化学工艺学.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流化学工艺学.精品文档.目录第一章绪论1第一节化学工艺学的研究范畴1第二节化学工业的发展历史及其在人类社会中的作用2第三节现代化学工业的特点和发展方向3一现代化学工业的特点3二化学工业发展的方向5第四节化学工业的原料资源和主要产品6一化学工业的原料资源6二化学工业的主要产品6第五节本教材的主要内容和特点13第六节参考文献14第二章化学工艺的共性知识15第一节化学工业原料资源及其加工利用15一无机化学矿及其加工利用15二石油及其加工利用16三天然气及其加工利用24四煤及其加工利用25五生物质及其加工利用27六再生资源的开发利用29七空气和水29第

2、二节化工生产过程及流程30一化工生产过程30二化工生产工艺流程31第三节化工过程的主要效率指标34一生产能力和生产强度34二转化率、选择性和收率(产率)35三平衡转化率和平衡产率36第四节反应条件对化学平衡和反应速率的影响37一温度的影响37二浓度的影响39三压力的影响39第五节催化剂的性能及使用40一催化剂的基本特征41二催化剂的分类42三工业催化剂使用中的有关问题42第六节反应过程的物料衡算和热量衡算基础44一反应过程的物料衡算基础45二反应过程的热量衡算基础45第三章烃类热裂解46第一节热裂解过程的化学反应46一烃类裂解的反应规律46二烃类裂解的反应机理52三裂解原料性质及评价58四裂解

3、反应的化学热力学和动力学61第二节裂解过程的工艺参数和操作指标67一裂解温度和停留时间67二烃分压与稀释剂69三裂解深度71第三节管式裂解炉及裂解工艺过程75一管式裂解炉75二急冷、热量回收及清焦82第四节裂解气的预分馏及净化84一裂解气预分馏的目的与任务84二预分馏工艺过程概述85三裂解汽油与裂解燃料油86四裂解气的净化87第五节压缩和制冷系统97一裂解气的压缩97二裂解装置中的制冷系统99第六节裂解气的精馏分离系统103一分离流程的组织103二分离流程的主要评价指标105三脱甲烷塔106四乙烯塔110五中间冷凝器和中间再沸器113第七节乙烯工业的发展趋势114一乙烯建设规模继续向大型化发展

4、114二生产新技术的研究开发115第四章芳烃转化过程117第一节概述117一芳烃的来源与生产方法117二芳烃馏分的分离125三芳烃的转化128第二节芳烃转化131一芳烃的脱烷基化131二芳烃的歧化与烷基转移136三C8芳烃的异构化142四芳烃的烷基化148第三节C8芳烃的分离154一C8芳烃的组成与性质154二C8芳烃单体的分离155第四节芳烃生产技术发展方向161第五章合成气的生产过程163第一节概述163一合成气的生产方法163二合成气的应用实例164第二节由天然气制造合成气167一天然气制合成气的工艺技术及其进展167二天然气蒸汽转化过程工艺原理169三天然气蒸汽转化过程的工艺条件178

5、四天然气蒸汽转化流程和主要设备180五气体中硫化物和二氧化碳的脱除183第三节由煤制合成气190一煤气化过程工艺原理190二煤气化的生产方法及主要设备192三一氧化碳变换过程194第四节由渣油制合成气202二渣油部分氧化过程工艺原理202三渣油部分氧化反应器和工艺流程204第六章加氨与脱氨过程207第一节概述207一加氢反应的类型207二脱氢反应的类型208第二节加氢、脱氢反应的一般规律209一催化加氢反应的一般规律209二催化脱氢反应的一般规律212第三节合成氨和尿素215一合成氨生产方法简介.216二合成气的精制方法218三氨的合成原理及工艺220四合成氨系统的技术进展238五尿素的合成2

6、39第四节甲醇的合成246一合成甲醇的基本原理247二合成甲醇催化剂249三合成甲醇工艺条件250四合成甲醇工艺流程及反应器251五合成甲醇的技术进展252第五节乙苯脱氢制苯乙烯254一制取苯乙烯的方法简介254二乙苯催化脱氢的基本原理255三乙苯脱氨反应条件选择257四乙苯脱氢工艺流程和反应器259五乙苯脱氢工艺的改进260第七章烃类选择性氧化262第一节概述262一氧化过程的特点和氧化剂的选择262二烃类选择性氧化过程的分类263第二节均相催化氧化263一催化自氧化264二配位催化氧化267三烯烃液相环氧化269四均相催化氧化过程反应器的类型272第三节非均相催化氧化272一重要的非均相氧

