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1、,化工简介,汇 报 人：王 力指导老师 杨 红老师汇报时间：,Content,1.化工的地位与发展史2.无机化工3.石油炼制与石油化工4.高分子合成材料5.天然气化工与煤化工6.化学工程与工艺的科学基础7.精细化工8.生物化工9.环境工程10.化工厂举例,我们现在的科研成果都将用于生产或是有实际生产应用潜力的，这样才产生价值。因此化学离不开化工，我们有必要了解一些化工知识。,化工是指化学工业、化学工程和化学工艺的综合。化工的范围不断扩充，并形成新的名词,如:环境化工、医药化工、化工自动化、化工过程模拟、化工技术经济、化工安全等。化工的应用广泛。,1.化工的地位与发展史,化学工业（chemica
2、l industry）又称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地 位的过程工业，涵盖的范围很广。,化学工程研究以化学工业为代表的过程工业中有关的化学过程和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。,化学工艺即化工技术或化学生产技术，指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。,品种多原料、生产方法和产品的多样性和复杂性化学工业是耗能大户化工生产过程条件变化大知识密集、技术密集和资金密集实验与计算并重,化工的特点,化工在国民经济中的地位,概括而言，化学工业在国民经济中是工业革命的助手，发展农业的支持，战胜疾病的武
3、器，改善生活的手段，与衣、食、住、行息息相关。,化工与能源,一次能源：指从自然界获得且可直接加以利用的热源和动力源，包括煤、石油、天然气、油田气等，林木秸秆等植物燃料，沼气，核燃料，还有水能、风能、地热能、海洋能和太阳能等。二次能源：指从一次能源加工得到的便于利用的能量形式，除火电外，主要是指化学加工得到的汽油、柴油、煤油、重油、渣油和人造汽油等液体燃料，煤气、液化石油气等气体燃料。,化工与人类生活,迄今为止，人类发现和创造的1200多万个化合物各自有其性质和功能。农业、轻工业、重工业、吃穿用、衣食住行无不紧密地依赖化学品，化工使人们生活更加丰富多彩。,2.无机化工,无机化学工业是相对于有机化
4、学工业而言的庞大工业部门，它是发展最早的化工部门，在推动化工技术的发展上作出过重要的贡献。例如在过去，曾以硫酸产量的多少为标志，来衡量一个国家化学工业的发达程度，但现在已让位给乙烯了。,主要无机化工产品和用途,一、酸、碱（三酸、两碱）二、化肥（氮肥、磷肥、钾肥）三、无机盐产品（电池原料、水处理剂等）四、无机非金属材料（先进陶瓷、炭材料、人造金刚石等）,Fe3O4,例如：,人工晶体,光电材料,纳米医学材料,新型陶瓷材料,3.石油炼制与石油化工,石油炼制是指将原油经过分离和反应，生产燃料油、润滑油、化工原料及其它石油产品的过程。以石油和天然气为原料进行化学品的生产通常称作石油化工。,石油化工主要产
5、品和用途,聚合,丁二烯,溶剂、汽油添加剂,重要化工原料,橡胶制品,塑料、农药,正丁烯,异丁烯,正丁烷,苯乙烯,共聚,丁苯橡胶,水合,叔丁醇,氧化,顺丁烯二酸酐,氧化,乙 酸,碳四烃,芳烃产品 石油芳香烃主要是指苯、甲苯和二甲苯。芳烃产品广泛地用在石油化工和有机合成中，用于制造染料、农药、医药、合成橡胶、合成纤维等。,石化工厂,初馏塔,常减压装置,常压塔,减渣(催化、焦化),减压塔,煤油,柴油,加氢裂化,催化裂化,原油,根据原油中各组份的沸点不同，将混合物切割成不同沸点的“馏份”。,4.高分子合成材料,高分子材料 高分子材料是分子量大的高分子化合物，相对分子质量通常约在10000以上，是由低分子
6、量分子经过共价键结合而形成的化合物。这些低分子原料称为单体，把单体连接起来形成高分子过程叫聚合反应。,均聚物-由一种单体聚合而成的聚合物。如聚乙烯、聚丙烯等共聚物-由两种以上单体共聚而成的聚合物。如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物。,三大高分子合成材料 1、合成树脂 2、合成橡胶 3、合成纤维,功能高分子材料 功能高分子材料既具有一般高分子的特性，又具有特殊功能，如光学功能、生物化学功能、表面化学功能、医药功能、导电功能等,医学高分子材料,离子交换树脂,高分子液晶,5.天然气化工与煤化工,天然气化工是以天然气为原料生产化工产品的工业。天然气通过净化分离和裂解、蒸汽转化、氧化、氯化、硫化、硝化、脱氢等反应
7、可制成合成氨、甲醇及其加工产品(甲醛、醋酸等)、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷等。天然气（natural gas）主要成分:甲烷，尚含有不同量的乙烷、丙烷和丁烷以及少量的戊烷以上的重组分，此外还可能含有硫化氢、二氧化碳、氮、氢气等杂质。,烷经合成气的化学转化与系列产品1.水蒸气重整制合成气(CH4+H2O CO+3 H2）2.天然气直接部分氧化制合成气（CH4+1/2O2 CO+2H2)3.由合成气生成甲醇的反应式如下：4.在制得合成气后，则可进一步合成氨与尿素、甲醇、高级醇、汽油、柴油等5.由合成气制甲酸的反应式：CH3OH+CO HCOOCH3 HCOOCH3+H2O
