第三章 化学工艺学的工艺学基础
化学工艺学完整版
化学工艺学完整版化学工艺学是研究化学反应过程和工业生产中的化学工艺的学科。
它涉及到化学反应的热力学、动力学、传质、传热、流体力学等基本原理，以及工艺流程设计、设备选择、操作控制、安全与环保等方面的内容。
化学工艺学的完整版可以包括以下几个方面的内容：1. 化学反应热力学：研究化学反应的热力学性质，如反应热、反应平衡等。
通过热力学计算，确定反应的热效应和平衡条件，为工艺设计提供基础数据。
2. 化学反应动力学：研究化学反应速率和反应机理。
通过实验和数学模型，确定反应速率方程和反应机理，为工艺操作和控制提供依据。
3. 传质与传热：研究物质在流体中的传质和传热过程。
通过传质与传热的计算和实验，确定物质在反应器中的分布和温度变化，为工艺设计和操作提供依据。
4. 流体力学：研究流体在管道、反应器等设备中的流动特性。
通过流体力学的计算和实验，确定流体的流速、压降和混合程度，为工艺流程设计和设备选择提供依据。
5. 工艺流程设计：根据反应过程的特点和要求，设计合理的工艺流程。
包括反应器的选择、分离和纯化步骤的设计等。
6. 设备选择与操作控制：根据工艺流程的要求，选择合适的设备，并进行操作控制。
包括反应器、分离设备、传热设备等的选择和操作参数的确定。
7. 安全与环保：考虑工艺过程中的安全性和环境保护。
包括事故预防和应急处理措施，以及废物处理和排放控制等。
综上所述，化学工艺学的完整版包括了热力学、动力学、传质、传热、流体力学等基本原理，以及工艺流程设计、设备选择、操作控制、安全与环保等方面的内容。
这些内容相互关联，共同构成了化学工艺学的完整体系。
化学工艺学知识点总结
报告格式与内容
了解实验报告的格式和内容要求，按照规范 撰写报告。
总结与反思
对整个实验过程进行总结，反思实验中的不 足和优点，为今后的实验提供借鉴。
实践项目与经验分享
实践项目实施
参与化学工艺实践项目，将理论 知识应用于实际生产中。
经验交流与分享
与其他同学分享实验经验，交流 心得体会，共同提高实验技能。
03
化学工艺流程与设计
工艺流程设计基础
01
工艺流程设计原则
根据生产需求和工艺要求，遵循 安全、环保、高效和经济等原则 进行设计。
02
工艺流程设计步骤
进行工艺分析、流程构思、流程 图绘制以及工艺流程说明等步骤 。
03
工艺流程设计基础 理论
掌握化学反应动力学、化学平衡 和热力学等基础理论，为流程设 计提供理论支持。
实验数据处理与分析
数据记录与整理
准确记录实验数据，采用合适的方法进行数据整理，便于后续分析 。
数据处理方法
掌握常用的数据处理方法，如平均值、标准差、回归分析等，对实 验数据进行处理。
结果分析与解释
根据处理后的数据，进行结果分析，解释实验现象和规律，得出结 论。
实验报告撰写与总结
结果展示与讨论
清晰展示实验结果，对结果进行讨论和解释 ，提出可能的改进措施。
化学反应工程基础
总结词
化学反应工程基础是化学工艺学的支撑学科，它研究反应过程中的传递现象和反应器设 计。
详细描述
化学反应工程基础主要研究反应过程中的物质传递、热力学和动力学等传递现象。它关 注反应过程中的物质传递和能量传递对反应结果的影响，以及如何通过优化传递过程来 提高化学反应的效率和产物收率。此外，化学反应工程基础还涉及反应器的设计、操作
化学工艺学完整版
化学工艺学完整版简介化学工艺学是研究化学反应、质量转化以及生产工艺的学科。
它涵盖了化学原理、工程设计、实验技术等方面的知识。
化学工艺学的核心是将原始物料转化为有用的产品，并且在这个过程中考虑到经济、环境和安全等因素。
本文将介绍化学工艺学的基本概念、应用领域以及它在工业生产中的重要性。
我们将深入探讨化学反应的基本原理、反应器设计和优化、物质传递操作以及化学工程过程的监测与控制等方面的内容。
1. 化学工艺学的基本概念化学工艺学是研究如何将给定的原材料转化为有用产品的科学和技术。
它涉及到以下几个主要方面：1.1 反应原理与动力学化学工艺学研究不同的化学反应，并通过控制反应条件以达到预期的反应产物。
了解反应原理和动力学对于优化工艺条件、提高产物收率和减少废物产生具有重要意义。
1.2 反应器设计与优化反应器是进行化学反应的设备，常见的反应器类型包括批式反应器、连续流式反应器等。
