1、1、化工工藝學的定義化學工業：利用化學反應改變物質結構、成分、形態等生產化學產品的工業部門。工藝學：根據技術上先進，經濟上合理的原則，研究各種原材料、半成品、成品的加工方法和過程的學科。化工工藝學就是研究運用各種學科的知識，經濟地、先進地將各種原材料生產出化工產品的技術、過程和方法，是化工產品生產的工程技術、訣竅和藝術。1、化學工業的行業特征發展和更新速度快 (2) 設備特殊，設備投資高、更新快(3) 知識技術密集，投資和資金密集能量消耗密集和物質消耗密集(5)有一定的規模效益 (6) 要求環境保護和防治，要求自動控制條件比較嚴格 (7) 化工的市場競爭激烈，國際競爭也十分激烈(8)市場經營注

2、意用戶開發和用戶技術指導4、化工節能的途徑開發研究化工工藝流程，減少合成過程的復雜性研究活性的反應催化劑以力求降低反應溫度，提高原料的利用率。研究高效的分離能力，縮短分離過程的長度，減少分離的設備。改善裝置的傳熱冷卻效果，設計和使用先進裝置，以提高能源的利用效率。減小設備和管道的阻力，合理利用動力，減少消耗。充分利用化學能、利用反應放熱或其它熱交換裝置，將廢熱合理利用，用于帶動蒸汽透平或產生蒸汽。使用高效新能源，節省燃料和其它能源。以石油煤炭為原料的化工工業，除了充分利用能量之外，還要改進工藝，充分利用原料，減少無謂的損耗。7、美國化學會提出的十二項原則（ 1）預防環境污染； （ 2） 原子經

3、濟性；（ 3）無害合成方法； （ 4） 設計安全化學品； （ 5）使用安全溶劑和助劑；（ 6）提高能源經濟性；（7）使用可再生原料； （8） 減少衍生物；（ 9） 開發新催化劑； （ 10） 產品的降解設計；（ 11） 預防污染，及時監測和分析；（ 12） 安全生產防止意外事故。5、關于綠色化工的概念和術語簡介（ 1）“綠色”設想的實現途徑2）原子經濟性： 原料分子的原子轉化為產物的百分率。3）零排放： 原子經濟性達到百分之百的過程叫零排放過程。原子經濟反應：原料 1+原料 2-產物 +副產物 ( 產物副產物零排放過程：原料1+原料 2-產物 ( 無污染物和副產物排放)（ 4）原子利用率)8、

4、化工可持續發展問題： 化學工業的物質消耗，能量( 能源 ) 消耗和環境污染。方法： 一方面要提高工藝技術、降低物質和資源的消耗，使“反應原料的原子全部變成目標產物的原子”另一方面要開發新的資源。途徑 :化工產品節能降耗和走向精細化，走向清潔化，是化工可持續發展的途徑.3、原料預處理的原則(1) 必須滿足工藝要求。(2) 簡便可靠的預處理工藝。(3) 充分利用反應和分離過程的余熱及能量。(4) 盡量不要產生新的污染，不要造成損失。(5) 盡量研究和采用先進技術。(6) 投資節省，設備維護簡便。(7) 盡量分工由生產廠家精制。4、原料處理流程方案的比較和評估原料的處理方案，要從原料來源、技術成熟和

5、可靠程度、設備投資、運行費用以及可能帶來的風險等各方面作技術經濟的綜合評估，再決定采取的方案。固體原料的處理：粉碎設備從物料被粉碎的程度分為兩大類：（1）破碎設備，產品粒度粗。（ 2）粉碎設備。氣體原料的處理：空氣過濾器：捕集空氣中的低濃度的粉塵，使空氣潔凈。液體原料的處理：純化和凈化（ 1）過濾和澄清； （ 2）結晶和重結晶（3）吸附和吸收（4）膜透析和超濾8、催化劑催化劑的基本特征催化劑參與了反應，但本身未發生化學性質和數量的變化催化劑只能縮短達到化學平衡的時間（即加速作用），但不能改變平衡催化劑有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應工業催化劑的使用性能：（ 1）活性（ 2）選擇性

