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
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