§5化学工艺学
化学工艺学完整版
化学工艺学完整版化学工艺学是研究化学反应过程和工业生产中的化学工艺的学科。
它涉及到化学反应的热力学、动力学、传质、传热、流体力学等基本原理，以及工艺流程设计、设备选择、操作控制、安全与环保等方面的内容。
化学工艺学的完整版可以包括以下几个方面的内容：1. 化学反应热力学：研究化学反应的热力学性质，如反应热、反应平衡等。
通过热力学计算，确定反应的热效应和平衡条件，为工艺设计提供基础数据。
2. 化学反应动力学：研究化学反应速率和反应机理。
通过实验和数学模型，确定反应速率方程和反应机理，为工艺操作和控制提供依据。
3. 传质与传热：研究物质在流体中的传质和传热过程。
通过传质与传热的计算和实验，确定物质在反应器中的分布和温度变化，为工艺设计和操作提供依据。
4. 流体力学：研究流体在管道、反应器等设备中的流动特性。
通过流体力学的计算和实验，确定流体的流速、压降和混合程度，为工艺流程设计和设备选择提供依据。
5. 工艺流程设计：根据反应过程的特点和要求，设计合理的工艺流程。
包括反应器的选择、分离和纯化步骤的设计等。
6. 设备选择与操作控制：根据工艺流程的要求，选择合适的设备，并进行操作控制。
包括反应器、分离设备、传热设备等的选择和操作参数的确定。
7. 安全与环保：考虑工艺过程中的安全性和环境保护。
包括事故预防和应急处理措施，以及废物处理和排放控制等。
综上所述，化学工艺学的完整版包括了热力学、动力学、传质、传热、流体力学等基本原理，以及工艺流程设计、设备选择、操作控制、安全与环保等方面的内容。
这些内容相互关联，共同构成了化学工艺学的完整体系。
化学工艺学知识点总结
报告格式与内容
了解实验报告的格式和内容要求，按照规范 撰写报告。
总结与反思
对整个实验过程进行总结，反思实验中的不 足和优点，为今后的实验提供借鉴。
实践项目与经验分享
实践项目实施
参与化学工艺实践项目，将理论 知识应用于实际生产中。
经验交流与分享
与其他同学分享实验经验，交流 心得体会，共同提高实验技能。
03
化学工艺流程与设计
工艺流程设计基础
01
工艺流程设计原则
根据生产需求和工艺要求，遵循 安全、环保、高效和经济等原则 进行设计。
02
工艺流程设计步骤
进行工艺分析、流程构思、流程 图绘制以及工艺流程说明等步骤 。
03
工艺流程设计基础 理论
掌握化学反应动力学、化学平衡 和热力学等基础理论，为流程设 计提供理论支持。
实验数据处理与分析
数据记录与整理
准确记录实验数据，采用合适的方法进行数据整理，便于后续分析 。
数据处理方法
掌握常用的数据处理方法，如平均值、标准差、回归分析等，对实 验数据进行处理。
结果分析与解释
根据处理后的数据，进行结果分析，解释实验现象和规律，得出结 论。
实验报告撰写与总结
结果展示与讨论
清晰展示实验结果，对结果进行讨论和解释 ，提出可能的改进措施。
化学反应工程基础
总结词
化学反应工程基础是化学工艺学的支撑学科，它研究反应过程中的传递现象和反应器设 计。
详细描述
化学反应工程基础主要研究反应过程中的物质传递、热力学和动力学等传递现象。它关 注反应过程中的物质传递和能量传递对反应结果的影响，以及如何通过优化传递过程来 提高化学反应的效率和产物收率。此外，化学反应工程基础还涉及反应器的设计、操作
化学工艺学完整版
化学工艺学完整版简介化学工艺学是研究化学反应、质量转化以及生产工艺的学科。
它涵盖了化学原理、工程设计、实验技术等方面的知识。
化学工艺学的核心是将原始物料转化为有用的产品，并且在这个过程中考虑到经济、环境和安全等因素。
本文将介绍化学工艺学的基本概念、应用领域以及它在工业生产中的重要性。
我们将深入探讨化学反应的基本原理、反应器设计和优化、物质传递操作以及化学工程过程的监测与控制等方面的内容。
1. 化学工艺学的基本概念化学工艺学是研究如何将给定的原材料转化为有用产品的科学和技术。
它涉及到以下几个主要方面：1.1 反应原理与动力学化学工艺学研究不同的化学反应，并通过控制反应条件以达到预期的反应产物。