7、化反应273二非均相催化氧化反应机理275三非均相催化氧化催化剂和反应器276第四节乙烯环氧化制环氧乙烷277一环氯乙烷的性质与用途277二环氧乙烷的生产方法278三乙烯直接氧化法制环氧乙烷的反应。278四乙烯直接环氧化催化剂与反应机理279五反应条件对乙烯环氧化的影响282六乙烯氧气氧化法生产环氧乙烷的工艺流程284七环氧乙烷生产工艺技术的新进展286第五节丙烯氨氧化制丙烯腈286一丙烯腈的性质、用途及其工艺概况286二丙烯氨氧化制丙烯腈的化学反应287三丙烯氨氧化催化剂288四丙烯氨氧化反应机理与动力学290五丙烯氨氧化反应的影响因素291六丙烯腈生产工艺流程292七丙烯腈生产过程中的废物

8、处理296第六节芳烃氧化制邻苯二甲酸酐297一邻苯二甲酸酐的性质、用途及工艺概况297二邻二甲苯和萘制苯酐反应机理297三邻苯二甲酸酐生产采用的催化剂299四邻苯二甲酸酐生产技术进展及工艺流程299第七节葸醌衍生物自动氧化制过氧化氢301一过氧化氢的性质、用途及制备方法简介301二蒽醌法制过氧化氯的原理301三蒽醌法反应过程的影响因素303四蒽醌法生产过氧化氢的工艺流程304第八节氧化操作的安全技术306一爆炸极限306二防止爆炸的工艺措施307第九节催化氧化技术进展308第八章羰基化过程310第一节概述310一不饱和化合物的羰化反应311二甲醇的羰化反应312第二节羰基化反应的理论基础313

9、一中心原子313二配位体314三相316第三节甲醇羰基化合成醋酸316一甲醇羰化反应合成醋酸的基本原理317二甲醇羰化制醋酸的工艺流程320三甲醇低压羰基台成醋酸的优缺点323第四节丙烯羰基化合成(丁)辛醇324一烯烃氢甲酰化反应的基本原理324二丙烯氧甲酰化法合成(丁)辛醇334第五节羰基化反应技术的发展趋势342一均相固相化催化剂的研究343二非铑催化剂的研究343三羰基合成生产1,4-丁二醇344四羰基合成在精细化工中的应用344第九章电化学反应过程和氯化过程346第一节概述346一电化学在无机合成中的应用346二电化学在有机合成中的应用347三氯化过程350第二节电解过程的理论基础35

10、1一槽电压和电压效率352二电流效率和电能效率353第三节氯碱工艺353一碱的工业生产简介353二电解食盐水溶液的理论基础356三电解食盐水溶液制烧碱的生产方法及工艺358四盐水的精制367五烧碱溶液的加工367第四节乙烯氧氯化制氯乙烯368一氯乙烯生产进展度用途368二氯乙烯的生产方法简介369三乙烯氧氯化制氯乙烯工艺原理372四乙烯氧氯化反应催化剂375五乙烯氧氯化工艺流程及反应器377六平衡氧氯化法生产氯乙烯380第十章高聚物生产工艺基础383第一节概述383一高聚物的基本概念384二高聚物的生产过程388第二节聚合反应的理论基础和聚合方法392一聚合反应机理392二聚合的实施方法397

11、第三节聚烯烃的生产过程400一聚烯烃生产概况400二乙烯高压聚合工艺403三聚乙烯生产工艺的技术经济比较407四聚丙烯生产工艺简介408五聚烯烃的技术发展趋势409第四节聚酯的生产过程411一聚酯的生产概述411二精对苯二甲酸(PTA)直缩法工艺413三酯交换(间缩)法工艺简介416四聚酯工艺进展417第五节合成橡胶的生产过程417一合成橡胶的生产概况417二乳液聚合丁苯橡胶的生产工艺419三顺丁橡胶生产工艺简介425四合成橡胶的技术进展426第十一章精细化工基础427第一节概述427一精细化工的定义和特点427二精细化工的分类和现状429三精细化工的主要原料430第二节精细有机合成反应类型及

