《化工工艺学》课程教案.pdf

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1、20142014 学学年年第第 2 2 学学期期函函授授 1313化化学学工工程程（专（专升升本本）专专业业化化工工工工艺学艺学课课程程教教案案4 4课课时时/次次共共1 10 0次次 4040课课时时教教师师：教教研研室室：精选11第第一章一章合合成氨原成氨原料料气气的的制备制备教学教学目目的的：掌握优质固体燃料气化、气态烃蒸汽转化、重油部分氧化等不同原料制气过程的基本原理；原 料和工艺路线；主要设备和工艺条件的选择；消耗定额的计算和催化剂的使用条件。教学教学重重点点：优质固体燃料气化、气态烃蒸汽 转化、重油部分氧化等不同原料制气过程。教学教学难难点点：消耗定额的计算和催化剂的使用 条件。新

2、课新课内内容容：第第一一节节固固体体燃燃料料气气化化法法一、概述固体燃料（煤、焦炭或水煤浆）气化：用氧或含氧气化剂对其进行热加工，使碳转变为可燃 性气体的过程。气化所得的可燃 气体称为煤气，进行气化的设备称为煤气发生炉。二、基本概念1、煤的固定碳；固体燃料煤除去灰 分、挥发分、硫分和水分以外，其余的可燃物质称为固 定碳。2、煤的发热值：指1 公斤煤在完全 燃烧时所放出的热量。3、标煤：低位发热值为7000kcal/kg 的燃料 4空气煤气：以 空气作为气化而生成的煤气其中含有大量的氮(50以上)及一定量的一氧化碳和少量的二氧化碳和氢气。5混合煤气(发生炉煤气)：以空气和适量的蒸汽的混合 物为气

3、化剂生成的煤气，其发热量比空气煤气为高。在工业上这种 煤气一般作燃料用。6水煤气：以蒸汽作为气化剂而 生成的煤气，其中氢及氧化碳的含量高 在85以上，而 氮含量较低。7半水煤气：以蒸汽加适量的空 气或富氧空气同时作为气化剂所创得的煤气或适当加有发 生炉煤气的水煤气，其含氮量为 2122。三、气化对煤质的基本要求(1)保持高温和南气化剂流速(1)使燃料层各处间一截而的气流速 度和温度分布均匀。这两个条件的获得，除了与炉子结 构(如加料、排渣等装 置)的完善程度有关外，采用的燃料性质也具有重大影响。1水分：2挥发份：煤中所含挥发分量和煤的碳化程 度有关，含量少的可至I 一 2，多的可达40以上。它

4、的含量依下列次序递减：泥煤褐煤烟煤无烟煤焦炭3 灰份：15-20灰分中主要组分为二氧化硅、氧 化铁、氧化铝、氧 化钙和氧化镁等无机物质。这些物质的含量对灰熔点有决定性影响。4 硫分：12506机械强度和热稳定性精选机械强度是指它的抗破碎力。煤的机械强度决定于煤的岩相组成、矿 物质的含量、分布及碳此的程度。燃料的热稳定性是指 燃料在受高温后粉碎的程度。燃料之所以受热后不稳定，主要 是由于下述三个原因；（1）在燃料层准备阶 段(即干燥和干馏时)，释出水分和有机物的过程中，燃料裂碎。（2）燃料中的碳酸盐受热分解 为二氧化碳。(3)燃料受热时，内外温度差大，以及由于夹石等膨胀系数不同而碎裂。7 燃料的

5、成渣性能燃料的成渣性能是指燃料在气化 时是否易于烧结成渣。8、粘结性粘结性是煤在高温下干馏粘结的 性能。9、燃料粒度25100mm入炉燃料粒度大小和粒度范围，影晌气化时的质交换和热交换条件。四、煤气化的基本原理CO2+3.76N2=CO2+3.76N2CH2O=CO+H2第第二二节节烃烃类类蒸蒸汽汽转转化化一、烃类蒸汽转化的原料气态烃包括天然气、油田气、炼 厂气、焦炉气及裂化气等；液态烃包括原油、轻油和重 油。其中除原油、天然气和油田 气是地下药藏的天然矿外，其余皆为石油炼制工业、炼焦工 业和基本有机合成工业的产品。二、合成氨对原料气的要求（1）氢氮比3：1（2）甲烷含量小于0.5%（3）有害

6、物质少三、化学反应及化学平衡在蒸汽转化过程中，各种烃类主 要进行如下反应：甲烷蒸汽转化反应：精选四、工艺条件(1)水碳比，表示转化操作所用的工 艺蒸汽量。在约定条件下，水碳比愈高，甲烷平衡 含量愈低。(2)温度烃类蒸汽转化是吸热的可 逆反应，温度增加，甲烷平衡含量下降。反应温度每降低10，甲烷平衡含量约增加 1-1.3(2)压力烃类蒸汽转化为体积增大 的可逆反应，增 加压力，甲烷平衡含量也随之增大。（4）二段转化的空气量：加入 空气量的多少，可从二段炉出口温度上反映出来，但不能它来控制炉温和出口甲烷含量 的手段。因为空气量的加入有合成反应的氢氮比决定。（5）二段出口甲烷含量：二段 炉出口残余甲

