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1、第一章第一章 绪言绪言 1.1 化学工业概述化学工业概述 1.2 化工生产过程概述化工生产过程概述1.3 化学工程学简介化学工程学简介 1.4 化工数据化工数据1v1.1 化学工业概述化学工业概述v 四、四、化学工业的特点化学工业的特点v一、一、化学工业的重要性及其发展化学工业的重要性及其发展v 二、二、化学工业范畴及分类化学工业范畴及分类v 三、三、化学工业原料及选择原则化学工业原料及选择原则v 五、五、化工的发展与现状化工的发展与现状2 化学工业化学工业:v一、一、化学工业的重要性及其发展化学工业的重要性及其发展化学工业是将各种原材料通过不同条件化学工业是将各种原材料通过不同条件下所进行的
2、化学反应,使其性质或形态产生下所进行的化学反应,使其性质或形态产生变化,定向加工成对国民经济发展和人民生变化,定向加工成对国民经济发展和人民生活水平改善有价值的化学产品的工业。活水平改善有价值的化学产品的工业。3其重要性可归纳为:其重要性可归纳为:(1)为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资)为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料;料;(2)为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提)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;供各种配套原材料;(3)为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提)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;
3、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。)为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。v一、一、化学工业的重要性及其发展化学工业的重要性及其发展41、化学工业的化学工业的分类:分类:美国:美国:按照美国标准工业分类手册(按照美国标准工业分类手册(SIC)确定的分类法:确定的分类法:化学工业包括:生产基本化工产品的企业化学工业包括:生产基本化工产品的企业 以化学方法为主进行产品加工的企业以化学方法为主进行产品加工的企业中国:中国:化学工业包括化学工业包括:v 二、二、化学工业范畴及分类化学工业范畴及分类分为分为25类类或通用化学品及或通用化学品及 精细化学品精细化学品.
4、化学品化学品:基本化学工业基本化学工业 化肥工业化肥工业 石油化学工业石油化学工业 精细化学工业精细化学工业 其他化学工业其他化学工业5化化 工工 行行 业业主主 要要 产产 品品 或或 用用 途途化学矿山磷矿、硫矿、硼矿、矾矿和石灰石矿等酸、碱硫酸、烧碱、纯碱无机盐磷酸、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、沉淀硫酸钡等化 肥氮肥(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)、钾肥化学农药敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等电 石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
5、胺、硫脲等工业的原料热固性塑料和工程塑料酚醛塑料、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、聚砜等合成橡胶顺丁橡胶、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 2 主要化工行业及其相关产品主要化工行业及其相关产品6 2.主要化工行业及其相关产品主要化工行业及其相关产品化化 工工 行行 业业主主 要要 产产 品品涂 料天然树脂漆、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、有机硅漆等增塑剂邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸
6、二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯化石蜡、磷酸酯等橡胶加工助剂防老剂、促进剂表面活性剂阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型等造纸化学品脱墨剂、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、分散剂等感光材料电影胶片、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7v 三、化工原料三、化工原料及选择原则及选择原则1.化学工业原料化学工业原料按来源划分:按来源划分:无机材料无机材料和和有机材料有机材料无机材料主要有:无机材料主要有:空气空气、水水和和化学矿物化学矿物有机材料主要有:有机材料主要有:煤煤、石油石油、天然气天然气和和生物质生物质82
7、.选择原则选择原则 在选择原料路线和技术线路时应当全面地权衡在选择原料路线和技术线路时应当全面地权衡技术技术、经济经济、社会社会和和环保环保等方面的利弊。等方面的利弊。1.原料的品位、供应量原料的品位、供应量2.经济性经济性3.原料资源的综合利用原料资源的综合利用9v 四、四、化学工业的特点化学工业的特点(1)、化学工业是独特的、化学工业是独特的,不可取代的工业部门;不可取代的工业部门;(2)、化工产品品种繁多、化工产品品种繁多,工艺复杂工艺复杂;(3)、化学工业是装置型工业、化学工业是装置型工业,具有规模经济性具有规模经济性;(4)、化学工业是资金密集、化学工业是资金密集,技术密集的工业部门