12、原理430一卤化反应431二磺化反应432三硝化反应435四氢化与还原反应439五氧化反应441六氨解反应442七重氮化和重氮基的转化反应444八烃化反应446九酰化反应449十水解反应451第三节精细有机合成工艺实例453一阿司匹林的制备453二邻重氮萘醒正性光刻胶的制备457三4-正戊基-4-氰基联苯的制备458第十二章化学工艺与环境保护460第一节工业污染源、污染分类和排放标准460一废气的主要污染源、污染分类和排放标准460二废水来源、分类和排放标准462三固体废物来源、分类和排放标准464第二节废水的净化和利用465一废水处理方法466二废水处理流程的组织474三常用化工废水的处理实

13、例476四化工废水的出路481第三节废气的净化和利用481一气态污染物常用处理方法481二消烟除尘483三典型化工废气的处理484第四节固体废物的净化和利用487一化工废渣处理技术原则487二化工废渣处理和利用技术487第五节绿色化学工艺的研究和开发490一开发“原子经济”反应和新反应途径491二提高烃类氧化反应的选择性492三采用无毒无害的原料494四采用无毒无害的催化剂494五采用无毒无害的溶剂495六采用生物技术从可再生资源合成化学品496七环境友好产品497第一章 绪论第一节 化学工艺学的研究范畴化学工业(Chemical industry)又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主

14、要地位的制造工业。由原料到化学产品的转化要通过化学工艺来实现。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。在早期，人类进行化工生产仅处于感性认识的水平，随着生产规模的发展，各种经验的积累，特别是许多化学定律的发现和各种科学原理的提出，使人们从感性认识提升到理性认识的水平，利用这些定律和原理来研究和指导化工生产，从而产生了化学工艺学这门学科。化学工艺学是根据化学、物理和其他科学的成就，来研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理

15、、生产上安全的化工生产工艺的学科。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化学工艺，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，化学工艺学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(反应器和其他)的作用、结构和操作；催化剂的选择和使用；其他物料的影响；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用；对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。化学工艺学(chemical technology)与化学工程学(chemlcal engineering)都是化学工业的基础学科。

16、前者主要研究化工生产工艺，范畴如前所述；后者主要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的共同规律，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。化学工艺与化学工程相配合，可以解决化工过程开发、装置设计、流程组织、操作原理及方法等方面的问题；此外.解决化工生产实际中的问题也需要这两门学科的理论指导。化学工业的发展促进了这两门学科不断发展和完善，它们反过来能更加促进化学工业迅速发展和提高。第二节 化学工业的发展历史及其在人类社会中的作用化学工业是应人类生活和生产的需要而发展起来的，化工生产的发展也推动了社会的发展。18世纪以前，化工生产均为作坊式手

17、工工艺，像早期的制陶、酿造、冶炼等。18世纪初叶建成了第一个典型的化工厂，即以含硫矿石和硝石为原料的铅室法硫酸厂。1791年路布兰法制碱工艺出现，满足了纺织、玻璃、肥皂等工业对碱的大量需求，有力地推动了当时在英国开始的产业革命。该法对化工的发展有很大贡献，其中的洗涤、结晶、过滤、干燥、煅烧等化工单元过程的原理一直沿用至今。从18世纪到20世纪初期，接触法制硫酸取代了铅室法，索尔维法(氨碱法)制碱取代了路布兰法，以酸、碱为基础的无机化工初具规模。同期，随着钢铁工业的发展，炼焦过程产生的大量焦炉气、粗苯和煤焦油得到重视和应用。在德国首创了肥料工业和煤化学工业，人类进入了化学合成的时代，染料、农药、