7、烷每降低0.1，合成氨产量可增加1.1-1.4。一般控制在 0.2-0.4。五、反应机理（反应的微观步骤）五、催化剂甲烷蒸汽转化是吸热的可逆反应，提 高温度对化学平衡和反应速度均有利。但 无催化剂存在时，温度1000反应速度还 很低。因此，需要采用催化剂以加快反应速度。由于烃类蒸汽转化是在高温下进 行的，并存在着析炭问题，因此，除了要求催化剂有高活性和高强度外，还要求有较好 的耐热性和抗析炭性。1催化剂的组成(1)活性组分和促进剂(2)镍催化剂的载体2催化剂的还原转化催化剂大都是以氧化镍形式 提供的，使 用前必须还原成为具有活性的金屑镍，其 反 应为3催化剂的中毒与再生当原料气中含有硫化物、砷

8、化物、氯化物等杂质时，都会使催化剂中毒而失去活性。催化剂中毒分为暂时性中毒和永久 性中毒。六、工艺流程九、主要设备精选一段转化炉：二段转化炉第第三三节节重重油油部部分分氧氧化化一、工艺条件1.温度：一般认为甲烷与蒸汽及 蒸汽的转化反应是重油气化的控制步骤。反应方程为：CH4+H2OCO+3H2C+H2OCO+H2热力学分析：均为可逆吸热反应，提高温度可 提高甲烷与碳黑的平衡转化率。动力学分析：提高温度有利于提高甲烷和碳黑 的转化反应速率。国内T1300 保护炉衬和喷 嘴O2消耗指标（T提高，氧耗增加）2.压力：重油气化是体积增大的 反应，从热力学角度看，提 高压力是不利的。但是提高压力反应物含

9、量增加，对加速反 应也是有利的。加压气化的优点：随着压力的提高，气化炉生产强度成比例 的增大，从而可缩小设备容积。节省动力（节省3/4的动力）。加压气化有利于清楚炭黑加压气化对下游工序的 脱S和脱C也是有利的3.氧油比（m3O2/Kg重油）：氧油比对重油气化有决定性影响，耗氧又是主要经济指标。因此，氧 油比是控制生产的主要条件之一。4.蒸汽/油比：重油部分氧化过程加入蒸汽，不 仅是作为氧化剂与各种烃类进行反应，而 且还可以起到缓冲炉温和抑制炭黑生成的 作用。加入量的多少，生产中用蒸汽油比的大小来表示。原料油中杂质的影响含硫量的影响计算表明，含硫量增加时，干气 及有效气体产量下降。硫不仅消 耗H

10、2及CO生成H2S精选和COS，而且也增加下游净化工 序的负荷并加剧设备和管道的腐蚀。原料油中C/H比的影响当炭黑最终返回到原料油中时，C/H比将提高。此时，干气、有效气体产量下降，CO含量提高，H2含量下降。而用轻 质原料油则相反。原料油中水含量的影响二、工艺流程1.由四个部分组成：（1）原料油和气化剂（O2+H2O)的预热（2）高温下部分氧化（3）出口高温合成气的热能回收（4）碳黑的消除与回收2.根据热能回收方式不同：（1）德士古（Texaco)激冷流程（2）谢尔(Shell)废热锅炉流程 1德士古（Texaco)激冷流程激冷流程的特点：工艺流程简单，无废热锅炉，设备紧凑，操作方便，热能利

11、用完全，可比废热锅炉流程在更高的压力 下气化。不 足之处是高温热能未能产生高压蒸汽，要 求原料 油含硫量低，一般规 定S720C）：反 应速度随温度升高再增加，但增加幅度小。提高焙烧速率的途径：1.提高焙烧温度但不宜太高，温度太高会使炉内 结疤，焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为850950 C.2.减小硫铁矿粒度精选可增加矿粒与空气的接触面积，对第三阶段速度增加有利。焙烧前应适度破碎矿石。3.增加空气与矿粒的相对运动相对运动增强，矿料表面氧化铁 得到更新，能减小对气体的扩散阻力，故采用沸腾焙烧 方式，使矿粒与空气充分接触。4.提高入炉空气氧含量氧气浓度越高，焙烧速率越大，但富氧焙烧不经济，

12、一般采用充足空气焙烧。二、炉气净化【炉气中有害成分】矿尘(一般为150-300g/m3）水蒸气和SO3砷和硒的氧化物氟化物【步骤】干法除尘湿法除尘静电 除雾器干燥塔第第三三节节二二氧氧化化硫硫的的催催化化氧氧化化一、二氧化硫催化氧化的基本原 理二、反应动力学1.钒催化剂目前硫酸工业中二氧化硫催化氧 化反应所用催化剂仍然是钒催化剂，也称 为钒触媒。以 五氧化二钒（V2O5含量5%10%为主催化剂，氧化钾（K2O）为助催化剂，以硅藻土（主要成 分是SiO2）为载体而制成的。2.二氧化硫催化氧化反应速率在工业生产条件下，作为气-固相催化反应的二氧化硫催化氧化，其 气流速率已足够大，不会出现外扩散控制