6、（ 3）壽命壽命的影響因素：化學穩定性；熱穩定性；力學性能穩定性；耐毒性11、化工過程的主要效率指標1）生產能力： 一個設備或一套裝置單位時間內生產的產品量或處理的原料量。2）生產強度： 設備的單位體積（或面積）的生產能力。3）轉化率 平衡轉化率 =1轉化率4）選擇性：5）收率 產率：從產物角度來描述反應過程的效率2、反應器選型原則（ 1）反應類型與特征（2）反應過程的特征和要求（3）由反應的濃度效應決定的混合要求（4）由反應的熱負荷和溫度效應所決定的熱量傳遞和溫度控制要求（ 5）相際傳質和化學反應的相對速度（ 6）最后再判斷反應器的特征能否達到要求3、以合成氣為例甲烷蒸汽轉化制合成氣影響甲烷

7、蒸汽轉化反應平衡組成的因素1） 水碳比；水碳比越高，甲烷平衡含量越低。2）反應溫度；溫度增加，甲烷平衡含量下降3）反應壓力；壓力增加，甲烷平衡含量也隨之增大，加壓比常壓轉化經濟效果好。甲烷蒸汽轉化過程的析炭析炭危害：（1）炭黑覆蓋在催化劑表面，堵塞微孔，降低催化劑活性2）影響傳熱，使局部反應區產生過熱而縮短反應管使用壽命。3）使催化劑破碎而增大床層阻力，影響生產能力。控制水碳比、適宜的溫度和壓力來解決析碳。催化劑組成： （1. ）活性組分Ni ，以 NiO 存在。2）助催化劑 ， Al 2O3、 MgO、 CaO、 TiO 2、 MoO3、 稀土氧化物3）載體，載體作用：使鎳的晶體盡量分散，催

8、化劑活性下降判斷方法：（ 1）甲烷含量升高（2）平均溫距增大（3）“紅管”現象設計分離流程時的經驗規則和注意事項:反應產物有固體物的，一般要率先分離出來。(2)反應產物中對目的產物尤其有害的物質必須首先除去。(3) 反應產物中對后工藝有害的物質，首先分離。(4) 產物中，盡量優先把未反應原料分出來。(5)把最難分離的組分或要求特高的產物應從分離系統中先取出粗產物，再設計精制分離方案。(6)盡量選用簡單的分離方法，能用機械分離的先用機械法。(7) 一般情況下或者先取出最少的組分，或者先取出最多的組分。(8) 一般情況下分離的流程先易后難，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。(9) 盡量把多種雜質

9、一次性除去，再研究從雜質中回收有用副產物。(10)能用精餾的地方盡量采用簡單精餾。(11)盡量利用熱源，節省能量。(12)盡量采用先進技術和先進設備。產品后加工的原則： 一般以兩條標準為指導，一條標準是商品的標準，產品最終作為商品投放場，有商品的條件諸如計量、檢測、標簽、包裝和其它裝飾要求等。另一條標準是使用標準，用戶對產品提出特殊要求，或者用戶是本企業集團的另一個分廠或者是下一個工段為方便下一工序的工作，產品生產出來之后，可能要作后加工處理。去除微量雜質的方法原料經預處理合成和產物分離之后，已經獲得基本純凈的產品，雜質的含量其來源有二，一是原料帶入的，二是反應和分離過程的沾染。固體產物微量雜