18、香料、医药等有机化工迅速发展，化肥和农药在农作物增产中起了重要作用。20世纪初，化学家F.哈伯发明了合成氨技术，并于1913年在化学工程师C.博施的协助下建成世界上第一个合成氨厂，促使氮肥及炸药等工业迅速发展。合成氨工艺是工业上实现高压催化反应的第一个里程碑，在原料气制造及其精制方法、催化剂研制和开发应用、工艺流程组织、高压设备设计、耐高温高强度材料的制造、能量合理利用等方面均创造了新的知识，积累了丰富的资料和经验，有力地促进了无机和有机化工的发展。自20世纪初期以来，石油和天然气得到大量开采和利用，向人类提供了各种燃料和丰富的化工原料。1920年，美国新泽西标准石油公司采用了C.埃利斯发明的

19、丙烯(来自炼厂气)水合制异丙醇工艺进行生产，标志了石油化工的兴起。在20世纪40年代，管式炉裂解烃类工艺和临氢重整工艺开发成功，使有机化工基本原料如乙烯等低碳烯烃和苯等芳烃有了丰富、廉价的来源。因而，石油化工突飞猛进地发展起来，很快便取代了煤在有机化工中的统治地位。高分子化工经历了天然高分子加工、改性，以煤焦油和电石乙炔为原料的合成，直到以石油化工为基础的单体原料聚合等几个阶段。在1931年氯丁橡胶实现工业化和1937年聚己二酰己二胺(尼龙66)合成以后，高分子化工蓬勃发展起来，到20世纪50年代初期形成了大规模生产塑料、合成橡胶和合成纤维的工业，人类进入了合成材料的时代，更进一步地推动了工农

20、业生产水平和科学技术的发展，人类生活水平得到了显著的提高。与石油化工和高分子化工发展的同时，为满足人们生活更高的需求，产品批量小、品种多、功能优良、附加产值高的精细化工也很快发展起来。当今，化学工业的发展重点之一是提高化工生产的精细化率。近年来，世界各国都高度重视发展高新技术，新材料的开发与生产成为推动科技进步、培植经济新增长点的一个重要基础。重点发展的是复合结构材料(例如航天、汽车、电子、能源等领域所需的高性能碳纤维复合材料，陶瓷复合材料和金属基树脂复合材料)、信息材料(例如磁盘、磁带的基膜和磁性介质，光盘，光导纤维及其涂膜材料，硅系高分子功能材料等)、纳米材料(由粒度l100nm的颗粒构成

21、的固态聚集体，具有优于普通材料对光、电、磁的反应和机械、催化性能，例如纳米碳管的强度比钢铁高5倍)以及高温超导材料等，以上这些材料的设计和制备技术有许多必须运用化工技术和工艺。不断创新的化工技术在新材料的制造中发挥了关键作用。化学工程与生物技术相结合，引起了世界各国的广泛重视，已经或正在形成具有宽广发展前景的生物化工产业，给化学工业增添了新的活力。化学工业为工农业、现代交通运输业、国防军事、尖端科技等领域提供了各类基础材料和新结构、新功能材料、能源(包括一般动力燃料、航空航天高能燃料和燃料电池等)和丰富的必需化学品，保证并促进了这些部门的发展和技术进步。化学工业与人类生活更是息息相关，在现代人

22、类生活中，从衣、食、住、行、战胜疾病等物质生活到文化艺术、娱乐消遣等精神生活都离不开化工产品为之服务。有些化工产品的开发生产和应用对工业革命、农业发展和人类生活水平起到划时代的促进作用。化学工业发展迅速，经济效益显著，是国民经济的支柱产业之一。在20世纪6070年代，发达国家的化学工业发展迅猛，到90年代与其他工业一样放慢了速度，但德、法、日本等国的化学工业增长速度仍高于整个工业的增长。近年来中国化学工业发展速度大大超过了发达国家，例如，1997年比1996年的化学工业增长速率是:美国4.3，德国6.1，法国5.2，日本3.2，中国10.71。在中国国民经济和社会发展的“九五”计划期间，石油化