8、HCOOH+CH3OH（水解）其总反应为：CO+H2O HCOOH6.通过天然气的直接化学转化，如氧化偶联、选择性氧化等可制成烯烃、甲醇、二甲醚 等，进而合成液体燃料等。,煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。我国煤储存量较多，正在大力发展煤化工。,煤化工的利用主要包括三个利用途径：（1）煤的干馏；（2）煤的气化制合成气；（3）煤经电石路线再分解得到乙炔，从而可得到乙炔下游系列产品。,天然气工厂,煤化工厂,6.化学工程与工艺的科学基础,化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工过程。化
9、工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分离混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的各种过程。,化学工程学：研究化学工业生产中有关化学过程和物理过程规律的一门学科。化学工程学的内容：单元操作：各种物理操作的总称；传递过程：包含动量传递、热量传递、质量传递；化学反应工程：因素对化学反应过程影响规律；化学分离工程：分离原理及装备；化工热力学：各种形式能量之间相互转化规律；化工系统工程：对化工系统进行分析、优化；控制过程：控制原理在化工中的应用。,1.化工单元操作及设备任何化工过程无论规模大小，都可以分为一系列基本操作，如流体输送、过滤、加热、冷却、吸收、蒸馏、萃取等等。单元操作就是按照
10、特定要求使物料发生物理变化的这些基本操作的总称。,2.化学反应工程化学反应工程主要研究内容有两方面，一是对化学反应规律的研究，二是对反应器中传递规律的研究。,3.化工过程控制化工过程控制的目的在于保证化工装备平稳运行、从而使生产过程平稳、多出合格产品。通过测量变送器、调节器、执行器及计算机控制系统的应用来达到。,4.化工技术与经济技术经济的基本任务是研究技术和经济的相互关系，技术经济分析的目标是寻求技术与经济的最佳结合。,自动化系统,化工厂,7.精细化工,所谓精细化工品（即精细化学品）是指那些具有特定的应用功能，技术密集，商品性强，产品附加值较高的化工产品。生产精细化学品的工业，通称精细化学工
11、业，简称精细化工。所谓精细化工品（即精细化学品）是指那些具有特定的应用功能，技术密集，商品性强，产品附加值较高的化工产品。生产精细化学品的工业，通称精细化学工业，简称精细化工。,精细化工的分类（1）农药（2）染料（3）涂料（包括油漆和油墨）（4）颜料（5）试剂和高纯物质（6）信息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化学品）（7）食品和饲料添加剂（8）粘合剂（9）催化剂和各种助剂（10）（化工系统生产的）化学药品（原料药）和日用化学品（11）高分子聚合物中的功能高分子材料。,精细化工的特点（1）技术密集度高，精细化工产品的开发涉及到各种化学、物理、生理、技术、经济等诸多方面的学科，因
12、此，必然集中了这些学科的各种技术。（2）多品种，小批量，产品周期短，更新换代快。（3）生产流程复杂，设备投资大，多采用间歇式生产工艺，具有技术垄断性强，销售利润高，附加值高的特点。（4）商品性强，市场竞争激烈。,8.生物化工,定义：生物技术是在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来的，是由基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术组成的新技术群。生物化工是生物学技术和化学工程技术相互融合的新型学科，它以生物来源的物质为原料，通过生物活性物质为催化剂使其转化，或用其他生物技术进行制备、纯化，从而得到我们预期的产品。,生物化工特点,（1）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶
13、为催化剂，创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资源的利用。（2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。（3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径。（4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。,生物化工的应用领域,现代生物制药基因工程农业生物技术与生物农药精细化工中应用生物石油化工等,9.环境工程,环境工程是一门新兴的综合性学科和技术。环境化工是一门用化工的技术和方法解决环境问题，特别是化
