化工概論

21世紀高等教育要求學生知識面寬、素質高，不僅要掌握本學科的知識，還要了解相關學科的知識。化工高等教育應該考慮向其他相關學科門類滲透並給相關的學生開設化工基礎知識方面的課程，這對化工的發展和提高人們對化工的認知是有益的。

本書共分6章，主要介紹了化學工程與技術學科的研究內容與特點，化學工業的分類、特點、發展歷史及其在人類社會中的作用；流體輸送與計量、傳熱和傳質過程中的蒸餾與吸收單元操作；化學反應過程的分類、理論、主要技術指標，催化劑的性能及作用，反應器的基本類型；化學礦、煤、石油、天然氣的加工利用；幾種典型化工產品；清潔與安全生產的定義、意義、主要內容，綠色化學，化學工業可持續發展，化工生產中應注意的安全問題。

前 言

化學工業是國民經濟的支柱產業之一。化學工業為工農業、現代交通運輸業、國防軍事、尖端科技等領域提供了各類基礎材料，新結構、新功能材料，能源和必需化學品，保證並促進了這些部門的發展和技術進步。化學工業與人類生活更是息息相關，在現代人類生活中，從衣、食、住、行和戰勝疾病等物質生活到文化藝術、娛樂消遣等精神生活都離不開化工產品。有些化工產品的開發、生產和應用對工業革命、農業發展和人類生活起到劃時代的作用。

在加強跨學科素質教育的今天，化工教育應該考慮向其他相關學科門類滲透並給相關的學生開設相關課程，這對化工的發展和提高人們對化工的認知是非常有益的。本書在章節、內容的安排上賦有創意和特色，教材內容涵蓋化學工程與技術學科和化學工業的基本知識，以講知識的廣度為主，兼顧知識的一定深度；以講新知識為主，兼顧知識的系統性；以講定性知識(結論、結果)為主，避免或減少定量計算、公式推導等內容。

本書共分6章，1緒論，主要介紹化學工程與技術學科及其五個二級學科的研究內容與特點，化學工業的分類、特點、發展歷史及其在人類社會中的作用，化學工程學科的研究內容及常用的基本概念；2化工單元操作，簡要介紹流體輸送與計量、傳熱和傳質過程中的蒸餾與吸收單元操作；3化學反應過程，簡要介紹化學反應過程的分類、理論、主要技術指標，催化劑的性能及作用，反應器的基本類型，作為化學反應過程舉例，詳細介紹氮加氫制合成氨和乙苯脫氫制苯乙烯的生產工藝過程；4化工原料資源及加工利用，主要介紹化學礦、煤、石油、天然氣的加工利用，簡要介紹生物質、海洋資源以及再生資源的開發利用；5典型化工產品，介紹各類化工產品中典型的1～3個產品；6清潔與安全生產，介紹清潔生產的定義、意義、主要內容，綠色化學，化學工業可持續發展，化工生產中應注意的安全問題。

本書由李健秀、王文濤、文福姬、羅傳毅編著。分工如下：第1章、第2章由李健秀編著；第3章、第4章由文福姬編寫；第5章、第6章6．2節由王文濤編寫；第4章4．5節、第6章6．1節由羅傳毅編寫。全書由李健秀統稿。