23、工是优先发展的支柱产业之一，精细化工和农用化学品也是化工发展重点，在今后一段较长时期内，石油化工、新型合成材料、精细化工、橡胶产品加工业、化工环保业将是我国化学工业的主要增长点。我国化学工业发展潜力是巨大的，重点是发展新技术、开发新产品、增加高附加产值产品的品种和产量，赶超世界先进水平。第三节 现代化学工业的特点和发展方向一 现代化学工业的特点(1)原料、生产方法和产品的多样性与复杂性用同一种原料可以制造多种不同的化工产品；同一种产品可采用不同原料、或不同方法和工艺路线来生产；一个产品可以有不同用途，而不同产品可能会有相同用途。由于这些多样性，化学工业能够为人类提供越来越多的新物质、新材料和新

24、能源。同时，多数化工产品的生产过程是多步骤的，有的步骤很复杂，其影响因素也是复杂的。(2)向大型化、综合化发展，精细化率也在不断提高装置规模增大，其单位容积单位时间的产出率随之显著增大。例如，近50年来氨合成反应器的尺寸扩大了3倍，其产出率却增大了9倍以上。而且设备增大并不需要增加太多的投资，更不需要增加生产人员和管理人员，故单产成本明显降低。一套日产1360t合成氨的设备与日产600t的设备相比，每个劳动力生产的产品量增加70，而成本降低了36。再以制取乙烯的装置为例，在20世纪50年代中期，生产规模只有年产乙烯50kt，成本很高，无法赢利；到70年代初扩大为年产200kt，成本降低了40，

25、成为能获利的设备；自70年代以后，工业发达国家新建的乙烯装置均在年产乙烯300kt以上，许多是年产500kt至1000kt乙烯的大型厂。当然，考虑到设计、仓库、运输、安装、维修和安全等诸多因素的制约，设备尺寸的增大也应有度。生产的综合化可以使资源和能源得到充分、合理的利用，可以就地利用副产物和“废料”，将它们转化成有用产品，做到没有废物排放或排放最少。综合化不仅局限于不同化工厂的联合体，也应该是化工厂与其他工厂联合的综合性企业。例如火力发电厂与化工厂的联合，可以利用煤的热能发电，同时又可利用生成的煤气来生产化工产品；在核电站建化工厂，可以利用反应堆的尾热来使煤转变成合成气(CO+H2)，用于生

26、产汽油、柴油、甲醇以及许多C1化工产品。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的产品，并且能适应变化快的市场需求，改变产品品种和型号。化学工艺和化学工程也更精细化，深入到分子内部的原子水平上进行化学品的合成，使产品的生产更加高效、节能、省资源。(3)是多学科合作、生产技术密集型的生产部门现代化学工业是高度自动化和机械化的生产部门，进一步朝着智能化发展。当今化学工业的持续发展越来越多地依靠采用高新技术和迅速将科研成果转化为生产力，如生物与化学工程、微电子与化学、材料与化工等不同学科的相互结合，可创造出更多优良的新物质和新材料；计算机技术的高水

27、平发展，已经使化工生产实现了远程自动化控制，也将给化学品的合成提供强有力的智能化工具；将组合化学、计算化学与计算机方法结合，可以准确地进行新分子、新材料的设计与合成，节省大量实验时间和人力。因此化学工业需要高水平、有创造性和开拓能力的多种学科不同专业的技术专家，以及受过良好教育及训练的、懂得生产技术的操作和管理人员。(4)重视能量合理利用，积极采用节能工艺和方法化工生产是由原料物质主要经化学变化转化为产品物质的过程，同时伴随有能量的传递和转换，必须消耗能量。化工生产部门是耗能大户，合理用能和节能显得极为重要，许多生产过程的先进性体现在采用了低能耗工艺或节能工艺。例如以天然气为原料的合成氨生产过

28、程，在近年来出现许多低能耗工艺、设备和流程，也开发出一些节能型催化剂，已将每生产lt液氨的能耗由35.87106kJ降低至28.04106kJ。那些耗能大的生产方法或工艺已经或即将遭到淘汰，例如聚氯乙烯单体的生产方法，过去氯乙烯是用乙炔与氯化氢合成.而乙炔由电石法制造，该工艺消耗大量电能，产生大量废渣，现已逐渐淘汰，由能耗和成本均较低的乙烯氧氯化法所取代。又如食盐溶液电解制烧碱和氯气的石棉隔膜法也是耗能大而生产效率低的工艺，现在已被先进的离子膜法取代。一些具有提高生产效率和节约能源前景的新方法、新过程的开发和应用受到高度重视，例如膜分离、膜反应、等离子体化学、生物催化、光催化和电化学合成等等。