10、質去除方案：液相形態產物中微量雜質去除方案：氣相產物中微量雜質去除方案：產品后加工和精細加工方案1.研磨和粉碎 2團聚、壓片和切粒 3復混和混批 4混煉和色料 5脫色和除臭 6干燥和深度干燥 7深冷和氣體液化 8專門要求的加工檢測和操作控制工藝操作參數:溫度壓力原料配比反應時間和操作周期反應轉化率、選擇性和收率消耗定額進料、出料與循環安全措施 :除了嚴格科學的工藝操作規程外，還應有安全規程及安全教育。配備必須的防護用品，例如，粉塵可配防塵面罩，有毒氣體崗位配防毒口罩或面具，施工檢修配安全帽，電氣作業配絕緣手套及絕緣鞋，高溫輻射配墨鏡及隔熱服裝。易燃車間配套相關滅火器械，設備有防爆膜孔。電氣設備

11、有嚴格接地裝置。廠房及高大設備必要時有防雷設施。廠房有完備的通風設施。易爆車間配防爆電氣，照明及開關。危險崗位盡可能加強自動控制，減少人員接觸。車間危險區域設置護欄及警示標志。清除靜電的設施，包括人體防靜電措施。應急措施 :工藝上設施上的應急措施，例如液氯鋼瓶旁邊，設應急水池，一旦氯氣漏，推入水中，即可減少危害。設值班醫生，例如接觸氫氰酸的車間，要有醫生在現場值班，并配備急救藥品一旦發現中毒者，立即注射急救藥品，可贏得搶救時間。烴類蒸氣轉化：一、化學原理（一）、氣態烴原料是各種烴的混合物。主要成分為 CH4 ， 此外還有一些其他烷烴和少量烯烴甲烷蒸汽轉化催化劑：對催化劑的要求：高活性高強度較好

12、的熱穩定性和抗析碳能力1、催化劑的活性組分、助催化劑和載體活性組分：從性能和經濟方面考慮，活性組分，鎳為最佳。助催化劑：提高鎳的活性、延長壽命和增加抗析碳能力。鎳催化劑的載體：使鎳高度分散、晶料變細、抗老化和抗析碳等作用。常用的有氧化鋁、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈣、氧化鉻、氧化鈦、和氧化鋇等。鎳催化劑的制備和還原：烴類蒸氣轉化的工業方法轉化的分段1、轉化深度：工業上采用了分段轉化的流程：首先，在較低溫度下，在外熱式一段轉化爐風進行烴類蒸氣轉化反應，而后在較高溫度下，在二段轉化爐中加入空氣，利用反應熱將甲烷轉化反應進行到底。工藝條件選擇1、天然氣蒸汽轉化的Kellogg 工藝流程2、各種工藝流程的不

13、同點：1）原料的預熱溫度：其高低應根據原料烴的組成及催化劑的性能而定。2）對流段內各加熱盤管的布置轉化系統的余熱回收一氧化碳的變換：CO 變換基本原理變換催化劑三、工藝流程1、工藝流程設計依據為：1）原料中的 CO 含量；2）變換催化劑的溫度范圍；3）殘余的 CO 的要求。原料氣脫硫一、脫硫的方法原料氣中的硫化物：主要是硫化氫，其次是二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有機硫。脫硫的方法：干法脫硫：氧化鐵法、活性炭法、鈷鉬加氫和氧化鋅法等。濕法脫硫：化學吸收法和物理吸收法。干法脫硫：濕法脫硫蒽醌二磺酸鈉法（又稱ADA 法）二氧化碳脫除CO2 脫除方法原料氣經 CO 變換后都含有相當量的 CO

14、2， CO2 的存在對下步的反應不利，但其又是制造尿素、碳酸氫銨、純堿等工業的原料，脫除方法有：物理吸收法吸收溶劑常用的有水、甲醇、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯。用水吸收，吸收能力低，用水量大，選擇性不高。低溫甲醇洗滌法：化學吸收脫碳熱碳酸鉀法工藝流程分類：一段吸收一段再生流程兩段吸收兩段再生流程（常用）以原料氣的最終凈化目的：防止CO、 CO2、O2 和硫化物等對氨合成催化劑的毒害作用。方法：銅氨液吸收甲烷化法深冷液氮洗滌法變壓吸附法銅氨液吸收法：銅氨液種類：氯化亞銅氨液、蟻酸亞銅氨液、碳酸亞銅氨液、醋酸亞銅氨液甲烷化法甲烷化催化劑要求：高活性適用溫度范圍寬組成：由耐火材料載體上的氧化鎳組成。形狀

