化工基本知识Word版

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1、第一篇：化工生产基础知识第一章：化工生产概叙第一节：化工生产的基本概念一、 化工生产的基本任务是以燃料、矿石、水空气等天然资源或农副产品为原料，经过一系列化学变化或化学处理为主要生产手段，改变物质原来的性质状态和组成支撑所需的产品。例如：白碳黑的生产。化工生产的基本任务：（举例：白碳黑的生产）。1、 了解（研究）化工生产的基本过程和反应原理。2、 了解（熟知）化工生产的工艺流程和最佳工艺条件。3、 了解（熟知）生产过程中运用的主要设备的构造、工作原理及强化生产的方法。硅酸钠采用干法生产工艺技术，是将石英沙和纯碱按工艺要求比例混匀，投入到高温（1400）池窑中，熔融化合成熔融液状硅酸钠。 135

2、01400MSiO2 + NaCO3 = Na2O.mSiO2 + CO2 经水淬、蒸球溶化成液体，沉淀过滤得到工艺所需的硅酸钠，净化好的液体硅酸纳。白碳黑（水合二氧化硅）分子式为SiO2. nH2O工艺技术有浓酸液相沉淀法即（一步法），晶种稀酸沉淀法即二步法。稀酸稀碱沉淀法，稀酸稀碱凝胶法等。化学反应式为：Na2O.mSiO2 + nH2SO4 mSiO2.nH2O + Na2SO4mSiO2.nH2O mSiO2.nH2O + （n-n）H2O经合成反应后：再压滤、洗涤、制浆、干燥（粉末）得粉末状产品。二、 化工单元操作及分类：1、 化工生产过程中，除化学反应过程之外，还有多项物理加过程如

3、流体的输送、沉淀、（过滤）传热、蒸发、结晶、干燥、粉碎等，这些加工过程均称化工单元操作。2、 按照各单元所遵循的基本规律不同，可将几十种单元操作归纳为如下几个基本过程。1） 流体动力学过程。如输送、过滤、离心、沉降、固体流态化等。2） 热量传递过程。如传热、蒸发等3） 质量传递过程。如蒸发、吸收、干燥等4） 热力学过程。如冷冻、深度冷冻等。5） 机械过程。如固体的粉碎、过筛、物料的搅拌等。三、 化工过程的基本规律 / 化工生产都可以即将单元操作纳入上述几个化工过程中，并遵循其各自的基本规律。这些基本过程同时遵循着某些共同的规律。掌握和运用这些过程的共同规律，是指导和了解进行生产实践的方法和手段

4、。1、 物料衡算根据物质守恒定律，在一个稳定的化工生产过程中，向系统或设备所投入的物料量必须等于所得产品量及过程损失量和。即： W投=W产+W投式中W投投入物料量 W产所得的产品量 W损损失的物料量按照这一规定对总物料或其中某一组分进行的计算，称为物料衡算。2、 热量衡算在化工生产过程中除了物质发生变化以外还常伴有能量的变化，在化工设备中所涉及的能量主要表现热量的变化，所依据的原则是能量守恒定律。根据能量守恒定律，对于一个稳定的化工生产过程中，向系统或设备输入的热量应等于输出的热量加上损失的热量。即：Q入=Q出+Q损式中Q入输入的热量Q出输出的热量Q损损失的热量按照这一规律对系统或设备热量进行

5、计算，称为热量衡算。通过热量衡算，可以检查热量消耗的程度，确定经济合理的热量消耗方案、热能综合利用的途径和选择最适宜的生产资料等。3、 过程的平衡关系在化工生产过程中，各单元操作过程都是一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程的最大限度。出现平衡也是动态平衡。过程的平衡是在一定条件下建立的，当条件发生变化，叫平衡被破坏。在新的条件下建立新的平衡为止。在许多化工生产过程中，建立过程的平衡具有重要的实际意义。一个过程在一定条件能否进行，以后进行到什么程度都可以由平衡关系推知。同时还为生产条件的选择和改进提供依据。4、 过程的速率：过程的平衡关系只表明一个变化过程的可能性与极限。对于任何一个过程

