思考與練習1.1化學工業是如何定義的？常分為哪兩大類？1.2工業化學是如何定義的？1.3何謂原料？哪四種原料稱基本原料？1.4何謂產品？原料和產品有何區別？1.5何謂化工生產過程？化工生產過程分哪兩種？其三個主要步驟是什么？1.6何謂工藝流程圖？其作用是什么？1.7生產過程的主要指標有哪些？1.8現代化學工業的特點和發展方向是什么？思考與練習1.9化工生產中的主要操作變量和常用單位有哪些？1.10化學反應常分哪幾類？1.11化學反應速度是如何定義的？其意義是什么？如何提高反應速度？1.12化學平衡的條件是什么？氣相反應系統中化學平衡時各組分分壓的關系如何？平衡常數的物理意義是什么？1.13何謂相平衡？什么條件下能達到三相共存狀態？1.14化工單元操作常分哪五類？各單元操作所對應的主要設備與機械是什么？

化學工業1.1

化學工業的定義：

化學工業是以天然物質或其它物質為原料，通過化學和物理的方法使其性質和形態發生變化，而成為生產資料或生活消費品的一種工業。化學工業是國民經濟中的一個重要組成部分，他既為農業、輕工業、重工業和國防工業等提供生產資料，也為人類提供衣、食、住、行各方面必不可少的化工產品。因此，它對國民經濟發展和人民物質生活的提高起著十分重要的作用。第章

緒論1化學工業1化學工業1化學工業1化學工業化學工業1化學工業化學工業

化學工業的分類方法較多。按原料資源可分為：煤炭化學工業、石油化學工業、農副產品化學工業；按產品噸位可分為：基本化學工業、精細化學工業等；按產品用途又可分為肥料、燃料、醫藥、涂料、合成洗滌劑、食品、農藥、試劑、助劑、合成纖維、塑料、橡膠等。

