化学工艺学-教案讲义

教案化学工艺学化工设备与工艺流程化学工艺学是研究化学物质的生产过程和工艺技术的学科，它涉及到包括化工设备和工艺流程在内的方方面面。

本文将从化工设备和工艺流程两个方面来探讨化学工艺学的重要性及其在工业生产中的应用。

一、化工设备化工设备是化学工艺学的重要组成部分，它承担着将原料转化为所需产品的关键任务。

化工设备的运行稳定性、安全性和效率将直接影响到工艺过程的质量和生产效益。

1. 设备的选择与设计在化学工艺学中，根据不同的生产需求和工艺参数，在设备的选择和设计上具有相应的原则和规范。

例如，反应器是化学工艺中最常见的设备之一，它的选择要考虑反应物的性质、反应过程的条件和产物的要求等因素。

2. 设备的运行与维护化工设备在工业生产中需要经过长时间的运行，因此运行和维护的合理性和有效性至关重要。

合理的设备运行和维护策略可以确保生产过程的稳定性和设备的寿命。

3. 设备的改进与创新化学工艺学的发展一直都在推动着化工设备的改进与创新。

对于某些特殊工艺，需要设计和开发新型的设备以满足工艺的要求。

例如，微反应器的出现使得反应物质的使用效率大大提高，同时也减少了废弃物的产生。

二、工艺流程工艺流程是化学工艺中不可或缺的组成部分，它是化学反应和物质转化的具体步骤和行动。

合理的工艺流程设计可以提高产品的质量、减少能源消耗，并且对环境的影响也较小。

1. 原料准备与处理在化工生产中，原料的选择、准备和处理对产品的质量有着重要影响。

合理的原料选择可以提高产品的纯度和稳定性，减少废料的产生。

此外，选择合适的原料处理技术，如过滤、蒸馏和结晶等，也能够改善产品的品质。

2. 反应和转化过程化学反应和物质转化是工艺流程中的核心环节。

合理控制反应条件和参数可以提高反应的速度和选择性，同时减少副反应和废料的产生。

此外，还需要合理选择反应器的类型和操作方式，如批式、连续式或半连续式等。

3. 产品分离与纯化化学反应产生的产物通常需要进行分离和纯化，以获得所需的纯正产品。

化学工艺学课程教案
⑵、湿气：用作热裂化制低级烯烃原料或民用燃料。

目前天然气化工用途主要用于生产合成氨的原料气、合成甲醇原料气、制备羰基合成的合成气和裂解生产有机化工原料。

具体用途如下图1。

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图1 天然气的化工用途
2.1.3生物质及其加工利用
生物质：泛指农、林、牧、副、渔业的产品及其废弃物（壳、芯、杆、糠、渣）等，不同于化石燃料，生物质是可再生资源。

生物质不但可以直接燃烧利用，还可以通过化学或生物化学的方法转变为基础化学品或中间产物。

如：①糠醛的生产，②乙醇的生产，③丙二醇的生产。

2.1.4其他资源开发利用
再生资源的开发利用，废塑料制成液体燃料，其他再生资源开发利用】
，空气和水。

化工生产过程及流程
2.2.1化工生产过程
定义：化工生产从原料开始制成目的产物要经过一系列物理的或化学的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤总称化工生产过程。

化工生产过程包括的步骤：（1）原料预处理——达到所需状态和规格，（2）化学反应——反应类型、反应器，（3）产品的分离与精制——得到符合规格的产品回收利用副产物。

2.2.2化工生产工艺流程
化工工艺流程图多采用图示方法表达，称为化工工艺流程图，按用途。

第一章绪论内容项化学工业的范围和分类化学工业的现状和发展方向化学工艺学与化学工业的关系一、化学工业的范围和分类(化学工业：借助于化学反应将原料制成化工产品的工业化工原料的类型：自然矿藏、人工合成产品包括化工产品等等化工产品的类型：到目前为止，已发现和人工合成的化工产品有2000多万种；商品销售的有8万多种；而与工农业、国防及人类生活密切相关的4000种左右。

目前我国县以上化工企业7000多家，从业人员400多万，能生产万种化工产品，化肥、合成氨染料产量居世界第一；硫酸、纯碱、农药的产量居世界第二。

每年为国家创造2000多亿元的税收，是我国的经济支柱产业。

化学工业的分类（按学科分类）①.无机化工：如无机酸、碱、盐及无机化肥②.有机化工：如烯烃、有机酸、醇、酯，芳烃等③.高分子化工：利用聚合和缩聚反应，合成橡胶、塑料、化纤。

~④.精细化工：医药、农药、染料、表面活性剂、催化剂、化妆品等特定功能产品。

⑤.生物化工：依靠微生物发酵、酶催化制取的产品如抗生素、有机溶剂、调味剂、食品添加剂等。

二、化学工业的现状、特点和发展方向1.化学工业现状：是我国支柱型的产业；但生产规模小、生产成本高、大型装置设备自给率低，产品品种少、功能化和差别率低，环境污染严重，能量消耗高。

