧化过程的特点答：1反应放热量大；2反应不可逆；3反应过程易燃易爆；4反应途径复杂多样.2．如何提高烃类选择性氧化安全性答：1原料配比一定要控制在爆炸极限之外；2在设计氧化反应器时,除考虑设计足够的传热面积及时移走热量外,还要在氧化设备上设上加设防爆口,装上安全阀或防爆膜；3反应温度最好采用自动控制,至少要有自动报警系统.4还可以采用惰性气体的办法稀释作用物,以减少反应的激烈程度,防止发生爆炸.3.非均相催化氧化主要是指气态有机原料在固体催化剂存在下以气态氧作为氧化剂氧化为有机产品的过程.4.气固相催化氧化反应都是强放热反应,工业上常用的反应器有两种：列管式固定床反应器和流化床反应器.5.流化床反应器是一种利用气体或液体通过固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器.6.流化床反应器从其结构来看自下而上大致分为锥形体、反应段和扩大段三部分.7.简述液相均相催化氧化技术优缺点.主要优点：（1）反应物与催化剂同相,不存在固体表面上活性中心性质及分布不均匀的问题,作为活性中心的过渡金属活性高,选择性好；（2）反应条件不太苛刻,反应比较平稳,易于控制；（3）反应设备简单,容积小,生产能力高；不足之处：（1）反应温度通常不太高,因此反应热利用率较低；（2）在腐蚀性较强的体系中要采用特殊材质；（3）配位催化氧化反应体系需用贵金属盐作为催化剂,因此必须分离回收.8.工业上常用的非均相反应器有两种：列管式固定床反应器和流化床反应器.9.热点：列管式反应器轴向的温度分布主要取决于沿轴向各点的放热速率和管外载热体的除热速率,一般反应器内沿轴向温度分布都有一个最高温度.10.简述丙烯腈生产过程中加入水蒸汽的作用答：1水蒸汽可促使产物从催化剂表面解析出来,从而避免丙烯腈深度氧化；2加入水蒸气后可起到降低反应物浓度作用,从而对保证安全生产防范爆炸深度氧化；3水蒸汽的比热容较大,加入水蒸气可以带走大量的反应生成热,使反应温度易于控制；4加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清楚作用.第8章羰基合成1.羰基化反应：在过渡金属配位化合物催化剂存在下一氧化碳参与有机合成、分子中引入羰基的反应.2.甲醇低压羰基化反应主反应方程式：COOH CH CO OH CH 33→+,使用催化剂：铑—碘催化体系,反应温度：130～180℃.第9章 氯化1.氯化是指在化合物分子中引入氯原子以生产氯的衍生物的反应过程.氯化过程的主要产物是氯代烃,氯代烃的主要应用领域有两个：一是作溶剂,二是用作合成大量有机产品及精细化工产品的中间体和聚合物的单体.2、取代氯化、加成氯化和氧氯化是氯代烃的主要生产方法.3.目前, 与其他方法相比,原料来源广且价格较低,生产工艺合理,生产成本较低,产量约占吕乙烯总产量的90%以上.Ａ.平衡氧氯化法 B.乙炔法 C.乙烯法 D.烯炔法。
化学工艺学基础知识点总结
化学工艺学基础知识点总结化学工艺学是指利用化学原理和技术，对原材料进行加工、转化和制造成所需的制品的学科。
它是化学工程学的基础，通过研究和应用化学反应、传质、传热等原理，探索和发展各种化学工艺过程，实现化学产品的制备和加工。
下面将对化学工艺学的基础知识点进行总结。
1. 化学反应在化学工艺学中，化学反应是一个非常重要的基础知识点。
化学反应是指原料物质在特定条件下相互作用，形成新的化合物的过程。
根据反应的进行方式，可以分为均相反应和异相反应。
均相反应是指反应物和产物处于相同的物理状态，而异相反应则是反应物和产物处于不同的物理状态。
在化学工艺学中，我们需要了解不同化学反应的条件、速率、热效应等基本知识，以便合理设计和控制化学工艺过程。
2. 传质传质是指物质在不同相之间的质量传递过程，是化学工艺中的重要环节之一。
常见的传质方式包括扩散、对流和传热等。
扩散是指物质在不同浓度间的自发性传递，对流是指通过流体介质的物质传递过程，传热则是指物质内部能量的传递。
在化学工艺过程中，我们需要合理设计传质装置和控制传质速率，以实现化学反应和产物分离等目的。
3. 传热传热是指热能在物质之间传递的过程，也是化学工艺学的基础知识点之一。
传热方式包括传导、对流和辐射等。