了解反应原理和动力学对于优化工艺条件、提高产物收率和减少废物产生具有重要意义。
1.2 反应器设计与优化反应器是进行化学反应的设备，常见的反应器类型包括批式反应器、连续流式反应器等。
化学工艺学中研究如何设计和优化反应器，以提高反应效率和产物纯度。
1.3 物质传递操作化学工艺中还涉及到物质传递操作，例如质量传递、热传递和动量传递等。
了解不同物质传递机制，对于设计和优化化学工艺过程至关重要。
1.4 过程模拟与优化利用数学模型对化学工艺过程进行建模和模拟，可以更好地预测和优化工艺条件。
过程优化旨在提高生产效率、降低生产成本并减少对环境的影响。
2. 化学工艺学的应用领域化学工艺学在众多领域中发挥着重要作用，下面列举了几个主要的应用领域：2.1 石油化工石油化工是化学工艺学的一个重要应用领域。
石油化工通过对石油及其衍生物的加工，生产出石油产品和化学产品。
例如，通过炼油工艺，可以将原油提炼为汽油、柴油和润滑油等产品。
2.2 化学品生产化学工艺学在化学品生产过程中起着关键作用。
化学品生产涉及到各种化学反应和物质转化过程。
例如，生产肥料、塑料、颜料和药品等。
2.3 冶金工业冶金工业是化学工艺学的另一个重要应用领域。
冶金工业主要研究各种金属的提取和精炼技术。
化学工艺学
化学工艺学第一章1化学工艺学定义、化学工艺学研究范畴、化学工艺学与工程的关系答：化学工艺学是将化学工程学的先进技术运用到具体的生产过程中，以化工产品为目标的过程技术。
化学工程学主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律，他的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别释放大中的效应。
化学工艺学与化学工程学都是化学工业的基础科学。
化学工艺与化学工程相配合，可以解决化工过程开发、装置设计、流程组织、操作原理及方法方面的问题；此外，解决化工生产实际中的问题也需要这两门学科的理论指导。
2现代化学工业的特点答：特点是：（1）原料、生产方法和产品的多样性和复杂性；（2）向大型化、综合化，精细化发展；（3）多学科合作、技术密集型生产；（4）重视能量的合理利用，积极采用节能工艺和方法；（5）资金密集，投资回收速度快，利润高；（6）安全与环境保护问题日益突出。
1. 生产磷肥的方法是哪两类答：生产磷肥的两种方法是：（1）酸法它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。
硫酸与磷矿反应生成磷酸和硫酸钙结晶，（2）热法利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。
2、石油的主要组成是什么答：石油的化合物可以分为烃类、非烃类以及胶质和沥青三大类。
烃类即碳氢化合物，在石油中占绝大部分。
非烃类指含有碳、氢及其他杂原子的有机化合物。
第二章1.化工生产过程包括哪些答：化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制。
2、化工生产过程的定义及工艺流程图是什么答：将原料转变成化工产品的工艺流程称为化工生产工艺流程。
工艺流程多采用图示方法来表达，称为工艺流程图。
5、进行工艺流程设计常用的三种方法是什么答：三种方法是：推论分析法、功能分析法、形态分析法。
第三章1、结焦、生碳反应的途径如何答; 1.烯烃经过炔烃中间阶段而生碳 2.经过芳烃中间阶段而结焦。
2、裂解反应机理如何答：烃类裂解反应机理研究表明裂解时发生的基元反应大部分为自由基反应。
化学工艺学讲义课件
03
农业废弃物资源化利用
通过化学工艺学的方法，实现农业废弃物的资源化利用，减少环境污染。
01
农药制备
农业化工中，化学工艺学用于农药的制备，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。
02
植物生长调节剂合成
化学工艺学还涉及植物生长调节剂的合成，如赤霉素、细胞分裂素等，以促进农作物的生长和发育。