29、(5)资金密集，投资回收速度快，利润高现代化学工业的装备复杂，技术程度高，基建投资大，产品更新迅速，需要大量的投资。然而化工产品产值较高，成本低，利润高，一旦工厂建成投产，可很快收回投资并获利。化学工业的产值是国民经济总产值指标的重要组成部分。(6)化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题要采用安全的生产工艺，要有可靠的安全技术保障、严格的规章制度及其监督机构。创建清洁生产环境，大力发展绿色化工，采用无毒无害的方法和过程，生产环境友好的产品，这是化学工业赖以持续发展的关键之一。二 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

30、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。面向市场竞争激烈的形势，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。最充分、最彻底地利用原料。除了发展大型的综合性生产企业，使原料、产品和副产品得到综合利用外，提倡设计和开发原子经济性反应。原子经济性概念是由美国化学家B.M.Trost在1991年首先提出的，在反应中应该使原料中每一个原子都结合到目标分子即所需产物中，不需要用保护基团或离去基团，因而不会有副产物或废物生成。如氢甲酰化反应、甲醇羰基化制醋酸、ziegler-Natta聚合反应等均属于此类反应。原子经济性反

31、应可以最大限度地利用原料，最大限度地减少废物的排放。大力发展绿色化工。包括采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂；应用反应选择性高的工艺和催化剂；将副产物或废物转化为有用的物质；采用原子经济性反应，提高原料中原子的利用率，实现零排放；淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发和生产环境友好产品等。化工过程要高效、节能和智能化。实施废弃物再生利用工程。欲将以上几方面付诸实现，需要所有化学家和化学工程师的艰苦努力，也需要多学科、多部门的精诚合作，更需依赖于科学的不断进步和高新技术的发展。第四节 化学工业的原料资源和主要产品一 化学工业的原料资源自然界中包括地壳表层、大陆架、水圈、大气层和生物圈等，其内蕴藏

32、着的各类资源都有可供化学加工的初始原料，自然资源有矿物、植物和动物，还包括空气和水。矿物原料包括金属矿、非金属矿和化石燃料矿。金属矿多以金属氧化物、硫化物、无机盐类或复盐形式存在；非金属矿以各种各样化合物形态存在，其中含硫、磷、硼、硅的矿物储量比较丰富；化石燃料包括煤、石油、天然气、油页岩和油砂等，它们主要由碳和氢元素组成。虽然化石燃料中的碳只占地壳中总碳质量的0.02，却是最重要的能源，也是最重要的化工原料.目前世界上85左右的能源与化学工业均建立在石油、天然气和煤炭资源的基础上。石油炼制、石油化工、天然气化工、煤化工等在国民经济中占有极为重要的地位。矿物是不可再生的，要节约利用。生物资源是

33、来自农、林、牧、副、渔的植物体和动物体，它们提供了诸如淀粉、蛋白质、油料、脂肪、糖类、木质素和纤维素等食品和化工原料，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或动物。它们的可繁殖性显示了这类资源的优越性，开发以生物质为原料生产化工产品的新工艺、新技术将是重要的课题之一。重要的是必须注意保护生态平衡，合理利用，让这些资源获得适合于它们繁衍和恢复的环境。“原料”概念不仅限于自然资源，经过某种化学加工得到的产品，往往是其他化学加工部门的原料；工业废渣、废液、废气以及人类用过的物质和材料，排放和废弃到环境会造成巨大的危害。然而，它们可作为再生资源，经过物理和化学的再加工

34、，成为有价值的产品和能源。未来物质生产的特点之将是越来越完善地和有效地利用这些“废料”和“垃圾”。二 化学工业的主要产品化学工业的部门极其广泛，相互关系密切，产品种类繁多。按学科类型分，化学工业包括无机化工、基本有机化工、高分子化工、精细化工和生物化工等分支。1 无机化工主要产品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。无机化工产品中还有应用面广、加工方法多样、生产规模较小、品种为数众多的无机盐，即由金属离子或铵离子与酸根阴离子组成的物质，例如硫酸铝、硝酸锌、碳酸钙、硅酸钠、高氯酸钾、重铬酸钾、钼酸铵等，