传导是指通过物质内部分子间的热能传递，对流是指通过流体介质的热能传递，而辐射则是指通过电磁波的热能传递。
在化学工艺中，我们需要根据不同的传热方式选择合适的传热设备，并进行传热效率的控制和优化。
4. 化学工艺流程化学工艺流程是指一系列化学反应和物质传递过程组成的整体，它是化学工艺学的核心内容。
化学工艺流程的设计和控制能否很好地实现原料转化和产品分离，直接影响到产品的质量和产量。
在化学工艺学中，我们需要了解不同化学工艺流程的基本原理和特点，以便选择合适的工艺路线、设备和操作条件。
5. 反应器设计反应器是化学工艺中用于进行化学反应的装置，反应器的设计质量直接影响到工艺的效率和产品的质量。
第1章绪论(化学工艺学)资料.
芳烃中以笨、甲苯、二甲苯和奈最为重要。苯、甲苯和 二甲苯既可直接作溶剂使用，也可进一步加工成各种基本有 机化工产品。 基本有机化工产品的用途可概括为
（1）聚合反应的单体；（2）作为其他有机化学工业包 括精细化工产品的原料；（3）按产品所具有的性质用于某 些直接消费品，如用作溶剂、冷冻剂、防冻剂。
碳三系统的产品主要包括从丙烯出发生产的产品，在基 本有机化学工业中的重要性仅次于乙烯系统的产品。 （4）碳四系统的主要产品：
碳四烃可以从油田气、炼厂气及烃类裂解制乙烯副产的 碳四馏分中获得，在基本有机化学工业的重要原料，其中正 丁烯、已丁烯和丁二烯最重要，其次是正丁烷。
1．2 化学工业的原料资源和主要产品
发展方向
精细化：
精细化不仅指生产小批量的化工产品，更主要的是指生 产技术含量高、附加产值高的具有优异性能或功能并能适 应快速变化的市场需求的产品。
现代精细化发展趋势： 在环境友好、生态相容的前提下追求技术的高效、专一， 同时对产品的要求是对环境、生态、使用对象作用上的高 度和谐统一。即经历着由“人和技术”概念向“人与技术 及生态环境”概念转变的过程。
专业人员任务： 1.化学工程与工艺专业及从业人员任务 2.化工机械专业及从业人员任务 3.化工自动化专业及从业人员任务
思考题 1. 化学工业的特点是什么？ 2. 化学工业的原料资源是从何而来？ 3. 化学工业的主要产品有哪几类？
1．2 化学工业的原料资源和主要产品
高分子化工产品 高分子化学工业简称高分子化工，为高分子化合物（简
称高分子）及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制 造工业，包括塑料工业、合成橡胶工业、化学纤维工业、涂 料工业和胶黏剂工业。
化学工艺学——精选推荐
第一章绪论什么叫化学工艺，它是怎样的一门学科？学习这门课的必要性和具体要求。
化工技术与化工过程1.化工技术的发展2. 化工过程的层次3. 过程开发需要考虑的问题§1. 化学工艺学及其研究范畴化学工艺不仅包括将原料转化为产品的理论方法，而且还包括实现这一过程所需的全部化学的和物理的措施。
所以说，化学工艺与过程是密不可分的。
*化学工艺学是怎样的一门学科？随着化学原理、定律的不断完善和相关学科的发展，以及人类在化工生产过程中经验的日积月累，化工过程技术已越来越成熟，并逐步形成一门独立的学科*具体的定义：化学工艺学是根据化学、物理和其它学科的成就，来研究综合利用各种原料生产化工产品的原理、操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产上安全的化工生产技术和理论的学科。
*化学工艺学的研究范畴化学工艺的个性：生产不同的化学产品，需要采用不同的化学工艺，即使生产相同的产品，原料和路线的不同，也要采用不同的化学工艺。
化学工艺的共性：无论什么样的化工过程，它所涉及的研究内容是基本相同的，这就是共性。
*化学工艺学具体的研究范畴有哪些呢？原料的选择和预处理；生产原理和具体方法的选择；生产设备的选择，以及设备的结构、功能与操作等；催化剂的选择和使用；其它物料的影响；操作条件的影响；流程与生产控制；产品规格，及其与副产品的分离与应用；能量和物料的回收和再利用；工艺路线和流程的技术经济性。
从研究范畴来看，化学工艺学并不涉及工程因素，因为工程因素是另一学科的研究范畴，即化学工程(Chemical Engineering),它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。