習慣上，一般將化學工業分為無機化學工業和有機化學工業。化學工業1.1第章

緒論1化學工業1.1

化學工業的分類：按產品性質和加工過程相似的原則化學工業可分為兩大類共17個分支：

第一類：重化學工業（基礎化學工業）對資源和能源依賴程度高，生產規模大，產品為其它行業原材料。

1）化學肥料工業：包括合成氨、氮肥、磷肥、鉀肥、復合肥料、微量元素肥料等產品；

2）硫酸工業；

3）制堿工業：包括純堿和燒堿等產品；第章

緒論1化學工業1.1

第一類：重化學工業（基礎化學工業）

4）無機鹽工業：包括各種無機鹽，金屬鈉等單質，以及除硫酸、純堿和燒堿以外的各種無機酸、無機堿等產品；

5）燃料化學工業：包括煤的氣化、干餾、液化及其副產品加工，電石，石油煉制等；

6）石油化工及有機原料工業：包括石油和其他油品的裂解、產物的分離及有機產品的合成，重要有機原料如有機酸、酯、醚、酮和醛等的生產；

7）橡膠工業：包括天然橡膠的加工及產品制造，合成橡膠的生產及產品制造；第章

緒論1化學工業1.1

第一類：重化學工業（基礎化學工業）

8）合成纖維工業：包括聚酯類的滌綸、聚酰胺類的錦綸、聚乙烯醇類的維尼綸等產品；

9）合成樹脂和塑料工業：包括多種高分子聚合物，以及各種日用和工程塑料制品，離子交換樹脂等產品；

第二類：輕化學工業對資源和能源依賴程度小，生產批量較小，品種多，產品附加價值高。

10）染料工業：含紡織、輕工、食品等多種用處的染料；第章

緒論1化學工業1.1

第二類：輕化學工業

11）國防化工：包括各種炸藥，為核工業、航天航空工業、武器工業配套的化工產品，如同位素、推進劑、強氧化劑、密封材料、特種涂料、高性能復合材料等產品；

12）農藥工業：包括殺蟲劑、殺菌劑、殺螨劑、殺鼠劑、除草劑、植物生長調節劑等產品；

13）涂料和顏料工業：包括顏料、油料、填充劑、溶劑、油漆、建筑物內外墻面涂料等；

14）醫藥工業：包括各種天然藥物和合成藥物的生產；第章

緒論1化學工業1.1

第二類：輕化學工業

15）感光材料和磁性記錄材料工業：包括片基、感光乳劑、磁性材料等的生產；

16）化學試劑工業：包括各種等級的化學試劑的生產；

17）精細化學品工業：催化劑、助劑、粘合劑、添加劑、表面活性劑、水處理劑、香料、及皮革與造紙等工業用化學品。另外，還有許多生產過程與化學工業相似，但由于產品的產量大，產值高，在國民經濟中地位重要，已經從化學工業中分離出來的工業部門，如冶金（包括鋼鐵、有色金屬和稀有金屬的冶煉）、硅酸鹽（包括玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料等）、造紙和制糖工業等。這些都可以認為是“廣義化學工業”。第章

緒論1化學工業1.1

再者，化學工業或廣義化學工業又可以看成是屬于范圍和內容都更為廣泛的“過程工業”。過程工業除包括廣義化學工業之外，還包括火電和核電等能源工業，以及某些食品加工和飲料制造等工業。過程工業的特點是這類工業生產是由一系列化學和物理加工過程組成的生產流程來實現的。

過程裝備與控制工程專業就是為廣泛的過程工業培養其裝備的開發研究、設計、操作和維護的高級技術人才。本專業的人才有著強大的社會需求和寬廣的就業范圍。第章

緒論1工業化學1.21、工業化學的定義工業化學是研究原料經過化學和物理變化生成產品的方法、過程，以及實現這一轉變的全部措施的學科。

2、工業化學學科產生的背景

——20世紀化學工業的飛速發展；

——化工生產基礎理論和應用科學的發展；

——工業化學學科的產生是化工生產進一步發展的需要；

——工業化學學科屬于應用科學的范疇。第章

緒論1工業化學1.23、工業化學的具體研究內容

——化工生產中原料和生產方法的選擇；

——生產流程的設計；

——所用設備的結構、材質和操作；

——催化劑及其它物料的影響；

——操作條件的確立；

——生產過程的控制；

——產品的規格及副產品的分離和利用；

——生產流程的安全技術措施；

——產品的技術經濟指標；

——生產流程的環境保護措施等。其研究內容與“化學工藝學”、“化工生產技術”等學科類似。第章

緒論1生產烯烴工藝路線50萬噸甲醇制烯烴工業流程50萬噸甲醇制烯烴工業流程煤制油-日本新能源機構工藝航天煤氣發生爐煤制氣工藝流程工業化學1.24、工業化學作為一門學科具有的特點

——從整體上說，工業化學屬于應用科學的范疇；是以實際化工生產過程為依托的學科；

——以工業規模的具體產品的生產過程為主要研究內容，側重于分析研究產品生產過程的“特性”，并在研究多種生產過程的特性中體現化工生產的“共性”；

——化工生產過程中一般具有化學反應，這也是與其它生產過程的最大不同點。因而，化學反應過程必然是工業化學的研究重點之一。第章

緒論1工業化學1.25、為什么要學習工業化學課程？化學工業是典型的過程工業（processindustry）。學習工業化學可以了解化工生產的概貌和特點，從而了解一般過程工業生產的概貌和特點，為學習過程裝備與控制工程專業的有關課程作好必要的準備。第章

緒論1工業化學1.26、工業化學課程的教學方式與教學要求

1）教學方式：

——采用“解剖麻雀”的方式，選擇具有典型化工過程及設備的幾種化工產品的生產流程作為教學內容；

——每種產品大體按生產流程的順序進行介紹；

——著重說明主要工藝過程和設備的特點，使之對這些典型的化工產品的生產過程有系統和清晰的概念

2）教學要求：通過幾種典型化工產品生產過程的綜述與比較，了解化學工業（以及一般過程工業）生產的概貌和特點。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

原料是指化工生產中能全部或部分轉化為產品的物質。當應用兩種以上原料時，能構成產品主體的原料為主要原料，如氯苯為生產苯酚的主要原料。而在合成氨中氫和氮就難分主次。有時原料與產品的地位也可以互換，如乙烯水合生成乙醇，則乙烯為原料，乙醇為產品；而乙醇脫水生產乙烯，恰好相反。有時，某一生產過程的產品，也可能是后一生產過程的原料，如氨是合成氨工業的產品，同時也是生產硝酸的原料。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

