化工工艺学2

化工工艺学

化工工艺学基本部分作业

一、绪论

1、简述化学工程学和化学工艺学的研究范畴？

答：化工工程学：以物理、化学、数学、工程经济学等学科为基础的一门工程学科，研究化学工业中具有共同特点的物理和化学变化过程的工程规律、过程机理、相关设备等。化学工程学是研究化学工业以及其它过程工业生产中的物理过程和化学过程的共同规律。其重要任务之一是研究各种工程因素对所进行的物理过程及化学过程的影响，特别是工程规模放大时的影响。

化学工艺学：研究各种物质的化学加工过程的科学，在物理、化学基本原理指导下，研究化学加工过程的方法原理、操作条件、流程组织、设备、环境影响等。化学工业的各个部门，各部门的各个分支都有其相对独立的工艺学。

2、罗列化学工业五大门类并例举典型产品？

答：（1）基础无机化工：三酸两碱，合成氨，化肥（包括合氮肥、磷肥、钾肥），亦即大宗无机化工；

（2）基础有机化工：生产有机小分子的工业部门，包括：乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等不饱和链烃或取代链烃，以及酯、醛、醇、酮、醚、酸等含氧衍生物以及苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等烃；

（3）高分子化工：包括塑料、合成橡胶、合成纤维三个分支；

（4）生物化工：泛指利用生物质为原料，或以生化反应方式生产，或产品具备特定的生化性能的工业部门，包括：医药、农药、食品、食品助剂（调味）等，可见，生物化工只是化学工业的一个小小分支，化工专业广度由此可见一斑。

（5）精细化工：精细化工是一个与其他分支交叉最多，最难定义的门类，特殊用途的无机有机小分子，所有的制药、食品添加剂等均属于精细化工。

日化用品：如洗发水、洗衣粉、香皂、肥皂、洗洁精、牙膏、化妆品。

染料及中间体，药品及中间体，涂料（油漆和水性涂料）。

颜料：钛白、铁红、铅铬黄等无机颜料，铁红、氧化铬等磁性颜料，以及大量的有机颜料。又是还包括碳酸钙、二氢磷酸钙、氧化铝、二氧化硅粉体等填料。

催化剂：硫酸系列催化剂、合成氨催化剂、各种有机化工及精细化工用催化剂。

3、化工工艺多样性主要体现在那些方面，举例说明化学工业原料、工艺、产品的多样化。

答：可以从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品。（所举例子不限，合理即可）

例如：（1）以乙烯为原料制得不同产品（同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）

① 乙烯高压法制低密度聚乙烯

100~300MPa、200~300C，2O或过氧化物引发，管式、釜式反应器均可，单程转化率20%~30%，产品密度0.91~0.923/cmg，用于制薄膜、饮料瓶等。

② 乙烯流化床聚合

2MPa、85~100C，铬系或钛系催化剂催化，此法可生产低密度，高密度（0.96~0.973/cmg）产品，投资低（高压法的30%）、操作费低（高压法的1/6）。

③ 乙烯部分氧化制环氧乙烯、环氧乙烷水合乙二醇（合成无菌活性剂等）。

④ 乙烯制苯乙烯

⑤ 乙烯制氯乙烯

32OAl氧化铜催化、200~230C、0.2~1MPa、242;;OHClHC=1.05；2.0；0.75~0.85（物质的量）流化床反应器中完成氯氧化反应（OHClHCOHClHC2242242212)。所得二氯乙烷在管式裂解炉中，于500~550C、0.6~1.5MPa下脱HCl得氯乙烯HClClHCClHC32242。

（2）以钛铁矿为原料生产不同产品（从不同原料经不同工艺得到同一产品、同一原料可以经不同工艺加工成不同产品、同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）。

① 硫酸法钛白

② 酸溶渣制钛白

③ 氯化渣或人造金红石→氯化钛白

④ 氯化渣或人造金红石→海绵钛 考虑到天然金红石和人造金红石及氯化渣的可替代性，钛原料→钛白粉或海绵钛体现了三种工艺多样性特征，甚至还多了"不同原料可经同一工艺得到同一产品"这一特点。

