化工工藝學(xué)

前言

　　化工工藝學(xué)是研究由化工原料加工成化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中涉及到的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)方法、工藝流程及設(shè)備的一門工程科學(xué)，是化學(xué)理論與化工生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合的產(chǎn)物，與化學(xué)工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)?！　?8世紀(jì)以前的制陶、釀造、冶煉等是古代化工工藝的代表。18世紀(jì)無機(jī)酸、堿、鹽和煤化工，以及在此基礎(chǔ)上的合成染料、醫(yī)藥、涂料工業(yè)是近代化學(xué)工業(yè)興起的標(biāo)志。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)起源于20世紀(jì)中葉，石油和天然氣取代煤成為基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)的主要原料?；瘜W(xué)工業(yè)發(fā)展的特征之一是關(guān)鍵工藝技術(shù)的應(yīng)用帶來的革命性作用。高壓催化合成氨、管式爐裂解、F—T合成技術(shù)等無疑是化學(xué)工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的里程碑。這既是化工工藝學(xué)在化學(xué)工業(yè)中實(shí)踐的結(jié)果，同時(shí)又極大地豐富了化工工藝學(xué)的內(nèi)涵?；瘜W(xué)工業(yè)發(fā)展的另一個(gè)顯著特征是化工資源以及與其相關(guān)的化工工藝的更替和發(fā)展。由煤化工到石油和天然氣化工的轉(zhuǎn)變之后，化學(xué)工業(yè)又開始了向煤以及在更廣泛意義上的由礦物資源向可再生資源路線的轉(zhuǎn)變?？梢灶A(yù)見，C1化工理論在這一轉(zhuǎn)變過程中將發(fā)揮主導(dǎo)作用。當(dāng)今化學(xué)工業(yè)的鮮明特征更表現(xiàn)在專門化、精細(xì)化、綠色化和人性化?；すに?yán)碚撆c化學(xué)工業(yè)聯(lián)系更緊密，使理論和生產(chǎn)不斷完善和發(fā)展?！　缀跛凶钪匾幕净ぴ虾突净ぎa(chǎn)品都可從空氣、水、化學(xué)礦、煤、石油、天然氣以及生物質(zhì)原料制取。本書從礦物原料出發(fā)，以無機(jī)化工、石油化工、煤化工為主線組織編寫，切中基礎(chǔ)，有特色，符合“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”精神和當(dāng)前高等學(xué)校理工類化學(xué)工程與工藝專業(yè)課程設(shè)置和培養(yǎng)要求。　　本書作者多年來一直從事相關(guān)的教學(xué)和科研工作。本書在吸收前人工作的基礎(chǔ)上，融入作者教學(xué)及科研實(shí)踐的成果。相信本書的出版對(duì)化工工藝學(xué)的教學(xué)及教材建設(shè)會(huì)有所裨益?！　∏把浴　「鶕?jù)教育部1998年頒布的專業(yè)目錄和拓寬專業(yè)的原則，新設(shè)立的化學(xué)工程與工藝專業(yè)，覆蓋了現(xiàn)有的化學(xué)工程、化工工藝、高分子化工、精細(xì)化工、生物化工(部分)、工業(yè)分析、電化學(xué)工程和工業(yè)催化等專業(yè)，幾乎包括化學(xué)工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。其中化工工藝類包括無機(jī)化工、石油化工和煤化工的研究范圍，涵蓋了由礦物原料到一般化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程原理、方法和裝備等，處于整個(gè)化學(xué)工業(yè)鏈的前端，是重要的基本化學(xué)工業(yè)。目前世界上超過85％的能源和化學(xué)工業(yè)均建立在石油、天然氣、煤炭和化學(xué)礦物資源的基礎(chǔ)上，化工工藝的重要性由此可略見一斑?！　”緯鳛榛瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)化工工藝專業(yè)課教材，結(jié)合現(xiàn)行專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，本著有所為、有所不為的原則，從礦物原料(包括化學(xué)礦物、煤炭、石油和天然氣等)出發(fā)，以無機(jī)化工、石油化工和煤化工反應(yīng)單元工藝為主線組織編寫。在內(nèi)容組織方面，在總結(jié)現(xiàn)有化工工藝學(xué)和化學(xué)工藝學(xué)教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，適當(dāng)增加了鹽水體系相圖、石油煉制和煤化學(xué)基礎(chǔ)等方面的內(nèi)容。在闡述各類化工過程時(shí)，注重工藝?yán)碚撛砑肮こ虒?shí)踐應(yīng)用，兼顧深度與廣度，并努力反映相關(guān)領(lǐng)域的新工藝、新方法和新技術(shù)及其發(fā)展趨勢。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得基本的化工工藝知識(shí)和解決化工工程實(shí)踐問題的素質(zhì)，為其將來從事化工過程的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理奠定基礎(chǔ)?！　∪珪?章，參與編寫的教師有：徐紹平(第1、5章，第2章2.4、2.5節(jié))、仲劍初(第2章2.1、2.2節(jié)，第3章)、殷德宏(第2章2.3節(jié)，第4章)?！　”緯晒鶚洳沤淌趯忛啞１緯筛宓靡嬗诠鶚洳沤淌诘闹附毯蛯氋F的修改意見。由于知識(shí)水平的局限，書中錯(cuò)誤和缺點(diǎn)在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