由此可見，就生產程序來說，有起始原料、基本原料和中間原料。起始原料是人類開采、種植、收集等得到的原料；基本原料是從起始原料經過加工制得的原料；中間體原料是從基本原料加工得到的原料。值得指出的是這種區分方法不是絕對。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

起始原料又稱基本原料，主要有：

1）空氣：空氣是工業用氮氣、氧氣及惰性氣體的來源。

2）水：水是最便宜和最豐富的溶劑，廣泛應用于洗滌、冷卻介質及鍋爐給水，也可以作為制取氫氣的原料。水約占地球表面積的70％，但可供使用的淡水只有0.3%，因此如何提高水的利用率也是當前十分緊迫的問題。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

起始原料主要有：

3）礦物資源：礦物包括煤、石油、天然氣及無機化學礦、煤是氨、染料、煤化學產品和有機合成的原料，隨著石油化工的發展，石油和天然氣已成為化學工業的主要原料。無機化學礦是無機化工生產的主要原料。除了上述礦物外，還有各種金屬礦物，如金、銀、銅、汞、鋅、鎂、鋁、鉛、錫、釩、鉻、錳、鎳等礦物。金屬礦物可分別為金屬、金屬氧化物或化合物，如鈦鐵礦、滑石、高嶺土、纖維硼鎂石、菱鎂礦等。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

起始原料主要有：

4）生物原料：糧食、農產廢料及林業中木材加工副產品，可用于生產有機產品，如糧食發酵生產乙醇、丙酮、丁醇、檸檬酸等。隨時石油化工發展，生物原料已逐步被石油原料代替了。因而，就目前整個化學工業而言，除生產少量生物制品外，其所占比例是很小。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

原料按其形態可分為：

1）氣體：如空氣、天然氣、油田伴生氣等；

2）液體：如水、海水、鹽湖水、石油等；

3）固體：如煤、食鹽、石灰石、含不同化學成分的各種礦石、糧食和農產品廢料，及木材加工中的副產品等。第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.1

原料

基礎化工原料是由原始原料（基本原料）大量生產出的。如硫酸、純堿、燒堿、合成氨、電石、乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等。進一步加工，可生產出各種化學制品，如化學肥料、塑料、合成纖維、合成橡膠，以及各種生活消費品。現在的化工產品已超過60000種。第章

緒論1

化工企業使化工原料經過單元過程和單元操作而制得的可作為生產資料和生活資料的成品，都是化工產品。但是習慣上往往把不再供生產其他化學品的成品，如化學肥料、農藥、塑料、合成纖維、合成橡膠等成為化工產品。而把再生產其他化學品的成品，如酸、堿、鹽等無機產品和烴類、中間體等有機產品稱為化工原料。因此，有些成品在不同場合，根據使用的目的，稱為化工原料或化工產品。化工原料及產品1.31.3.2

產品第章

緒論1

在生產目的的產品中，有時先得到某階段產物，常稱為半成品和中間體。如一個尿素工廠，合成氨車間的產品為液氨，若液氨出售則為產品；若將液氨全部加工為尿素，則液氨又成為半成品。在有機化合物中，如硝基苯、苯胺、氯苯、苯酚等可用于各種化工產品的制備，故稱為中間體。再生產主要產品的同時，也生產次要的但有一定價值的產品，稱為副產品。如裂解柴油鎦分生產乙烯的過程中，也生產裂解汽油等副產品。化工原料及產品1.31.3.2

產品第章

緒論1化工原料及產品1.31.3.2

產品

化工產品應符合生產要求的各項指標，如外觀、顏色、粒度、晶形、粘度、雜質含量等，產品質量通常以純度和濃度來表示。根據其質量好壞可分為不同等級，各有一定的規格和指標。主要化工產品有化學肥料、農藥、合成樹脂、塑料、合成橡膠、化學纖維、染料、顏料、涂料、藥物等。第章

緒論1

1、化工過程化工生產過程是將原料物經過化學反應轉變為產品的工藝過程，其一般可概括為三個主要步驟：

1）原料處理：使原料達到符合進行化學反應所要求的狀態和規格，對原料進行預處理，如凈化、提濃、粉碎（對固體原料）等。化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定第章