环境化工中，化学工艺学用于废水的处理，通过各种化学和物理方法去除废水中的有害物质。
化学平衡原理是化学工艺学中的重要概念，它描述了在一定条件下，化学反应的正向和逆向进行达到动态平衡的状态。通过掌握化学平衡原理，可以预测反应结果，优化工艺条件，提高产物的产率。
理解化学反应速率的影响因素以及如何控制反应速率。
总结词
化学动力学原理主要研究反、压力、浓度等，可以控制反应条件，实现高效的化学反应过程。这对于化学工艺的优化和改进具有重要意义。
随着高分子合成技术的发展，新型高分子材料不断涌现，如功能性高分子、生物相容性高分子等，为化学工艺提供了更多的选择。
高分子材料
复合材料由两种或多种材料组成，通过复合效应可实现单一材料无法达到的性能，在化学工艺中可用于制造高效能设备、反应器等。
复合材料
微反应技术是一种新型的反应技术，通过微型化反应设备和精细化的工艺控制，可实现高效、安全和环保的化学反应。
化学工艺学讲义课件
汇报人：
202X-12-30
CATALOGUE
目录
化学工艺学概述化学工艺学的基本原理化学工艺学的应用领域化学工艺学的研究方法化学工艺学的实验技术化学工艺学的未来发展
01
化学工艺学概述
定义
化学工艺学是一门研究将原料通过化学反应转化为产品的过程的学科。它涉及到化学反应原理、化学工程原理、分离技术、过程控制等多个领域。
化学工艺学基础知识点总结
化学工艺学基础知识点总结化学工艺学是指利用化学原理和技术，对原材料进行加工、转化和制造成所需的制品的学科。
它是化学工程学的基础，通过研究和应用化学反应、传质、传热等原理，探索和发展各种化学工艺过程，实现化学产品的制备和加工。
下面将对化学工艺学的基础知识点进行总结。
1. 化学反应在化学工艺学中，化学反应是一个非常重要的基础知识点。
化学反应是指原料物质在特定条件下相互作用，形成新的化合物的过程。
根据反应的进行方式，可以分为均相反应和异相反应。
均相反应是指反应物和产物处于相同的物理状态，而异相反应则是反应物和产物处于不同的物理状态。
在化学工艺学中，我们需要了解不同化学反应的条件、速率、热效应等基本知识，以便合理设计和控制化学工艺过程。
2. 传质传质是指物质在不同相之间的质量传递过程，是化学工艺中的重要环节之一。
常见的传质方式包括扩散、对流和传热等。
扩散是指物质在不同浓度间的自发性传递，对流是指通过流体介质的物质传递过程，传热则是指物质内部能量的传递。
在化学工艺过程中，我们需要合理设计传质装置和控制传质速率，以实现化学反应和产物分离等目的。
3. 传热传热是指热能在物质之间传递的过程，也是化学工艺学的基础知识点之一。
传热方式包括传导、对流和辐射等。
传导是指通过物质内部分子间的热能传递，对流是指通过流体介质的热能传递，而辐射则是指通过电磁波的热能传递。
在化学工艺中，我们需要根据不同的传热方式选择合适的传热设备，并进行传热效率的控制和优化。
4. 化学工艺流程化学工艺流程是指一系列化学反应和物质传递过程组成的整体，它是化学工艺学的核心内容。
化学工艺流程的设计和控制能否很好地实现原料转化和产品分离，直接影响到产品的质量和产量。
在化学工艺学中，我们需要了解不同化学工艺流程的基本原理和特点，以便选择合适的工艺路线、设备和操作条件。
5. 反应器设计反应器是化学工艺中用于进行化学反应的装置，反应器的设计质量直接影响到工艺的效率和产品的质量。
化学工艺学
化学工艺学：即化学生产技术，系指将原料物质经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全部的化学的和的措施。
化学工艺学范畴：原料的选择和预处理；生产方法的选择和方法原理；设备的选择、结构和操作；催化剂的选择和使用；操作条件的影响和选定；流程组织；生产控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和使用；对不同工艺路线和流程的技术经济评价。
化学工程学：研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理的共同规律。