“化学工艺学”和“化学工程学”是支撑化学工业最重要的两门基础学科，两者的配合，可以解决化工过程开发、装置设计、流程组织、操作原理和方法等方面的问题，化学工业的发展反过来又促进这两门学科的不断完善和发展。
§2. 必要性和具体要求学习化学工艺学的必要性：*化工类学生更多的是要直接面向工业生产,因此,对化工过程技术（即化学工艺）相关知识的掌握是非常必要的。
化学工艺学PPT教学课件-第一章 绪论
存在问题
3）环保 总体上，化工“三废”治理率较低，污染仍然十
分严重。
4）机制转换速度慢
化工行业进行股份制改造的企业只占企业总数的 30%。机制转换速度慢。多数化工企业人员多，负担重， 缺乏活力，生产效率低，没有建立起对市场快速反应 的运行机制，竞争能力差。
与丙烯共聚
乙丙橡胶
电缆、电线材料
酯化 丁酯
发展方向
• 高新技术，缩短开发周期
最充分、最彻底地利用原料 • 大力发展绿色化工 • 化工过程要高效、节能和智能化 • 实施废弃物再生利用工程
1.4 原料资源及产品
矿物原料
金属矿、非金属矿 化石燃料矿
生物资源
动、植物体
非自然资源 “废料” “垃圾”
1.4 原料资源及产品
无机化工产品 有机化工产品 高分子化工产品 精细化工产品 生物化工产品
1.2 化学工业的发展、作用和地位 有机化学工业
1） 石油炼制工业：汽油、煤油、柴油、润滑油； 2） 石油化学工业：有机原料（有机酸、酯、醚、酮、醛等）
合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶； 3) 煤炭化学工业：煤气、焦炭及煤化学产品； 4） 有机精细化工：染料、农药、医药、涂料、颜料、香料、
试剂、表面活性剂、化学助剂、感光材料、催化剂等； 5） 食品工业：饮料、生物化学制品； 6） 油脂工业：油脂、肥皂、硬化油。
基本情况
一批大型有机原料和精细化工装置也达到或接近国 际先进水平。全行业特大型、大型企业540多家。
建立起了门类比较完整的科研开发和工程设计队伍 化学工业共有独立的科研院所245家，从事研究的 科技人员达5万多人，建立了一批部级和国家级工程 中心。 主要化工产品产量表
产品名称
主要化工产品产量表 单位：万吨
化学工艺学第一章绪论
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1.4 化工生产基本原料
量的控制及副产物的利用
⑼.生产过程中能量的回收及利用
⑽.对生产同种产品不同工艺路线和工艺流 程的技术经济的评价与对比
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化学工艺与化学工程
化学工艺：研究化工产品的原料特点、物理化 学性质、生产原理，最适宜的工艺路线、最适 宜工作条件、工艺流程，生产设备的构造和材 料，工艺计算，技术经济评价，市场动态等的 一门科学。
乙烯裂解
裂解碳四 裂解碳五
二甲苯
裂解汽油
汽油加氢 苯
芳烃抽提
丁基橡胶
异丁烯 MTBE 异戊橡胶 间戊二烯 双环戊二烯
1-丁烯
邻二甲苯 苯酐
间二甲苯 PIA
对二甲苯 PTA 聚酯
甲苯 涤纶
聚乙烯 环氧乙烷 乙醇
苯乙烯
氯乙烯 醋酸 烯烃 乙丙胶
乙二醇 丁苯橡胶 聚苯乙烯 ABS SAN PVC
涤纶
硝基苯
一、化学工艺学的特点
化学工艺学相对于其他专业课程来说， 有其特殊性：
（1）应用性很强 （2）综合性强 （3）灵活性强 （4）内容广而杂
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二、课程定位与课程目标
《化学工艺学》是一门涉及无机化学、有机化学、
物理化学、化工热力学、化学反应工程学及化工机械等 多门学科的专业性较强的课程，化学工程与工艺专业本 科生的专业必修课。
第一章 化学工艺学基础-1
, 或
Eo ln k ln A RT
不可逆反应
逆 反 应 可 忽 略
可逆反应
（ r = | v+ - v- | = ？）
吸热
动 力 学 方 程
放热
动 力 学 方 程
则 T￪ , k+￪ ,
则 T￪ , k+￪ ,
1. 2. 可能性 3.