2.现代化学工业特点：原料、生产方法和生产产品的多样性与复杂性？现代化学工业生产的大型化、综合化及精细化化工生产中多学科合作，生产技术密集重视生产中能量的合理利用，积极采用先进的科学技术和节能工艺化学工业属于资金密集，投资回收率快利润高产业化工生产中易燃、易爆、有毒及污染3.现代化学工业发展的方向：⑴.化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技术产品。

⑵.化工生产原料应充分利用（在化工生产中提倡设计和开发“原子经济性反应”，该概念是美国化学家于1991年提出的，“在化学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，因而不会有副产物或废物生成”。

化学工艺学课程教案课次12课时2课型（请打V）理论课V讨论课口实验课口习题课口其他口授课题目（教学章、节或主题）：第5章芳烃转化过程5.1概述；5.2芳烃的转化；5.3 C8芳烃的分离教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1. 了解芳烃的来源与生产技术2. 掌握芳烃的烷基化、脱烷基化、烷基转移；3. 掌握C8芳烃单体的分离。

教学重点及难点：重点：芳烃的烷基化、烷基转移及C8芳烃单体的分离难点：芳烃的脱烷基化与烷基化、芳烃的转化与烷基转移、C8芳烃的异构化。

教学基本内容方法及手段教学过程5.1概述芳烃是含苯环结构的碳氢化合物的总称。

芳烃中的“三苯”（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX ）是化学工业的基础原料，具有重要地位。

芳烃可直接作为溶剂使用；芳烃的衍生物广泛用于生产合成生产合成纤维、合成树脂、合成橡胶以及各种精细化学品。

因此，芳烃生产的发展对国民经济的发展、人民生活水平的提高和国防工业的巩固发展起着极为重要的作用。

5.1.1芳烃的来源与生产技术来源：煤焦化芳烃和石油芳烃。

5.1.1.1焦化芳烃生产煤干馏T粗煤气T初冷、净化、冷却、洗油吸收、蒸馏脱吸T粗苯。

5.1.1.2石油芳烃生产石油芳烃来源于两种加工过程：其一为石油馏分的催化重整油；另一种烃裂解副产的裂解汽油。

以石脑油和裂解汽油为原料生产芳烃的过程可分为反应、分离和转化三部分。

讲解烷基芳烃分子中与苯环直接相连的烷基在一定的条件下可以被脱去，此类反应称芳烃的脱烷基化。

521.1芳烃的脱烷基化方法(1)烷基芳烃催化脱烷基在催化裂化的条件下可以发生脱烷基反应生成苯和烯烃。

特点：①强吸热反应；②烷基愈大愈容易脱去，具体规律为叔丁基〉异丙基〉乙基> 甲基；③不适用于甲苯脱甲基制苯(2)烷基芳烃催化氧化脱烷基»C n H 2n+1+(3/2) nO +nCO 特点：①以甲苯为例，选择性70%②氧化催化剂如铀酸铋；③氧化深度难控，选择性低，未工业化(3)烷基芳烃加氢脱烷基特点：①工业上广泛用于甲苯脱甲基制苯；②临氢条件下，有利于抑制焦炭生成；③存在深度加氢副反应。

化工工艺学教案（无机部分）学院、系：化学与制药工程学院任课教师：赵风云授课专业：化学工程与工艺课程学分：课程总学时：64课程周学时： 4日2 月9 年2008合成氨教学进程纸用案教学大技科北河．河北科技大学教案用纸第一章绪论上次课复习：了解：两段转化的工艺目的。

第三卷》姜圣阶----- 第一《合成氨工学料．氨的性质和烃类蒸汽转化法制取原料气的原理及其特点，技大同上参考资料．能量回收同上参考资料．教学要求：变换原理同上参考资料．一、氨的发现与制取氨是在1754年由普里斯特利(Priestey)发现的。

但直到本世纪初哈伯(Haber)等人才研究成功了合成氨法，1913年在德国奥保(OPPau)建成世界上第一座合成氨厂。

1909年．哈伯用俄催化剂，在和500-600温度下获得6％的氨，即使在高温高压条件下，氢氮混合气每次通过反应器也只有小部分转化为氨，为了提高原料利用率，哈伯提出氨生产工艺为(1)采用循环方法；(2)采用成品液氨蒸发实现离开反应器气体中氨的冷凝分离，(3)用离开反应器的热气体预热进入反应器的气体，以达到反应温度。

在机械工程师伯希(Bosch)的协助下，1910年建成了80g。

h 的合成氨试验装置。

1911年，-1米塔希〔M心asch）研究成功了以铁为活性组分的氨合成催化剂，这种催化剂比饿催化剂价廉、易得、活性高且耐用，至今，铁催化剂仍在工业生产中广泛应用。

1912年，在德国奥堡巴登苯胺纯碱公司建成一套日产30t的合成氨装置。

1917年，另一座日产90t的合成氨装置也在德国洛伊纳建成投产。

合成氨方法的研究成功，不仅为获取化合态氮开辟了广阔的道路，而且也促进了许多科技领域(例如高压技术、低温技术、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等)的发展。