现代化学工业的特点：（1）原料，生产方法和产品多样性与复杂性。
(2)向大型化、综合化、精细化发展（3）多学科合作，技术密集型生产（4）重视能量合理利用，积极采取节能工艺和方法（5）资金密集，投资回收速度快，利润高（6）安全与环保问题日益突出生产磷肥的方法？酸法（又称湿法）它是用硫酸或硝酸等无机酸来处理磷矿石，最常用的是硫酸。
硫酸与磷矿石反应生成磷酸和磷酸钙结晶，主反应为：CaF(PO4)3+5H2SO4+5nH2O→3H3P O4+5CaSO4▪nH2O+HF（2）热法：利用高温分解磷矿石，并进一步制成可被农作物吸收的磷酸盐。
石油常减压蒸馏流程有哪三类？燃料型以生产汽油，煤油，柴油等为主，没有充分利用石油资源燃料－润滑油型除生产重质和轻质燃料油以外，还生产各种润滑油和石蜡燃料－化工型除生产汽油，煤油，柴油等燃料油外还从石脑油馏分抽或提芳烃，利用石脑油或柴油热裂解制取烯烃和芳烃等重要有机化工基本原料，炼油副产物的气体也是化工原料什么是石油的一次加工，二次加工？（1）一次加工：指常压或常减压蒸馏，利用液体混合物各组分沸点不同进行分离。
（2）二次加工：对一次产物的各种馏分油进行加工，生产更多的原料油及化工产品。
包括烃类热裂解、催化裂化、催化加氢裂化、催化重整。
烃类热裂解：原料：乙烷、丙烷和石脑油，产品，裂解气和裂解汽油。
催化裂化：原料：直馏柴油、重柴油、减压柴油、馏分油等，产品：高质量的汽油，副产柴油、液化气。
化学工艺学知识点
化学工艺学知识点
化学工艺学是研究化学反应过程的学科，它涉及到许多重要的
知识点。
以下是一些常见的化学工艺学知识点：
1. 反应工艺：研究化学反应的基本原理和条件，包括反应速率、转化率以及反应的热力学和动力学等因素。
2. 催化工艺：研究先进催化剂的开发和应用，以提高化学反应
的效率和选择性。
3. 分离工艺：研究物质在混合物中的分离方法，如蒸馏、萃取、结晶等，用于获取纯净的产品。
4. 反应器设计：研究如何设计反应器，以实现预期的反应条件
和产品质量。
5. 能源利用：研究如何最大限度地利用能源，降低化学工艺的
能耗和环境影响。
6. 过程安全：研究如何控制化学工艺中的风险，确保工人和环境的安全。
7. 生产优化：研究如何优化化工生产过程，提高产品质量和产量。
8. 废物处理：研究废物处理技术，以减少工艺中产生的废物对环境的影响。
化学工艺学是现代化学工程的重要组成部分，它在许多工业领域中都有广泛的应用，如石油化工、制药、食品加工等。
了解这些知识点可以帮助我们更好地理解和应用化学工艺学的原理，从而提高生产效率和产品质量。
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lg K P1
9864.75 8.3666 lg T 2.0814 10 3 T T 1.8737 10 7 T 2 11.894
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2.183 0.09361 lg T 0.632 10 3 T T 1.08 10 7 T 2 2.298
1+m
P
CH 4 H 2 O CO 3H 2 CO H 2 O CO2 H 2
K P1 K P2
3 PCO PH 2
PCH 4 PH 2O PCO2 PH 2 PCO PH 2O
( x y )(3x y ) p 2 [ ]( ) (1 x)( m x y ) 1 m 2 x
应用
合成气
合成气
NH3
改进的费托合成催化剂
乙烯、丙烯
铑络合物－HI催化剂
合成气
锌、铬系催化剂
高压、380℃
甲醇
3MPa，175℃
醋酸
铜、锌系催化剂
汽油、烯烃、芳烃
乙二醇 乙醇
中低压、230－270℃
甲醇 合成气 ＋ 丙烯醇
同系化
乙烯
1,4－丁二醇
5.1.2发展背景
煤
石油、天然气
5.1.3 关键问题
775℃ < T < 900℃ ，过渡区
（2）C与CO2的还原反应在2000℃ 以下， 属于动力学控制，反应速率大致为CO2 的一级反应。