（3）乙炔的生产方法（从不同原料经不同工艺得到同一产品）

① 电石法：生石灰与焦炭在2000~2200C下冶炼（电炉冶炼），得电石COCaCCCaO23,电石与水反应得乙炔，该工艺原料为生石灰、焦炭、水、产物为乙炔和基本无用的电石乳（含大量杂质的耗石灰乳）。

② 甲烷氧化法：天然气与氧预混和后，于1500燃烧数毫秒，出口气乙炔含量约8%，此法成本比电石法低一半多。

（4）石脑油制甲醇（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）

① 高压工艺：30MPa以上，32OCrZnO复合氧化物为催化剂，330~400C，空速20000~4000033/mm催化剂h，所的出口气甲醇摩尔分数为0.05。

② 5~10MPa、约270C、CuOOCrZnO32复合氧化物为催化剂、空速1000033/mm催化剂h，出口气甲醇含量0.025，与高压法相比，产品杂质少、操作能耗低。

（5）CO合成甲酸（同一原料可以利用不同工艺生产同一产品）

① 甲酸钠路线

180C、2MP下，用烧碱吸收CO得甲酸钠HCOONaCONaOH，然后在40C下与硫酸发生复分解反应得甲酸HCOOHSONaSOHHCOONa224242，烧碱和硫酸经此工艺后成为基本无用的硫酸钠。

② 甲酸甲酯路线

180 C，2MPa，甲醇钠ONaCH3催化。用甲醇吸收CO得甲酸甲酯33HCOOCHCOOHCH,然后让甲酸甲酯在0.5~1.8MPa下水解得甲酸和甲醇HCOOHOHCHOHHCOOCH323，甲醇分离出来后循环使用，仅有少量工艺损耗。

4、简述化工污染控制层次并举例说明？

答：污染控制分以下几个层次：

（1）经过治理，达标排放。如工艺尾气、提钒废水、钛白废水废酸等。

（2）以某种工艺进行综合利用。如高炉渣一类工业固体废弃物。

（3）付出一定代价，实现闭路循环，这是更高层次的综合利用，相对而言，不大容易产生二次污染。如洗煤水循环、铸造水循环、焦化水循环。

（4）改进工艺，避免产生污染。如钒钛磁铁矿的新流程。

5、简述我国化工业现状？

答：（1）门类基本齐全，部分产品产能居世界前列。

（2）市场规模大，部分产品仍依赖进口。

（3）引进及自主创新促进技术进步。

6、简述21世纪化学工业的发展趋势及我国化工业的发展要点？

答：（1）密集的研发投入和产业化投入

（2）环保要求提高

（3）与材料、生物等行业齐头并进

（4）我国化学工业发展要点

化肥——发展高浓度化肥。包括DAP（磷酸氢二铵）。NPK（氮磷钾多元复合）复合肥等，一批中型化肥企业向西靠近，在有天然气或硫、磷资源的地方建设大型化肥装置。

乙烯——国家将以乙烯为代表的石油化工定为国民经济基础产业之一而大力发展。提高产能和自足率，对现有乙烯装置将通过扩产使之优化产品结构，使乙烯达到合理的规模以提高竞争能力，对乙烯原料也将进一步优化以提高收率降低成本。 合成材料——提高高性能树脂的比例。提高通用树脂中高附加值、高档次专用树脂比例，大力发展环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚甲醛树脂等短缺产品。

有机原料——淘汰陈旧落后的老工艺。如磺化碱熔法苯酚及发酵法溶剂（丙酮、丁醇等），促进有机原料向石油化工技术路线转移的同时，也重视现代煤化工技术时有机化工业得贡献，如采用水煤浆气化制合成气大规模生产甲醇、甲醇低压羰基化生产醋酸。生物工程法利用可再生资源大规模生产酒精，1,3-丙二醇等得到重视。

