化学工艺学讲义

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1、任课教师：徐喜民 2013年10月,化学工艺学讲义,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,2,目 录,第一章 绪论 第二章 化工资源及其初步加工 第三章 通用反应单元工艺 第四章 无机化工反应单元工艺 第五章 有机化工反应单元工艺 第六章 煤化工反应单元工艺 第七章 精细化工反应单元工艺 第八章 高分子化工反应单元工艺,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,3,第一章 绪论,一、化学工业的范围和分类： 什么是化学工业？ 基础化工原料：硫酸、烧碱、合成气（CO+H2）、乙炔、苯 化工原料 一般化工原料：无机盐、化学肥料、有机醇、酸、酮、醛等 化学工

2、业的分类： 从学科（化学反应类型）分类： 按产品 按行业管理角度分类： 按行业 二、化学工业的现状和发展方向： 三、化学工艺学与化学工业的关系：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,4,化学工业的现状和发展方向：,现状：20世纪90年代以来，化学工业发展状况包括两个方面： 化学工业结构大调整 西方发达国家已将化学工业划分为两大部类：通用化学品和高附加值产 品。 化工产品的生产能力和化工技术研究开发的进步： 重视规模经营、集约化和综合利用； 化工产品讲究多品种、高质量、功能化和差别化； 化工新材料的研制； 超细微技术在工业上的广泛应用； 生物技术的应用； 洁净煤技术；

3、纳米材料； 无机膜技术 发展方向： 普遍关注环保问题： 通过化学合成获得人类的食品，解决粮食问题： 能源结构和组成发生变化： 化工新材料的发展： 生物化工技术,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,5,化学工艺学与化学工业的关系：,什么是化学工艺学？化学工艺学的分类 化学工艺学与化学工业的关系： 化学工艺学与化学工业的发展历程： 上古时代 12世纪 18世纪后 19世纪末到20世纪50年代 20世纪50年代后期 21世纪面临的挑战 化学工艺学与化学工业的关系：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,6,第二章 化工资源及其初步加工,化学工业的原料

4、有：矿产资源、海洋资源、动物、植物、空气 和水以及其他工业、农业和林业的副产品。其中矿产资源是化学工 业的主要原料来源。矿产资源中有：化学矿、煤炭、石油和天然气 等。 2-1 化学矿 2-2 煤炭 2-3 石油 2-4 天然气 2-5 其它化工资源 课后作业,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,7,2-1 化学矿,中国化学矿（磷、硫矿）的资源特点和分布状况： 资源丰富、分布不均； 丰富：居世界第4位； 不均衡：主要分布在云、贵、川、鄂、湘五省，形成“南磷北运”的局面。 高品位矿储量少； 应着眼于贫矿利用，进行人工富集。 选矿困难，利用复杂。 中国自产矿石尚不能满足国内

5、生产需要，还要从国外引进高品 位的矿石。,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,8,2-2 煤炭,一、煤的种类和特征： 二、煤的化学组成和分子结构： 三、腐植煤的生成过程及其岩相组成： 四、煤的洗选和储存： 五、煤炭的综合利用：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,9,一、煤的种类和特征：,煤的种类和特征：由于成煤植物和生成条件的不同，煤一般分为三类： 腐植煤：是主要的研究对象，如：泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤。 由高等植物形成的煤称为腐植煤，在自然界中，它的储量最大、分布最广。又可分为：陆植煤和残植煤。陆植煤由植物中的纤维素和木质素等主要组分形成

6、；残植煤由植物中含量较少，但在成煤初期最不易被微生物分解的稳定组分（角质、树皮、孢子、树脂等）形成。 腐泥煤： 由低等植物（以藻类为主）和浮游生物经过部分腐解而形成的煤称为腐泥煤，又可分为：藻煤、胶泥煤、和油页岩等。 腐植煤和腐泥煤的区别 腐植腐泥煤： 腐植煤和腐泥煤的混合体，主要有烛煤和煤精。 腐植煤的分类和特征,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,10,腐植煤和腐泥煤的区别,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,11,腐植煤的分类和特征,根据在成煤序列（煤阶）中煤化程度的不同，又可分为泥炭、 褐煤、烟煤和无烟煤四类： 泥炭：棕褐色或黑褐色的