緒論1

化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定2）化學反應：生產的關鍵步驟。經過預處理的原料，在一定溫度、壓力以及催化劑等條件下進行反應，已達到所要求的反應轉化率和收率，獲得目的產品或其混合物。反應類型可以有氧化、還原、復分解、磺化、硝化、烷基化、異構化、聚合、焙燒，并在相應的反應器中進行。

3）產品精制：將由化學反應得到的混合物進行分離，除去副產品或雜質，以獲得符合組成規格的產品。第章

緒論1

由此可見，化工生產過程主要分為：

1）與化學變化有關的操作，稱為單元過程；

2）與物理變化有關的操作，稱為單元操作。從工程觀點看，將與傳質有關的單元操作稱為分離工程，因為原料的純化及產品的提純在化工過程占相當比例，在基本有機化工中甚至達到50%～80%之多。所以，化工過程中的分離工程是十分重要的。此外，將單元操作中的流體輸送、傳熱、流體壓縮與減壓、能源供應、給排水均作為公共工程的范疇。因此，化工過程也可認為是由化學反應工程、分離工程及公共工程所組成。化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定第章

緒論1

2、過程選擇在生產某一化工產品時，可能存在著不同的原料路線及化學加工方法。因此，工程師首先應對已有的和新開發的工藝路線進行選擇，已能進行工業生產。在工藝過程選擇中，必須符合技術上可行性和經濟上合理性的要求。

1）技術上的可行性對于一個新開發的工藝路線，技術可行性尤為重要。

2）經濟上的合理性除了國家急需的特殊產品外，一個過程能實現工業化的另一個條件是經濟上的合理性，也即生產過程在經濟上能過關，有利可圖，否則工廠很難接受這一過程。

化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定第章

緒論1

3、過程的確立在建立生產裝置之前，除了要符合國家指令性文件和國家總體布局外，工藝過程的選擇尤為重要。工程技術人員主要應了解的內容有：

1）生產裝置規模及工藝過程的先進性；

2）原材料來源及產品質量；

3）裝置設計所需的化學工程數據；

4）技術經濟指標（以噸產品計的水、電、蒸汽、煤等消耗量）；化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定第章

緒論1

3、過程的確立

5）三廢排放量及治理方法；

6）腐蝕及設備材質選擇；

7）反應所需的主要催化劑及其來源；

8）投資費用。然后在此基礎上，對照裝置建設單位的條件確定工業過程。實際上，工程項目能否進行是由多種因素決定的，其中以資金的籌集，生產方法或工藝過程的先進性，以及在所選地區建設是否適合最為重要。化工過程分析1.41.4.1

工藝過程的選擇與確定第章

緒論1化工過程分析1.41.4.2

工藝流程圖

原料經化學加工制取產品的過程，是由單元過程和單元操作組合而成的。工藝流程就是按物料加工的先后順序將這些單元表達出來。如果以方框來表達各單元，則稱為流程圖框；如果以設備外形或簡圖表達的流程圖則稱為工藝流程圖。流程圖以簡明反映化工產品生產過程中的主要加工步驟，了解各單元設備的作用，物流方向及能量供給情況。而工廠生產裝置的流程圖需表明物料流動量，副產品及三廢排放量，需供給或轉移的能量，工藝操作條件，測量及控制儀表及方法等。第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標1、生產能力化工裝置在單位時間內生產的產品質量和在單位時間內處理的原料量，稱為生產能力。其單位為：kg/h（公斤/小時），t/d（噸/天），

kt/a（千噸/天）等。化工裝置在最佳條件下可以達到的最大生產能力稱設計能力。第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標2、轉化率轉化率是原料中某一反應物轉化掉的量（摩爾）與初始反應物的量（摩爾）的比值，它是化學反應進行程度的一種標志。工業生產中有單程轉化率和總轉化率。其表達式為：第章

緒論1

化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標2、轉化率簡化后可寫為：以數學式表達：

式中：原料中某反應物的初始量（摩爾）；反應后某反應物的量（摩爾）。第章

緒論1

化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標3、選擇性選擇性表示實際所得的產物量與按反應的原料計算的理論產物量之比，也即有一些原料被副反應消耗掉了。第章