可逆、放热反应（H < 0）
r
从物理角度看，对于可逆反应而言：
(反应物浓度 – 平衡浓度) 反应速度（v）越快。 即为反应的推动力，此值越大，
化工生产中，对于受平衡限制的反应，常常采取将 产物 不断
地从反应区域中移去，即为此原理的应用，它是提高产率的有效方 法之一。
5. 反应过程中物料与热量恒算
（一）物料恒算
理论依据
输 入
恒算系统
转 化 物
反应原料（i）
（起始量，R）
化学反应
产物 （Pn ）
未反应原料（i）
（残留量, UC ）
…
（反应物）
（转换）
（产物）
转化率 选择性
产(收)率
转化率(conversion)
Xi =
参加反应的某组分i (原料） 所转化的量（mol） 该组分i (原料）的起始量（mol）
Xi =
P1+ P2+ P3…… + Pn（mol） R（mol）
的．选择性高时，反应的转化率一般较低；而转化率提 高的同时，往往又会使选择性下降。
另外，与转化率相似，收率也有单程收率和全程收率。
因此，在选择时，不能只顾一面，而要两者兼顾。
例：
有一工业乙烷气：98% C2H6 ; 1% C2H4 ; 1% C3H6 ，
化学工艺学知识点总结
化学工艺学第一章绪论１、化学工业:运用化学工艺、化学工程及设备，通过各种化工单元操作,高效、节能、经济、环保与安全地将原料生产成化工产品得特定生产部门。
2、化学工艺即化工生产技术，就是指将各种原料主要经过化学反应转变为产品得方法与过程，包括实现这种转变得全部化学得与物理得措施。
３、化学工艺学就是根据化学、物理与其她科学得成就，研究综合利用各种原料生产化学产品得方法原理、操作条件、流程与设备，以创立技术先进、经济上合理、生产上安全得化工生产工艺得学科。
4、21世纪,化学工业得发展趋势?答:(1）产品结构精细化与功能化;(２）生产装置微型化与柔性化;（3）生产过程绿色化与高科技化；(４)市场经营国际化、信息化.5、绿色化工就就是用先进得化工技术与方法减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害得各种物质得一种技术手段。
6、化学工业得基础原料指可以用来加工生产化工基本原料或产品得在自然界天然存在得资源。
７、化工产品一般就是指由原料经化学反应、化工单元操作等加工方法生产出来得新物料（品）.８、煤化工：以煤为原料,经过化学加工转化为气体、液体与固体燃料及化学品得工业。
9、煤得干馏：就是指在隔绝空气条件下将煤加热，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯与焦炉气得过程。
10．一次加工方法主要包括一次加工与二次加工，一次加工方法主要包括常压蒸馏与减压蒸馏.11、蒸馏就是一种利用液体混合物中各组分挥发度得差别(沸点不同)进行分离得方法,就是一种没有化学反应得传质、传热物理过程，主要设备就是蒸馏塔。
12、常用得二次加工方法主要有催化重整、催化裂化、催化加氢裂化与烃类热裂解四种.１3、催化重整：就是在铂催化剂作用下加热汽油馏分(石脑油），使其中得烃类分子重新排列形成新分子得工艺过程。
14、催化重整得原料就是石脑油，以生产高辛烷值汽油为目得时一般采用8０~１80℃馏分。
１5。
催化加氢裂化就是在催化剂及高氢压下加热重质油,使其发生一系列加氢与裂化反应,转变成航空煤油、柴油、汽油与气体等产品得加工过程.１6、化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应与产品分离与精制三大步骤。
第一章 绪论 《化学工艺学(第二版)》米镇涛 主编
化学工艺学与化学工程学(chemical engineering)都是化学工业的 基础科学。化学工艺是以过程为研究目的，重点解决整个生产 过程(流程)的组织、优化；将各单项化学工程技术在以产品为 目标的前提下集成，解决各单元间的匹配、链接；在确保产品 质量条件下，实现全系统的能量、物料及安全污染诸因素的最 优化。化学工艺学是将化学工程学的先进技术运用到具体生产 过程中，以化工产品为目标的过程技术。
