1、第一章 绪论,1,化工工艺学,主 讲：石春杰 QQ:2631783156 E-mail:,华东理工 朱志庆编,参考书目 化工工艺学.徐绍平，殷德宏，仲剑初编著，大连: 大连理工大学出版社，2004.9 化学工艺学（第2版）.黄仲九，房鼎业主编.北京: 高等教育出版社，2008. 9 石油化工工艺学.蔡世干等编.北京:中国石化出版社，1993.7,考核方式与成绩评定： 1、考核方式：期末考试（闭卷笔试）与平时成绩。 2、课程考核的成绩评定：以百分制计分，最终成绩的构成为平时成绩(依据考勤、作业、课堂笔记情况评定)占30%、期末考试成绩占70%。 3、期末考试命题要求：笔试命题要有一定的题量以及知
2、识点覆盖面，并要体现重点，有一定的区分度。试题的难度要求及比例:识记占20%、理解占40%、掌握与应用占30%，分析与综合占10%。 4、试题类型：名词解释、选择、问答、计算等题型。,第一章 绪论,4,第一章 绪 论,1.1 现代化学工业的地位与作用 1.2 现代化学工业主要的产品分类 1.3 现代化学工业的发展方向 1.4 现代化学工业的研究对象与内容 1.5 化工产品生产的原则工艺流程 1.6 化工产品生产工艺流程的评价体系,现代生活离不开化工,我的一天,人造纤维,涤纶,尼龙+PU涂层,腈纶纤维,聚氨酯,聚酯/聚氨酯,玻璃幕墙,建材,PVC（聚氯乙烯）,聚碳酸酯,树脂类,医疗器械（聚氯乙烯
3、、聚丙烯）,冰袋（聚丙烯酸钠）,人工心脏瓣膜（聚氨酯）,牙齿印膜（硅橡胶）,1.基本概念 化学工业（chemical industry)：利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的工业部门。在习惯上，化学工业简称为化工。 化学工程(chemical engineering)：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共同规律的一门学科。在学科上，化学工程简称为化工。 化学工程 “三传一反”三传热量传递、质量传递、动量传递；一反化学反应,化工工艺(chemical technology )：是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，包括实现这一转变的全部化学
4、的和物理的措施。它是以产品为目标，为化学工业提供技术先进、经济合理的方法、原理、设备和流程。包括：原料处理-化学反应-产品精制 化学工程与工艺的关系 化学工程：共性；单元操作；工程因素尤其是放大。 化学工艺：个性；研究具体过程；从原料到产品。 联系 两者相辅相承，密不可分,2.化学工业发展简史 (1)古老的传统工业-看，闻，触 18世纪以前，化工生产为作坊式手工工艺。如制陶、酿造、火药、青铜、炼丹术、炼金术等。 (2)近代化学工业 近代（18-19世纪）的化学加工：纯碱生产、铅室法硫酸生产、煤的干馏、煤焦油加工等。 纯碱工业：法国工业革命时期出现的路布兰法制碱，标志着化学工业的诞生。 路布兰制
5、碱法2NaCl+2H2SO4=Na2SO4+2HClNa2SO4+4C= Na2S+4CONa2S+CaCO3= Na2CO3+ CaS,索尔维制碱法（氨碱法）NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4ClNaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2,硫酸工业 铅室法制硫酸18世纪中叶，有人用硫磺和硝石燃烧，置于铅制容器中用水吸收生产的气体，就得到硫酸。 接触法制硫酸19世纪中叶，用铂作催化剂，使SO2氧化为SO3。20世纪初，以V2O5为主要成分的混合催化剂，逐步实现了“接触法”制硫酸工业。,氯碱工业19世纪中期，开发了水泥的隔膜式电解槽，电解食盐水产