緒論1

化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標3、選擇性以數學式表達：式中：為選擇性；為原料中產物C的量(摩爾)；為反應后產物C的量(摩爾)；為原料中產物A的量(摩爾)；為反應后產物A的量(摩爾)；為原料A及產物C的計量系數。第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標4、收率

以上工業上通常稱為單程收率。對于可逆反應，部分為反應的物料循環返回反應器進行反應。故其總收率為：第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標5、化工計算在化工生產過程中，物料將發生一系列的物理和化學變化。物料的組成、各種組分的數量以及反應系統的溫度都將隨之變化。同時，由反應物料構成的系統，還必然與外界存在能量的交換。在設計一個化工生產流程時，要事先定量地預測出正設計中的反應系統在各個階段中物料組成的變化、以及溫度和壓力的變化，就必須進行“化工計算”。因此，化工計算是整個化工設計的基礎部分。第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標

5、化工計算化工計算的主要目的是：

1）取得設備設計所需要的基礎數據；

2）為生產過程中各種操作參數的調節與控制提供定量的依據。正常生產中反應物的配比，各種物料的流量，均可通過化工計算確定。實際生產中，可以化工計算的結果為依據，規定某操作參數的允許變化范圍，使生產得以穩定、均衡地進行。

3）提供工藝過程中原材料消耗量，中間產品和最終產品生成量的數據，估算能量（如電、水蒸氣、燃料等）的消耗量及冷卻水的需要量，并對生產過程進行一定的技術經濟分析。第章

緒論1化工過程分析1.41.4.3

生產過程的主要指標5、化工計算化工計算的基本內容有兩個：

1）物料衡算：以質量守恒定律為基礎，結合化學反應、相變化等有關基本定律或關系進行的定量計算，用以確定工藝過程中的物料組成及各組分的量。

2）能量衡算：以能量守恒定律為基礎，結合化學反應、相變化中的能量變化關系進行的定量計算，用以確定工藝過程中系統與外界交換的能量及有關操作指標的變化。第章

緒論11）企業大型化在化工過程的經濟分析中，生產規模是一個影響較大的影響，也就是說，對大部分化工過程，單位年生產能力的投資及生產成本，隨著生產規模的增加而減小（在某一極限的規模范圍內）。因此，從２0世紀50年代起，生產規模明顯增大，如乙烯單系列規模，從50年代年產50千噸發展到80年代年產680千噸，二十一世紀初在上海新建的乙烯裝置最大生產能力達到年產900千噸。現在最大已達到120萬噸/年。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論11）企業大型化

生產規模的大型化，使生產裝置也大型化，設備型式也發生變化。如合成氨單系列裝置，1963年，日產540噸，20世紀70年代發展到日產900～1300噸，80年代出現了日產1800～2700噸合成氨的設計。合成塔型式由軸向式發展為徑向式。壓縮機由活塞式變為離心式單機。裝置規模增大，經濟效益顯著提高。我國乙烯裝置最初引進的115千噸/年，對于提高我國生產率，消化吸收外國先進技術是有利的。但近幾年來，為提高企業經濟效益，以逐步將300千噸的乙烯裝置改造成450～700千噸/年的乙烯裝置。托普索最大的合成氨設計3500噸/日。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1

2）高度機械化、自動化連續生產化工生產一般是以一個或多個反應裝置為骨干，由一系列化工設備和管道組合起來，構成相互銜接、緊密聯系的生產流程來實現的。這種特點使化學工業較易實現連續化生產。大型化工廠的機械化和自動化程度高，通常采用計算機控制進行操作，一般投入的體力勞動人員較少。因此要求參加操作的工人具有較高的技術水平。同時還要在設計和生產中達到最佳化。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1

3）多功能、密集型化學工業是一種原料、生產方法和產品多樣性的工業，因而也是一種靈活性很強的多功能的工業。化學工業是資金密集度和技術密集度均較高的工業。基礎化學工業的工廠生產規模大，生產流程完善，生產裝置先進，資金與技術密集度均較高；輕化學工業產量雖較小，但品種繁多，不斷更新，以適應市場的需要，一般屬技術密集型工業。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點4）綜合利用化工原料化學工業中的多種產業既是資源消耗大戶（煤、石油、天然氣、水等），又是能源消耗大戶。因此在化學工業中的節約資源和能源，綜合利用各種資源和能源，具有十分重要的意義。此外，回收由于副反應所產生的副產物，是化學工業中的一個重要課題。第章

