化学工艺学

主 讲：郭栋才 博士、教授 电 话： 13017391002

Email: dcguo2001@hnu.edu.cn

2013.09

教 材

1 、化学工艺学 黄仲九、房鼎业主编， 高等教育出版社

参 考 书

1 、基本有机化学工艺学 吴指南主编， 化学工业出版社

2 、化工工艺学，梁仁杰等编著，重庆大学出版社

3 、化工工艺学，徐绍平 , 殷德宏 , 仲剑初编著，大连理工

大学 出版社

第一篇 绪论第一节 化学工艺学的范畴

一、化学工业的范围和分类• 无机化工• 有机化工• 高分子化工• 精细化工• 生物化工

二、 化学工业的现状和发展方向 现状 : （ 1 ）生产规模大型化

（ 2 ）原料和生产方法的多样化 （ 3 ）产品的精细化、专用化和功能化 （ 4 ）重视环境保护和综合利用

发展方向：

a 、生物技术对化学工业将产生巨大影响（生物基因技术，对化学药物合

成和疾病治疗；高效生物催化技术等）。b 、发展新材料是化学工业的战略重任（如纳米材料）c 、开发新能源发展新一代煤化工技术 （ 1 ）煤矿气化 (2) 醇类替代能源 （ 3 ）合成油（用甲醇制汽油）d 、信息化程度是化工现代化的重要标志。

三、化学工艺学与化学工业的关系化学工业：化学加工工业或制造工业，是依照化学原理与规律

实现化学品生产的工业。 化学工艺学（ chemical technology ）：将原料物质经化学反

应转变为产品的方法和过程。 • 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；• 产品规格和副产品的分离与利用；• 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。

第二节 怎样学好化学工艺学一、学习目的： 1 ．了解化工产品的生产方法：　　基本有机化工，即重有机化工，是

为有机化工（精细化工）提供原料。 2 ．掌握组织化工生产过程的方法： 不仅是有机化工，一切化工生产

（有机，无机）均可通用。

二、学习内容 1、确定生产路线 ①用什么原料：

CH

2

=CH

2

+ HCl +

CH2=CHCl(Vinyl chloride)

CH≡CH + HCl ( 乙炔法 )(acetylene)

CH2=CH2 + HCl + 1/2O2 ( 乙烯氯氧化法 )(ethylene)

CH2=CH2 + O2 ( 直接氧化法 ) CH2-CH2

ethylene oxideCH2-CH2 ← CH2=CH2 + Cl2 + H2O ( 氯乙醇法 ) | | Cl OH

O

② 用什么方法

2、确定操作条件 T， P， SV(空速 )，配料比， cat，主要设备。

3、确定工艺流程：

4 、进行物料及热量衡算。 据此才可以完成设备设计 (化工原理，反应工程、分

离工程内容 )及确定水、电、汽消耗。 5 、对环境保护提出要求及治理方法

原料处理 反应 产品精制

三、学习方法

1 ．运用有机化学、物理化学 ( 热力学、动力

学 ) ，化学工程 ( 化工原理，反应工程，分离工

程 ) 的知识。

2 ．掌握新技术、新工艺的信息。

3 ．举一反三。

4 ．结合毕业实习进行，灵活应用。

四、学习要求 1 ．常识，会查书

2 ．重要产品的生产方法 ( 甲醇、苯乙烯、醋酸等 )

3 ．物料平衡及热量平衡的计算

4 ．分析问题的方法：流程组织、工艺条件的选定，

…

化学工业术语一、时空产量：

单位时间、单位量 (体积或重量 ) 催化剂，获得产物的量 ( 重量或体积或 mol) 。

用来描述 Cat 的生产能力

）小时（产物催化剂量时间产物量

时空产量＝molCat .

g

二、空速 SV （ hr-1, min-1, S-1 ） 单位时间、单位反应体积 ( 反应器空体积或 Cat体积 )投

入的原料物 A 的体积。

注意： 若原料 A 是气体，体积取 1atm 的标准体积。 若原料 A 是液体，则取 1atm 的体积 (T ， P 影响小 ) 。 若是反应投料状态下，需将标明 P.T