15、多為壓片、擠條或球形，粒度為1/4 英寸。催化劑的還原：皆為放熱反應，應控制溫度不要太高。深冷液氮洗滌法原理：因CO 的冷凝溫度比氮高6，當用液氮洗滌時，原料氣中的CO 就冷凝液化，好像“溶解”在液體氮中一樣；原料氣中的少量氧和甲烷冷凝溫度比CO 還高。故用液體氮作洗滌劑來脫除少量CO 及少量氧和甲烷。氮的作用：是除去 CO、 CH4 、 O2、氬氣的洗滌劑。是配制氫氮混合氣的原料是獲得冷量的主要來源氨的合成一、基本原理氨合成反應為氣固非均相反應。當氣流速度較大、催化劑粒度足夠小時，整個過程速度為動力學控制。二、氨合成催化劑1、鐵催化劑還原前組成：促進劑： Al2O3 、K2O 、 CaO、S

16、iO2 、BaO、 CoO 等。國內 Fe-Cat 常用的有A106 、 A109、 A110 、A201 型，催化劑的還原和使用三、工藝條件選擇（一）溫度最佳溫度：（ 400500 ）最佳溫度隨氨濃度增加而下降，隨壓力降低，惰氣含量的增加而降低。同時，催化劑活性也顯著影響最佳溫度。合成反應為放熱反應（二）壓力1、從化學平衡和反應速度來看，高壓對反應是在利的。（中小型廠2032MPa ；大型廠15MPa）2、 P 高對生產的影響：優點：高壓下，生產能力提高，且使合成氨流程簡化，設備緊湊，占地少，水冷即分離出氨。缺點：對設備材質、加工要求提高，且高壓下，溫度升高使催化劑使用壽命下降。（三）空間速

17、度與生產強度、氨凈值、循環氣量、系統壓降、系統反應熱多少等有關。-1中壓法空速（ 30MPa ）2000030000h ;空速優點：空速增加，凈氨值下降，且生產強度提高。缺點：使系統氣壓阻力提高，循環功耗增加氨分離冷凍負荷增加單位循環氣量的氨量下降，循環氣反應熱降低。四、氨的分離1、冷凝法：把含氨混合氣冷卻，使其中大部分氨冷凝與循環氣分開。目前工業上常用此法。2、水吸收法：此法利用氨易溶于水得到濃氨水，氨水經蒸餾、冷凝成為液氨。缺點：能耗較大，工廠用之較少。3、有機溶劑吸收法（三甘醇等）：溶劑易揮發至混合器中分離不凈對催化劑有影響，用之較少五、氨合成塔合成塔內件應具備之條件：半塔生產能力高操作

18、便于調節、控制能較好地回收利用反應熱，作為系統的能源結構堅固、可靠，操作維修方便形式：連續換熱式 多段間接換熱式多段冷激式冷管式氨合成塔并流三套管式優點：床層溫度分布合理，催化劑生產強度高，操作穩定、可靠。缺點：結構復雜，冷管分氣盒占空間大。還原時升溫困難。單管并流式 優點：塔內部件緊湊，催化劑筐與換熱器間距小，塔有效利用率高。缺點：結構不夠牢固，升氣管、冷管焊縫易裂開。冷激式氨合成塔1、立式軸向四段冷激式氨合成塔（凱洛格型）內件包括：四層催化劑、層間氣體混合裝置、裂管式換熱器。優點：用冷激式調節反應溫度、操作壓力方便，結構簡單，內件可靠性好，裝卸催化劑方便。缺點：瓶式結構，內件先裝入再焊瓶嘴

