化學(xué)工藝學(xué)概論

前言

化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。在西方發(fā)達(dá)國家和蘇聯(lián)，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)總值占國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的5%～7%、占工業(yè)總產(chǎn)值的7%～10%，發(fā)展速度居各工業(yè)部門的前列。中國的化學(xué)工業(yè)發(fā)展較快，在1953～1990年間，平均年增長速度為14．1%；進(jìn)入90年代，平均年增長速度也達(dá)9%；預(yù)計(jì)到2000年，中國的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)總值將占國內(nèi)生產(chǎn)總值的9．5%左右，年增長速度略高于整個國民經(jīng)濟(jì)的增長速度。現(xiàn)在，中國已建成較完整的化學(xué)工業(yè)體系，能生產(chǎn)4．5萬余種化工產(chǎn)品。其中的石油化工，經(jīng)濟(jì)效益尤為可觀，已列為中國21世紀(jì)初國民經(jīng)濟(jì)四大支柱產(chǎn)業(yè)之一?；瘜W(xué)工藝學(xué)是化學(xué)工業(yè)的主干學(xué)科之一，是研究由原料(包括天然資源)經(jīng)化學(xué)加工制取化工產(chǎn)品的一門科學(xué)，內(nèi)容包括：生產(chǎn)方法、工藝原理、工藝流程、設(shè)備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)、安全和環(huán)境保護(hù)等。因此，對一個稱職的化學(xué)工程師而言，熟悉和掌握化學(xué)工藝學(xué)方面的知識和技能是完全必要的。本書主要用作高等學(xué)校非化學(xué)工藝類專業(yè)(如化學(xué)工程、環(huán)境化工、生物化工、化工機(jī)械和化工儀表及自動化等專業(yè))的教材。已經(jīng)出版的相關(guān)教材，大多以產(chǎn)品為主線闡述各產(chǎn)品的生產(chǎn)方法和工藝原理，講授時(shí)千篇一律，學(xué)生有一種“拉洋片”的感覺，為照顧產(chǎn)品體系的完整性、系統(tǒng)性，編入的內(nèi)容也往往顯得龐雜。本書編寫的特點(diǎn)是以反應(yīng)單元為主線，不但能克服“拉洋片”的缺憾，而且選用的反應(yīng)單元數(shù)及相應(yīng)的典型產(chǎn)品，增刪余地較大，可適應(yīng)各高等學(xué)校不同學(xué)時(shí)的教學(xué)需要。華東理工大學(xué)的房鼎業(yè)教授參加了本書大綱的編寫工作，并一直熱情支持和關(guān)心本書的出版。天津大學(xué)陳洪鈁教授，本校的朱自強(qiáng)教授、駱有壽教授，對本書初稿提出了不少寶貴的意見和建議。在此，對上述諸位先生表示最衷心的感謝。由于編者水平有限，不妥之處，敬請讀者指正。編者于浙江大學(xué)(杭州)1998年8月

內(nèi)容概要

　　對煤的巖相進(jìn)行研究，不僅有學(xué)術(shù)意義，也可用來指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。例如，美國、日本、英國和蘇聯(lián)等國家都利用煤的巖相組成理論來指導(dǎo)煤炭分類及煉焦配煤，蘇聯(lián)甚至還將巖相組分用破碎的辦法富集，從而得到高質(zhì)量的煉焦用煤。

書籍目錄

第一章　化工生產(chǎn)基礎(chǔ)知識1-1　基本概念一、化學(xué)反應(yīng)速度二、基元反應(yīng)、簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)1-2　生產(chǎn)控制指標(biāo)一、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)率二、轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率1-3　生產(chǎn)過程一、工藝流程二、生產(chǎn)方式三、化學(xué)反應(yīng)器四、工業(yè)催化劑習(xí)題第二章　化工資源及其初步加工2-1　化學(xué)礦2-2　煤炭一、煤的種類和特征二、煤的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)三、煤的干餾四、煤的氣化五、煤的液化2-3　石油一、原油的常減壓蒸餾二、催化裂化和加氫裂化三、催化重整和芳烴抽提四、延遲焦化2-4　天然氣2-5　農(nóng)林副產(chǎn)品的綜合利用習(xí)題第三章　通用反應(yīng)單元工藝3-1　氧化一、概述二、二氧化硫氧化制硫酸三、氨氧化制硝酸四、乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷五、異丙苯液相自氧化制苯酚和丙酮3-2　氫化和脫氫一、概述二、氫的來源三、氮加氫制合成氨四、乙苯脫氫制苯乙烯3-3 電解一、基本概念二、電解過程中的副反應(yīng)三、食鹽水電解制氯氣和燒堿習(xí)題……