13、。关于二氧化硫催化氧化反应机理，目 前尚无定论，有的认为二氧化硫在催化剂表面的氧化过程包括以下六个步骤：吸附到催化剂表面氧分子从气相中扩散到催化 剂表面，氧分子被氧分子断键，形成活化氧原子二氧化硫吸附到催化剂表面吸附在催化剂表面的二氧化硫与 氧原子进行电子重排，形成 三氧化硫硫分子从催化剂表面脱附，扩散 进入气相主体 三、最佳工艺条件三氧化精选三、最佳工艺条件根据平衡转化率和反应速率综合 分析，二氧化硫催化氧化的工艺条件主要涉及反应温 度、起始浓度和最终转化率等三 个方面。第第四四节节三三氧氧化化硫硫吸吸收收及及尾尾气气处处理理一、基本原理二氧化硫转化为三氧化硫之后，气 体进入吸收系统用发烟硫

14、酸或浓SO3（g）+H2O(l)硫酸吸收，制成不同规格的产品 硫酸。吸收过程可用下式表示：H2SO4(l)H298O=-134.2kJ(151)影响发烟硫酸吸收过程的主要因 素吸收系统生产发烟硫酸时，首先 将净转化气送往发烟硫酸吸收塔，用于产 品酸浓度相近的发烟硫酸喷淋吸收。用发烟硫酸吸收 SO3的过程并非单纯的物理过程，属化学吸收过程。一般情况下，该 吸收过程属于气膜扩散控 制，吸收速率取决于传质推动力、传质系数和传质面积的大小，即：二、工业尾气的治理方法有三种：1、催化燃烧法。该方法利用某种催化剂来分解或 使有机废气燃烧后变成无害气体。缺点 是不能回收有机物质，只有投入，而不产生 任何经济

15、效益。2、吸收法。该方法是以特定的 某种化学液体来吸收有机废气，然后再进行分离。这种方法的回收率太低，局限性也较大，由于前期投资及运行成本都很高，导致经济效益不明显。3、吸附法。该方法以活性炭物理吸附为主，具有应用范围广，运行成本低，可回收利用，经济效益显著等特征。吸附法又 分活性炭颗粒吸附和活性炭纤维吸附两种方法。比较而言，作为一种新兴的吸附材料，活性 炭纤维又比活性炭颗粒更经济有效。本课小本课小结结：本章主要讲授了硫铁矿沸腾焙烧、炉气的净化及干燥原理；主要工艺条件及典型工艺流程；二氧化硫催化 氧化的化学平衡及动力学。精选55第第五章五章硝硝酸酸教学教学目目的的：掌握氨氧化反应的化学平衡及动

16、力学，反 应用催化剂及工艺条件；一氧化氮氧化反应的热力学及动力学；氮氧 化物吸收工艺条件的选择及氮氧化物尾气处理。教学教学重重点点：氨氧化反应的化学平衡及动力学，反应用催化剂及工艺条件。教学教学难难点点：一氧化氮氧化反应的热力学及动力学；氮 氧化物吸收工艺条件的选择及氮氧化物尾气处理。新课新课内内容容：第第一一节节概概述述硝酸，HNO3，分子量63.01，为无色液体，有挥发性。有刺激 性气味，并有强烈腐蚀性。是制造化肥、有机产品的重 要原料，并广泛用于军事工业。1824年，Henry试验证明，氨通过海绵状的铂(Pt)，在高温下能与氧反应生成氮的氧化 物。1908年，德国人首先建成氨与空气在氧化

17、炉内通过卷成螺旋状的铂催化剂、规 模为3t/d 硝酸(53%)的工厂。1913 年，合成 氨生产问世，从 此氨氧化法成为世界生产硝酸的主要方法。中国第一套硝酸装置于 1935年在上海天利氮气制品厂投产，规模为7t/d。1968年建成中压法装置，1976年引进大型双加压法生产技术。当前各国硝酸生产采用大机组、提高系统压力、提高产品浓度、较低消耗、减 少排放的发展趋势。硝酸是强氧化剂，其氧化性与浓 度有关。在浓硝酸中，氧化性占主要作用；水稀释后，氧化性减弱，酸性占更显著。除 金(Au)、铂(Pt)、钽(Ta)、铑(Rh)、铱(Ir)外，浓硝酸几乎能 氧化所有的金属。3体积浓盐酸与1体积浓硝酸混合，

18、形成“王水”，能溶解所有的金属。纯硝酸静置时，在光或热作用下，会分解成NO2和O2，水稀释后，分解作用降低。4 4HNOHNO3 34 4N NO OO OH H O O2 22 22 2第第二二节节稀稀硝硝酸酸的的生生产产工业上制取硝酸，均采用NH3气固相催化氧化成NO，进一步氧化成NO2，然后用水吸收生成硝酸。总反应式为：NHNH(g g)2 2O O1.3321.332H H O OHNOHNO(a aq q)2.3322.332H H O O434.66434.66 kJkJ/molmol上述反应过程生 成60%的硝酸水溶液。3 32 22 23 32 2一、NH3催化氧化1、氨氧化反

