化学工艺学概论课件.ppt
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- 化学 工艺学 概论 课件
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1、教材及参考书:教材及参考书:1 刘晓勤,化学工艺学,化学工业出版社,刘晓勤,化学工艺学,化学工业出版社,2013年年2 米镇涛,化学工艺学,化学工业出版社,米镇涛,化学工艺学,化学工业出版社,2005年年3 陈五平,无机化工工艺学,化学工业出版社,陈五平,无机化工工艺学,化学工业出版社,2004年年4 田春云,有机化工工艺学,石化出版社,田春云,有机化工工艺学,石化出版社,1998年年课程主要内容课程主要内容第1章 概论第2章 合成气第3章 合成气衍生产品第4章 无机大宗化学品第5章 石油炼制第6章 烃类裂解及裂解气分离第1章 概论 化学工业的分类及特征化学工业的分类及特征13 化工原料、产品
2、及工艺化工原料、产品及工艺2化工工艺计算化工工艺计算1.1 1.1 化学工业的分类及特征化学工业的分类及特征n化学工业(化学加工工业)化学工业(化学加工工业)指生产过程中化学方法占主导地位的制造工业。指生产过程中化学方法占主导地位的制造工业。1.1.1 化学工业的分类化学工业的分类分类方法主要按产品和原料来分类分类方法主要按产品和原料来分类按产品的物质组成可分为有机化工(碳氢化合物及其按产品的物质组成可分为有机化工(碳氢化合物及其衍生物)和无机化工(非碳氢化合物)两大类。衍生物)和无机化工(非碳氢化合物)两大类。一般综合考虑产品的性质、用途和生产量分为如下几一般综合考虑产品的性质、用途和生产量
3、分为如下几类:类:按原料的性质和来源分:按原料的性质和来源分:无机化学工业 包括合成氨、无机酸、碱、盐和无机化学肥料基本有机化学工业 包括合成醇、有机酸、醛、酯、酮以及烷烃、烯烃、芳烃系列产品高分子化学工业 包括合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶精细化学工业 包括试剂、催化剂、助剂、添加剂、活性剂、染料、颜料、香料、涂料、农药、医药等生物化学工业 包括有机酸、生物农药、饲料蛋白、抗生素、维生素、疫苗等石油化工 以石油和天然气为原料的化学工业煤化工 通过煤的气化、干馏和生产的电石为原料的化学工业生物化工 采用农、林等生物资源以及非生物资源,通过发酵、水解、酶催化而生产的化工产品矿产化工 以化学矿
4、为原料的化工产品海洋化工 从海水中提炼的化工产品1.1.2 化学工业的特征 原料、生产方法和产品的多样性与复杂性原料、生产方法和产品的多样性与复杂性 向大型化、综合化发展,精细化率也在不断提高向大型化、综合化发展,精细化率也在不断提高 是多学科合作、生产技术密集型的生产部门是多学科合作、生产技术密集型的生产部门 重视能量合理利用,采用节能工艺和方法重视能量合理利用,采用节能工艺和方法 资金密集,投资回收速度快,利润高资金密集,投资回收速度快,利润高 化工生产中易燃、易爆、有毒、污染环境化工生产中易燃、易爆、有毒、污染环境 石油石油 天然气天然气 煤煤 化学矿化学矿 农林副产物农林副产物 海洋资
5、源海洋资源1.2 1.2 化工原料、产品及其工艺化工原料、产品及其工艺基本有机化学工业和部分无机化学工业的原料主要是煤和天然气我国的化学工业原料则以煤为主化学工艺:将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,其中包括实现这种转变的全部化学和物理的措施。程,其中包括实现这种转变的全部化学和物理的措施。1.2.1 石油及其加工工艺石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等的产品中大约有90%来源于石油和天然气1、石油的物理特征颜色:棕黑色或黄褐色状态:粘稠液体相对密度:0.75 1.0沸点:常温 500
6、以上元素组成:主要是C和H2、分类按化学组成3、石油的组成石油的组成石油的组成烃类烃类非烃类非烃类胶质和沥青胶质和沥青链式饱和烃链式饱和烃环烷烃环烷烃芳香烃芳香烃硫化物硫化物氮化物氮化物含氧化物含氧化物金属有机化合物金属有机化合物稠环环烷烃稠环环烷烃稠环芳香烃稠环芳香烃石油是成份极其复杂的有机矿物质。石油是成份极其复杂的有机矿物质。主要元素:主要元素:C、H、S、O、N,其它金属及非金属元素其它金属及非金属元素根据沸程的不同,将石油分类根据沸程的不同,将石油分类石脑油(轻汽油)石脑油(轻汽油)50140汽油汽油 140200航空煤油航空煤油 140230煤油煤油 180310柴油柴油 2603
7、50润滑油润滑油 350520重、渣油重、渣油 5204、油品的概念来源 常减压蒸馏(一次加工)得到直馏汽油 催化裂化重整(二次加工)得到催化汽油辛烷值 汽油在内燃机中燃烧时,抗爆震性能的指标。辛烷值越大,抗爆震性能愈高,汽油的质量也愈好 测定方法:研究法(RON)、马达法(MON)汽油的来源和指标汽油的来源和指标 将异辛烷规定为100,正庚烷为0,两者以不同比例混合,制成标准汽油。将待测汽油与标准汽油相比较,若两者在标准汽油机中炕爆性能相同,则待测汽油的辛烷值就是同测标准汽油中异辛烷的百分含量 93?90 辛烷值定义辛烷值定义n以石油为原料加工出来的产品,按其主要性质和用途可分为燃料油(汽油