(2)向大型化、综合化，精细化发展 (3)多学科合作、技术密集型生产 (4)重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法 (5)资金密集，投资回收速度快，利润高 (6)安全与环境保护问题日益突出
1.3.2 化学工业发展的方向 随着人类生活和生产的不断发展，也带来了市场竞争激烈、 自然资源和能源减少、环境污染加剧等问题，化学工业同样 面临着这些问题的挑战，要走可持续发展的道路，必须做好以 下几方面工作。
1.4.2.4 精细化工 精细化工的产品多为各工业部门广泛应用的辅助材料、农林业用 品和人民生活的直接消费品。相对于大宗化工原料产品而言，品 种多、产量小，多数产品纯度高、附加产值高、价格贵。精细化 工产品大多数为有机化学品，无机精细化学品相对较少。
表1-3 大宗的无机化工产品有硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱、合成氨 和氮、磷、钾等化学肥料，其中化肥产量在化工产品中位居首位， 又以氮肥产量最高。
1.4.2.2 基本有机化工 从石油、天然气、煤等天然资源出发，经过化学加工可得到乙烯、 丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、合成气等产品，此类产品是有 机化工基础原料，产量很大。这些产品经过各种化学加工，可以制 成品种繁多、用途非常广泛的有机化工产品。有机化工基础原料及 其产品的用途主要有三方面。 ① 作为单体生产的塑料、合成橡胶、合成纤维和其他高分子化合 物； ② 作为精细化工的原料和中间体； ③ 直接作为消费品，例如作溶剂、萃取剂、气体吸收剂、冷冻 剂、防冻剂、载热体、医疗用麻醉剂、消毒剂等。
化学工艺学(第1章)
随着缩合和叠合作用持续地进行下去，结果形成 不同煤化程度的烟煤。如长焰煤、气煤、肥煤、焦 煤和瘦煤等。处于焦煤阶段的煤，由于缩合和叠合 程度适宜，煤的粘结性好，适合用作炼焦原料。由 烟煤演变成的无烟煤，分子叠合程度进一步加深， H、O含量进一步减少，凝胶化组份和稳定组分明显 减少，这种煤适合做民用燃料和煤气化燃料，在化 工上的应用也不如烟煤重要。
OH CH2 O H3CO
O CHOH C O H2C
低 挥 发 烟 煤
CH2
O H2C O
褐 煤
O
CHOH
OH O
高 挥 发 烟 煤
CH COOH CH3 OH
CH O 2 CC H O 2 H
CH2 HO OH
次 烟 煤
无 烟 煤
O
生成阶段
泥炭化
植物 泥炭
煤化
褐煤
烟煤
无烟煤
煤
炭
岩相组成：通过对煤的颜色、光泽、断口 来确定。 对其研究，可指导工业生产，指导煤炭分 类及炼焦配煤。
沸腾炉焙烧
SO2催化氧化
浓H2SO4
常见矿物质的化工利用
石灰石 NaCl 磷灰石 硫铁矿
煅烧
CaO CO2 Na2CO3
水 电解 分解
NaOH Cl2
磷肥
SO2 H2SO4
焙烧
目前我国已形成一比较完整的矿石加 工利用工业体系。产品齐全。 受矿产资源限制，必须跟据矿产资源 的贮量发展相应的化学工业，提高有 效成分利用率，尤其重视贵金属资源 的综合利用。
泥炭
保温材料
离子交换剂
原料
褐煤
燃料、肥料 调整剂、稳定剂
烟煤和无烟煤
转化利用
原煤
2020高中化学竞赛 化学工艺学入门篇01绪论共19张
由碳、氢元素组成
1．4 化学工业的原料资源和主要产品
生物资源： 有繁殖性，来自农、林、牧、副、渔的植物体和动物体 诸如淀粉、蛋白质、油料、脂肪、糖类、木质素和
纤维素等化工原料，天然的颜料、染料、油漆、丝、毛、 棉、麻、皮革和天然橡胶等产品也都取自植物和动物。