35、约有1300多种。除盐类产品外，还有多种无机酸(磷酸、硼酸、铬酸、砷酸、氢溴酸、氢氟酸等等)；氢氧化物(钾、钙、镁、铝、铜、钡、锂等的氢氧化物)；元素化合物(氧化物、过氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、氢化物、氰化物等)；单质(钾、钠、磷、氟、溴、碘等)。工业气体(氧、氮、氢、氯、氨、氩、一氧化碳、二氧化碳、氧化硫等)也属于无机化工产品。2 基本有机化工主要产品从石油、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、乙炔、萘、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，可以制成品种相当繁多、用途非

36、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。作为单体生产塑料、合成橡胶、合成纤维和其他高分子化合物，合成用的单体品种多，用量大；作为精细化工的原料(中间体)，品种也是极为繁多的；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、消毒剂等等。表1-l表1-6列举了由一些重要有机基础原料出发制得的基本有机化工产品及其深加工产品。3 高分子化工主要产品高分子化工的产品为高分子化合物及以其为基础的复合或共混材料制品，品种非常多，作为用途广泛的材料，新产品层出不穷，更新换代迅速。高分子化合物是由单体经过加聚反应或缩聚反应而生成的聚合物，分子量高达

37、104106。按材料和产品的用途分，有塑料、合成橡胶、合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等。高分子化工产品若按功能分有以下两大类。(1)通用高分子此类产品产量大，应用面广。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯；涤纶、腈纶、锦纶；丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等。(2)特种高分子此类产品包括能耐高温和能在苛刻环境中作为结构材料使用的工程塑料(聚碳酸酯、聚甲醛、聚芳醚、聚砜、聚芳酰胺、有机硅树脂和氟树脂等)；具有光电导、压电、热电、磁性等物理性能的功能高分子；高分子分离膜；高分子催化剂；高分子试剂；高分子医药、医用高分子等。近年来很重视高分子共混物、高分子复合材料等高性能产品的研究、开发和

38、生产，诸如感光高分子材料；光导纤维；光致、电致或热致变色高分子材料；高分子液晶；具有电、磁性能的功能高分子；仿生高分子等。为了保护环境，生物降解高分子产品的研制也受到高度重视。4 精细化工主要产品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亩，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。由于世界各国对化工产品的分类方法不同，精细化工产品的范围亦不同。欧美国家把精细化工产品分为精细化学品和专用化学品，前者例如染料、农药、涂料、表面活性剂、医药等；后者例如农用化学品、油田化

39、学品、电子工业用试剂、清净剂、特殊聚合物、食品添加剂、粘台剂和密封剂、催化剂等。根据1986年中华人民共和国化学工业部提出的暂行分类法，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(原药)和日用化学品、功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。从广义上讲，多数生化制品也属于精细化学品。随着工农业和科学技术发展的需求，人民生活水平的提高和保护生态环境的迫切性，精细化工产品的品种在迅速更新和发展，精细化工率不断提高，对功能高分子材料、电子材

40、料、精密陶瓷、生化制品等领域的研究和开发十分活跃，将会出现更多类型的精细化学品。5 生物化工主要产品有些化工产品可以用生化技术来生产，即通过生物催化剂(活细胞催化剂或酶催化剂)催化的发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养过程来获得化工产品，称这些产品为生物化工产品。生物化工产品中有的是大宗化工产品，例如乙醇、丙酮、丁醇、甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等；有的是精细化工产品，例如各种氨基酸、酶制剂、核酸、生物农药、饲料蛋白等:还有许多医药产品是必须用生物化工方法来生产，像各种抗生素、维生素、甾体激素、疫苗等。第五节 本教材的主要内容和特点本教材根据化学工业的结构特点、内在关系和发展趋势，按化学反

