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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