精细化工产品分为11类：农药、染料、涂料（包括油漆及油 墨）、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品（包括感光材料、 磁性材料等能接受电磁波的化学品）。食品和饲料添加剂、粘 合剂、催化剂和各种助剂、化工系统生产的药品和日用化学品、 功能高分子材料（包括功能膜、偏光材料等）。
1．4 化学工业的原料资源和主要产品
化物、氟化物等 ? 单质: 钾、钠、磷、氟 ? 工业气体: 氧、氮、氢、氯、氨、氢、一氧化碳、二
氧化碳、二氧化硫
1．4 化学工业的原料资源和主要产品 基本有机化工产品
乙烯、丙烯、丁二烯
石油、天然气、煤
苯、甲苯、二甲苯 乙炔
萘
1．4 化学工业的原料资源和主要产品
高分子化工产品 通用高分子： 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯
1.3 化学工业的特点和发展方向
发展方向
⑴ 积极开发高新技术，缩短新技术、新工艺工业化的 周期，加快产品更新和升级的速度
⑵ 最充分、最彻底地利用原料
⑶ 大力发展绿色化工
⑷ 化工过程要高效、节能和智能化
⑸ 实施废弃物再生利用工程
1．4 化学工业的原料资源和主要产品
化学工业原料资源
矿物原料： 金属矿 金属氧化物、硫化物、无机盐或复盐 非金属矿 以各种各样化合物形态存在，S,B,P,Si
生物化工产品 发酵、酶反应或动植物细胞 培养生物化工产品 乙醇、丙酮、丁醇、甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等 各种氨基酸、酶制剂、核酸 生物农药、饲料蛋白 各种抗生素、维生素、疫苗
第1章化学工艺学
反应精馏
安全和环境保护 产品和过程的绿色化 循环经济
资金密集、技术密集 资金密集、投资回收速度快、利润高 技术密集、多学科合作
1.4 原料资源
化石资源
煤、石油、天然气 化学矿
可再生资源
生物质、其他废物
其它
空气 水
1.5 主要产品
无机化工产品 有机化工产品 高分子化工产品
大型化、综合化、规模化发展
乙烯产量 80年代 300kt 2000年 900kt
裂解炉 90年代 80~90kt 目前 200~280kt
炼油-化工一体化 优化原料、降低成本 BASF FINA 乙烯与炼油联合，利润增加33%
节能工业过程
天然气制合成氨 节能型催化剂 能耗降低
氯碱工业 石棉隔膜法 由离子膜法取代
方法、流程和设备 目标：建立技术先进、经济合理、生产安全、
环境无害的生产过程
化学工艺学的研究内容
➢ 生产方法的选择和方法原理 ➢ 原料的选择和预处理 ➢ 反应过程研究（催化剂、工艺参数） ➢ 流程的组织（过程集成） ➢ 设备的选择、结构和操作 ➢ 生产控制要求 ➢ 产品规格、副产品的分离利用 ➢ 能量回收和利用 ➢ 不同工艺的技术经济评价
2、新技术革命中的化学工业 国民经济发展的支柱产业
化学工业的增长速度高于整个工业的平均增长速度
高新技术产业的支撑与保障
生物 航天 信息 材料
3、可持续发展中的化学工业
负面效应——两个截然相反的印象
代价：环境恶化 生态破坏 十大污染行业，化工居前位
1.3 现代化学工业的特点
大型化、综合化、规模化发展 节能工业过程 安全和环境保护 资金密集、技术密集
基础有机化工工艺学第一章
单程转化率=参加反应的原料量/通入反应器的原料量 =840 /
选择性=转化为目的产物的原料的摩尔数 /反应掉的 原料的理论摩尔数
=转化为乙烯的乙烷的摩尔数/反应掉的乙烷的 摩尔数
=（450 /28*30）/840=57.40%
乙烯收率 =转化率*选择性=（840/1160）×
（450/28×30）
停留时间的影响
• 停留时间定义：指物料从反应开始到达某一转
化率时在反应器内经历的反应时间。
■ 短停留时间可减少二次反应的发生。停留时间 的长短还要视温度而定，高温度裂解停留时间 要特别短，843℃，停留时间只有秒就足够了。 另外温度与停留时间的相关性还可以控制产品 组成分布。