19、应氨与氧的催化反应过程，因催 化剂性能、反 应温度、压力等条件不同，可能 发生不同的反应。主要(97%)反应为：4 4N NH H(g g)5 5O O4 4N NO O6 6H H O O907907.2828kJ/molkJ/mol2、氨氧化催化剂3 32 22 2精选氨氧化催化剂有铂系催化剂和非 铂系催化剂两大类。铂系催化剂 非铂系催化剂3、氨催化氧化反应动力学4、氨氧化工艺条件的选择选择工艺条件(不可逆反应，主 要考虑动力学因 素)需要考虑的优化目标有：氨氧化率、生产强度、和铂损失。二、NO的氧化一氧化氮，NO，分子量30.01，是无色气体。易与氧化合，但温度高于670不能氧化。NO能

20、将硝酸分解：NONO2 2H HNONO温度-94，压力6.47MPa。3 33 3N NO OH H O O73.2273.22kJkJ/molmol2 22 2NO在水中溶解度很小；常压下，沸点为-151.2，冰点为-161，-151.4液化；临界二氧化氮，NO2，分子量46.01，红棕色气体，有毒，有刺激性气味。易发生叠合可逆反应：2 2N NO O2 2N N O O56.9056.90 k kJ J/molmol2 24 4三、氮氧化物气体的吸收氮氧化物气体中 除NO外，各组分都能与H2O按下式反应：N N O O2 24 42 2H H O OHNOHNOHNOHNO59.259.

21、2k kJ J/molmol2 23 32 22 23 32 22 2N NO OH H O OHNOHNOHNOHNO11.611.6kJkJ/molmolN N O O2 23 3H H O O2 2H HNONO55.755.7kJkJ/molmol2 22 2四、硝酸生产尾气的处理硝酸生产装置排出的尾气，仍含 有一定量带黄色的氮氧化物，通常 以NOx表示，污染大 气，需要加以处理。美、日规定气体排放NOx最大允许为20010-6，我国规定新建硝酸装置NOx最大含量为30010-6。催化还原法以烃类为还原剂进行催化还原反 应来降低系统尾气 中NOx含量叫催化还原法。如天然 气与尾气中NO

22、x进行反应：CHCH4 4N NO O2 2N NCOCO2 2H H O O4 42 22 22 2为了降低能耗，后来开发了选择 性催化还原法。反应温度控制在210270，适当催化剂，使NOx被NH3还原为氮气后排 放。4 4N NO O4 4N NH H3 33 33 3O O4 4N N2 22 26 6H H O O2 22 26 6N NO O4 4N NH H2 25 5N N2 22 26 6H H O O1212H H O O2 26 6N NO O8 8N NH H7 7N N也可采用碱液吸收，工业上通常采用氢氧化钠或碳酸钠溶液治理尾气，并 得到硝酸钠和亚硝酸钠副产品。精选2

23、 2N NO O2 2N NaOHaOHNaNONaNONaNONaNOH H O O2 22 23 32 2NONONONO2 2N NaOHaOH2 2N NaNOaNOH H O O2 22 22 2五、稀硝酸生产工艺流程稀硝酸生产流程，按操作压力不 同分为常压法、加压法及综合法三种。从降低 氨耗、提 高氨利用率来看，综合 法具有明显的优势。其特 点是常压氧化、加压吸 收，产品 酸浓度4753%，吸收效率高达98%。下图为综合 法生产稀硝酸的典型工艺流程。第第三三节节浓浓硝硝酸酸的的生生产产氨为原料直接合成浓硝酸，须 先制得液态N2O4，将其按一定比例与水混合，加压通入氧气，按下列反应式

24、合成浓硝酸。2 2N N O O(l l)O O(g g)H H O O(l l)4 4H HNONO(l l)78.8378.83 kJkJ/molmol2 24 42 22 23 3工艺过程包括以下几个步骤：(1)NH3的接触氧化；(2)氮氧化物气体的冷却和过量水的 排出；(3)NO的氧化；分两步进行。首先用 空气氧化，使氧化度达到9093%，然后用98%浓硝酸进一步氧化：NONOHNOHNO3 3NONOH H O O2 22 2(4)冷凝生成液态 N2O4，在 常压下冷却到21.15冷凝成米黄色的液体，到 10时变为淡黄色液体。(5)N2O4合成硝酸。本课小本课小结结：本章主要讲授了氨

25、氧化反应的化 学平衡及动力学，反应用催化剂及工艺条件；一氧化氮氧化反应的热力学及动 力学；氮氧化物吸收工艺条件的选择及氮氧化物尾气处理。66第第六章六章氮氮肥的生肥的生产产精选教学教学目目的的：掌握尿素的主要化学性质；尿素合成反应原 理；尿素合成工艺条件的选择；氨与硝酸中和制造硝铵的基本原理 及中和工艺条件的选择。教学教学重重点点：尿素的主要化学性质；尿素合成 反应原理；尿素合成工艺条件的选择。教学教学难难点点：氨与硝酸中和制造硝铵的基本原 理及中和工艺条件的选择。新课新课内内容容：第第一一节节尿尿素素生生产产工工艺艺一、尿素的性质1.尿素(Urea)，碳酰二氨，CO(NH2)2.2.易水解，