緒論1

5）三廢治理在化工生產中產生大量的廢氣、廢水、廢渣，這些物質不少是有害的，不僅污染環境，影響人們健康，也危害了生態平衡。為了保護環境，造福人類，應嚴格控制三廢的排放量。我國已制定了環境保護法，規定凡新建的工廠都必須達到三廢治理的標準。三廢治理中雖然可以回收一些有價值的物質，但由于要達到國家規定的排放標準，處理過程比較復雜，投資費和操作費都比較大。目前各國化工環境保護設備投資一般在化工總投資的3.6～10%，據日本報道，氯乙烯生產中，生產車間與三廢治理的費用基本相同。

現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1

5）三廢治理中國在三廢治理方面取得一定成效，如氯堿工業中所產生的鹽泥（主要成分為氯化鎂），通過一定的方法處理，可制得輕質氯化鎂，產品質量可達到特級品標準。此外，化學工業又是一個易于發生火災和爆炸的行業，因此化工安全技術是化工生產管理的重要內容，從設備上、技術上、管理上對安全予以保證，對工作人員進行安全技術訓練和制定嚴格規章制度，是安全生產的重要措施。

現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1

6）節能世界上由于工業發展，資源及能源的需求日益增長，因此，1973年原油價格猛漲之后，各國都致力于節能方法的研究，如提高產品收率，改變工藝路線，采用新的催化劑體系，在換原料以及副產品的充分利用等方面，盡可能節約能源，提高經濟效益。除此之外，在產品的規格、輸送及包裝合理等管理方面也進行了努力。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論1

6）節能化工生產是一個耗能的工業，如何在化工生產中加強熱能的合理利用和余熱的回收，使能量達到充分利用，以減少能耗，是工程師必須注意的問題。有關這方面的例子不少，如原油常減壓蒸餾系統，熱交換器的最佳化；采用熱泵蒸流系統；利用催化裂解裝置再生器出來的氣體回收熱量的工藝等。由此說明節能及節省資源日益成為社會的需要，所以在工業設計和應用方面，謀求能量的有效利用就成為重要課題。

現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.1現代化學工業的特點第章

緒論11）大力發展綠色過程技術我國化學加工技術水平與發達國家相比，還有較大差距，化學加工工業工業中資源浪費較多，環境影響嚴重。例如液體燃料中有毒有害物質的含量明顯高于發達國家標準的允許值；以煤作為一次能源及生產化學品的原料，污染十分嚴重；資源的有效利用率低；大量低品位資源未加利用等。近年來，發達國家正在大力發展綠色過程技術，已實現化學加工技術的更新換代。因此，我國也將開展綠色單元技術的開發和系統集成，以促進經濟與社會的持續發展。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.2化學工業的發展方向第章

緒論12）大力發展資源開發利用我國將大力發展劣質礦產資源、煤的轉化、動植物資源利用和廢棄物再生利用。從國情看，能源的安全性是十分重要的，我國的油氣資源有限，但煤炭資源豐富，將煤炭轉化為液體燃料的技術，是保障我國能源安全性的重要措施。因此，掌握以煤制油的現代技術，是一項戰略性的技術儲備。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.2化學工業的發展方向第章

緒論13）大力開發高新技術在精細化工、信息材料、納米材料、復合材料等方面開發高新技術，以是傳統產品升級換代，提高產品的質量和附加值。例如在乳膠漆生產中，采用超細硅酸鋁代替部分鈦白粉，具有明顯的經濟效益。現代化學工業的特點和發展方向1.51.5.2化學工業的發展方向第章

緒論1

為了確保化工生產穩定、正常進行，必須嚴格控制生產過程中的各種操作變量。對化工生產具有重要影響的操作變量主要有：溫度、壓力、流量、流速、物料組成等。化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量1、溫度溫度的本質是物質內部分子不規則運動強度的一種度量。常用的有三種溫標：攝氏溫標（t），單位為：