章節(jié)摘錄

1．泥炭又稱草碳，是棕褐色或黑褐色的不均勻物質(zhì)。含水量高達(dá)85％~gs％。經(jīng)自然風(fēng)干燥后水分可降至25％～35％，其時(shí)相對密度可達(dá)1．29～1．61。泥炭中含有大量未分解的植物根、莖、葉的殘?bào)w，有時(shí)用肉眼就可以看出，因此泥炭中的木質(zhì)素和碳水化合物的含量較高。含碳量在50％以下。此外，泥炭中還含有一種在成煤過程中開始形成的、可用堿抽出、用酸沉淀的新物質(zhì)（即腐植酸）和可被有些有機(jī)溶劑抽出的酸性瀝青。2．褐煤大多呈褐色或暗褐色，因而得名。無光澤，相對密度1．1～1．4。隨煤化程度的加深，褐煤顏色變深變暗，相對密度增加，緊密程度增加，水分減少，腐植酸開始增加，以后又減少。外表上已看不到未分解的植物組織殘?bào)w，含碳量60％～70％，熱值23～27MJ／kg（5500~6500kcal／kg）。3．煙煤灰黑色至黑色，燃燒時(shí)火焰長而多煙。不含有腐植酸，因它已溶合成為更復(fù)雜的中性的腐植質(zhì)。硬度較大，相對密度為1．2～1．45。多數(shù)能結(jié)焦，含碳量75％～90％，熱值27?2～37．2MJ／kg（6500~8900kcal／kg）。在工業(yè)生產(chǎn)上，為更合理地使用煤炭資源，根據(jù)煤化程度，結(jié)合煤的揮發(fā)分和粘結(jié)性，又將煙煤細(xì)分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。4．無煙煤俗稱白煤或紅煤。呈灰黑色，帶有金屬光澤，是腐植煤類中最年老的一種煤。相對密度為1．4～1．8。燃燒時(shí)無煙，火焰較短，不結(jié)焦，含碳量一般在90％以上，熱值33?4～33?5MJ／kg（8000~8500kcal／kg）。應(yīng)當(dāng)指出，無煙煤不是腐植煤煤化程度最深的煤種，它還可轉(zhuǎn)化為石墨。因石墨與煤相比，性質(zhì)上有很大的差別（如有耐高溫、高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整等特性，不含氫、氧、氮等雜質(zhì)），也不再用作燃料和生產(chǎn)化工原料氣的資源，因此在煤類中不再列入石墨。表2-2列出上述煤類的主要特征。從地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)看，煤也是一種巖石，因此歷史上有不少煤化學(xué)家研究煤的巖相組成，并對煤進(jìn)行分類。煤巖學(xué)的研究有兩種方法，即宏觀研究法和微觀研究法。1．宏觀研究法用肉眼觀察煤的顏色、光澤、斷口等來確定煤的煤巖成分。一般可將煤巖成分分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭。（1）絲炭外觀像木炭，呈灰黑色，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤，疏松多孔，性脆易碎。絲炭本身是軟的，因空腔常被礦物質(zhì)充填，逐漸變成礦化絲炭，礦化絲炭堅(jiān)硬致密，相對密度大。在煤層中，絲炭一般數(shù)量不多，常呈扁平透鏡體狀沿煤的層面分布，厚1～2mm，有時(shí)也能形成不連續(xù)的薄層。絲炭含氫量低，含碳量高，沒有粘結(jié)性，低溫焦油產(chǎn)率低，當(dāng)它的空腔內(nèi)含有黃鐵礦時(shí)，容易發(fā)生氧化并引起自燃?；曳州^高。不適宜作煉焦和低溫干餾等的原料和動力燃料，但少量的（如低于5％）絲炭加到較肥的煤料中可起瘦化作用，對煉焦有利。絲炭一般不能液化。（2）鏡煤呈黑色，光澤強(qiáng)，質(zhì)均勻而脆，具有貝殼狀斷口。鏡煤在煤層中常呈亮黑色，光滑玻璃狀、透鏡狀或條帶狀，大多厚幾mm到1～2cm，有時(shí)呈紋理狀夾在亮煤和暗煤中。在四種煤巖成分中，鏡煤的揮發(fā)分和含氫量最高，粘結(jié)性強(qiáng)，適宜于作煉焦、低溫干餾、氣化、液化等的原料。（3）亮煤亮煤是最常見的煤巖成分。不少煤層以亮煤為主，甚至全部由亮煤構(gòu)成。亮煤的光澤僅次于鏡煤，性較脆，相對密度小，均勻程度不如鏡煤，表面隱約可見微細(xì)紋理，亮煤可以用作煉焦、氣化、低溫干餾等的原料。（4）暗煤暗煤光澤暗淡，一般呈灰黑色，致密，相對密度大，堅(jiān)硬而具韌性。在煤層中，可以由暗煤為主形成較厚的分層，甚至單獨(dú)成層。有結(jié)實(shí)的粒狀結(jié)構(gòu)，破碎時(shí)呈現(xiàn)細(xì)?；虬档植诘谋砻?。暗煤不宜用來煉焦，但它是低溫干餾的良好原料。