26、60 以上。3.弱碱性，与酸性肥料制成复合肥 料。4.加热异构化，高温缩合，用在有 机合成工业中。尿素最重要的用途是作肥料，含 氮量46%以上。尿素实际上 是在土壤中转变成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。二、尿素的生产方法氨与CO2直接合成尿素：2NH3+CO2=CO(NH2)+H2O三、尿素的合成原理（一）合成反应1.甲铵生成反应2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)H1=-86.93kJ/mol强放热可逆反应；低温液相中转 化率很大，反应很快；加压，反应很快。2.甲铵脱水反应NH4COONH2(l)=CO(NH2)(l)+H2O(l)微吸热可逆反应；速度较慢，为控速步鄹；转

27、化率5070。H1=28.45kJ/mol反应体系为5组分多相平衡体系，除化学平衡外，还有气液平衡：NH3(g)=NH3(aq)CO2(g)=CO2(aq)H2O(g)=H2O(aq)反应所需设备：水溶液全循环法：在一个合成塔 中完成；气提法：分别在甲氨冷凝器和尿 素合成塔中进行。（二）化学平衡气液相的多组分混合平衡体系。1.平衡转化率转化为尿素的 CO量尿素转化率2原料中CO总2量精选尿素质量尿素质量 1.365 CO质量22.平衡转化率的计算多组分多相的混合体系，偏离理 想溶液；无法用平衡常数及方程计算；简化法：佛里扎克法，马罗维克 法。（三）工艺条件的选择1.温度对于转化率，有极值温度，

28、190200；设备腐蚀极限 温度，185200；不高于气液平衡温度；综上考虑，略高 于转化率极值温度。2.氨碳比L(1)氨过量有利与转化率，CO2过量对转化率 无影响；(2)提高氨含量的有利之处：A.提高转化率；B.加快反应速度，减小设备腐蚀；C.抑制有害副反应；D.维持合成塔自热平衡，防止超温；(3)氨氮比L的一般取值：水溶液 全循环法：L在4左右；气提法：2.8-2.9。3.水碳比W（1）水的来源：反应生成水，循环水；（2）水碳比W增大，降低转化率；（3）W对转化率的影响与L有关L5.65,不利影响较小；L5.65，危害较大。（4）W增大可增大反应速度，但利小弊多。4.压力压力高于塔顶组成

29、和温度对应的 气液平衡压力，保持液相，有利于转化率提高；有惰性气体时，压力略高于平衡压力。四、尿素合成的工艺流程（一）水溶液法（二）气提法精选第第二二节节硝硝酸酸铵铵的的生生产产一、硝酸氨的生产方法1.中和法氨气或含氨气体 与60的稀硝酸反应2.转化法（1）气态转化法Ca(NO3)2+CO2+2NH3+H2O=2NH4NO3+Ca(CO3)2(2)液态转化法Ca(NO3)2+(NH3)2CO3+H2O=2NH4NO3+Ca(CO3)2滤液蒸发即可得硝酸氨。二、氨与硝酸中和制硝酸氨（一）基本原理1.反应NH3(g)+HNO3(L)=NH4NO3强放热反应：中和热反应热+稀释热+溶解热.中和热可蒸

30、发水分，得到硝氨的 浓溶液或熔融液。2.流程分类（1）多段流程：先得稀硝氨溶液，后蒸发。（2）一段流程：利用中和热得 硝氨熔融液。加压，0.20.5MPa,国外常用；常压，国内常用。3.反应动力学氨在液相中的扩散为控速步，反 应宜在液相进行。（二）工艺条件原则：氨损失最小，充分利用中 和热1.压力精选压力增大，氨损失减少；加压，0.20.5MPa；常压，0.110.13MPa。2.硝酸浓度浓度增大，放热多，硝氨浓度 高;温度高，硝酸损失增大。一般，4358。3.硝酸用量硝酸宜稍过量，减小氨损失；增 大硝酸损失与再中和负担；每升游离 酸00.1g。三.稀硝氨溶液的蒸发中和后硝酸铵溶液较稀，需进行

31、 蒸发浓缩。1.熔融液浓度造粒塔结晶：98.599.5；冷却辊结晶：9797.5；盘式结晶器：94.595；粉状结晶：88922.为降低沸点，蒸浓应在真空下 进行。蒸发一般采用两段蒸发，第 一段用立式液膜式蒸发器。物料停留时间很短，硝铵不易热分解。采用的真空度常 为66.773.3kPa.经一段蒸发后，硝铵溶液粘度增 大，第二段用卧式蒸发器。操作真空度 为80kPa左右。3.加尿素稳定剂减轻热分解；硝氨质量的 0.11.0。四、结晶干燥1.结晶种类农用颗粒状结晶，工业用细粉粒 结晶，鳞片状结晶2.干燥一般利用结晶过程中的结晶热和 浓缩热。3.设备针状真空结晶机：工业用粉状结 晶造粒塔：农用颗粒

32、状结晶冷却辊结晶：鳞片状结晶盘式结晶器：粉状或鳞片状螺旋式结晶器：粉状或鳞片状五、常压中和流程直接利用合成氨氨冷器蒸发出的0.150.25MPa气氨中和。采 用硝酸浓度4549%并预热到60C中和时，出口硝铵浓度为6265%。中和反应区温度为120C，可利用这反应热使溶液浓缩到8285%。本课小结：本章主要讲授了尿素的主要化学 性质；尿素合成反应原理；尿素合成工艺条件的选择；氨与硝酸中和制造硝铵 的基本原理及中和工艺条件的选择。精选77第第七章七章磷磷肥和复肥和复合合肥肥料料、钾肥、钾肥教学教学目目的的：掌握磷酸的性质；磷酸的生产方法；生产湿 法磷酸、热法磷酸的基本原理及主要工艺条件的选择；复

