绪论
1、无机化工
基本无机化工：三酸、两碱、合成氨、化学肥料 精细无机化工：各种试剂、药剂、日化品、稀有元素等 电化学工业：氯碱工业、湿法电冶金、电石生产等 硅酸盐工业：玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等 矿物涂料和颜料等
2、有机化工
基本有机化工 三烯三苯一炔一萘;甲醇、甲醛、乙烯系、丙烯系和芳香烃产品等 精细有机化工 各种试剂、药剂、香料和杀虫剂、染料工业和各种中间体(医药、农药、颜料)等
高分子化学工业 三大合成、成膜材料等的生产 燃料化学工业 石油、天然气、煤的化学加工等 食品工业 糖、油脂、饮料、生化产品等 其它 造纸、制革、橡胶等的加工
3、化学工业的特点
1）在国民经济中占有重要地位 2）品种多 原料广 工艺路线多 3）装置大型化 具有规模经济性 4）综合利用率高 有联产品和副产品 5）先进科学技术化程度高,生产效率高 (催化剂,高温高压,反应速度快,材料,三废)
化学工业 ：“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。习惯上分为无机化学工业有机化学工业两类。 ------1999年版《辞海》
化学工业 ：利用化学反应和化学工程的方法，改变物质结构、成分、形态而生产化学产品的工业部门。
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”。 ---- 1999年版《辞海》
化学工艺学：“亦称工业化学。根据化学、物理和其它科学的成就，研究综合利用各种原料，加工成为产品的方法、原理、流程和设备，以寻求在技术上最先进、经济上最合理的生产途径的学科。
化工工艺学：就是研究运用各种学科的知识，经济地、先进地将各种原材料生产出化工产品的技术、过程和方法，是化工产品生产的工程技术、诀窍和艺术。
化工工艺学研究的主要内容包括三个方面：
• （1）生产的工艺流程；
• （2）生产的工艺操作控制条件和技术管理控制； • （3）安全和环境保护措施。
任何一个复杂的化工产品生产过程，我们把它从工艺学上分为三个部分，第一部分是工艺流程，第二部分是工艺操作参数，第三部分是三废治理。这三个部分是既相对独立，又互相依存，互相联系的。
研究一个生产过程的方法----分板块
• 板块的核心：
“反应过程”
• 第二个板块：
“原料”
• 第三个板块：
“分离”
• 第四个板块：
“产品后加工”
• 第五个板块：
“三废治理”
第一章
化工工艺学概论
古代：陶瓷、冶金、造酒近代：
（1）棉纺织行业 （2）纯碱工业
路布兰制碱法
苏尔维法 （3）硫酸工业 ：“铅室法”、接触法
（4）电解食盐水工业(氯碱工业) （5）煤及焦油利用和有机合成工业 （6）染料：苯胺染料
（7）涂料：涂料的组成一般是由颜料、成膜物质和溶剂助剂组成。
（8）医药
现代： （1）纯碱工业
① 1937年
德国
“蔡安法” ②
1943年
“侯氏制碱法”
（2）硫酸工业：二战后
德国拜耳
二次接触法 （3）氯碱工业： 1975年
离子交换膜法 （4）染料工业
（5）涂料工业 （6）医药工业
• 磺胺类药物直到20世纪中叶，仍然十分兴盛
• 1928年发现了青霉素之后，在40年代用于临床
• 20世纪50年代开始，激素逐步被认识。
• 20世纪70年代之后，抗癌药物的研究成了热门话题
（7）合成氨和化肥工业 （8）农药工业
（9）合成树脂与塑料工业
四大通用塑料聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS) （10）合成橡胶工业
苏联列别捷夫生产丁钠橡胶这是人类使用的第一代通用橡胶；第二代主要是丁苯橡胶。聚异戊二烯橡胶是人类使用的第三代橡胶。第四代橡胶：“热塑弹性体”：是一些已知的单体和聚合物，用嵌段、接枝的方法，或用拼混和互穿网络结构的方式，使高分子的硬段和软段互相交替组合。
（11）合成纤维工业 • 1950年英、美、日、德等国推出了醋酸纤维。
• 碳纤维
（12）基本有机原料工业
• 乙炔化学 • 煤焦油化学
• 石油化学----乙烯化学 • 一碳化学----CO化学
（13）煤化工：煤化工的发展是煤的气化和液化。
化学工业的行业特征
• (1)发展和更新速度快
• (2)设备特殊，设备投资高、更新快
• (3)知识技术密集，投资和资金密集
• (4)能量消耗密集和物质消耗密集
• (5)有一定的规模效益
• (6)要求环境保护和防治，要求自动控制条件比较严格
• (7)化工的市场竞争激烈，国际竞争也十分激烈
• (8)市场经营注意用户开发和用户技术指导
化学工业的分类
• (1)按化学工业使用的原料来划分则有
煤化工、石油化工、天然气化工、海洋化工、矿产化工、生物化工、林产化工、天然药品和天然产物化工、核化工(放射化工)、电化工
• (2)按产品的用途和产品形态等，又分为
国防化工、环境化工、食品化工、日用化工、农用化工、能源化工、信息化工、材料化工、皮革化工、冶金化工、药物化工、硅酸盐化工、建筑化工
• (3)按产品归大类，又分为
无机化工、有机化、高分子材料化工、精细化工
化工新技术开发概述
化工新技术(产品)从研究到产业化的机会只有1％~3％；从开发到产业化的机会只有10％～25％；从中间试验到产业化的机会也只有40％～60％。