精细化工——加快精细化工产品发展，提高化工的精细化率。

资源概况

1、化学工业的原料来源范围？矿产资源主要包括什么？

答：化工业原料包括无机非金属矿、金属矿、煤、石油、天然气、生物原料、空气和水、海洋资源（主要指海水、海底石油、锰结核等）

除了生物质原料、空气和水，其余均属矿产资源。

2、化学矿有哪些类型，列举并简述5种化学矿的资源、利用情况？

答：化学矿主要指无机非金属矿，中国化学矿资源丰富。建国以来，通过大量地质勘探，已探明储量的有20多个矿种，即：硫铁矿、自然硫、硫化氢气藏、磷矿、钾盐、钾长石、明矾石、蛇纹石、化工用石灰岩、硼矿、芒硝、天然碱、石膏、钠硝石、镁盐、沸石岩、重晶石、碘、砷、硅藻土、天青石等。

（1）萤石，中国是世界上萤石矿最丰富的国家之一。总保有储量2CaF，1.08亿吨，居南非、墨西哥之后，处世界第3位，已探明储量的矿区有230处，分布于全国25个省（区）。以湖南萤石最多，占全国总储量38.5%，内蒙古、浙江次之，分别占16.7%和16.6%。

冶金工业总，萤石主要用于炼铜、炼铁、铸造，铜铁冶炼占这一领域冶金级萤石用量的90%左右，全世界平均单耗3.1kg/吨钢。

氟化学工业中萤石主要用于无机氟化学和有机氟化学工业。在无机氟化学工业中萤石用于生产无水氢氟酸、制备氟化盐、供电解铝工业用（电解体系2CaF含量3%~5%）。目前，我国这一领域消费酸级萤石精矿约6~7万吨。而全世界到2000年用于电解铝工业的酸级萤石精矿将达到98.6万吨。在有机氟化学工业中萤石主要用于生产氢氟酸，然后用氢氟酸生产氟高分子材料，氟碳化合物和有机氟精细化工产品，在这一领域中，一方面受“蒙特利尔协定”影响，世界环境保护组织要求世界各国减少和限制氟碳化合物的生产，这无疑将会使这一领域对萤石需求量的减少。另一方面，有机氟工业是一门新兴的化学工业，其产品多达几千种，用途广，性能特殊，目前无可替代，不能不继续使用萤石，如制冷剂。氟材料、氟医药、氟农药等工业目前正在兴起。2000年全世界有机氟化学工业中萤石消费达到100万吨。

建材行业中，萤石主要用于水泥、玻璃、铸石和陶瓷工业中，消耗也相当大，我国年消费两20~30万吨。

（2）硫矿：中国硫矿资源相当丰富，主要为硫铁矿，其次为其他矿产中的伴生硫铁矿和自然硫，总保有储量折合硫14.93亿吨，居世界第2位。硫铁矿中含硫大于35%的富矿很少，仅占3.6%。除上海市和香港特别行政区外，皆有硫矿分布，已探明储量的矿区760多处，硫铁矿四川省（宜宾、泸州地区）为最丰富，伴生硫储量江西（德兴铜矿和水平铜矿等）第一。自然流主要产于山东（泰安地区），广东云浮硫铁矿、内蒙古炭窑口、安徽新桥、山西阳泉、甘肃白银厂等矿区均为重要的硫铁矿区。

硫矿主要用于生产硫酸，包括直接制酸和含2SO的冶金尾气制酸（用于烟气提高品位以确保经济性）。

（3）硼矿，中国硼矿资源比较丰富。全国14个省（区）有硼矿产出。探明储量的矿区有63处，总保有储量32OB4670万吨，居世界第5位。就省（区）而言，以辽宁硼矿最多，储量占全国的57%；其次为青海，占24.7%。

硼砂用作釉料、冶金辅料，较为尖端的用途是生产氮化硼、磺化硼、硼纤维等材料。

（4）磷矿，中国磷矿资源比较丰富。全国26个省（区）有磷矿产出。探明储量的矿区有412处，总保有储量矿石152亿吨，居世界第2位，从分布看，以湖北云南为多，分别占22%和21%；贵州、湖南次之。以上4省合计占全国储量的71%。我国重要磷矿床有云南昆明磷矿、贵州开阳磷矿、湖北王集磷矿、湖南浏阳磷矿、四川全河磷矿、江苏锦屏磷矿等。磷矿矿床类型以沉积磷块岩型为主，储量约占80%；内主磷灰石矿床，沉积变质型磷矿床次之；鸟粪型磷矿探明储量极少。