化学工艺学中研究如何设计和优化反应器，以提高反应效率和产物纯度。
1.3 物质传递操作化学工艺中还涉及到物质传递操作，例如质量传递、热传递和动量传递等。
了解不同物质传递机制，对于设计和优化化学工艺过程至关重要。
1.4 过程模拟与优化利用数学模型对化学工艺过程进行建模和模拟，可以更好地预测和优化工艺条件。
过程优化旨在提高生产效率、降低生产成本并减少对环境的影响。
2. 化学工艺学的应用领域化学工艺学在众多领域中发挥着重要作用，下面列举了几个主要的应用领域：2.1 石油化工石油化工是化学工艺学的一个重要应用领域。
石油化工通过对石油及其衍生物的加工，生产出石油产品和化学产品。
例如，通过炼油工艺，可以将原油提炼为汽油、柴油和润滑油等产品。
2.2 化学品生产化学工艺学在化学品生产过程中起着关键作用。
化学品生产涉及到各种化学反应和物质转化过程。
例如，生产肥料、塑料、颜料和药品等。
2.3 冶金工业冶金工业是化学工艺学的另一个重要应用领域。
冶金工业主要研究各种金属的提取和精炼技术。
化学工艺学讲义课件
03
农业废弃物资源化利用
通过化学工艺学的方法，实现农业废弃物的资源化利用，减少环境污染。
01
农药制备
农业化工中，化学工艺学用于农药的制备，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。
02
植物生长调节剂合成
化学工艺学还涉及植物生长调节剂的合成，如赤霉素、细胞分裂素等，以促进农作物的生长和发育。
环境化工中，化学工艺学用于废水的处理，通过各种化学和物理方法去除废水中的有害物质。
化学平衡原理是化学工艺学中的重要概念，它描述了在一定条件下，化学反应的正向和逆向进行达到动态平衡的状态。通过掌握化学平衡原理，可以预测反应结果，优化工艺条件，提高产物的产率。
理解化学反应速率的影响因素以及如何控制反应速率。
总结词
化学动力学原理主要研究反、压力、浓度等，可以控制反应条件，实现高效的化学反应过程。这对于化学工艺的优化和改进具有重要意义。
随着高分子合成技术的发展，新型高分子材料不断涌现，如功能性高分子、生物相容性高分子等，为化学工艺提供了更多的选择。
高分子材料
复合材料由两种或多种材料组成，通过复合效应可实现单一材料无法达到的性能，在化学工艺中可用于制造高效能设备、反应器等。
复合材料
微反应技术是一种新型的反应技术，通过微型化反应设备和精细化的工艺控制，可实现高效、安全和环保的化学反应。
化学工艺学讲义课件
汇报人：
202X-12-30
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目录
化学工艺学概述化学工艺学的基本原理化学工艺学的应用领域化学工艺学的研究方法化学工艺学的实验技术化学工艺学的未来发展
01
化学工艺学概述
定义
化学工艺学是一门研究将原料通过化学反应转化为产品的过程的学科。它涉及到化学反应原理、化学工程原理、分离技术、过程控制等多个领域。
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。
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。
化工工艺学-第三章
烃类裂解过程的一次反应
(1)烷烃热裂解 烷烃热裂解的一次反应主要有： ①脱氢反应：RCH2-CH3↔CH＝CH2+H2 ②断链反应：RCH2-CH2-R′↔RCH＝CH2+R′H 不同烷烃脱氢和断链的难易，可以从分子结构中键能 数值的大小来判断。 a 同碳数的烷烃，断链比脱氢容易； b烷烃的相对稳定性随碳链的增长而降低; c脱氢难易与烷烃的分子结构有关，叔氢最易脱去，仲 氢次之，伯氢最难；
辽化二级急冷技术 第一急冷锅炉：选用入口端带引射蒸汽的套管式换热器，特点是裂 解气第一急冷器直接与裂解炉辐射炉管出口Y型管道相接，由于裂 解气在第一急冷器中质量流速大，能在极短的时间内(大约30µ s)， 把裂解气急冷至600℃以下，终止二次反应，保证烯烃收率； 第二急冷器：采用薄管板管壳式结构，管程走裂解气，由于第二急 冷器设计合理，即使在轻柴油裂解时也不至严重结焦。
乙醇胺法