33、合肥料的生产流程。掌 握氯化钾生产的基本原理及主要工艺条件的选择。教学教学重重点点：磷酸的性质；磷 酸的生产方法；氯 化钾生产的基本原理及主要工艺条件的选择。教学教学难难点点：生产湿法磷酸、热法磷酸的基本 原理及主要工艺条件的选择新课新课内内容容：第第一一节节磷磷肥肥和和复复合合肥肥料料一、磷酸的生产方法（一）磷酸 phosphoric acid正磷酸：H3PO4，纯净的磷酸是无色晶体或白色固体，熔 点42.3，可与水以任意比互溶。市售磷酸试剂是粘稠的、不挥发的浓溶液，磷酸含 量83-98%。磷酸盐磷酸盐有三类：正盐（含 PO43-）磷酸一氢盐（含 HPO42-）磷酸二氢盐（含 H2PO4-）

34、溶解性规律正盐和一氢盐：除钾、钠、铵等 少数盐外，其余都难溶于水，但能溶于强酸二氢盐：都易溶于水（二）磷酸的生产方法1、湿法磷酸用酸分解磷矿制得磷酸，酸的用 量较多化学反应硫酸与磷矿反应，磷矿主要成分 是氟磷灰石Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH3PO4=(n+3)H3PO4+5CaSO4 mH2O+HFCaSO4结晶可形成三种形式：CaSO4(硬石膏)、CaSO40.5H2O(半水石膏、熟石 膏)CaSO42H2O(二水石膏、石膏、生石膏)生产工艺流程精选2、热法磷酸将黄磷加工成磷酸生产步骤1由磷矿制得磷；2磷通过氧化、水化制得磷 酸电炉法制黄磷Ca3(PO4)2+5C+2SiO2=P

35、2(g)+5CO(g)+Ca3Si2O7(l)磷矿中的杂质 Al2O3、Fe2O3等参与反应Ca3(PO4)2+5C+3Al2O3=P2(g)+5CO(g)+3(Al2O3 CaO)二、复合肥料生产精选H=1548KJH=1615KJ第第二二节节钾钾肥肥氯化钾的生产：氯化钾;potassium chloride分子式：KCl性质：无色立方结晶或白色结晶。密度1.984g/cm3。熔点770，沸点1413，加热至1500时则升华。易溶于水。溶于 乙醚、甘油。微溶于乙醇。不溶 于盐酸。在水中的溶解度随温度的升高而迅速增加。有吸湿 性。易结块。KCl很稳定，加热 只能熔化变成液体，再继续加热会气化。

36、生产方法有四种。(1)浮选法 采用浮选剂从含钾矿浆 生产氯化钾的方法。基于 氯化钾和氯化钠晶体表面有 不同程度被水润湿的性质，当 加入浮选药剂后，即能改变他们的表面性质，扩大他们的表面 润湿性差异，鼓入空 气后产生小气泡，氯化 钾晶体附着在小气泡上形成泡沫上升到矿浆表面。所用浮选剂包括：捕收剂，含 有1618个碳原子的脂肪胺。调节剂，调节捕收剂和起泡剂的作用，改善浮选条件，一般 有三种：抑制剂，如淀粉、硫酸铝等；活化剂，如铅盐、铋 盐等；调整剂，如碳酸钠、硫酸 钠等。起泡剂，松油和二恶烷和吡喃系的单原子和双原子 醇类。(2)光卤石法原料为光卤石矿时，其方法有：全溶法，用加热到105的饱和氯化钠

37、的卤水溶解光 卤石，分离去氯化钠和不溶物后，将所得澄清液冷却到25，析出氯化钾晶体，经洗涤、干燥即得。母液经蒸发浓缩，回收 其中氯化钾后，一部分排放，一部分返回溶浸光卤石矿。此 法所得产品质量好，但能耗高。冷分解法，在常温下用卤水或水溶解光卤石，得到粒度很小的氯化钾，用重力或离心力分离出氯化钾，再经洗涤、干燥即得氯化钾含量90的产品，细度小于200目。以盐田光卤石为原料生产氯化钾 的方法有：冷分解浮选法，用浮选药剂富集氯化钾，所得产品质量差，粒度小，已趋 于淘汰。冷分解热溶结晶法，与全溶法类似，所得产品质 量好，但能耗大。冷结晶法，在冷分解盐田光卤石过程中，控制光卤石加入速度，以维持 氯化钾的

38、过饱和度，再将其中氯化钠和氯化镁分离而得氯化钾产品。此法 产品粒度大，质量 好，能耗和成本较低，但要求光 卤石原料中含氯化钠较少。(3)溶解结晶法利用钾盐矿中氯化钾 与氯化钠的在不同温度下溶解度的差异进行分离的 方法。用加热到100110已结晶分离析出氯化钾母 液(卤液)溶浸钾盐矿，其中氯化钾转入 溶液，氯化钠和其他不溶物残留在不溶性残渣中，离 心分离出残渣，将澄清液冷却后得氯化 钾结晶。此法所得产品质量好，对 矿石适应性强。适用于氯化钾晶体单体分离颗粒小、组 分 比较复杂的钾盐矿，但能耗较大。(4)重介质分离法：利用钾石盐矿中 石钾盐与石盐的相对密度的不同，加入一种密度介 于石钾盐与石盐之间