6、，如果不是处于平衡状态，则必然会趋向平衡，而过程进行的快慢确实工程上更为重要的问题。过程的速率是指单位时间里过程进行的变化量。它与过程的推动力成正比，与过程的阻力成反比。例如：流体流动的推动里是位差或者压力差；热过程中的推动力是温度差；吸收过程的推动里是浓度差；它们都是过程进行的动力。推动力相对应的阻力则与过程的性质、操作条件、物性有关，提高过程的推动力是提高过程速率的基本方法。第二节：工原料和化工产品一、 化工原料 就性质和来源分类，可分为无机原料、有机原料和农副产品三大类。1、 无机原料1） 空气：是包围地球周围的大气，其在地面上的平均高度约300Km，接近地面的空气密度是1.293g/L

7、，离地面越远空气越稀薄，也就是密度越小。 成分：干燥空气中的主要成分（按体积百分数）有：氧气（O2）20.99，氮气（N2）78.03，氩气（Ar）0.00011氦气（He）0.94，氖气（Ne）0.0015，氙气（Xe）0.000009，二氧化碳（CO2）0.03。其中He、Ne、Ar、Kr、Xe五种气体在空气中含量很少叫做稀有气体，又因为不易发生化学变化，又叫惰性气体。空气是一种无色、无味、无臭的气体。 空气的用途：空气中含有多种化工原料所需的气体。例如氧气是一种重要的化工原料。广泛用于硫酸、硝酸及其他有机产品生产上。氧对炼钢、金属切割和焊接、医疗等都有重要的用途。氮气也是一种重要的化工原

8、料，用于氨、硝酸、氮肥、炸药的生产等。氢气很轻，可充气球。氖气可制作红色氖灯。氩气可以充填灯泡。氪气可以充填高级电子表。氙气可以制作氙灯。2） 水：是地球上分布最广，最常见，最重要的一种化合物。 水的物理性质：自然界的水以气态（云、水蒸气）液态、固态（冰雪）存在。纯净的水是无色、无味、无臭的透明液体。水在4（277k）时密度最大为1000kg/m3。在自然界所有的固态和液态物质中，水的比热最大为（4.187KJ/KG.K），在标准压力下，纯水的凝固点为0（273k）；沸点为（373k）水在373k时的蒸发潜热为2256KG/KG，水在273K时的凝固热为330KJ/KG。冰的密度为920KG/

9、m3，所以冰比水轻，水变成冰时体积是增大的。 水的化学性质：水的热稳定性很大，只有在2730k以上时才开始离解为氢和氧。 2730k2H2O=2H2+O2水进行电解时也可以生成氢和氧，水很容易和其他物质反映，如许多金属和非金属的氧化物和水化合生成碱和酸，许多盐类和水生成含结晶水的化合物。 水的用途：水是化学工业的重要的起始，水可以和许多物质参加反应生成基本原来哦和中间原料，还广泛用作溶剂、洗涤剂、吸收剂、润滑剂、和氧化还原剂等。水也是目前最常用的加热。冷却和冷冻的介质。 水的净化处理：目前广泛采用的有药剂沉淀法和离子交换法还有电渗析、反渗析处理法。 水的循环使用。A热风炉、锅炉水幕除尘B隔膜压

10、滤机压榨水C合成反应中部分压滤原液做底液D压滤原液作为氯化钡、硫酸钠的生产原料3） 盐： 硅酸钠（水玻璃）是生产白碳黑的主要原料。 碳酸钠：又称纯碱，是生产水玻璃的主要原料。 硫酸钠，生产白碳黑的副产品也是生产硫酸钡、硫化钠的原料。 硅藻土是水玻璃净化的助滤剂。 黄铁矿又叫硫铁矿（FeS2）一般为金黄色晶形立方体。相对密度4.95.2，在空气燃烧中呈兰色火焰，生成二氧化硫，是制取硫磺和硫酸的重要原料。 磷灰石：常见的磷灰石为含氟的磷酸三钙Ca5（PO4）3（FCl.OH）一般为灰白色或淡绿色、呈六方体晶体。相对密度为2.93.2。另一种磷灰土是在水中沉积而成的，是制取鳞、磷酸、磷肥和磷酸盐的重