徐紹平等編著的《化工工藝學(xué)(第2版高等學(xué)校理工科化學(xué)化工類規(guī)劃教材)》自2004年出版以來，已經(jīng)重印多次，受到了有關(guān)高校師生的廣泛好評(píng)。
化學(xué)工業(yè)的發(fā)展日新月異，為使讀者準(zhǔn)確地把握化學(xué)工業(yè)和化工工藝?yán)碚摰淖钚逻M(jìn)展和發(fā)展趨勢，并適應(yīng)相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革和人才培養(yǎng)的需求，于是進(jìn)行了本次修訂。

書籍目錄

第l章  緒論
1．1  由原料到化工產(chǎn)品
1．2  化工原料的變遷與化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢
1．3  化工工藝學(xué)的任務(wù)
參考文獻(xiàn)
第2章  化工原料及其初步加工
2．1  化學(xué)礦物
2．2  天然氣
2．3  石油
  2．3．1  原油常減壓蒸餾
  2．3．2  原油的二次加工
  2．3．3  焦化
2．4  煤炭
  2．4．1  煤的特征和生成
  2．4．2煤巖學(xué)及其應(yīng)用
  2．4．3煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)
  2．4．4煤的一般性質(zhì)
  2．4．5  煤的分類
2．5  生物質(zhì)
  2．5．1  生物質(zhì)構(gòu)成和再生
  2．5．2  生物質(zhì)作為能源
  2．5．3  生物質(zhì)作為化工原料
參考文獻(xiàn)
第三章  無機(jī)化工單元工藝
3．1  鹽水體系相圖及其應(yīng)用
  3．1．1  概  述
  3．1．2  二元鹽水體系相圖及應(yīng)用
  3．1．3  三元鹽水體系相圖及應(yīng)用
  3．1．4   四元鹽水體系相圖及應(yīng)用
3．2  合成氨
  3．2．1  概述
  3．2．2  原料氣的制備
  3．2．3  原料氣的凈化
  3．2．4  氨的合成
3．3  無機(jī)化學(xué)礦物加工利用
  3．3．1  概述
  3．3．2  化學(xué)礦物加工的方琺和原理
  3．3．3  無機(jī)化學(xué)礦物加，工利用
3．4  無機(jī)酸、堿及化學(xué)肥料
  3．4．1  硫酸與硝酸
  3．4．2  純堿與燒堿
  3．4．3  化學(xué)肥料
參考文獻(xiàn)
 