当裂解气中含硫量较高时，用碱NaOH洗，碱液不能回收， 且耗碱量大，在这种情况下可采用乙醇胺法或其它吸收法。
特点：
再生吸收剂，循环使用； 可逆反应：温度低、压力高时反应向右进行，吸收酸性气体， 放热；当温度高、压力低时反应向左进行，吸热。 不宜处理含COS量较高的气体：醇胺与COS反应不能再生； 醇胺吸收剂在较高温度下易挥发和分解，循环使用能耗大； 醇胺吸收剂较贵。
烃类裂解过程的二次反应
(1)烯烃裂解 如大分子烯烃裂解为小分子烯烃
2)烯烃聚合、环化、缩合反应
(3)烯烃加氢和脱氢反应，如
(4)烯烃分解生碳反应，如
烃类裂解反应机理
(1)链引发：烷烃引发主要是断裂C—C键，而对C一H键的引发较小。 链引发反应的活化能较大，290～330KJ/mol范围。 （2）链的增长反应：自由基的分解反应和自由基的夺氢反应。分 解反应的活化能在120～178KJ/mol范围内，夺氢反应的活化能在 29 ～45KJ/mol的范围内。两种链传递反应的活化能都比链引发的活化 能小，而反应是生成烯烃的反应，能使小分子烯烃的收率增多，还 可提高裂解反应的转化率。 （3）链终止反应：自由基与自由基结合成分子的反应。
化学工艺学知识点
化学工艺学知识点
化学工艺学是研究化学反应过程的学科，它涉及到许多重要的
知识点。
以下是一些常见的化学工艺学知识点：
1. 反应工艺：研究化学反应的基本原理和条件，包括反应速率、转化率以及反应的热力学和动力学等因素。
2. 催化工艺：研究先进催化剂的开发和应用，以提高化学反应
的效率和选择性。
3. 分离工艺：研究物质在混合物中的分离方法，如蒸馏、萃取、结晶等，用于获取纯净的产品。
4. 反应器设计：研究如何设计反应器，以实现预期的反应条件
和产品质量。
5. 能源利用：研究如何最大限度地利用能源，降低化学工艺的
能耗和环境影响。
6. 过程安全：研究如何控制化学工艺中的风险，确保工人和环境的安全。
7. 生产优化：研究如何优化化工生产过程，提高产品质量和产量。
8. 废物处理：研究废物处理技术，以减少工艺中产生的废物对环境的影响。
化学工艺学是现代化学工程的重要组成部分，它在许多工业领域中都有广泛的应用，如石油化工、制药、食品加工等。
了解这些知识点可以帮助我们更好地理解和应用化学工艺学的原理，从而提高生产效率和产品质量。
第3章烃类热裂解《化学工艺学(第二版)》米镇涛 主编
(5)芳构化反应 六个或更多碳原子数的烯烃，可以发生芳构化反
应生成芳烃，通式如下
3.1.1.3 环烷烃的裂解反应
环烷烃较相应的链烷烃稳定，在一般裂解条件下可发生断链开环
反应、脱氢反应、侧链断裂及开环脱氢反应，由此生成乙烯、丙
烯、丁二烯、丁烯、芳烃、环烷烃、单环烯烃、单环二烯烃和氢 气等产物。
来看，属于比较典型的连串反应。
图 3-2 轻柴油裂解一次和二次反应 ——表示发生反应生成的；┄┄表示未发生反应而1.3.1 族组成
裂解原料油中各种烃，按其结构可以分为四大族，即链烷烃族、烯 烃族、环烷烃族和芳香族。
图 3-3 原料氢含量与乙烯收率的关系
② 自由基中带有未配对电子的那个碳原子，如果连的氢较少，这种
自由基就主要是分解出H· 生成同碳原子数的烯烃分子，如表中异
丙基和叔丁基的分解反应。 ③ 从分解反应或从夺氢反应中所生成的自由基，只要其碳原子数 大于3，则可以继续发生分解反应，生成碳原子数较少的烯烃。
由此可知，自由基的分解反应，一直会进行下去，直到生成H· ，CH3
3.1.3.2 氢含量
氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量分数w(H2)表示，也可以用
值更高，这是由于C—H键能高于C—C键能所致。
④ 断链反应的Δ 有较大负值，是不可逆过程，而脱氢反应的Δ
是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化学平衡限制。
⑤ 断链反应，从热力学分析C—C键断裂在分子两端的优势比断裂
在分子中央要大；断链所得的分子，较小的是烷烃，较大的是烯烃
占
优势。随着烷烃链的增长，在分子中央断裂的可能性有所加强。
链的增长反应包括自由基夺氢反应、自由基分解反应、自由基加 成反应和自由基异构化反应，但以前两种为主。链增长反应的夺 氢反应通式如下。
化工工艺学基础知识