上述四種宏觀煤巖成分是煤的巖相分類的基本單位，其中鏡煤和絲炭一般只以細(xì)小的透鏡體狀或以不規(guī)則的薄層狀出現(xiàn)，亮煤和暗煤雖然分層較厚，但常有互相過渡的現(xiàn)象，分層界限往往不很明顯。因此在了解煤層的巖石組成和性質(zhì)時(shí)，以它們?yōu)閱挝贿M(jìn)行定量計(jì)算有困難，也不易了解煤層的全貌。故現(xiàn)在通常根據(jù)煤的平均光澤強(qiáng)度、煤巖成分的數(shù)量比例和組合情況來劃分宏觀煤巖類型。通常按同一剖面上相同煤化程度的煤的平均光澤的強(qiáng)弱依次分為：光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤四種宏觀煤巖類型。（1）光亮型煤主要由鏡煤和亮煤組成，光澤很強(qiáng)。由于成分較均一，通常條帶狀結(jié)構(gòu)不明顯。光亮型煤具有貝殼狀斷口，裂縫明顯，脆度較大。顯微鏡下觀察，凝膠化組分一般在85％以上。（2）半亮型煤通常以亮煤為主，有時(shí)由鏡煤、亮煤和暗煤組成，也可能夾有絲炭。平均光澤強(qiáng)度較光亮型煤稍弱，條帶狀結(jié)構(gòu)清晰，裂隙較明顯，常具有棱角狀斷ra或呈階梯狀。在顯微鏡下觀察，凝膠化組分含量一般在70％～80％左右。半亮煤是最常見的煤炭類型，如中國華北晚石炭紀(jì)煤層多半是由半亮型煤組成的。（3）半暗型煤由暗煤和亮煤組成，通常以暗煤為主，有時(shí)也夾有鏡煤和絲炭的紋理、細(xì)條帶和透鏡體。半暗型煤的特點(diǎn)是光澤比較暗淡，硬度、韌性和相對密度較大。（4）暗淡型煤主要由暗煤組成，有時(shí)夾有少量鏡煤、絲炭透鏡體。光澤暗淡，通常呈塊狀構(gòu)造，致密，層理不明顯，煤質(zhì)堅(jiān)硬，韌性大、比重大、無裂隙，個別煤田，如中國青海大通煤田有以絲炭為主組成的暗淡型煤。應(yīng)當(dāng)指出，上述宏觀煤炭類型在煤層中往往多次交替出現(xiàn)。2．微觀研究法這是利用顯微鏡來識別煤的顯微組分的方法。按煤巖的成因特征、結(jié)構(gòu)以及工藝性質(zhì)，腐植煤的顯微組分可以分為三類：凝膠化組分、絲炭化組分和穩(wěn)定組分。（1）凝膠化組分（鏡質(zhì)組）這是最主要的顯微組分。它是植物莖、葉的木質(zhì)纖維組織經(jīng)過凝膠化作用形成的各種凝膠體。透射光下凝膠化組分透明，具有橙紅色（指低變質(zhì)程度的煙煤而言，下同），反光色為灰色，油浸反光色為深灰色，沒有突起，中國大多數(shù)煤田的煤都以凝膠化組分為主，一般占50~80％，有些辛生代的煤甚至達(dá)到90％以上。凝膠化組分由于凝膠化作用深淺不同，分解程度不同，又可細(xì)分為木煤、木質(zhì)鏡煤、鏡煤以及凝膠化基質(zhì)等組分。（2）絲炭化組合（絲質(zhì)組）也是煤中最常見的顯微組分，由木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭化作用形成。透射光下黑色不透明，反光下突起高，呈白色，油浸反光色為白色到亮黃色。中國大多數(shù)煤田中絲炭化組分含量在10％～20％左右。如同凝膠化組分一樣，絲炭化組分也可細(xì)分為絲炭、木質(zhì)鏡煤絲炭、絲炭化基質(zhì)等組分。（3）穩(wěn)定組分（穩(wěn)定組或殼質(zhì)組）它是成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的組成部分，包括樹脂、孢子、花粉、角質(zhì)膜、木栓層等。透射光下透明，呈黃色，輪廓清楚，外形特殊，反光下呈深灰色，大多具突起，油浸反光下呈灰黑色至黑灰色。三種煤巖顯微組分與四種宏觀煤巖成分之間的關(guān)系可用圖2-1簡明扼要地表示出來。這種表示方法當(dāng)然是相當(dāng)粗糙的，因?yàn)槿缟纤觯z化組分和絲炭化組分是由多種成分組成的，因而得到的煙煤的特性和加工工藝是不一樣的。煤中除上述有機(jī)組分外，還有無機(jī)組分，常見的有粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石等，它們會給煤的燃燒、化學(xué)加工、環(huán)境保護(hù)等帶來困難，現(xiàn)在已有將它們脫除的各種方法或已出現(xiàn)能使用含不同無機(jī)雜質(zhì)的煤炭的加工工藝和反應(yīng)器。二、煤的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)煤中有機(jī)物主要由碳、氫、氧和少量氮、硫和磷等元素構(gòu)成，各種煤所含的主要元素組成見表2—3。