19、。檢修、損壞更換不方便。2、徑向二段冷激式合成塔（托普索型）優點：氣體徑向流動，壓降小，催化劑生產強度較大。催化劑裝封，運輸、安裝檢修方便。缺點：氣體流過催化劑層時，易出現偏流。六、生產總流程中小型合成氨廠合成工段工藝流程烴類熱裂解熱裂解原理量小，塔直徑較小，投資少。采用大蓋密分離方法1、深冷分離法（冷凝精餾）工業： -50冷凍溫度淺度冷凍-50-100 冷凍溫度中度冷凍-100 冷凍溫度 深度冷凍（深冷）原理：利用裂解氣中各種烴的相對揮發度不同，在低溫下除了氫和甲烷以外把其余烴都冷凝下來，在適當溫度、壓中力下以精餾的方法把各組分分離出來。深冷分離包括三大系統：氣體凈化系統：脫酸氣、脫水、脫炔

20、、脫 CO 等。壓縮冷凍系統：把裂解氣加壓、降溫，為分離創造條件。精餾分離系統：通過一系列精餾分出 C2H4 、 C3H6等。2、油吸收精餾分離法（吸收精餾）酸性氣體脫除：（一）酸性氣體的組成：（二）酸性氣體的危害：1、乙烯、丙烯純度降低2、 H2S：腐蝕設備管道；分子篩壽命降低；使加氫脫炔用催化劑中毒3、CO2：低溫下結成干冰堵塞設備管道；在生產聚乙烯等時酸性氣體積累造成聚合速度降低、聚乙烯的分子量降低。脫除方法： 用化學吸收法（酸堿中和）吸收劑有： NaOH 溶液（堿洗法） 、乙醇胺溶液、N-甲基吡咯烷酮等。脫水水的來源及危害：1、來源：稀釋蒸汽脫酸性氣體過程中水洗殘留2、危害：低溫下，水

21、凍結成冰，而且與輕質烴形成白色結晶水合物，如CH4 6H20 、C2H6 7H20 、 C3H8 7H20等。這些固體附著在管壁上，既增加動能消耗，又堵塞管道。解凍方法可用氨、甲烷、乙醇等。3 、脫水方法吸附法（分子篩、硅膠、活性氧化鋁脫炔和 CO炔烴的危害：1、影響乙烯、丙烯的質量和用途2、惡化乙烯聚合物的性能3、使合成或聚合用催化劑中毒催化加氫脫乙炔1、原理：采用乙炔選擇性催化加氫為乙烯，盡量避免乙炔和乙烯加氫成乙烷。2、催化劑：活性組分鈷、鎳、鈀助催化劑鐵、銀載體分子篩、 a-Al2O3吸附順序：丁二烯乙炔丙炔丙烯乙烯3、前加氫：脫甲烷塔前進行的加氫脫炔。（氫氣自給）后加氫：脫甲烷塔后進

22、行的加氫脫炔。（需外部加氫）一氧化碳的脫除：危害：若一氧化碳過多，易使加氫催化劑中毒，故當一氧化碳濃度太高時需脫除。原理：甲烷化法：裂解氣的壓縮目前工業上深冷分離兩種型式：AB壓力壓力3.5MPa0.1MPa溫度溫度-100-140利弊分析：當壓力高時，精餾塔塔釜升高，易引起重組分聚合，并使烴類的相對揮發度降低，造成分離困難。低壓下，塔釜溫度低不易發生聚合；烴類相對揮發度大，分離較容易。多段壓縮： T 過高，會導致二烯烴聚合生成樹脂，嚴重影響壓縮機正常操作，甚至破壞生產，故采用多段壓縮。段間設冷凝器，以維持低的入口溫度。為防止聚合，每段的出口溫度控制在 90-110 壓縮機：離心式或往復式2、