化工工艺学基础知识化工工艺学是化学工程的基础学科，主要研究化工过程的设计、操作与优化。
在本文中，我们将介绍化工工艺学的基本概念、工艺流程、传热传质、反应器的种类和操作等基础知识。
一、化工工艺学的基本概念化工工艺学是化学工程学的核心学科之一，它研究的是将原料通过物理和化学变化转化为有用的产品的过程。
化工工艺学的核心任务是通过对反应原理、装置流程和操作条件的研究，从而实现化工生产的高效、安全和可持续发展。
在化工工艺学中，需要考虑的因素包括能源消耗、环境影响、产品质量和经济效益等。
化工工艺学的基本概念主要包括以下几个方面：- 反应原理：研究物质之间的化学反应原理，包括反应速率、化学平衡等。
- 工艺流程：研究化工装置的结构和流程，包括物料的流动路径、热量的传递方式等。
- 传热传质：研究热量和物质在装置内的传递方式和规律，包括传热传质的基本方程和计算方法。
- 反应器：研究化学反应器的种类、结构和操作条件，包括批式反应器、连续式反应器等。
二、化工工艺流程化工工艺流程是指将原料通过一系列的物理和化学变化转化为有用的产品的过程。
在化工工艺流程中，通常包括以下几个步骤：原料准备、反应、分离、纯化和产品收集等。
对于不同的化工产品，其工艺流程可能会有所不同。
比如对于有机合成反应，工艺流程通常包括以下几个基本步骤： 1. 原料准备：原料的准备包括将原料分离、粉碎、干燥等处理，以满足反应的要求。
2. 反应：反应是将原料转化为有用产品的核心步骤。
在反应过程中，反应物通过化学反应发生变化，生成产物。
3. 分离：分离是将反应混合物中的产物与未反应物等杂质分离的过程。
常用的分离方法包括蒸馏、萃取、结晶等。
4. 纯化：纯化是将分离得到的产物进一步提纯的过程。
常用的纯化方法包括再结晶、吸附等。
5. 产品收集：最后一步是将得到的产品进行收集和包装。
三、传热传质在化工工艺中，传热传质是一个非常重要的环节。
传热传质是指热量和物质在化工设备中的传递过程。
化学工艺学 复习资料剖析
《化学工艺学》复习资料第一章绪论1.我国化学工业发展水平与发达国家相比的差距。
①生产规模小；②大型装置和生产设备主要依靠进口，自给率低；③产品品种少、功能化和差别化率低；④环境污染严重和能耗较高等。
2.化学工艺学：研究由化工原料加工成化工产品的化学生产过程。
（生产方法的评估、过程原理的阐述、工艺流程的组织、设备的选用和设计、节能环保安全问题）第二章化工资源及其初步加工1.矿产资源包括：化学矿、煤炭、石油和天然气等。
2.煤一般包括：腐泥煤、残值煤和腐殖煤（泥炭、褐煤、烟煤及无烟煤）。
3.从植物死亡到堆积转变成煤，分为泥炭化阶段和煤化阶段两个阶段。
4.煤岩学的研究分宏观研究法和微观研究法，煤岩分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。
5.腐殖煤的显微组分分为：凝胶化组分、丝炭化组分和稳定组分。
6.选煤加工主要工艺环节：原煤准备作业、选煤和脱水作业、煤泥精选回收和洗水澄清作业、生产技术检查、产品运销作业。
7.风化:煤在空气中储存时，受空气中的氧、水分和气温变化等影响，其物理性质、化学性质以及工艺性质会发生一系列变化，这种变化成为风化。
8.石油中的含硫化物有硫化氢、硫醇、二硫化物及杂环化合物。
9.原油的分类:石蜡基原油、中间基原油及环烷基原油。
10.汽油的指标:馏分组成、辛烷值及安定性。
辛烷值愈大，抗爆震性能愈高，汽油的质量也愈高，市售汽油号数即为辛烷值数值。
11.热裂化：把含碳原子数多的高分子质量的烃类裂化为碳原子数少的低分子质量的烃类，同时伴有脱氢、环化、聚合和缩合等反应。
12.催化裂化装置建立的主要目的是增加汽油的质量。
13.加氢裂化的工艺特点：生产灵活性大；产品收率高，质量好；没有焦炭沉积。
14.加氢裂化的缺点是所得汽油的辛烷值比催化裂化低，须再经重整将它的辛烷值提高，需高压和消耗大量的氢，操作费用比催化裂化高。
15.重整：是将轻质原料油经过热或催化剂的作用，使油料中的烃类重新调整结构，生成大量芳烃的工艺过程。
化学工艺学
化学工艺学简介化学工艺学是一门研究化学和物理过程在工业生产中的应用的学科，旨在开发和优化化学反应和工艺以实现高效、持续和环保的生产。