6、生Cl2和NaOH。 合成氨工业：取得了重化工划时代的成就,(3)现代化学工业的发展 煤化工：19世纪末到20世纪50年代，以煤为原料经煤焦油和电石乙炔，生产有机化学品的时代。 石油化工：20世纪50年代开始的以石油和天然气为原料合成有机化学品和高分子化合物的新时期。,古代和近代化学工业是以改变天然产物为特征，而现代化学工业则以合成产品为标志。,3.化学工程概念的提出英国曼彻斯特地区的制碱业污染检查员G.E.戴维斯指出：化学工业发展中许多问题往往是工程问题。 各种化工生产工艺，都是由蒸馏、蒸发、干燥、过滤、吸收和萃取等基本操作组成的，可进行综合的研究和分析。 化学工程将成为继土木工程、机械工程
7、、电气工程之后的第四门工程学科。于1901年出版化学工程手册。,1888年,美国麻省理工学院开设了世界上第一个定名为化学工程的四年制学士学位课程，这些课程的开设标志着培养化学工程师的最初尝试。,化学工业与人类生活息息相关,4. 化学工业在国民经济中的地位与作用,分离工程,反应工程,化学工艺学,化工专业实验,化学工程与工艺核心课程群的基本框架,按产品应用 化学肥料工业 染料工业 农药工业 ,化学工业,生产规模或加工深度 大化工 精细化工 ,习惯上 无机化学工业 有机化学工业,原料 煤化工 天然气化工 石油化工 无机盐化工 生物化工 ,1.2 现代化学工业要产品分类,1.3 现代化学工业的发展方向
8、,人口增加，三大合成材料有很大的发展空间，粮食要增产，所以化肥仍需发展。,资源紧张，化学工业要节约资源，同时要创造出更多性能优异的物质与材料，来适应人类社会发展需求,环境污染，改善本身对环境造成的污染，解决环境污染带来的各种问题。,生活水平和质量的提高及人口老龄化，人们对营养与健康的重视，医药化工要求更高，如：医用高分子材料、仿生材料和保健品。,发展的原因,1.3 现代化学工业的发展方向,技术创新成为未来化学工业国际竞争力的一个重要的决定性因素。,现代化学工业的发展需要原料结构不断多样化。,生物化工是未来化学工业发展的新方向。,催化技术在未来的化工生产中仍起关键作用。,新的分离技术会进一步得到
9、发展。,现代化学工业的发展方向,1.4 化工工艺学的研究对象与内容,1.什么是工艺学 工艺：利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，使之成为产品的方法。 工艺学：根据技术上先进，经济上合理的原则，研究各种原材料、半成品、成品的加工方法和过程的学科称为工艺学。 2.什么是化工工艺学 化工工艺学：根据技术先进、经济合理、生产安全、环境无害的原则，研究如何把化工原料经过化学和物理处理，生产化工产品的方法和过程的一门学科。,3.化工工艺学主要研究内容 包括三个方面，即生产的工艺流程，生产工艺操作控制条件和技术管理控制，安全和环境保护措施。 工艺流程：要工艺上合理、技术上先进、经济上有利。这个流
10、程通过一系列设备和装置的串联或并联，组成一个有机的流水线。 要有“工艺操作控制条件”和“质量保证体系”：它包括反应的温度、压力、催化剂、原料和原料准备、投料配比、反应时间、生产周期、分离、后处理加工包装等，及对操作参数监控、调节的手段。 安全环保：生产中要保证人身安全和设备设施的安全运行，保护环境、减少污染，对污染要综合治理。,1.5 化工产品生产的原则工艺流程,1.化工生产工艺原则流程: 第一步是原材料、燃料、能源的准备和预处理过程; 第二步是化学反应过程，在这一步骤中得到目的产物，同时还会联产副产品和其它非目的产物; 第三步是分离目的产物和副产物或未反应物; 第四步是进行成品包装和储运等。
11、,2.化工技术的开发方向 采用先进科学技术，才能提高效率和效益。 寻求技术上最先进和经济上最合理的方法、原理、流程和设备是化工工艺创新的目标。 化工技术开发是以市场为导向，创新为宗旨，工业化和商业化为目的的创新过程。,1.6 化工产品生产工艺流程的评价体系,化工工艺流程的组织：确定各单元过程的具体内容、顺序 和组合方式，并以图解的形式表示出整个生产过程的全貌。,一般化工产品生产流程如图：,1.6.1 工艺流程的组织,流程图表达形式，从左向右展开，有必要的文字进行说明，如设备名称(符号代号)、物料流向、物料名称、图名、图号、设计阶段等。,硫酸工业生产流程动画,沸 腾 炉,接 触 室,吸 收 塔,