11、要原料。磷酸可作为硅酸钠的预处理剂。 硫酸铝：在生产牙膏级产品中，作为稀硫酸的添加剂。盐的种类极多，其他的与本生产工艺2、 有机原料： 煤的用途：煤是植物埋在底下在几乎 没有空气的情况下，经过煤化而形成的。煤可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。煤的主要成分是碳，并含有烃及烃的化合物。有机原料的种类品种极多，因与本生产工艺关系不大，不一一列举。3、 农副产品农副产品及其小脚料、野生植物和可食用的物料等。可以用来生产各种有机原料。署类、壳类、杆类、油类都是相应有机化工产品的有机原料。因与本生产工艺关联不密切，不一一详述。二、 化工产品化工品种繁多，可分为无机化工产品和有机化工产品。无机化工产品有数千种

12、，有机化工产品有数万种。现只介绍与生产有关的几种化工产品。1、 纯碱（碳酸钠）分子式Na2CO3，碱性物质，是生产水玻璃的主要原料。标准GB210.工业碳酸钠；白色细小颗粒，易溶于水，水溶液呈碱性。工业用碳酸钠指标指标项目 优等品 一级品总碱量（以Na2CO3计）% 99.20 98.80氯化物（以NaCl计）% 0.70 0.90铁% 0.004 0.0006水不溶物% 0.04 0.10烧失量% 0.8 1.00堆积密度g/cm3 0.90 0.90 2、 硫酸纯硫酸（H2SO4）是无色油状液体，凝固点为10.5。98.3%的硫酸沸点为338，市售的浓硫酸一般含H2SO498%，相对密度为

13、1.84。硫酸是一种难挥发性的强酸，它的水溶液具有酸的一切通性。此外浓硫酸还有以下特性，氧化性和吸水性，脱水性。1） 浓硫酸的氧化性：不活泼的金属（如铜、汞）不与稀硫酸反应，但跟浓硫酸共热时能生成相应的硫酸盐并放出有刺激性气味的二氧化硫气体。如浓硫酸跟铜共热时，浓硫酸先将铜氧化成氧化铜，然后氧化铜再跟硫酸反应生成硫酸铜。 Cu+ H2SO4（浓）=CuO+SO2+H2OCuO+H2SO4 = CuSO4+ H2O总反应方程式可写成： Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+2H2O+SO2浓硫酸不仅能氧化金属，也能氧化一些非金属和气态氧化物。例如： C+2 H2SO4（浓）=CO2+2 SO2+

14、 H2O2HBr+ H2SO4（浓）=Br2+SO2+2H2O冷的浓硫酸能使铁、铝表面生成一层致密的极薄的氧化物保护膜，它阻碍了金属内部继续与硫酸作用，这种现象叫做金属的钝化。所以浓硫酸可以装在铁制或铝制容器中进行储存或运输。2)浓硫酸的吸水性 浓硫酸可与水结合形成稳定的水合物, H2SO4. H2O、H2SO4. 2H2O、H2SO4. 4H2O，它与水化合的能力十分强烈，并能吸收空气中或其他物质中的湿存水面形成水合物，同时放出大量的热。因此在稀释浓硫酸时，一定要将浓硫酸慢慢倒入水中，并不断搅拌。如果将水倒入浓硫酸中，由于水的相对密度小，水将浮在硫酸上面，浓硫酸溶解时放出的热会使溶液的局部温度骤升，水层立即沸腾，至使硫酸液滴向四周飞溅，就象水滴落入高热的油锅一般，很容易造成事故，切记水不能倒进浓硫酸中。浓硫酸吸水性较强，常用做气体干燥剂。3） 硫酸的脱水性 浓硫酸可以夺取某些有机物（如蔗糖、木材、淀粉）中的氢、氧元素而使碳游离出来。例如在蔗糖里加入一些浓硫