第4章  石油化工單元工藝
4．1  烴類裂解
  4．1．1  裂解反應(yīng)和反應(yīng)機(jī)理
  4．1．2  裂解原料與工藝條件討論
  4．1．3  管式裂解爐及裂解工藝流程
  4．1．4  裂解氣的凈化與分離
  4．1．5  裂解氣的壓縮與制冷系統(tǒng)能量利用
  4．1．6裂解氣深冷分離流程
  4．1．7裂解氣分離系統(tǒng)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)
4．2   芳烴轉(zhuǎn)化及生產(chǎn)
  4．2．1  概述
  4．2．2  芳烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)過程
  4．2．3  芳烴的歧化和烷基轉(zhuǎn)移
  4．2．4  C8芳烴的異構(gòu)化
  4．2．5  芳烴的烷基化
  4．2．6  芳烴的脫烷基化
  4．2．7  C8芳烴的分離
4．3  催化加氫與脫氫過程
  4．3．1  概述
  4．3．2  催化加氫、脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律
  4．3．3  CO加氫合成甲醇
  4．3．4  乙苯催化脫氫制苯乙烯
4．4  催化氧化
  4．4．1  概述
  4．4．2  均相催化氧化
  4．4．3  非均相催化氧化
4．5  羰基化反應(yīng)
  4．5．1  羰基合成反應(yīng)類型
  4．5．2  丙烯氫甲?；铣?丁)辛醇
  4．5．3  甲醇羰化反應(yīng)合成醋酸
4．6  反應(yīng)過程的物料及熱量衡算
  4．6．1  反應(yīng)過程的物料衡算基礎(chǔ)
  4．6．2反應(yīng)過程的熱量衡算基礎(chǔ)
參考文獻(xiàn)
第5章  煤化工單元工藝一
5．1  煤的熱分解
  5．1．1  煤的熱解過程
  5．1．2  煤的熱解機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究
  5．1．3  影響煤熱解過程的因素
  5．1．4  煤的快速熱解
5．2  煤的低溫干餾
    5．2．1  煤的干餾
    5．2．2  煤低溫干餾產(chǎn)品
    5．2．3  煤低溫干餾工藝
5．3  煤的高溫干餾
    5．3．1  焦炭
    5．3．2  煉焦配煤
    5．3．3  煤在炭化室內(nèi)的成焦過程
    5．3．4  現(xiàn)代焦?fàn)t
    5．3．5  焦?fàn)t熱工基礎(chǔ)
    5．3．6  高溫?zé)捊沟陌l(fā)展
    5．3．7  焦化產(chǎn)品的回收和加工
    5．3．8  煤焦油加工
  5．4  煤的氣化
    5．4．1  煤氣化原理
    5．4．2  煤氣化工藝
    5．4．3  煤氣化技術(shù)的應(yīng)用
  5．5  煤的液化
    5．5．1  煤的直接液化
    5．5．2  煤的間接液化
  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   尿素合成過程是一個(gè)復(fù)雜的氣液兩相過程，既有氣液相間的傳質(zhì)過程，又有液相中的化學(xué)反應(yīng)過程。傳質(zhì)過程包括：氣相中的氨和二氧化碳轉(zhuǎn)入液相，液相中的水轉(zhuǎn)入氣相。液相中的化學(xué)反應(yīng)有：氨與二氧化碳反應(yīng)生成甲銨，甲銨轉(zhuǎn)化為尿素和水。因此，在氣液相間存在相平衡，液相中存在化學(xué)平衡。上述五個(gè)平衡過程可直觀地表如圖3—100所示。 綜上所述，尿素合成的總速率受傳質(zhì)速率與化學(xué)反應(yīng)速率兩方面的影響。鑒于液相中生成甲銨的速率遠(yuǎn)快于甲銨脫水速率，故液相化學(xué)反應(yīng)速率由甲銨脫水反應(yīng)所決定；而傳質(zhì)過程關(guān)鍵在于氨和二氧化碳由氣相傳遞到液相的速率?？梢哉J(rèn)為影響尿素合成總速率的因素有兩個(gè)，即氨和二氧化碳由氣相傳遞到液相的速率及液相中甲銨脫水的化學(xué)反應(yīng)速率。 （2）尿素合成的工藝條件 選擇尿素合成的工藝條件，需從兩個(gè)方面考慮：其一應(yīng)滿足液相反應(yīng)和自熱平衡；其二要求在盡可能短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。根據(jù)尿素的性質(zhì)及尿素合成過程中相關(guān)傳質(zhì)及反應(yīng)的平衡速率可知，影響尿素合成的主要因素有：溫度、原料配比、壓力及反應(yīng)時(shí)間等。 ①溫度 當(dāng)氨碳比和水碳比一定時(shí)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率將只取決于溫度。液相甲銨脫水生成尿素是一個(gè)可逆吸熱、反應(yīng)速率較慢的控制反應(yīng)，因此提高反應(yīng)溫度，甲銨脫水速率加快，平衡轉(zhuǎn)化率提高。二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖3—101所示。 由于甲銨的脫水反應(yīng)需在液相中進(jìn)行，尿素合成的溫度位高于甲銨的熔融溫度（152℃）。從圖中可知，平衡轉(zhuǎn)化率開始時(shí)隨溫度升高而增大，但當(dāng)?shù)侥骋粶囟群?，轉(zhuǎn)化率反而下降。造成這一現(xiàn)象的原因，是由于液相中存在兩個(gè)串聯(lián)反應(yīng)。第一步反應(yīng)是強(qiáng)放熱的甲銨生成反應(yīng)，第二步反應(yīng)是弱吸熱的甲銨脫水反應(yīng)。第一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行較快也較完全，液相中的二氧化碳幾乎全部都變?yōu)榧卒@。接著進(jìn)行的第二個(gè)反應(yīng)是尿素的生成反應(yīng)，該反應(yīng)進(jìn)行不完全，且因是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)平衡隨溫度升高而向右移動(dòng)。因此，隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化率也提高。但達(dá)到某一溫度后，前一反應(yīng)的逆反應(yīng)便不能忽略，溫度再升高前一反應(yīng)平衡向左移動(dòng)，平衡時(shí)將存在越來越多的游離二氧化碳。由于前一反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，而后一反應(yīng)是弱吸熱反應(yīng)，此時(shí)前一反應(yīng)的溫度效應(yīng)大于后一反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降。此外，溫度過高會(huì)加劇尿素水解縮合，不僅使平衡轉(zhuǎn)化率降低，還會(huì)影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量。 對(duì)合成操作溫度的選擇不僅應(yīng)從最大反應(yīng)速率、最高轉(zhuǎn)化率及最低生產(chǎn)成本等角度考慮，而且還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的綜合分析來確定最佳的溫度條件。目前合成操作溫度主要考慮的是合成塔內(nèi)襯材料的耐腐蝕能力。水溶液全循環(huán)法中，一般控制在180～190℃；全循環(huán)二氧化碳?xì)馓岱ㄖ?，溫度?yīng)低于190℃。

圖書封面

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