在化学工艺学中，通过研究反应动力学、热力学、传质与传热等基本原理，设计和控制化学生产过程，以获得理想的产品。
化学工艺学的基本原理反应动力学反应动力学是化学工艺学的重要基础，研究化学反应速率和机理。
通过实验测定反应速率与反应物浓度、反应温度等因素的关系，可以确定反应速率方程，为化学反应的工业应用提供理论基础。
反应速率常用Arrhenius方程描述：k=kk−k/kk，其中k为反应速率常数，k为指前因子，k为活化能，k为气体常数，k为温度。
热力学热力学是研究能量转化与分配的科学，对于化学工艺学来说，热力学是设计和优化工艺过程的基础。
化学反应伴随着能量的转化，热力学可以描述反应的放热或吸热性质，并通过热力学定律为化学工艺的能源消耗和产物生成提供参考。
常用的热力学参数有焓变、熵变等。
传质与传热传质与传热是化学工艺学中一个重要的研究方向，主要研究物质和热量在反应过程中的传递和分布。
通过研究质量传递和热传递的机理，可以优化反应条件，提高产品质量和产量。
传质与传热的模型有质量守恒方程、热守恒方程和动量守恒方程等。
化学工艺的步骤化学工艺的设计一般包含以下步骤：1.原料准备：确定所需原料及其性质，进行采购和储存。
2.反应器设计：根据反应动力学和热力学数据，选择合适的反应器类型和尺寸。
3.反应条件控制：确定反应温度、压力、催化剂和反应时间等条件，以实现最佳的反应效果。
4.产品分离与纯化：通过物理或化学方法，将反应产物从反应混合物中分离出来，并进行纯化和精制。
5.产品收集与储存：将纯化后的产品收集，并进行合适的储存和包装，以便销售或进一步加工。
化学工艺的应用化学工艺学在许多工业领域都有广泛的应用，以下列举几个例子：•石油工业：化学工艺学应用于石油的炼制和加工过程，包括原油的蒸馏、裂化、重整等。
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工艺流程和流程图(flow sheet或process flow sheet) 按物料加工顺序将各功能单元有机地组合起来，则构 筑成工艺流程。工艺流程多采用图示方法来表达，称为工 艺流程图。 化工工艺图纸一般有： （1）方案流程图：可用方框图表示工序、设备之间关系。 （2）工艺流程草图：也称工艺流程示意图。 （3）物料流程图(material balance diagram)。 （4）工艺流程图(PFD，process flow diagram）。 （5）管道仪表流程图(PID，piping & Instrument Diagram) 在该图上应有物料质量流量、温度、压力的信息。而 工艺流程图（一般指带控制点的工艺流程图）应有管道大 小、仪表阀门、手动阀门、设备名称等等。
乙醇的生产
2C2H10O5 H2O
淀粉
C12H22O11
(麦芽糖)
H2O
2C6H12O6
(葡萄糖）
C6H12O6
酵母
2CH3CH2OH + 2CO2
二、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
合成路线：选用什么原料，经由哪几步单元反应来制备 目的产品。
（6) PCD图：工艺控制流程图，也就是PID上的仪表图， 通常是设计院内部设计过程文件、最终体现在终版PFD中 PCD图，是由工艺、仪表等专业合作完成的。 PCD直观地显示出所有工艺设备、工艺物料管道、辅 助管道、阀门、主要管件以及工艺参数中各组成部分及其 互相影响关系和信号的联系，以便对系统特性进行分析和 研究。
方案一：将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发 出来，冷凝后再逐个精馏分离。 问题：丙烯腈与乙腈的沸点相近，普通精馏方法难 于将它们分离。 方案二：采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCN解吸出来， 乙腈留在水溶液中，然后再分离丙烯腈和HCN。 乙腈与水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小， 用水作萃取剂，使两者精馏分离变得很容易。
含氢、甲烷、乙烯等 酚类、烷烃、环烷烃等 气化 合成气 苯 甲苯 二甲苯 茚 氧（杂）茚 苯酚、甲酚、二甲酚 萘、烷基萘
煤
煤焦油 分离