CSI單位制的熱力學溫標（絕對溫標）（T），單位為：KT=t+273.15

英制單位的華氏溫標，單位為：

FC=(F–32)/1.8;T=(F–32)/1.8+273.15第章

緒論1

2、壓力（壓強）壓力的定義是垂直地作用于單位面積上的力。壓力的單位：

SI單位制中的壓力單位：N/m2=Pa（帕斯卡）常用：MPa=106Pa（兆帕）過去中國在工程中常用的壓力單位還有：標準大氣壓（atm)、工程大氣壓（at）、巴（bar）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）英制單位制中的壓力單位：lbf/in2=psi化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量2、壓力在化工生產中，還常用到下面幾種不同的壓力表示法：表壓力－pg；絕對壓力－pab

真空度－pv

；當地大氣壓－pat

不同的壓力表示法之間的關系如右圖所示。表壓力pg大氣壓力pat真空度pv絕對壓力pab絕對零壓力線第章

緒論1絕對壓力pab化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量3.流量流量的定義：在單位時間內通過生產線中某截面的物料輸送量稱為流量。分別稱為“質量流量”（如kg/s、mol/s)和“體積流量”（如m3/s)。當物料為氣體時，其體積隨溫度和壓力而變化。故氣體的體積流量應指明所處的溫度、壓力條件。工程上為方便起見，將0C、0.101325MPa(1atm)時的體積稱為“標準狀態體積”，這時的體積流量稱為“標準體積流量”，單位為：m3(標)/s。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量4.流速流速的定義：液體或氣體在單位時間內沿流動方向流過的距離稱為流速。單位為m/s。平均流速：若物料體積流量為V（m3/s），設備或管道的橫截面積為A（m2），則物料通過該橫截面積的平均流速為：1-1第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量5.混合物組成的描述方法化工生產中，物料多為混合物。其組成或混合物中個組分的濃度可用下述幾種方法表示：

1）質量分數或質量百分數：或式中，為組分i的質量分數或質量百分數；為組分i的質量；為混合物總質量。1-2第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量5.混合物組成的描述方法

2）體積分數或體積百分數：

或式中，

為組分i的體積分數或體積百分數；為組分i的體積；為混合物總體積。這種物料組成的表示法多用于描述氣體的組成。這是因為這種物料組成表示法對低壓氣體存在下述方便之處。1-3第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量

低壓下氣體的P-V-T關系基本符合理想氣體定律，即

其中n為氣體的摩爾數；R為通用氣體常數R=8.314J/(mol.K)

將式(1-4)代入式(1-3)，可得

可見，混合氣體中某組分氣體的體積分數（或體積百分數）等于其該組分氣體的摩爾分數（或摩爾百分數）。1-41-5第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量5.混合物組成的描述方法

3）(ppm)和(ppb)

物料中的微量雜質含量常用(ppm)和(ppb)來表示。

1(ppm)為百萬分之一（氣體多指體積，液體、固體多指質量）；

1(ppb)為十億分之一。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量5.混合物組成的描述方法

4）溶液中物質的量濃度：

定義：溶液中組分i的量濃度為單位溶液體積中組分i的摩爾數，即

式中，為溶液中組分的量濃度；為溶液中組分的摩爾數；為溶液總體積；為溶液中組分的質量；為溶液中組分的摩爾質量。1-6第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.1化工生產中的主要操作變量5.混合物組成的描述方法

5）混合物中組分濃度的其它表示法：

g/l；kg/m3；g/m3

等。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類

化學反應是一種或多種物質在一定條件下發生組成與結構變化而生成新物質的過程。將化學反應根據反應特點進行分類，有利于了解反應條件及反應器結構的選擇。

1、單相反應和多相反應單相反應：又稱均相反應，反應與生成物系統中，物料處于同一相態。實例：1）氯與氫合成氯化氫；

2）天然氣燃燒都是氣相反應。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類

多相反應：又稱非均相反。反應與生成物系統中，物料處于不同相態。實例：1）堿液吸收CO2是氣-液相反應；

2）硫鐵礦與氧燃燒生成SO2是氣-固相反應；

3）氫與氮在固體催化劑存在的條件下合成氨是氣-固相反應。多相反應的反應器結構和操作條件都比單相反應的反應器來得復雜。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類

2、放熱反應和吸熱反應放熱反應的反應器要能及時導出多余的反應熱，使反應溫度控制在適宜的范圍內。吸熱反應的反應器要能及時提供熱量給反應物。因此，化學反應的熱效應及其大小對反應器的結構及操作條件具有明顯的影響。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類3、可逆反應和不可逆反應