化工新技术开发的目的就是开发出技术先进、数据完整、实用可靠、有效益、有竞争力的单项授习喊成套技术的成果，根本目的是创造财富，创造更大的经济效益，是探索实现工业化或半工业化。
工艺的先进性是重要的研究重点，而工程研究则占主导地位
化工技术开发研究的方法和程序
1． 逐级经验放大法：工艺小试一中间试验一工程设计
化工工艺设计的内容
• (1)研究产品的反应特点和反应工艺、设计反应过程，这是生产的关键。 • (2)设计工艺流程，这是全部工作的灵魂和核心。
• (3)工艺流程的落实，包括工艺流程中设备的选型和工艺设计、仪表的设置、管道管件阀门的选择设计和排布设置等。这是整个工艺设计的重点和要害，这部分工作做不好等于纸上谈兵。
• (4)车间和工艺设备的布置，这是工艺设计富有想像力的部分。
• (5)协调为工艺和操作服务的“公用工程”和全部设计中“非工艺专业”的设计，提供工艺条件，这是工艺设计中协作的成果；
• (6)制定三废治理的措施和三废治理的工艺设计。
• (7)编制设计文件，这是工艺设计成果的汇总。
作为工艺设计的总的原则是：技术先进、设计合理、生产安全、经济有效、注意环境、为国为民。
第二章
原料及原料准备
原料路线选择的原则以先进、合理、安全、经济为综合指标，加以认真评估。
原料预处理的原则
•
(1)必须满足工艺要求。
•
(2)简便可靠的预处理工艺。
•
(3)充分利用反应和分离过程的余热及能量。 •
(4)尽量不要产生新的污染，不要造成损失。 •
(5)尽量研究和采用先进技术。 •
(6)投资节省，设备维护简便。 •
(7)尽量分工由生产厂家精制。 第三章
反应过程和过程优化
反应过程的分类
1．按化学反应的特性分类
按照反应机理的不同，简单反应、复杂反应 2．按反应过程进行的条件分类
．
按照过程的温度条件：等温过程、绝热过程和非绝热变温过程。 3．就压力状况：常压、负压和加压过程。
4．根据操作方式的不同：间歇过程、连续过程和半连续过程。
反应器选型原则
• １）反应类型与特征 • ２）反应过程的特征和要求
• ３）由反应的浓度效应决定的混合要求
• ４）由反应的热负荷和温度效应所决定的热量传递和温度控制要求 • ５）相际传质和化学反应的相对速度 • ６）最后再判断反应器的特征能否达到要求
一个最优化问题或称最优化模型应该包括这样一些内容： •
①要有一个能正确描述反应器特性的数学模型。
•
②必须给出数学模型的初始状态的值。 •
③必须给出规定的终止状态。
•
④必须规定一个性能指标，即确定切实可行的比较准则或称之为目标函数，并且要建立目标函数与操作参数之问的函数关系。 •
⑤状态变量和控制变量要加上约束条件。
建立反应器的最优化方案
①反应器的分析和模拟。②有关事故分析和核对过程模型的有效性。 ③研究反应器的动态特性以及实现在线开环最优化。 ④把在线开环最优化过渡到闭环最优化。
在化工中最常用的最优化方法有：微分法、变分法、拉格朗日因子法、线性规划法、动态规划法、最大值原理法和梯度法等。
水煤气的生产方法 吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度， 吹风气放空，1200 ℃结束。
蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风气，以保证水煤气质量。
一次上吹制气：燃料层下部温度下降，上部升高。
下吹制气：使燃料层温度均衡
二次上吹制气：将炉底部下吹煤气排净，为吸入空气做准备。
空气吹净：此部分吹风气可以回收。
化学反应器是化工生产的核心设备，满足下列要求：
•
(1)反应器要有足够的反应体积，以保证反应物在反应器中有充分的反应时间，达到设定的转化率和产品质量指标：
•
(2)反应器的结构要保证反应物之间，反应物与催化剂之间的良好接触。 •
(3)反应器要保证及时有效地输入或引出热量，以使反应过程在最适宜的操作温度T进行。
•
(4)反应器要有足够的机械强度和耐腐蚀能力，以保证反应过程安全可靠，经济耐用．
•
(5)反应器要尽量做到易操作、易控制、易制造、易安装、易维护检修。
第六章三废治理
1.在进行工艺设计和工程设计时，要把三废治理作为重要环节，做到“三同时”，即同三废治理原则
时设计、同时施工、同时投产。
2.治理三废的积极的思路就是改造工艺，使其不产生无法治理或难以治理的三废。“三废”资源化，回收利用或生产出新的产品(过去称综合利用产品)，万不得已则使之无害化。
固体废弃物的处理原则
(1)改革生产工艺，减少原材料的流失量和固体废物的排放量。 (2)回收固体废物中的有用物质，并利用废物来制造副产品。
(3)对回收利用的废渣，进行就近处理，使之无害化后，选择山坡荒地堆积或填充矿井，覆土造田。
第七章检测和操作控制
①除了严格科学的工艺操作规程外，还应有安全规程及安全教育。 ②配备必须的防护用品。 安全措施 ③易燃车间配套相关灭火器械，设备有防爆膜孔。 ④电气设备有严格接地装置。 ⑤厂房及高大设备必要时有防雷设施。
⑥厂房有完备的通风设施。
⑦易爆车间配防爆电气，照明及开关。
⑧危险岗位尽可能加强自动控制，减少人员接触。
⑨车间危险区域设置护栏及警示标志。
⑩清除静电的设施，包括人体防静电措施。
乙烯氧氯化法生产氯乙烯
乙烯液相氯化生产二氯乙烷工艺流程图
1-氯化塔；2-循环冷却器；3-催化剂溶解槽；4-过滤器；
5、6-洗涤分层器