8、技术密集的工业部门;(5)、化学工业是能源消耗的大户、化学工业是能源消耗的大户;(6)、化学工业是易污染、重污染的工业部门、化学工业是易污染、重污染的工业部门1018世纪中硫酸生产世纪中硫酸生产;19世纪中制碱世纪中制碱;20世纪初合成氨世纪初合成氨;20世纪中石油工业世纪中石油工业20世纪后精细化工世纪后精细化工v 五、化学工业的发展与现状五、化学工业的发展与现状(1)、化学工业的发展)、化学工业的发展化学工业是一个十分古老的工业,最早可追根化学工业是一个十分古老的工业,最早可追根溯源至公元前年以前,最早的化学工艺为溯源至公元前年以前,最早的化学工艺为制陶、酿造、漂染、鞣革等行业制陶、酿造、
9、漂染、鞣革等行业11(2)、我国的化学工业)、我国的化学工业 旧中国的化学工业基础十分薄弱。从旧中国的化学工业基础十分薄弱。从1876年在年在天津建立的一个天津建立的一个2t/d铅室法制硫酸厂开始,只有几铅室法制硫酸厂开始,只有几个沿海、沿江城市有化工企业。除少数工厂生产基个沿海、沿江城市有化工企业。除少数工厂生产基本化工原料外,大多只有生产油漆、染料、橡胶制本化工原料外,大多只有生产油漆、染料、橡胶制品、医药制剂等加工产品。到品、医药制剂等加工产品。到1949年,国内化工产年,国内化工产品仅品仅100种左右,主要产品产量为:化肥种左右,主要产品产量为:化肥0.6万吨万吨,硫酸硫酸11万吨万吨
10、,烧碱烧碱1.5万吨万吨,纯碱纯碱8.8万吨万吨.全部化工全部化工产值仅产值仅1.77亿元亿元,占全国工业总产值的占全国工业总产值的1.6%12(3)、世界化学工业)、世界化学工业 自自1746年英国出现第一座硫酸铜厂以来年英国出现第一座硫酸铜厂以来,现代世界化学工业现代世界化学工业经过过经过过260多年的发展多年的发展,已形成一个技术成熟、规模宏大和品种繁已形成一个技术成熟、规模宏大和品种繁多的产业部门。从世界化学工业布局来看,世界化工生产、市场、多的产业部门。从世界化学工业布局来看,世界化工生产、市场、技术和大型企业主要集中在北美、日本、西欧和前苏联与东欧四技术和大型企业主要集中在北美、日
11、本、西欧和前苏联与东欧四个地区。个地区。20世纪世纪90年代以来,亚洲特别是东南亚,化学工业异军年代以来,亚洲特别是东南亚,化学工业异军突起,发展势头引人注目。突起,发展势头引人注目。13 1、化工过程 2、单元操作及其分类v 1.2 化工生产过程概述化工生产过程概述14原料原料 (1)预处理预处理 化工过程:化工过程:有目的的使原料经过一系列的化学有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化,以获得产品的工业过程,也称为化或物理变化,以获得产品的工业过程,也称为化工生产,或化工生产过程。工生产,或化工生产过程。(2)反反 应应 (3)后处理后处理产品产品 基本化工生产过程基本化工生产过程 1 1
12、、化工过程化工过程15例如:例如:可见,一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。可见,一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。苯的生产:苯的生产:原料油(甲苯、二甲苯)、原料油(甲苯、二甲苯)、H H2 2输送输送加热加热反应器反应器减压蒸馏减压蒸馏塔塔精馏精馏苯(苯(99.99299.99299.999%)甲醇的生产:甲醇的生产:合成气(合成气(CO,H2,CO2)输送输送管式反应器管式反应器粗甲醇粗甲醇冷却冷却精馏精馏精甲醇(精甲醇(99.8599.95%)16化工生产过程化工生产过程化学反应过程化学反应过程物理处理过程物理处理过程 化工生产的化工生产的核心核心 原料的预处理原料的预处
13、理 产品的加工产品的加工(单元操作)(单元操作)17 ()概念()概念 单元操作:单元操作:化工生产中除化学反应单元以外的化工生产中除化学反应单元以外的 所有物理性操作。所有物理性操作。2 2、单元操作及其分类单元操作及其分类18)单元操作的分类单元操作的分类:(1)按操作目的分:)按操作目的分:流体输送:流体输送:物料的混合:物料的混合:气体和液体的输送气体和液体的输送主要指通过搅拌达到物料混合主要指通过搅拌达到物料混合或分散的目的或分散的目的 物料的加热或冷却:物料的加热或冷却:利用物料和环境之间的利用物料和环境之间的温度差输入或输出热量温度差输入或输出热量 均相混合物的分离:均相混合物的
14、分离:气体吸收、液体蒸馏、萃取等气体吸收、液体蒸馏、萃取等 非均相混合物的分离:非均相混合物的分离:过滤和沉降过滤和沉降19(2)按单元操作遵循的基本规律分:)按单元操作遵循的基本规律分:动量传递过程:动量传递过程:热量传递过程:热量传递过程:遵循流体力学基本规律的单元操作:遵循流体力学基本规律的单元操作:流体输送、沉降、过滤和离心分离等流体输送、沉降、过滤和离心分离等遵循热交换基本规律的单元操作:遵循热交换基本规律的单元操作:如传热、蒸发等如传热、蒸发等 质量传递过程:质量传递过程:遵循通过扩散,从一相转移到另一相的过程:遵循通过扩散,从一相转移到另一相的过程:吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交
15、换、膜分离等吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等20 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。化学工艺阶段化学工艺阶段1、化学工程学的发展阶段化学工程学的发展阶段v1.3 化学工程学简介化学工程学简介21单元操作阶段单元操作阶段 20世纪初,人们逐渐发现,许多门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。22 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
16、。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。传递过程阶段传递过程阶段23 “三传一反三传一反”阶段阶段 20世纪世纪50年代中期,化学工程中出现了年代中期,化学工程中出现了“化学反应化学反应工程学工程学”这一新的分支。对化学反应器的研究,不仅要这一新的分支。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。于是和质量传递原理。于是“传递过程传递过程”与与“反应工程反应工程”成为当今化学工程学的两大支柱。简称成为当今化学工
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