39、的介质而使 他们分离的方法。重介质悬浮液可用硫铁矿粉(或硅铁粉)精选和饱和卤水配制。此法适用于大 颗粒、高品位的钾石盐矿的分离。如粒度小 于1mm者，因内 附着力导致颗粒间无选择性的附 聚作用，不 能采用此法。食用和药用氯化钾由工业级氯化钾 加蒸馏水溶解成饱和溶液，加入 脱色剂，除砷剂和除重金属剂进行溶液提纯，经沉 淀，过滤，冷却结晶，离心分离，干燥制得。用作营养增补剂，胶凝剂、酵母食料，代盐剂。与食盐一 样可用于农产品、水产品、畜产 品、发酵、调味、罐头、方便食品等的调味剂，制成低钠产 品。还 用于强化钾供人体电解质 用，配制运动员饮料。医药上用作利尿药和防治缺钾症的药物。用于制造碳酸钾等钾

40、盐、生 产G盐和活性染料。用于照相，电镀，钢铁热处理。也可用 作消焰剂。本课本课小小结结：本章主要讲授了磷酸的性质；磷酸的生产方 法；生产湿法磷酸、热法磷酸的基本原理及主要工艺条件的选择；复 合肥料的生产流程；氯化钾生产的基本原理及主要工艺条件的选择。88第第八章八章氨氨碱法制碱法制纯纯碱碱教学教学目目的的：了解纯碱的各种生产工艺，氨碱法制纯碱 的基本原理。掌握石灰石煅烧的基本原理以及理论分解温度的计算；氨盐 水碳酸化过程反应机理及钠、氨利 用率和碳化度的计算。教学教学重重点点：石灰石煅烧的基本原理以及理论 分解温度的计算。教学教学难难点点：氨盐水碳酸化过程反应机理及钠、氨利用率和碳化度的计算

41、。新课新课内内容容：第第一一节节一、纯碱的性质和用途概概述述Na2CO3，纯碱，苏打，碱灰。易溶于水，在35.4有最大溶解度，温度高于 35.4时溶解度下降。工业 纯度为99%（以Na2O）。与水 生成1（35.4及以上，碳 氧），7（3235.4，温度较窄无工业价值），10（32-2.1，晶碱或者洗涤碱，易风化生成1水碳酸钠）三种 水合物。分类：超轻质，轻质，重质纯碱。化学性质：强碱性，高温分解，易生成氧化钠。用途：纯碱是重要的化工原料。其 年产量在一定程度上反映一个国家化学工业的发展水平。自2003年起，我国纯碱工业在世界上稳居第一二、工业生产方法生产历史：天然碱，草木灰1791年路布兰法

42、1861年氨碱法（苏维尔法）1942 联合制碱法（侯德榜）三、主要原料氯化钠精选第第二二节节石石灰灰石石煅煅烧烧与与石石灰灰乳乳制制备备一、石灰石煅烧的基本原理作用：产物二氧化碳用于氨盐水 碳化；生石灰消化后回收氨。（一）反应的化学平衡与理论分 解温度的确定1.煅烧反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(l)体积增大的吸热可逆反应自由度独立组分 数-相数+21温度和平衡压力一个确定，另一 个随之而定。2.理论分解温度CO2分压为0.1MPa时的最低分解温度；理论上为1180。（二）窑气中CO2浓度的计算CO2的来源：碳酸钙和少量碳酸镁分解 煤炭燃烧。配焦率F:100kg石灰石所配燃料 煤质

43、量，百分数。窑气中CO2浓度计算公式：CaCO%MgCO%C%33F84.312CO浓度100100%CaCOMgCOC%1233F10084.3120.21的CO2浓度一般只能在 40%左右。由于空气中氧不能完全利用，煤的不完全燃烧，产生部分CO和配焦率等原因，使窑气中二、石灰窑的工艺控制指标及操 作控制要点石灰窑的形式很多，目前采用最 多的是连续操作的竖窑。石灰石和固体燃料由窑顶装入，在窑内自上而下运动，经过预热、锻烧和冷却三个区。1石灰窑的生产能力即石灰窑每天煅烧石灰石的质量，以Q表示。Q=2Br/Zt/d式中B石灰石的有效容积，m3；r石灰石的堆积密度，t/m3；Z石灰石在窑内的停留时

44、间，h。2.石灰石的生产强度通常以石灰窑的单位截面积上每 天生产石灰的质量表示。精选每日投入石灰石的质量WA窑的横截面积t/(m2gd)式中A石灰石的生成率，即 每千克石灰石经煅烧得到石灰的千克数。3.碳酸钙分解率窑内碳酸钙分解为氧化钙的百分 数。a=56ab56 100100%式中 a每100千克生石灰中 含氧化钙的千克数；b每100千克生石灰中含碳酸 钙的千克数。通常，石灰窑内碳酸钙的分解率 在94%96%之间。4.石灰窑的热效率用于分解碳酸钙的热量与燃料所 放出的总热量之比，以表示。由于热量损失，石灰窑的热效率在75%80%之间。三、石灰乳制备的原理及工艺条 件优化（一）石灰乳制备的原理