14、工中的环境问题。任务：（1）保护自然资源和能源，消 除浪费，控制和减轻污染。（2）研究环境污染的机理，寻求防治污染的有效途径，改善环境，保护人民身体健康。（3）综合利用“三废”，促进工农业生产的发展。内容：（1）环境污染的防治，（2）环境系统工程（3）环境质量评价（4）环境经济与环境监测,化工环境污染及控制,烟尘治理技术有害气体的治理技术 对有害气体进行无害化的处理或回收利用的方法有吸收法、吸附法、燃烧法、催化转化法和冷凝法等水体污染物治理技术有物理处理法、筛滤法，化学处理法。,化工环境保护的新技术1.原子经济反应和高选择性反应 2无毒无害原料及可再生资源的利用 3.采用无毒无害溶剂与催化剂
15、4对环境无害的绿色化学产品,10.化工厂举例,以最基本简单的硫酸接触法生产工艺为例,生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。,H2SO4,SO3,SO2,S,硫化物如 FeS2,沸腾炉：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 S+O2=SO2接触室：2SO2+O2=2SO3吸收塔：SO3+H2SO4=H2S2O7 H2S2O7+H2O=2H2SO4,流程图,沸腾炉,炉气,1.二氧化硫的制取和净化,SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。反应产生的热量一部分用于维持反应的高温，
16、另一部分可以预热反应物。,原料,粉碎,氧气,粉碎-球磨机,沸腾炉,净化室,2、接触氧化,主要反应：,接触室分好几层，每一层都是独立的，温度和物料都是不同的。用V2O5做催化剂，填充在塔板里。因为此反应是可逆的，为了使转换率最大，在不同反应阶段采用温度不同。,A段入口温度420，转化率0%；B段出口温度572，转化率71%；C二段入口温度500，转化率61%；D二段出口温度544，转化率82%；E三段入口温度460，转化率82%；F三段出口温度480，转化率92%；G四段入口温度440，转化率92%；H四段出口温度448，转化率92%,热交换原理：热交换气中冷热气体的流向是相反的，冷的气体（SO
17、2、O2、N2）被预热，而热的气体（SO3、SO2、O2、N2）被冷却，这种方式能够节约能源，在工业生产中广泛采用。,热交换器,接触室，塔的体积和催化剂填充量都是根据反应速率等参数计算出来的,3、SO3的吸收,主要反应：,将经过三段催化剂反应后（转化率高于90%）的混合气体先通过中间吸收塔进行第一次三氧化硫吸收，借以降低反应混合气体中三氧化硫浓度；然后再通入第四段催化剂，继续进行反应，反应生成的三氧化硫最后经第二吸收塔进行二次吸收，从而提高二氧化硫的最终转化率。,吸收塔,逆流原理：三氧化硫与水反应，放出大量的热，用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾，酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收，吸收
18、速度慢，且吸收不完全，98.3%的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更完全，由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。,4、“三废”处理,1、尾气吸收(1)SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O(2)SO2+2NH3+H2O=（NH4）2SO3（NH4）2SO3+H2SO4=（NH4）2SO4+SO2+H2O 2、污水处理 Ca（OH）2+H2SO4=CaSO4+2H2O 制石膏 3、废渣处理 黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。,“废热”利用：（1）在沸腾炉旁设置“废热锅炉”，产生蒸汽发电；（2）在接触
19、室中设热交换器，预热SO2和O2。,5.能量充分利用,S，FeS2,SO2,脱盐水,高温高压水蒸汽,发电,换热,循环利用,废热锅炉或换热器,化工厂一般都有很多水或水蒸气的管道，涂红色油漆。,6.化工自动化系统,自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。自动化仪表主要有温度仪表、压力
20、仪表、物位仪表、流量仪表及一些过程分析仪表等。,在计算机的控制系统上，各个仪表会实时监控各个条件，并且能经行调节。当某个参数超出设定范围就会有警报，才需要人去现场处理。现代的化工厂前期投资大，建成后需要的员工少，生产安全。,硫酸的自动化控制系统,现代的化工厂越来越复杂,化工设计,化工设计是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济可行性，再根据工艺流程以及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的需要，最终使工厂建成投产，这种设计的全过程称为“化工设计”。,化工设计是把一项化工过程从设想变成现实的一个建设环节，涉及政治、经济、技术；资源、产品、市场、用户、环境；国策、标准、法规；化学、化工、机械、电气、土建、自控、安全卫生、给排水等专业和方方面面，是一门综合性很强的技术科学。,Thanks for you attention,