可逆反應：在進行正反應的同時伴隨有逆反應，最后達到動態平衡而不能進行到底的反應。對此類反應，關鍵在于選擇有利于平衡偏向目標產物最適宜的操作條件，以提高原料的利用率。

不可逆反應：可按反應式進行到底的反應。對此類反應，重點在于選擇有利于生成目標產物的操作條件，抑制其它副反應的發生，以提高原料的利用率。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類4、體積增大、不變或減小的反應反應生成物中的氣相摩爾數之和大于、等于或小于反應物中的氣相摩爾數之和的反應，分別屬于體積增大、不變或減小的反應。實例：CH4+H2OCO+3H2

CO+H2OCO2+H2SO2+O2SO3

第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.2化學反應的分類4、體積增大、不變或減小的反應由于反應的體積效應不同，某些操作條件的選擇也將有所不同，以有利于平衡偏向目標產物。實際上，每一個具體的化學反應都可按上述幾種分類方法進行分類。例如，CH4+H2OCO+3H2

這一用天然氣加水蒸氣轉化制氫的化學反應是在有固體催化劑的條件下進行的，因而是一種氣-固相間的多相反應（非均相反應），它又是吸熱反應、可逆反應和體積增大的反應。1-7第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡1、化學反應速度定義：化學反應速度的大小通常用單位時間內單位反應區體積中反應物的減少量或生成物的增加量來表示。某一瞬間的反應速度稱為瞬時速度，其定義得數學表達式為：

i=(1/V)(dNi/d)式中，i為以反應物或生成物i為基準的瞬時反應速度，單位為mol/(m3·s)；V為反應區的體積，m3

；Ni為反應物或生成物i的瞬時量，mol。若i為反應物，上式取負號；若i為生成物，上式取正號；為反應時間。1-8第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡1、化學反應速度令Ni/V=Ci

為反應物或生成物i的瞬時濃度，（mol/m3）則式（1-8）又可寫成：

i=dCi/d

反應速度不但與系統的濃度有關，且與系統的溫度也有關。一般來說，提高溫度，增加反應物濃度或降低生成物濃度，都可提高反應速度。反應速度是影響反應器尺寸和生產經濟效益的重要因素。1-9第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡

1）化學平衡的概念大多數化學反應同時存在正向反應和逆向反應的可逆反應。可逆反應的反應總速度是正向反應速度和逆向反應速度之差：

=正

-逆當達到正

=逆時，反應總速度

=0。此時，在表觀上反應不再進行，各組分濃度不隨時間改變，這種狀態稱為反應的化學平衡狀態。1-10第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡

1）化學平衡的概念如果改變處于平衡狀態系統的溫度、壓力或組分等條件，則該平衡狀態即被破壞。然后在新的條件下，經過足夠長的時間，反應又將達到新的平衡狀態。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡

2）化學平衡的條件當某一特定反應系統處于化學平衡狀態時，其反應物和生成物的濃度存在著特定的定量關系。這種特定關系也就是該特定反應系統的化學平衡的條件。化學平衡條件的具體表達形式與反應類型有關，通常用下列三種形式來表達：氣相反應系統，設反應通式為

1-11第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡平衡時各組分分壓存在下列關系：

式中，、、、：分別為平衡時各反應物和生成物的分壓，簡稱“平衡分壓”。組分的分壓

與該組分的摩爾分數

成正比(

)，因而可用來表示組分的濃度。式中，、

、、：分別為反應式中的計量系數；1-12第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡式中，：為平衡常數，對一具體的反應來說，平衡常數的數值只與反應溫度有關，而與反應開始時各各組分的濃度以及催化劑的存在與否無關。壓力對平衡常數數值的影響較小，僅在高壓下才予以考慮。平衡常數的物理意義：表示平衡時正向反應完全的程度，值越大，正向反應進行得越完全。注意：平衡常數的數值不能表示反應速度的大小。第章

緒論1化工生產中的一些基本概念1.61.6.3化學反應速度與化學平衡2、化學平衡氣-固相反應系統，在平衡常數

的表達式中，將不包含固相組分的分壓。例如，碳的燃燒反應C+O2=CO2

其平衡常數

的表達式簡化為：液相反應系統，設反應通式為：第