（3）C与H2O反应生成CO和H2
400℃ < T < 1100℃，动力学控制
T > 1100℃，扩散控制
5.2.2水煤气的生产方法
分析：1100～ 1200℃高温反应 大量吸热
图5－3 鲁奇炉结构示意图 1.煤箱 2.分布器 3.水夹套 4.灰箱 5.洗涤器
3.流化床气化法：
煤：粒度<10mm 流化状态 气体组成和温度均匀
特点
温克勒炉(Winkler) 煤气组成(体积％） H2: 35～ 46 CO: 30～ 40 CO2: 13～ 25 CH4: 1～ 2
4.气流床气化法：
要求：大量供热
采取措施: 通过燃烧一部分C的反应热 维持整个系统的热平衡
操 作 方 式 ： 间 歇 法 和 连 续 法
1 固 定 床 间 歇 法 （ 蓄 热 法 ）
.
实际生产时按以下6个步骤的顺序完成工作循环：
吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度， 吹风气放空，1200 ℃结束。 蒸汽吹净：置换炉内和出口管中的吹风 气，以保证水煤气质量。 一次上吹制气：燃料层下部温度下降， 上部升高。 下吹制气：使燃料层温度均衡 二次上吹制气： 将炉底部下吹煤气排 净，为吸入空气做准备。 空气吹净：此部分吹风气可以回收。
(2）以水蒸气作气化剂时
C + H2O (g） CO + H2 = CO + H2O (g） CO2 + H2 = C + 2H2 = CH4
+131.390 KJ/mol -41.194 KJ/mol -74.898 KJ/mol
(5-5) (5-6) (5-7)
பைடு நூலகம்计算平衡组成（5个参数）
① 3个平衡常数表达式 ② 分压与总压的关系
陈五平 无机化工工艺学
b.平衡组成的计算
已知条件： m 原料气中的水碳比 (m H 2O ) CH 4
P 系统压力； 转化温度 T 假定：无炭黑析出
计算基准：1mol CH4 在甲烷转化反应达到平衡时，设x为按式(1-1) 转化了的甲烷摩尔数，y为按式(1-2)变换了的 一氧化碳摩尔数。
16
甲 14 烷 12 平 10 衡 8 含 6 量 4 ％ 2
0 1.4 2.8 3.5
反应压力影响
压力增加，甲烷平衡 含量也随之增大。
反应压力 MPa 水碳比＝2、T＝800℃
在烃类蒸汽转化方法 的发展过程中，压力 都在逐步提高，主要 原因是加压比常压转 化经济效果好。
反应温度的影响
甲烷平衡含量％ 压力 (MPa) 1 2 4 800 870 940 870 950 1020 5.0 2.0 1.0 温度 ℃ 910 1000 1080 950 1030 1130 1000 1100 1200 0.5 0.2
(3).甲烷蒸汽转化反应热力学
a.化学平衡常数
CH 4 H 2O CO 3H 2 CO H 2O CO2 H 2
0 H 298 206.29kJ
H
0 298
41.19kJ
K P1 K P2
3 PCO PH 2
PCH 4 PH 2O PCO2 PH 2 PCO PH 2O
1.甲烷蒸汽转化反应理论基础
(1).主副反应
CH 4 H 2O CO 3H 2 CH 4 2H 2O CO 2 4H 2
主反应
CH 4 CO 2 2CO 2H 2 CH 4 2CO 2 3CO H 2 H 2O CH 4 3CO 2 4CO 2H 2O CO H 2O CO 2 H 2
1.实现新工艺，降低成本，解决污染问题 2.合成气生产烯烃、含氧化合物技术中 高压、高温、贵金属催化剂的替代。
5.2由煤制合成气
5.2.1煤气化的基本原理
1.化学平衡
（1）以空气为气化剂时
C + O2 =CO2 C +1/2O2 =CO C + CO2 = 2CO CO + 1/2O2 =CO2 -393.777KJ/mol -110.595KJ/mol +172.284KJ/mol -283.183KJ/mol (5-1) (5-2) (5-3) (5-4)
5 三 类 气 化 炉 的 炉 内 温 度 分 布 比 较
.