8、、煤油、柴油)、润滑油、沥青、石油焦以及基本化工产品六大类。n基本化工产品为烯烃(乙烯和丙烯)、芳烃(苯、甲苯、二甲苯)、液化石油气和合成气等。乙烯与丙烯共聚乙丙橡胶电缆、电线材料氧化乙醛缩合醋酸辛醇、季戊四醇2-羟基丁醛丁醇酯化 丁酯溶剂、增塑剂溶剂药物、酯类、醋酸乙烯纤维(维尼龙)增塑剂齐聚、水合高碳直链醇(C11C18)合成洗涤剂水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯类溶剂及合成原 加氢脱水丁二烯合成橡胶氢甲酰化丙醛丙酸还原正丙醇溶剂苯加乙烯烷基化乙苯脱氢苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡胶、ABS树脂加丙烯烷基化异丙苯 苯酚酚醛树脂、苯胺、壬基酚等丙酮双酚A聚碳酸酯、环氧树脂加十二烯十二烷基苯合成洗涤剂加氢
9、环己烷己内酰胺聚酰胺纤维氯化氯苯染料中间体、医药氧化顺丁烯二酸酐四氢呋喃、1,4-丁二醇医药、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、染料、医药、农药聚氨酯纤维甲苯硝化硝基甲苯染料中间体、炸药歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中间体、医药、增塑剂临氢脱烷基苯硝化、还原、光气化甲苯二异氰酸酯聚氨酯类泡沫塑料、聚氨酯橡胶二甲苯对二甲苯氧化对苯二甲酸聚酯树脂、涤纶间二甲苯异构化对二甲苯氨氧化间苯二腈农药、聚酰胺纤维邻二甲苯氧化邻苯二甲酸酐医药、染料、增塑剂萘氧化烷基萘脱烷基萘氧化利用原油中各组分沸点的差别进行分离利用原油中各组分沸点的差别进行分离常压蒸馏常压蒸馏减压蒸馏减压蒸馏 5、石油的加工
10、一次加工一次加工 油品的加工油品的加工n催化重整催化重整 (catalytic reforming)n催化裂化催化裂化 (catalytic cracking)n催化加氢裂化催化加氢裂化 (catalytic hydrocracking)n烃类热裂解烃类热裂解 (pyrolysis of hybrocarbons)二次加工二次加工 馏分油的化学加工馏分油的化学加工 调整烃类的组成调整烃类的组成石油的加工的主要途径和产品石油的加工的主要途径和产品天然气天然气 主要成分是甲烷主要成分是甲烷 干气干气 甲烷含量高于甲烷含量高于90%90%湿气湿气 C C2 2-C-C4 4烷烃含量烷烃含量15%-2
11、0%15%-20%油田伴生气油田伴生气 天然气于石油伴生天然气于石油伴生煤层气(瓦斯气)煤层气(瓦斯气)吸附在煤上的甲烷吸附在煤上的甲烷天然气水合物天然气水合物 冻土带和海底甲烷与水组成的笼形冻土带和海底甲烷与水组成的笼形化合物化合物1.2.2 天然气及其加工工艺 制氢气和合成氨制氢气和合成氨 经合成气路线制燃料和化工产品经合成气路线制燃料和化工产品 直接催化转化成化工产品直接催化转化成化工产品 热裂解制化工产品热裂解制化工产品 甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化甲烷的氯化、硝化、氨氧化和硫化 湿气中湿气中C C2 2-C-C4 4烷烃的利用烷烃的利用天然气的化工利用天然气的化工利用煤煤(coal
12、)(coal)由含碳、氢的多种结构的大分子有由含碳、氢的多种结构的大分子有机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质机物和少量硅、铝、铁、钙、镁的无机矿物质组成组成 成煤过程的程度不同分为成煤过程的程度不同分为 泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 H%O%H%O%含量顺序含量顺序 泥煤泥煤 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤1.2.3 煤及其加工工艺煤的元素组成煤的元素组成组成组成泥泥 炭炭褐褐 煤煤烟烟 煤煤无烟煤无烟煤C%6070708080909098H%56564513 O%2535152551513煤的分子结构煤的分子结构 n煤的基本结构单元煤的基本结构单元缩合芳烃、环烷烃
13、及多种缩合芳烃、环烷烃及多种侧链,杂原子及官能团。侧链,杂原子及官能团。n侧链往往是联结各基本单元的桥键。侧链往往是联结各基本单元的桥键。n年轻煤缩合芳烃少,侧链长,脂肪烃和含氧官能年轻煤缩合芳烃少,侧链长,脂肪烃和含氧官能团多。团多。煤大分子之间由交联键形成空间结构。在煤大分子之间由交联键形成空间结构。在大分子空间结构中有许多内表面积大的微孔。大大分子空间结构中有许多内表面积大的微孔。大分子中分散着一些低分子化合物,尤其以年轻煤分子中分散着一些低分子化合物,尤其以年轻煤为多。为多。不同类型煤的基础结构单元示意图不同类型煤的基础结构单元示意图 缩合芳烃、环烷烃及多种侧链,杂原子及官能团缩合芳烃
14、、环烷烃及多种侧链,杂原子及官能团煤的加工煤的加工n煤气化煤气化(Coal Gasification)将其变成将其变成水煤气或发生炉煤气,作燃料或化工原料。水煤气或发生炉煤气,作燃料或化工原料。n煤液化煤液化(Coal Liquefaction)将其变成将其变成芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。芳烃、烷烃、脂肪烃等油品。n煤干馏煤干馏(Coal Carbonization)干馏是干馏是炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液化和部炼焦。同时得到焦油、煤气。或称部分液化和部分气化。分气化。n煤干馏(高温干馏和低温干馏):在隔绝空气条件下加热煤,使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦炉气的过程,也称煤的热解或热分
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