烃分压和稀释剂的影响
乙烯总收率=转化为目的产物的摩尔数/新鲜原料 的摩尔数*100% =（450/28×30）/1000=48.2%
乙烯总质量收率=实际所乙烯的质量/新鲜 乙烯质量 ×100%=450/1000=45%
动力学裂解深度函数KSF(Kinetic
Severity Function)
• KSF定义:以正戊烷作当量组分，以其转化率来 衡量其裂解深度。
第四节 烃类管式裂解炉 一、 管式裂解炉
★ 管式炉的一般结构
炉型种类：方箱式炉、立式炉、梯台式、门式炉等 炉管布置方式：水平管式、垂直管式 燃烧方式：直焰式、无焰辐射式
结构：（以方箱式炉为例进行介绍）
它由辐射室和对流室两部分组成，燃料燃烧所 在区域为辐射室，两室均装有炉管。
方箱式炉结构简图
◆ 炉管材质
一次反应：原料烃经热裂解生成乙烯 和丙烯的反应 （目的反应）
二次反应：乙烯和丙烯等低级烃进一 步发生的反应（不希望的反应）
烃类热裂解的一次反应
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按结构特点分：管式、床式、釜式、塔式等；
按操作方式分：间歇式、连续式、半连续式等； 按换热状况分：等温、绝热、变温等； 按换热状况分：等温、绝热、变温等； 按换热方式分：间接换热、直接换热等。
产品的分离和精制：
化工生产的目的是获取符合规格的产品，并回收、利 用副产物。
分离和精制的方法和技术有很多种，如冷凝、吸附、
是否满足所要求的技术指标
原 则
经济指标的先进性
环境、安全和法律
技术资料的完整性和可信度
工艺流程设计—优质、高产、低能耗、安全。
工艺流程主要解决以下问题： 确定整个流程的组成； 确定操作条件； 控制方案的确定； 合理利用原料及能量； 制定“三废”的治理方法； 制定安全生产措施； 保温、防腐的设计。
提高反应速率和选择性
改进操作条件 催化剂有助于开发新的反应过程，发展新化工技术 催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用
催化剂的分类： 按催化反应体系的物相均一性 均相催化剂 非均相催化剂 按反应类别 加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、 烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化
按反应机理 氧化还原型催化剂、酸碱催化剂
第一章 化工工艺基础
1.1 原料资源及其加工
石油 天然气 煤 生物质 空气 水
石油及其加工
石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展 基本有机化工、高分子化工、精细化工及 氮肥工业等的产品中大约有90%来源于 石油和天然气
三烯——乙烯、丙烯、丁二烯
石油制取
三苯——苯、甲苯、二甲苯 石油、天然气和煤制取
稳态流动反应过程的热量衡算 稳态流动反应过程是一类最常见的恒压过程， 在该系统内无能量积累。 输入该系统的能量= 输入物料的内能U in + 环境传入的热量QP 输出该系统的能量= 输出物料的内能U out + 系统对外作的功 W U in+ QP = U out + W
练习题:
1、何谓转化率、选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑 转化率和选择性两个指标？ 2、将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60%， 若每100 kg进裂解气的乙烷可获得46.4kg乙烯，裂解气经分 离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器（设循环气只是乙 烷），在产物中除乙烯及其它气体外，尚含有4kg乙烷。求 生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率。