本教材由吉林化工學院"教材出版基金"贊助出版。

本書可作為高等學校文史、經濟、法律、管理、外語等非化工類專業的教材，也可作為化工企業、政府行政部門從事管理工作人員的參考書。

由於我們水平有限，書中難免有不妥之處，敬請讀者給予指正。

編著者

2005年5月

1 緒論 1

1．1 "化學工程與技術"學科簡介 1

1．1．1 化學工程 1

1．1．2 化學工藝 2

1．1．3 生物化工 2

1．1．4 應用化學 2

1．1．5 工業催化 2

1．2 化學工業 3

1．2．1 化學工業的發展歷史及其在人類社會中的作用 3

1．2．2 化學工業的分類 4

1．2．3 化學工業的原料 7

1．2．4 現代化學工業的特點 7

1．3 化學工程學 9

1．3．1 常用的基本概念 9

1．3．2 研究的內容 10

1．3．3 化工計算與設計的基本原理 11

2 化工單元操作 13

2．1 概述 13

2．1．1 化工單元操作及其分類 13

2．1．2 單位及單位換算 13

2．2 流體的輸送 15

2．2．1 概述 15

2．2．2 液體的輸送 23

2．2．3 氣體的輸送 30

2．3 傳熱 35

2．3．1 概述 35

2．3．2 熱傳導 39

2．3．3 對流傳熱 42

2．3．4 傳熱過程計算 43

2．4 蒸餾 50

2．4．1 概述 50

2．4．2 平衡蒸餾和簡單蒸餾 54

2．4．3 精餾原理和流程 55

2．4．4 雙組分精餾塔的物料衡算 57

2．5 氣體吸收簡介 58

2．5．1 基本概念 58

2．5．2 氣體吸收操作的應用 59

2．5．3 氣體吸收的分類 59

2．5．4 吸收操作的流程 59

2．5．5 吸收設備 60

2．5．6 吸收劑的選擇 60

3 化學反應過程 61

3．1 化學反應過程的分類 61

3．2 有關化學反應過程的理論 62

3．3 化學反應過程的主要技術指標 63

3．4 催化劑的性能及使用 66

3．4．1 催化劑在化學工業中的作用 66

3．4．2 催化劑的基本特徵 67

3．4．3 催化劑的分類 68

3．4．4 工業催化劑的性能指標 69

3．4．5 工業催化劑的使用 69

3．5 反應器的基本類型 70

3．5．1 均相與非均相反應器 71

3．5．2 管式、槽式和塔式反應器 72

3．5．3 間歇式與連續式反應器 74

3．5．4 直接換熱式、間接換熱式和絕熱式反應器 75

3．6 工業化學反應舉例--氮加氫制合成氨 78

3．6．1 反應原理 79

3．6．2 合成氨催化劑 83

3．6．3 合成氨催化劑的研製與展望 85

3．6．4 合成氨工藝條件的選擇 85

3．6．5 合成氨工藝流程 86

3．6．6 排放氣中氫的回收 90

3．6．7 氨合成塔 90

4 化工原料資源及加工利用 94

4．1 化學礦及其加工利用 94

4．1．1 主要無機化學礦 94

4．1．2 中國化學礦資源特點和分佈狀況 94

4．1．3 磷礦和硫鐵礦的加工利用 95

4．2 煤及其加工利用 96

4．2．1 煤的種類與特徵 97

4．2．2 煤的化學組成和分子結構 98

4．2．3 煤的加工利用 99

4．3 石油及其加工利用 101

4．3．1 石油的性質、組成和分類 102

4．3．2 石油的一次加工--常減壓蒸餾 104

4．3．3 石油的二次加工--餾分油的化學加工 107

4．4 天然氣及其加工利用 117

4．4．1 天然氣的分類和組成 118

4．4．2 天然氣的初步加工 119

4．4．3 天然氣的化工利用 120

4．5 其他化工資源 121

4．5．1 生物質的化工利用 121

4．5．2 海洋資源的化工利用 123

4．5．3 再生資源的開發利用 123

4．5．4 空氣和水 124

5 典型化工產品 126

5．1 丙烯腈 126

5．1．1 產品概述 126

5．1．2 工藝流程 127

5．1．3 原料預處理 128

5．1．4 反應過程和反應工藝 129

5．1．5 產物的分離過程 132

5．1．6 三廢治理 134

5．1．7 安全衛生防護 135

5．1．8 技術進步與能量的綜合利用 137

5．2 聚氯乙烯 137

5．2．1 概述 137

5．2．2 產品工藝過程 138

5．2．3 原料 139

5．2．4 反應機理及反應工藝 140

5．2．5 產品的后處理 143

5．3 十二烷基苯磺酸鈉 143

5．3．1 概述 143

5．3．2 生產工藝過程 145

5．3．3 三廢治理及技術進步 147

5．4 α-戊基桂醛 147

5．4．1 概述 147

5．4．2 生產工藝 149

5．4．3 三廢治理和其他 150

5．5 青霉素 151

5．5．1 概述 151

5．5．2 原料 154

5．5．3 發酵工藝 155

5．5．4 青霉素的提取和精製 156

5．5．5 三廢治理原則和方案 159

5．5．6 產品的檢定和包裝 160

5．6 蘇雲金桿菌殺蟲農藥 160

5．6．1 產品概述 160

5．6．2 流程框圖和流程簡述 162

5．6．3 反應條件和反應器 163

5．6．4 主要碳源、氮源原料 165

5．6．5 產物分離和提取 166

6 清潔與安全生產 168

6．1 清潔生產 168

6．1．1 清潔生產工藝的提出 168

6．1．2 清潔生產的定義 168

6．1．3 清潔生產的主要內容 169

6．1．4 清潔生產的意義 170

6．1．5 綠色化學 172

6．1．6 化學工業可持續發展 173

6．2 安全生產 174

6．2．1 概述 174

6．2．2 火災和爆炸 176

6．2．3 中毒與預防 184

6．2．4 燒傷、燙傷、凍傷和化學灼傷 189

6．2．5 其他不安全因素 191

參考文獻 195