蒽 其他化工原料
气化
合成气
高压加氢液化
氨、甲醇、低碳混合 合成 醇、汽油、柴油等 汽油、煤油、柴油等
4、生物质及其加工利用
糠醛的生产
C5H10O5
HC CH C C CHO O 糠醛 + 3 H2O
（2）热裂解 当将直馏汽油、轻柴油、减压柴油等原料油加热到 750~800℃进行热裂解时，除了发生高碳烷烃裂解为低碳 烯烃和二烯烃的主要反应以外，还发生各种芳构化反应。 裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃。 另外，裂解汽油中约含有40~80％芳烃，其中主要是苯、 甲苯和二甲苯。
（3）催化裂化 催化裂化的主要目的是将直馏轻柴油、重柴油或润滑 油等高沸程原料油中的高碳烷烃加氢裂化成低碳烷烃，同时 发生异构化、环烷化和芳构化等反应而得到高辛烷值汽油。 催化裂化一般用硅酸铝作为催化剂，在450~560℃和 0.01~ 0.25MPa下进行。所得到的轻柴油馏份（沸程 180~340℃）中含有相当多的重质芳烃，其中主要是多烷基 苯和烷基萘。
（4）临氢脱烷基化 重整的石脑油馏份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯 和二甲苯的比例约为1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比 苯和二甲苯少，又发展了甲苯在氢气存在下脱烷基制取苯 的方法。 从催化裂化轻柴油中分离出来的多烷基苯和烷基萘也 可以通过临氢脱烷基法制取苯类产品和石油萘。但这种方 法投资高，只有炼油量大的国家才可能采用。
2、天然气及其加工利用 天然气 干气 湿气 主要成分是甲烷 甲烷含量高于90% C2～C4烷烃含量≥15%
～
20%
油田伴生气
天然气于石油伴生
煤层气（瓦斯气） 吸附在煤上的甲烷 天然气水合物 形化合物 冻土带和海底甲烷与水组成的笼
天然气的化工利用
制氢气和合成氨 经合成气路线制燃料和化工产品 直接催化转化成化工产品 热裂解制化工产品 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化 湿气中C2 - C4烷烃的利用
工艺路线：对原料的预处理（提纯、粉碎、干燥、熔 化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等）和反应物的后处理 （蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干 燥等）应采用哪些化工过程（单元操作）、什么设备和什么 生产流程等。
反应条件：反应物的分子比、主要反应物的转化率（反 应深度）、反应物的浓度、反应过程的温度、时间和压力以 及反应剂、辅助反应剂、催化剂和溶剂的使用和选择等。 合成技术：非均相接触催化、相转移催化、均相络合催 化、光有机合成和电解有机合成以及酶催化等。 完成反应的方法：间歇操作和连续操作的选择，反应器 的选择和设计等。
z 是否满足所要求的技术指标
原 则
z 经济指标的先进性 z 环境、安全和法律 z 技术资料的完整性和可信度
[例]丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程 主反应： C3H6+NH3+1/2O2 主要副产物： 问题： 如何从吸收塔底流出的水溶液中分离出丙烯腈和副产 物呢？ HCN CH2= CHCN + H2O CH3CN
第三章 化学工艺的工艺学基础
原料资源及其加工 化工生产过程及流程 化学反应的计量学 催化剂的性能及使用 反应过程的物料衡算和热量衡算基础
一
1、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
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
二次加工：馏分油的化学加工， 调整烃类的组成。
• • • •
催化重整 催化裂化 催化加氢裂化 烃类热裂解
石油的加工的主要途径和产品