12、净化,冷 却,空气,尾气,1.6.2 主要设备的选择,1. 反应器的选择,动力学要求：要保证反应达到一定的转化率和有适宜的反应时间。根据生产能力确定反应器容积及工艺尺寸，确定设备的选型、台数、操作方式。,总原则：设备的选择与计算要充分的考虑工艺上的特点，尽量的选用先进设备并力求降低投资节省用料；还要满足容易制造维修，便于工业化的连续生产，减少工人的劳动强度;安全可靠无污染。,传热的要求：要能及时移出反应放热或供给反应所需热量。要有适宜的传热装置和传热方式，可靠的温度测量、控制系统。 传质与流体动力学的要求：为使反应和传热正常进行，反应系统的物料流动应满足流动形态等既定要求。如采用加料泵来调节流
13、量和流速; 设置搅拌器、气体分布装置等。,工程控制的要求：要保证生产稳定、安全地进行。反应器要便于操作和检修，设置相应安全装置并尽可能自动化。例如在反应器上设置防爆膜、安全阀、自动排料阀，在反应器外设置阻火器。 机械工程的要求：要保证反应设备有足够的强度和传热面积，且便于制造; 要求设备材料必须对反应介质具有稳定性。 技术经济管理的要求：设备结构要简单、便于安装和检修，有利于工艺条件的控制，最终能达到设备投资少、保证工艺生产。,2.精馏设备的选型 精馏设备有板式塔和填料塔两种：板式塔又有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔、斜孔塔等类型；填料塔有多瓷环填料和波纹填料及性能较好的新型填料。 能力大、效率高、结
14、构简单：生产装置大型化，要求精馏设备生产能力大，效率高，设备体积小，结构简单，制造、维修方便，成本低。 可靠性好：连续化生产要求精馏设备可靠性要高，长期运转不出故障。设备的力学性能一定要好，同时具有足够的操作弹性，以便处理量或气液比变化时，仍能保持较高的效率，稳定运转。,满足工艺要求：由于物料性能的差异很大，对精馏操作的要求区别很大。如有加压精馏或减压精馏，有时又采用特殊精馏;有的物料有腐蚀性，有的又含有污垢或沉淀;许多单体在精馏的高温条件下很容易自聚或分解等。在精馏设备的选型或选择材料时，应考虑具体工艺特殊性的要求。 塔板压力降要小：对某些精馏来说，压力降对精馏操作意义重大。如减压精馏的塔板
15、压力降过高会使塔釜温度上升到使产品变质的程度，而对塔板数多(如大于100层)的精馏塔，塔板压力降过大又会导致塔釜温度上升，再沸器加热温差则显著减小。所以塔板压力降不能过大。,1.6.3 工艺流程的组织原则与评价方法,(1)物料及能量的充分利用,1.组织工艺流程的原则,尽量提高原料的转化率和主反应的选择性。 充分利用原料，对未转化的原料应采循环使用以提高总转化率，减少废物排放。,要认真研究换热流程及换热方案，最大限度地回收热量。 要注意设备位置的相对高低，充分利用位能输送物料。,(2)工艺流程的连续化、自动化,(3)易燃易爆的安全措施,(4)适宜的单元操作及设备类型,大批量生产，宜用连续操作，设
16、备大型化和仪表自动化控制;精细化工产品小批量多品种产品的生产，工艺流程应要有灵活性、多功能性。,对潜在的易燃、易爆等危险性，要有防爆装置，阻火器、保安氮气及自动报警装置。,确定单元操作中的流程方案及设备类型，合理安排设备的先后顺序。全流程的操作弹性和设备的利用率，使各台设备的生产能力相匹配。,2.工艺流程的评价方法,根据上述工艺流程的评价标准和组织原则，就可以对某一工艺流程进行综合评价。 根据实际情况讨论该流程有哪些地方采用了先进的技术，并确认流程的合理性; 论证流程中有哪些物料和热量充分利用的措施及其可行性; 工艺上确保安全生产的条件等流程具有的特点。 此外，也可同时说明因条件所限还存在有待改进的问题。,化工工艺学学习 示意图,第一章 绪论,40/65,P9 习题： 1-3、 1-4,本章作业,