23、離心式壓縮機用途較廣：轉數 3000 16000 轉 /分裂解爐的廢熱鍋爐副產高壓水蒸汽，多用蒸汽透平驅動離心式壓縮機，達到能量合理利用。制泠氨蒸汽壓縮制冷1、蒸發0.1MPa 時，沸點為 -33.4 。因此液氨在蒸發器中沸騰蒸發為氨蒸氣時，必須從被冷物料中吸熱，使被冷物料泠至-33.4。2、壓縮換熱器 2 中低壓低溫氨蒸氣被壓縮機壓縮，壓力升高（g）。3、冷凝高壓下氨蒸氣凝固點較高（2.07MPa 時， 750），可用水冷卻使NH 3(g)轉變為 NH 3(l) 。4、節流壓力高，需通過節流降壓，進行節流膨脹，而此過程很快，只能從NH3 自身取熱。節流后成為低溫低壓液體，再去蒸發。從而達到循

24、環制冷。（消耗機械能）復迭制冷乙烯臨界溫度為 9.5，已低于冷水溫度， 故需低于 9.5的冷凍劑冷卻乙烯至臨界溫度以下液化。故可用乙烯 -丙烯、乙烯 -氨復迭制冷來完成。而丙烯為聯產品易回收。大型乙烯廠常以乙烯 -丙烯復迭制冷。深冷分離中的節能措施裂解氣在深冷分離中加壓至 3.0-4.0MPa ，降溫至 -100 左右，能量消耗很大。特別是制冷電耗占用電的 50-60% 。1、急冷回收熱能的利用2、中間冷凝器和中間再沸器3、逐級冷凝多股進料4、尾氣膨脹補氣制冷5、熱泵氯乙烯的工業生產方法電石乙炔法 :能耗大、價格高、污染嚴重而被廉價的乙烯法所取代乙烯平衡氧氯化法 :該法具有反應器能力大、生產效

25、率高、生產成本低、單體雜質含量少和可連續操作等特點。反應原理乙烯氧氯化法生產氯乙烯，包括三步反應：1）乙烯直接氯化CH2=CH2 + Cl2 CH2ClCH2Cl（ 2）二氯乙烷裂解2CH2ClCH2Cl 2CH2=CHCl + 2HCl（ 3）乙烯氧氯化CH2=CH2 + 2HCl +? O2 CH2ClCH2Cl + H2O總反應式2CH2=CH2 + Cl2 +? O2 2CH2=CHCl + H2O合成氨物理性質：標準狀態下是無色氣體，具有特殊的刺激性臭味。20下將氨氣加壓0.8MPa 時，液化為無色的液體。液氨或干燥的氨對大部分物質不腐蝕，在有水存在時，對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕。氨與

26、空氣或氧的混合物在一定濃度范圍能發生爆炸，有飽和水蒸氣存在時，氨空氣混合物的爆炸界限較窄。氰化法直接法（合成氨法） ：此法是在高壓、高溫和有催化劑時，氮氣和氫氣直接合成為氨的一種生產方法。目前工業上合成氨基本上都用此法。四、合成氨工業進展1913 年，在德國Oppau 建成第一個工業化的合成氨裝置，日產30t.一次大戰后。在原料構成方面：由以固體燃料（焦炭，煤等）為原料轉化到了以氣體或液體（天然氣、石腦油、重油）為原料來合成氨。在生產規模上： 實現了單系列全盛氨裝置的大型化，現在世界上規模最大的合成氨裝置為日產1800t 氨，而 50 年代以前，只有 200t。在能耗上，新工藝的開發，能耗的降低。計算機的應用實現了自動化操作控制上。中國合成氨簡介50年代，在恢復與擴建老廠的同時，從蘇聯引進了三套年產50kt 的裝置；60年代，又從英國引進了一套年產100kt 的裝置，且又在全國建設了一大批小型氨廠；70年代，我國又從西方國家引進多套大型裝置（年產300 kt 以上）。年代后，我國設計的裝置開始用于生產。合成氨發展的三個典型特點：生產規模大型化。能量的合理利用。高度自動化。固體燃料氣化：原料氣制取的途徑現在工業上采用天然氣、煉廠氣，石腦油、焦爐氣、重油、焦炭和