媒體關(guān)注與評論

前言化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。在西方發(fā)達(dá)國家和蘇聯(lián)，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)總值占國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的5%～7%、占工業(yè)總產(chǎn)值的7%～10%，發(fā)展速度居各工業(yè)部門的前列。中國的化學(xué)工業(yè)發(fā)展較快，在1953～1990年間，平均年增長速度為14．1%；進(jìn)入90年代，平均年增長速度也達(dá)9%；預(yù)計(jì)到2000年，中國的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)總值將占國內(nèi)生產(chǎn)總值的9．5%左右，年增長速度略高于整個國民經(jīng)濟(jì)的增長速度?，F(xiàn)在，中國已建成較完整的化學(xué)工業(yè)體系，能生產(chǎn)4．5萬余種化工產(chǎn)品。其中的石油化工，經(jīng)濟(jì)效益尤為可觀，已列為中國21世紀(jì)初國民經(jīng)濟(jì)四大支柱產(chǎn)業(yè)之一。    化學(xué)工藝學(xué)是化學(xué)工業(yè)的主干學(xué)科之一，是研究由原料(包括天然資源)經(jīng)化學(xué)加工制取化工產(chǎn)品的一門科學(xué)，內(nèi)容包括：生產(chǎn)方法、工藝原理、工藝流程、設(shè)備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)、安全和環(huán)境保護(hù)等。因此，對一個稱職的化學(xué)工程師而言，熟悉和掌握化學(xué)工藝學(xué)方面的知識和技能是完全必要的。    本書主要用作高等學(xué)校非化學(xué)工藝類專業(yè)(如化學(xué)工程、環(huán)境化工、生物化工、化工機(jī)械和化工儀表及自動化等專業(yè))的教材。已經(jīng)出版的相關(guān)教材，大多以產(chǎn)品為主線闡述各產(chǎn)品的生產(chǎn)方法和工藝原理，講授時(shí)千篇一律，學(xué)生有一種“拉洋片”的感覺，為照顧產(chǎn)品體系的完整性、系統(tǒng)性，編入的內(nèi)容也往往顯得龐雜。本書編寫的特點(diǎn)是以反應(yīng)單元為主線，不但能克服“拉洋片”的缺憾，而且選用的反應(yīng)單元數(shù)及相應(yīng)的典型產(chǎn)品，增刪余地較大，可適應(yīng)各高等學(xué)校不同學(xué)時(shí)的教學(xué)需要。    華東理工大學(xué)的房鼎業(yè)教授參加了本書大綱的編寫工作，并一直熱情支持和關(guān)心本書的出版。天津大學(xué)陳洪鈁教授，本校的朱自強(qiáng)教授、駱有壽教授，對本書初稿提出了不少寶貴的意見和建議。在此，對上述諸位先生表示最衷心的感謝。    由于編者水平有限，不妥之處，敬請讀者指正。                                                          編者                                                   于浙江大學(xué)(杭州)                                                      1998年8月

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