7、不均匀物质，由植物变成煤的过程中的产物。含有大量未分解的植物组织，另外，含水量也很高。 褐煤：外表呈褐色或暗褐色，无光泽，外表上完全没有未分解的植物组织残体。 烟煤：自然界中最重要和分布最广的煤种。具有不同程度的光泽，绝大多数呈条带状，暗条带和亮条带互相交替。燃烧时烟雾较多。 无烟煤：外表呈灰黑色，带有金属光泽，无明显条带。燃烧时无烟，是煤化程度最高的一种煤。 各种腐植煤的主要特征列表:,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,12,各种腐植煤的主要特征：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,13,二、煤的化学组成和分子结构：,化学组成： 煤中的

8、有机物主要由C、H、O及少量N、S和P等元素构成。 各种煤所含的主要元素组成表 分子结构: 不同类型煤基本结构单元示意图 煤的主体是三维空间的高分子化合物； 结构单元的核心为缩合芳香环； 结构单元的外围为烷基侧链和含氧、硫、磷官能团； 结构单元之间靠桥键连接； 煤的分子结构随煤化程度的加深而愈来愈复杂，低煤化程度 的煤含有较多的非芳香结构和含氧基团，芳香核心较小。,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,14,各种煤所含的主要元素组成表,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,15,不同类型煤基本结构单元示意图,2020年7月25日星期六,化学与化工

9、学院 化学工程与工艺系,16,三、腐植煤的生成过程及其岩相组成：,腐植煤的生成过程： 从植物死亡、堆积到变成煤经历了漫长的过程，发生了一系列的演变。可分为两个阶段： 泥炭化阶段：植物遗体经过化学或生物化学作用转变为泥炭的阶段，也是成煤的前期过程或准备阶段。 煤化阶段：煤化阶段可分为两个分阶段： 成岩作用阶段：泥炭转变为褐煤。在这一过程中，泥炭中的植物残留成分逐渐消失，C%增加，H%和O%减少。 变质作用阶段：褐煤在变质作用影响下，逐步经烟煤向无烟煤演变。 从上面的煤生成过程可以看出：各种煤都是一定煤化阶段的产物。煤化程度指从泥炭到无烟煤的变化程度 ，泥炭的煤化程度最低，而无烟煤的煤化程度最高。

10、 腐植煤的岩相组成：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,17,腐植煤的岩相组成：,煤岩学对煤的研究有两种方法：宏观研究法和微观研究法。 宏观研究法： 宏观煤岩成分： 宏观煤岩类型： 微观研究法： 煤岩显微组分通常分为两大类： 有机显微组分： 无机显微组分：煤中的矿物质有粘土矿物、石英、黄铁矿、方解石和菱铁矿等。,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,18,有机显微组分：,腐植煤的显微组分可以分为三类：凝胶化组分、丝炭化组分和 稳定组分。 凝胶化组分（镜质组）：最主要的显微组分，由植物茎、叶的木质纤维组织经凝胶化作用形成的各种胶体。我国大多数煤

11、田的煤都以凝胶化组分为主。 丝炭化组分（丝质组）：煤中常见的显微组分，由木质纤维组织经丝炭化作用形成。 稳定组分（稳定组或壳质组）：成煤植物中化学稳定性强的组成部分，包括树脂、孢子、花粉、角质膜、木栓层等。 三类显微组分在煤化过程中的变化：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,19,三类显微组分在煤化过程中的变化,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,20,宏观煤岩成分：,根据颜色、光泽、硬度和断口等性质不同，可以用肉眼将煤层 中的煤分为四种煤岩成分： 镜煤（Vitrain）:呈黑色，光泽强，是颜色最深、光泽最强的宏观组分；质地均匀、脆性大、破