组分A在反应器中的转化量 单程转化率X A 反应器进口物料中组分A的量 100%
循 环 流 程
（反应器）
组分A在反应器中的转化量 全程转化率X A 新鲜原料中组分A的量 100%
（反应系统）
选择性：
选择性S
转化为目的产物的某反应物的量 100% 该反应物的转化总量 实际所得的目的产物量 100% 按某反应物的转化总量计算应得到的目的产物理论量
吸收、萃取、冷冻、闪蒸、精馏、结晶、过滤和干燥 等。 目前应用最多、最广泛的是精馏。
1.3 化工生产工艺流程 工艺流程的组织—— 功能分析法
分析每个单元的基本功能和属性，列出不同方案。
不同功能单元的实施方法
不同设备型式
不 同 流 程 方 案
工艺流程组织—— 形态分析法
对不同流程方案精确分析评价，择优汰劣。
以每批生产时间为基准 输入物料量 每批投入的所有物料质量的 总和（包括反应物、溶剂、充入的气体、催 化剂等） 输出物料量 该批卸出的所有物料质量的 总和（包括目的产物、副产物、剩余反应物、 抽出的气体、溶剂、催化剂等） 投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应 器内的物料量及其它机械损失
稳定流动过程的物料衡算
系统中各点的参数（温度、压力、浓度和流量等） 不随时间而变化，系统中没有积累 输入系统的物料总质量 = 输出系统的物料总质量 组分衡算 （∑mi）入 =（∑mi）出+Δ mi
原子衡算
输入物料中所有原子的摩尔数之和 = 输出物料中所 有原子的摩尔数之和
物料衡算的步骤
绘出流程的方框图，以便选定衡算系统 写出化学反应方程式并配平 选定衡算基准，以计算方便为原则 收集或计算必要的各种数据 设未知数，列方程式 组，联立求解 计算和核对 报告计算结果
按使用条件下的物态 金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催 化剂、酸催化剂、碱催化剂、络合物催 化剂和生物催化剂
工业催化剂的使用性能
活性 选择性 寿命
催化剂的失活和再生
1.6 反应过程的物料衡算和热量衡算基础
衡算系统的物料衡算通式
输入物料的总质量 =
输出物料的总质量 + 系统内积累的物料质量
间歇操作过程的物料衡算
石油的加工
一次加工—— 油品的加工
利用原油中各组分沸点的差别进行分离 常压蒸馏 减压蒸馏
原油常减压蒸馏装置: 常压塔和减压塔
原油常减压蒸馏装置: 热交换系统
二次加工—— 馏分油的化学加工 调整烃类的组成
催化裂化 催化加氢裂化 催化重整 (catalytic cracking) (catalytic hydrocracking) （catalytic reforming）
表达主、副反应进行程度的大小 反映原料的利用是否合理
收率（产率）：
从产物角度来描述反应过程的效率
转化为目的产物的某反应物的量 收率Y 100% 该反应物的起始量
转化率、选择性和收率的关系？
1.5 反应条件对化学平衡和反应速率的影响
温度的影响； 浓度的影响； 压力的影响。
1.6 催化剂的性能及使用
1.4 化工过程的主要技术指标
生产能力：
一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量或 处理的原料量 单位： 千克/时（kg/h）；吨 /天 (t/d) ； 万吨/年 (10kt/a)
设计能力： 在最佳条件下可以达到的最大生产能力。
转化率：
某一反应物的转化量 转化率X 100% 该反应物的起始量
烃类热裂解
（pyrolysis 加 工 的 主 要 途 径 和 产 品
1.2 化工生产过程及流程
化工生产过程
原料预处理 化学反应 产品分离与精制
达到所需状态和规格 反应类型、反应器
得到符合规格的产品 回收利用副产物
反应器种类：
反应器是化工生产过程的核心，反应器的种类繁多。