GHSV＝ gas hourly space Velocity 　（气体时空速度） LHSV＝ Liquid hourly space Velocity （液体时空速度）

CBA ＋如：

13

3

V ][)kg(Cat

kgA

M

MAS －时间

时间）（原料或

）反应器体积（时间）的体积（原料＝

三、接触时间 （ hr, min, S ） 表征反应物 A 通过反应器的停留时间。

VS

1

四、反应物的 mol 比

加入反应器中的几种反应物之间的 mol 比，可以和化学反

应式的 mol 比相同，即相当于化学计量比。

对大多数有机反应，各种反应物的投料 mol 比不等于化学

计量比。

五、限制反应物和过量反应物

限制反应物：以最小化学计量数存在的反应物。

过量反应物：超过与限制反应物完全反应的理论量。

六、过量百分数：

Ne—— 过量反应物的 mol 数 Nt——它与限制反应物完全反应所消耗的 mol数。

•例： ClC6H5 + 2HNO3 → ClC6H3(NO2)2 + 2H2O

％过量％＝ 100

t

te

N

NN

物料名称 化学计量比 (系数） 投料mol数

投料mol比

投料化学计量数

氯苯 1 5.00 1 5

HNO3 2 10.70 2.14 5.35

％％＝硝酸过量百分数＝ 710010

1070.10

%7%1005

535.5

－＝

%7%1002

214.2

七、转化率（ x ） 化学反应： aA + bB → pP + qQ

N AR —— 反应物 A 反应掉的量 ; N A ， in —— 反应物向反应器输入的量 ; N A ， out —— 反应物从反应器输出的量 .

反应器NA, in NA, out

％的转化率反应物 100%100,

,,

,

inA

outAinA

inA

ARA N

NN

N

NxA

％投入的总量原料已转化掉的量原料

＝ 100A

A

反应器

A循环量

RinA

SinA NAN ,, 循环量＝ S

outARoutA NAN ,, 循环量＋

%100%100,,

,,

循环量单程转化率＝

AN

N

N

NNSinA

ARRinA

RoutA

RinA

%100循环量量＋新鲜原料

已转化量原料AA

A

％总转化率＝ 100,

,, SinA

SoutA

SinA

N

NN％

的量新鲜原料已转化量原料

＝ 100A

A

SinAN ,

RinAN ,

RoutAN ,

SoutAN ,

八、选择性 (S)

％100,,

outAinA

p

NN

Np

a

S ％数的已反应的原料

数的原料生成目的产物所消耗的＝ 100

molA

molA

％数的产物的理论按计量关系应得到的目已反应的原料

数实际得到的目的产物的＝ 100molA

mol

％＝单程选择性 100,,

RoutA

RinA

RP

NN

Np

a

S

％＝总选择性 100,,

SoutA

SinA

SP

NN

Np

a

S

％＋

＝在动力学研究中副主

主 100

S

九、理论收率（ Y ）

XSN

Np

a

YinA

P

＝%100,

％数的通入反应器的总原料数的转化为目的产物的原料

100molA

molA

％单程收率 100,

RinA

P

N

Np

a

y

％总收率 100,

SinA

P

N

Np

a

y ％数的新鲜原料

数的转化为目的产物的原料＝ 100

molA

molA

十、重量收率（ Yw ）

％％＝的重量某输入反应物

所得目的产物的重量100

A

B100

Ayw

％新鲜原料质量

所得目的产物的质量总重量（质量）收率 100yw

十一、产气率：

液体油品作裂解原料时所得气体产物总质量与原料质量之比。

十二、原料消耗定额• 每生产 1吨产品需消耗多少吨 ( 或 kg)各种原料。• 对于主要反应物：消耗定额 = 重量收率的倒数。

％原料质量

气体产物总质量产气率＝ 100