45、1.消化反应CaO(s)+H2O=Ca(OH)2(s)放热，体积膨胀的反应。2.四种产品（根据加入水的量）消石灰，细粉末；石灰膏，稠厚；石灰乳，悬浮液，氨回收需要；石灰水，溶液。（二）工艺条件优化四、石灰乳制备工艺流程的组织 及运行第第三三节节饱饱和和盐盐水水的的制制备备与与精精制制一、饱和盐水的制备氨碱法用的饱和盐水可以来自海 盐、池盐、岩盐、井盐水和盐湖水等。NaCl在水中的溶解度的变化不大，在 室温下为315kg/m3。工业上的饱和盐水因含有钙镁等杂质而只含NaCl 300kg/m3左右。制饱和盐水的化盐桶桶底有带嘴 的水管，水 自下而上溶解食盐成饱和盐水，从 桶上部溢流而出。化盐用的水

46、来自碱厂各处的含氨、二氧化碳或食盐的洗涤水。二、盐水精制的原理及工艺条件 优化盐水杂质：粗盐水含钙镁离子，杂质形成沉淀或复盐。杂质危害：堵塞管道和设备；氨 和食盐的损失；影响产品质量。精选精制盐水的方法：石 灰-碳酸铵法和石灰-纯碱法。三、盐水精制工艺流程的组织及操作控制要点（一）石灰-氨-二氧化碳法优点：成本低廉，适用于海盐。缺点：氨损失大，流程较复杂。（二）石灰-纯碱法优点：流程简单，操作环境好，精制度高。缺点：成本较高。第第四四节节精精盐盐水水的的吸吸氨氨目的：制备氨盐水，去除少量钙 镁杂质。气氨：来自蒸氨塔。一、精盐水吸氨的基本原理与工 艺条件的优化（一）化学反应1.氨水生成反应NH3

47、(g)+H2O(L)=NH4OH(aq)2.(NH4)2CO3生成NH3(g)+CO2(g)+H2O(L)=(NH4)2CO3(aq)3.钙镁离子的沉淀反应（二）化学平衡NH3+H2O=NH4OHNH4+OHK1=0.5，K2=1.8105,氨在水中主要 以NH4OH形式存在。（三）原盐和氨溶解度的相互影 响1.溶解度相互制约NH3，NaCl;NaCl，NH3.由于(NH4)2CO3生成，氨的溶 解度有所增加。氨盐水氨的分压较纯氨水低。二、吸氨工艺流程组织及运行精选三、碳酸化过程的原理及工艺条 件优化NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl工艺要求：碳酸氢钠的产率高；碳酸氢钠

48、的结晶质量好；产品中含水量低。本课本课小小结结：本章主要讲授了纯碱的各种生产工艺，氨 碱法制纯碱的基本原理，以及石灰石煅烧的基本原理以及理论分解温 度的计算；氨 盐水碳酸化过程反应机理及钠、氨 利用率和碳 化度的计算。99第第九章九章烃烃类热裂类热裂解解教学教学目目的的：了解国内外乙烯生产现状及主要 生产方法；了解石油烃裂解的主要原料、来源及特点；掌握石油烃热裂解反 应类型和特点。教学教学重重点点：分析和判断石油烃裂解产物分布 及规律。分析教学教学难难点点：和判断石油烃裂解主要反应 类型及特点。新课新课内内容容：第第一一节节概概述述石油系原料包括天然气、炼厂气、石脑油、柴 油、重油等，它们都是

49、由烃类化合物组成。烃类化合物在高温下不稳定，容 易发生碳链断裂和脱氢等反应。石石油油烃烃热热裂裂解解就是以石油烃为原料，利用石油烃在高温下不稳定、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。石油烃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、甲苯和二甲苯等产品。它们都是重要的基本有机 原料，所 以石油烃热裂解是有机化学工业获取基本有机原料的主要手段，因而乙烯装置能力 的大小实际反映了一个国家有机化学工业的发展水平。裂解能力的大小往往以乙烯的产 量来衡量。乙 烯在世界大多数国家几乎都有生产。2004年世界乙烯的总生产能力已突破 1

50、 亿吨达到了11290.5万吨/年，产量10387 万吨，主 要集中在欧美发达国家。随着世界经 济的复苏，乙烯需求增速逐渐加快，年均增速达到 4.3%，预计2010年需求量上升到13346万吨，增量主要在亚洲地区。我国乙烯工业已有40多年的发展历史，60年代初我国第 一套乙烯装置在兰州化工厂建成投产，多年来，我国乙烯工 业发展很快，乙烯产量逐年上升，2005 年乙烯生产能力达到773万吨/年，居 世界第三位。随着国家新建和改扩建乙烯装置的投产，预计到2010年我精选国乙烯生产能力将超过1600 万吨。虽然我国乙烯工业发展较快，但 远不能满足经济社会快速发展的要求，不仅 乙烯自给率下降，而且产品