加工方法主要有以下几种： （1）催化重整 重整的最初目的是将重整原料油（沸程95℃以下）和 直馏汽油（沸程95-130℃）里的一部分环烷烃和烷烃转变 为芳烃，以提高汽油的辛烷值。后来出于化学工业对芳烃 的需要量日益增长，使重整成为制取苯、甲苯和二甲苯等 芳烃的重要方法之一。 汽油重整主要采用含铂催化剂的铂重整法。 重整油约含30～50％芳烃，经分离可得到苯、甲苯和 二甲苯等。
催化剂的生产强度： 单位时间、单位体积（质量）催化剂所得产品量。
有效生产周期
开工因子＝全年开工生产天数/365
开工因子通常在0.9左右，开工因子大意味着停工检 修带来的损失小，即设备先进可靠，催化剂寿命长。
合成效率 原子经济性AE (Atom Economy)是1991年由美国化学家 Barry M Trost 提出, 是指在化学反应中，反应物中的原子应 尽可能多地转化为产物中的原子；即提高化学反应转化率的 同时，尽量减少副产物。
限制反应物和过量反应物 化学反应物不按化学计量比投料时，以最小化学计 量数存在的反应物叫做限制反应物，而投入量超过限制 反应物完全反应的理论量的反应物叫做过量反应物。
3、 煤及其加工利用 煤 由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、 铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成。 成煤过程的程度不同分为： 泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 H% O%含量顺序： 泥煤 >褐煤 > 烟煤>无烟煤
煤的加工 高温干馏（炼焦） 低温干馏 煤气化 煤液化（直接液化 间接液化）
焦炉煤气 低温干馏 低温煤焦油 半焦 焦炉煤气 高温干馏 粗苯 分离
烃类化合物
链式饱和烃 环烷烃 芳香烃 硫化物 氮化物 含氧化合物
非烃化合物
胶质和沥青质
稠环烃类等
油品的概念
根据沸程的不同，将石油分类： 石脑油（轻汽油） 汽油 航空煤油 煤油 柴油 润滑油 重、渣油 50－140℃ 140－200℃ 140－230℃ 180－310℃ 260－350℃ 350－520℃ >520℃
原子利用率=（预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和）×100%
原子利用率% =
目标产物分子量 所有产物分子量 X100%
环境因子：绿色化学领域内环境因子则是衡量生产过程对 环境的影响程度（Sheldon）的参量。 荷兰化学家Sheldon提出，其定义是：在一个化学反应过程 中，所生成废物质量占目标产物质量的比值。
以丙烯、氨、空气和水为原料，按其一定量配比进入沸腾 床或固定床反应器，在以硅胶作载体的磷钼铋系或锑铁系催化 剂作用下，在400-500℃温度和常压下，生成丙烯腈。然后经 中和塔用稀硫酸除去未反应的氨，再经吸收塔用水吸收丙烯腈 等气体，形成水溶液，使该水溶液经萃取塔分离乙腈，在脱氢 氰酸塔除去氢氰酸，经脱水、精馏而得丙烯腈产品，其单程收 率可达75%，副产品有乙腈、氢氰酸和硫酸铵。 此法是最有工业生产价值的生产方法。
三、化学反应的计量学
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 万吨/年 (t/d) (10kt/a)
设计能力：在最佳条件下可以达到的最大生产能力。
生产强度： 设备的单位体积（或面积）的生产能力。 单位： kg/h·m3，t/d·m3 kg/h·m2，t/d·m2
石油是一种棕黑色的粘稠液体。它含有几万种碳氢 化合物，另外还含有一些含氮和含硫的化合物。石油的 主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油加工的第一 步是将原料经过常压、减压精馏，分割成若干馏份。适 当沸程的馏分在脱硫之前再进一步加工可以得到各种基 本化工原料和石油产品。 由分子量不同、组成和结构不同、数量众多的化合 物构成的混合物，其中化合物的沸点从常温到500℃以 上。 石油中的化合物分为：烃类、非烃类、胶质和沥 青。
化工生产工艺流程组织---功能分析法 是缜密地研究每个单元的基本功能和基本属性，然后 组成几个可以比较的方案以供选择。因为每个功能单元 的实施方法和设备型式通常有许多种可供选择，因而可 组织出其有相同整体功能的多种流程方案。