12、碎时多呈贝壳状断口。 丝炭（Fusain）：外观像木炭，颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽；疏松多孔、易碎，碎后成为纤维状或粉末状。 亮煤（Clarain）：颜色深黑，光泽较强（仅次于镜煤）；脆性大，断口有时呈贝壳状。主要的宏观煤岩成分。 暗煤（Durain）：光泽暗淡、颜色为黑色或灰色；致密、坚硬、有韧性，难破碎，断面粗糙。也是主要的宏观煤岩成分。 上述四种宏观煤岩成分时煤的宏观岩相分类的基本单位，在了解煤 层的岩石组成和性质时，如果以上述四种成分为单位，不便进行定量分 析，也不易了解煤的全貌。我们就需要了解宏观煤岩的类型。,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系

13、,21,宏观煤岩类型：,根据煤的平均光泽强度、煤岩成分的数量比和组合情况，可以 划分四种宏观煤岩类型： 光亮型煤：主要由亮煤和镜煤组成（80%以上），光泽强，成分较均一，条带状结构不明显；内生裂隙发育、性脆、易破碎，有贝壳状断口。 半亮型煤：亮煤和镜煤占50%80%，夹有暗煤和丝炭，光泽较强，条带结构清晰；裂隙较明显，常有棱角状或梯形断口。半亮型煤是常见的煤岩类型。 半暗型煤：主要由暗煤和亮煤组成，以暗煤为主，光泽较暗淡，硬度和韧性大，难破碎。 暗淡型煤：主要由暗煤和丝炭组成，光泽暗淡，通常呈块状结构，坚硬致密，层理不明显。 上述四种宏观煤岩类型在煤层中往往多次交替出现。,2020年7月25日

14、星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,22,煤的洗选和储存：,洗煤： 选煤厂常用的加工程序图 煤的储存： 煤的风化：煤在空气中储存时，受空气中的氧、水分和气温变化等影响，物理性质和化学性质以及工艺性质会发生一系列的变化。 煤的储存： 储存方法有两类：一类是尽量使煤和空气隔绝；另一类是使煤堆中空气流通以利于散热。,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,23,选煤厂常用的加工程序图,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,24,煤炭的综合利用：,泥炭的综合利用： 褐煤的综合利用： 烟煤和无烟煤的综合利用： 煤炭综合利用可以考虑这样几种方式： 将综合

15、利用的几个方面结合起来，进行多种经营，以便物尽其用： 煤矿电力建材化工 煤矿电力城市煤气化工 钢铁炼焦化工煤气建材 将几个单元过程合并成为“煤综合体（Coalplex）”，以提高经济效益： 焦化气化液化 热解气化发电 气化合成燃料 液化燃料气化 液化加氢气化 煤炭综合利用实例,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,25,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,26,2-3 石油,一、石油的性质、组成和分类： 二、原油的预处理和常减压蒸馏： 三、催化裂化和加氢裂化： 四、催化重整和芳烃抽提： 五、延迟焦化：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院

16、 化学工程与工艺系,27,一、石油的性质、组成和分类：,性质：石油是一种有气味的粘稠液体，色泽为黄到黑褐色或青色，是多种烃类（包括烷烃、环烷烃和芳香烃）的复杂混合物。 组成： 分类： 轻质原油 按比重指数和含硫量分类： 中质原油 重质原油 特稠原油 按原油的化学组成分类： 石蜡基原油： 环烷基（沥青基）原油： 中间基原油：,2020年7月25日星期六,化学与化工学院 化学工程与工艺系,28,组成：,由C、H、O、N、S等元素组成。其中含C为：8587%，含H为：1114%，O、S、N总含量为：1%。 硫化物有：硫化氢、硫醇（RSH）、二硫化物（RSSR）和杂环化合物，这些硫化物对设备和管道都有腐蚀性； 氮化合物主要是吡咯、吡啶、喹啉和胺类，胶质越多，含氮量也就越高； 氧化合物主要是