41、应过程分类讲述化学工艺原理和知识。其内容主要包括化学工业概貌和化学工艺有关基本概念的介绍；化工原料资源及其加工利用途径；化工基础原料的典型生产过程；基本有机、无机、高分子、精细等各化工分支中的典型反应过程的原理和工艺；三废处理和绿色化工概念及其发展途径；反应过程的物料衡算和热量衡算基础等。本教材内容丰富，知识面广，注意点面结合，重点内容深入细致地阐述，注意理论与实际的结合，也介绍了近年来化学工艺及有关方面的新成就和未来发展趋势，每章均有思考题和参考文献，启发思考，便于自学。学生在学习时，应注意培养分析问题和解决问题的能力，对于典型反应过程，要求理解并掌握工艺原理、选定工艺条件的依据、流程的组织

42、和特点、各类反应设备的结构特点和优缺点等；对典型产品的各种原料来源、不同工艺路线及其技术经济指标、能量回收利用方法、副产物回收利用和废料处理方法等，应进行分析比较，找出它们的优缺点；思考题和计算题有助于加深对各章内容的理解和掌握，要做练习。对化学工艺的研究、开发和实施工业化，需要应用化学和物理等基础科学理论、化学工程原理和方法、相关工程学的知识和技术，通过分析和综合，进行实践，才能获得成功。因此，在化学工艺学课程的学习中，应该注意这些理论和知识的综合运用，特别强调理论与实践相结合，才能培养开拓创新能力。第六节 参考文献吴指南主编.基本有机化工工艺学(修订版).北京:化学工业出版社，1990第二

43、章 化学工艺的共性知识第一节 化学工业原料资源及其加工利用一 无机化学矿及其加工利用1 主要无机化学矿无机化学矿主要用于生产无机化合物和冶炼金属，其矿物资源的开采和选矿称为化学矿山行业，在我国属于化工行业之一。化学矿山的产品非常繁多，仅列举主要矿物产品如下。(1)盐矿岩盐、海盐或湖盐等，用于制造纯碱、烧碱、盐酸和氯乙烯等；(2)硫矿硫磺(S)、硫铁矿(FeS2)等，用于生产硫酸和硫磺；(3)磷矿氟磷灰石Ca5F(P04)3、氯磷灰石Ca5Cl(P04)3等，用于生产磷肥、磷酸及磷酸盐等；(4)钾盐矿钾石盐(KCl和NaCl混合物)、光卤石(KCIMgCl26H2O)、钾盐镁矾(KClMgSO4

44、3H2O)；(5)铝土矿水硬铝石(Al2O3H2O)和三水铝石(A12O33H2O)的混合物；(6)硼矿硼砂矿(Na2O2B2O310H2O)、硼镁石(2MgOB2O3H2O)等；(7)锰矿锰矿(和MnO2)、菱锰矿(MnCO3)等；(8)钛矿金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)等；(9)锌矿闪锌矿(ZnS)、菱锌矿(ZnCO3)；(10)钡矿重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等；(11)天然沸石斜发沸石、丝光沸石、毛沸石(化学组成均为NaOA12O3nSiO2xH2O)等；(12)硅藻土(含8389SiO2nH20)、膨润土(Mg,Ca)OA12O35SiO2nH2O，可作吸附

45、剂和催化剂载体。此外，还有铬铁矿(FeCr2O4)；赤铁矿(Fe3O4)；黄铜矿(CuFeS2)；方铅矿(PbS)；镍黄铁矿(Fe,Ni)9S8；辉钼矿(MoS2)；天青石(SrS04)；铌铁矿(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O5等，是冶炼各种金属的原料。铜、铁、镍、锰、锌、钼等也是各类催化剂的活性组分。贵金属和稀有金属矿储量少，但实用价值高，是极为宝贵的资源。例如钕、锂、铕、钽等是高新技术需要的材料；钛的耐热及耐腐蚀性强，是钢的竞争对手，也是烯烃聚合催化剂主成分之一，有些多相催化剂中也含有TiO2；铂、钯、铑、铼等贵金属是重要的催化剂材料，如果没有它们，催化化学难于发展，许多重要化学品和新材料将不能合成。除了少数品位和质量高的矿物开采出来不需经初步加工即可利用外，大多数矿物需要在开采地进行选矿和初步加工，以除去其中无用的杂质，并加工成一定规格的形状。矿物初步加工的主要方法有分级、粉碎、团固和烧结、精选、脱水和除尘等，应根据使用部门对