二、合成氨的原料空气：氮气的来源水：氢气的来源。

燃料：天然气、煤、焦炭、石油炼厂气、焦炉气、石脑油等是氢气来源的原料。

三、合成氨的主要生产过程和生产工艺分类合成氨的生产过程包括三个主要步骤。

《化学工艺学》课程教学大纲课程名称：化学工艺学课程类别：专业选修课适用专业：化学专业考核方式：考查总学时、学分： 32 学时 2 学分其中实验学时： 0 学时一、课程教学目的通过对本课程的学习，可使学生了解化工生产中各类重要反应单元及具有代表性产品的生产工艺。

学习过程中对于典型反应过程，要求理解并掌握工艺原理、选定工艺条件的依据、流程的组织和特点、各类反应设备的结构特点和优缺点等，了解能量回收利用方法、副产物回收利用等。

本课程旨在培养学生的化工工艺意识、工程观点和实际分析、解决问题的能力。

二、课程教学要求第1章绪论了解基本有机化学工业生产的任务及其在国民经济中的重要地位；基本有机化学工业的四种原料；基本有机化学工业的主要产品。

第2章原料资源及其加工了解无机化学矿及其加工、石油及其加工、天然气及其加工、煤及其加工、生物质及其加工、再生资源的开发利用、空气和水。

第3章烃类热裂解熟练掌握热裂解过程的化学反应与反应机理：烃类热裂解的一次反应；烃类热裂解的二次反应；烃类热裂解反应机理与动力学。

熟练掌握烃类管式炉裂解生产乙烯：原料烃组成对裂解结果的影响；操作条件的影响；管式反应器的改进与急冷器。

掌握裂解气的净化与分离：概述；酸性气体的脱除；脱水与脱炔；裂解气的压缩。

熟练掌握裂解气的深冷分离：顺式分离流程；优化分离流程的组织原则；乙烯分离的三种流程及其比较；脱甲烷塔及操作条件；能量的综合利用。

第4章芳烃的转化了解芳烃的来源；芳烃的供需和芳烃间的相互转化。

掌握芳烃转化反应的化学过程：主要转化反应及其反应机理；催化剂。

熟练掌握芳烃的歧化和烷基转移：甲苯歧化的化学过程；工业生产方法；掌握C8芳烃的分离和异构化：C8芳烃的分离；C8芳烃的异构化。

熟练掌握芳烃的烷基化：概述；烷基化方法。

会芳烃的脱烷基化：方法简介；甲苯加氢脱烷基制苯。

第5章合成气的生产过程了解合成气的生产方法和合成气的应用。

掌握由煤、天然气和渣油制合成气的工艺原理、工艺条件、工艺流程和主要设备；熟练掌握一氧化碳变换过程的工艺原理、工艺条件、工艺流程和主要设备；了解合成气的净化方法。

项目教学课程教案教学用具多媒体任务描述1.了解化工工业的概念和发展状况2.掌握化工行业的主要产品计划分3.掌握高分子化工和精细化工的概念和范畴4.了解化学工业的发展趋势和重点项目提出项目实施任务1 化学工业的发展概况，分为哪几个阶段。

任务2 总结化学工业、化学工艺和化学工程的概念，并讨论几个概念的区别。

任务3 探讨化学工业的产品是如何划分的，都从哪几方面来划分。

任务4 化学工业在国民经济中的地位，化工涉及到我们生活的哪些方面。

任务5 现代化工的特点，科学技术进步和高新产业对其的影响。

【小组讨论】任务一1.1.1 化学工业及其发展概况18世纪以前，化工生产均为作坊式手工工艺，如早期的制陶、酿造、冶炼。

18世纪初叶，第一个典型的化工厂建成，以含硫矿石和硝石为原料的铅室法生产硫酸。

18世纪中叶，第一次工业革命之后，纺织工业兴起。

到20 世纪初，以酸、碱（如：硫酸、盐酸、氢氧化钠等）为小组1简述化工发展的几个阶段手工作坊无机化学有机化学石油化学高分子、精细化工生物化工总结并发言小组二总结化学工业、化学工艺和化学工程的概念，并讨论几个概念力。

指导学生总结知识结构，使学生能整体把握课本内容。

15’基础的无机化工初具规模。

同期，德国首创了肥料工业和煤化学工业，人类进入了化学合成的时代。

20世纪初，化学家F.哈伯发明了合成氨技术，于1913年在化学工程师C.博施的协助下建成世界上第一个合成氨厂，氮肥工业迅速发展。

合成氨工艺是工业化实现高压催化反应的第一个里程碑，有力地促进了无机化工和有机化工的发展。

随着石油和天然气的大量开采和利用，为人类提供了各种燃料和丰富的化工原料，1920年丙烯水合制异丙醇工艺标志了石油化工的兴起。

在20世纪40年代，管式炉裂解烃类工艺和临氢重整工艺开发成功，是有机化工基本原料有了丰富、廉价的来源。

石油化工突飞猛进的发展起来，取代了煤的统治地位。

在氯丁橡胶实现工业化和尼龙66合成以后，高分子化工蓬勃发展，大规模塑料、合成橡胶和合成纤维的工业生产，使人类进入了合成材料的时代。