天然气
优质、相对稳定、价廉、清洁、环境友好的能源。 CH4含量>90%. 21世纪中期将是以天然气为主要能源的时代。 目前，世界上约有80％的合成氨及尿素、80％的 甲醇及甲醇化学品、40％的乙烯（丙烯）及衍生品、 60%的乙炔及炔属化学品等都是以天然气为原料生 产的。 我国天然气资源量为38万亿m3,可开采资源量为 10.5万亿m3。
气化反应至少在600～ 800℃进行：调节水蒸汽与氧的 比例，可控制炉中各层温度，并使温度稳定。
固定床连续气化法 常压法 加压法－鲁奇法(Lurgi) 使反应速度加快，生产能力大，压力一般为2－ 3MPa，从热力学角度，压力高有利于甲烷和CO2的生 成。 Mark V型，直径5m，每台产气量可达106m3/h 特点
CH 4 C 2H 2
副反应
2CO C CO 2 CO H 2 C H 2O
(2).独立反应数的确定
一般说来，独立反应数等于反应系统中所 有的物质数减去形成这些物质的元素数。 有炭黑时，独立反应数为3。 没有炭黑时，只选用两个独立反应数。
CH 4 H 2O CO 3H 2 CO H 2O CO2 H 2
工艺生产条件：
温度 吹风速度 蒸汽用量 燃料层高度 循环时间 间歇气化法优缺点：
制气时不用氧气，不需空分装置
生产过程间歇，发生炉的生产强度低，对煤的质量要求高。
2.固定床连续气化法 气化剂：水蒸汽和氧气的混合物 燃料层分层：与间歇法大致相同
碳与氧的燃烧放热反应与碳与水蒸汽的吸热反应同时 进行
各国替代能源发展政策
–美国
–加拿大 –欧洲 –中国
Hydrogen in energy systems, 1850-2150
氢气的利用是最佳的选择
稳定的能源
– 可再生性 – 来源稳定，不受地缘界定影响
– 价格稳定
绿色能源
– 温室气体 – 空气质量 – 可持续性
更多 ….
氢 获 取 途 径
3
y (3x y ) ( x y )( m x y )
图解法或迭代法求解x,y
c.影响甲烷蒸汽转化反应 平衡组成的因素
水碳比
反应温度
反应压力
水 碳 比 的 影 响
水碳比
2
甲烷平衡含量 (%)
18.0
4
6
7.9
1.0
P=3.5MPa、T=800℃
水碳比越高，甲烷平衡含量越低。
水碳比为2
5.3 以天然气为原料制合成气
天然气制合成气的方法
蒸汽转化法
Steam reforming
H( 298K ) 206kJ / mol
CH 4 H 2O CO 3H 2
部分氧化法
Partial oxidation
H( 298K ) 35.7kJ / mol H( 298K ) 247kJ / mol
n 3n n 烯烃 Cn H 2n H 2O CH 4 CO 2 2 4 4 Cn H 2n nH 2O nCO 2nH 2 Cn H 2n 2nH 2O nCO 2 3nH 2
5.3.2 甲烷蒸汽转化制合成气
1.甲烷蒸汽转化基本原理 – 反应热力学 – 反应动力学 2.甲烷蒸汽转化过程中的析炭
气体在反应后各组分的平衡分压
组分 CH4 H2O CO H2 CO2 合计
气体组成 反应前 1 m 平衡时 1-x m-x-y x-y 3x+y y 1+m+2x
平衡分压，MPa
(1-x)/(1+m+2x)· P