《化工工藝學》(第二版)全面系統地闡述了目前化工工藝學應當研究的問題。除了對現代化學工業基本知識進行介紹之外,重點介紹了化工原料及其初步加工、無機化工產品典型生產工藝、基本有機化工產品典型生產工藝、精細有機化工產品典型生產工藝、聚合物產品典型生產工藝、化工工藝計算以及化工生產與環境保護幾方面的內容。本書較系統地介紹了一些重要化工產品、石油和煤炭資源的能源化工生產工藝現狀,重點反映了國內外化學工業的發展面貌,將工藝與工程相結合,綜合分析。
《化工工藝學》(第二版)為高等院校化學工程與工藝專業教材,也可供化學及相關專業的化工工藝課程選用,還可供從事化工生產和設計的工程技術人員參考。
十二五普通高等教育本科國家 級規劃教材教育部高等學校化工類專業教學指導委員會推薦教材國家 級教學名師、華東理工大學教授房鼎業主審上海市精品課程化工工藝學配套教材
前言2016年6月2日中國成為第18個《華盛頓協議》正式成員,這標志著我國工程教育質量得到國際認可,中國工程教育國際化邁出重要步伐。早在2008年,華東理工大學化學工程與工藝專業就通過了中國工程教育專業認證,并于2014年通過了美國工程與技術鑒定委員會(英文簡稱ABET)認證。在化工專業建設上,華東理工大學較早地引進國際化工程人才培養標準,遵循以學生為中心、成果為導向、教學質量持續改進的理念,引導和促進專業建設和教學改革,調整課程體系,優化課程內容。《化工工藝學》(第一版)作為教育部高等學校化學工程與工藝專業教學指導分委員會推薦教材,于2011年5月出版,數次重印,被諸多兄弟院校選作本科教材,并入選了十二五普通高等教育本科國家級規劃教材。為了更好地適應我國工程教育的改革和化工工藝技術的發展,融入工程教育專業認證要求的課程體系,秉持持續改進這一工程教育專業認證的重要理念,并結合用書學校的反饋建議, 我們在保持第一版少而精、突出典型工藝特色的基礎上,對本教材進行修訂再版。《化工工藝學》(第二版)保持原有體系,延續第一版前言中所闡明的理念。本次修訂為了便于學生對主要內容的學習和掌握,在每章前增加了學習目的及要求,并在每章末增加了多道習題;在主體內容中更新了部分工藝流程,并強化了流程解析;加強了對乙烯工業發展趨勢的介紹;補充了甲醇生產中有關反應器方面的內容;針對快速發展的聚合物工業,在第6章增加了聚碳酸酯的生產工藝;同時,對教材中的文字表述、圖表、公式進行了核查和修正,力求嚴謹。本次修訂由華東理工大學化工學院教師朱志慶、薛為嵐和唐黎華共同完成。全書仍由朱志慶教授主編,房鼎業教授主審。限于編者水平和資料掌握的局限性,書中不當之處懇望廣大讀者批評指正。編者2016年10月第一版前言化工工藝學是研究由原料經化學加工制取化工產品的一門科學,是高等院校化學工程與工藝專業的必修課程。化工工藝學研究的內容包括:化學原理、生產方法、工藝流程和設備、技術經濟評價、安全和環境保護等。隨著化學工業的發展及化工工藝學在工程實際領域中應用的擴大,新工藝的不斷開發,化工工藝知識也在急劇增長。如果單純從傳授知識的角度考慮,勢必講授的內容越來越多、教材越來越厚,這將不能適應21世紀我國高等教育改革和發展的需要。編寫本書旨在適應高等教育的深化改革,滿足高校本科化工工藝專業課的教學需要。本教材以典型的無機、有機、精細和聚合物化工產品的生產工藝和過程為主導,著重講述化工工藝學的一些最基本的理論和知識,以少而精、重點突出為特色,順應當前工科類專業課學時數減少的改革趨勢,力求使教材在內容和形式上均有較大突破和創新。本書主要特點是在精選內容的基礎上仍保持了一定的深度。全書共分8章,基本涵蓋了主要的化學反應單元工藝,特別適用于少學時教學;其次是強化工程教育思想,強調實踐的重要性,著重結合生產實際案例,展開化工產品生產和工藝流程的教學,并提供豐富的資料,有利于強化學生的化工工藝意識;第三是通過化工工藝計算一章的內容,加強對學生工藝計算能力的培養;第四是適當引入節能減排技術和綠色化工生產工藝,適應當今化工發展趨勢。與國內同類教材比較,本書的最大區別在于刪繁就簡,內容精煉,可達到高校化工工藝專業教學基本要求。全書由華東理工大學的教師結合多年教學實踐而編寫,并由房鼎業教授主審。第1章、第2章和第4章的烴類裂解部分由朱志慶編寫并承擔全書的統稿工作;第3章和第4章的乙苯脫氫部分由唐黎華編寫;第4章的其余內容和第8章由薛為嵐編寫;第5章、第6章和第7章由呂自紅編寫。編寫本書時參考了國內外相關專著、期刊等文獻,統列在書后參考文獻部分,并致謝意。由于編者水平有限,不妥之處懇請讀者批評指正。編者2011年1月于上海
朱志慶,華東理工大學,教授,自1993年獲瑞士洛桑聯邦高等理工大學博士學位歸國以來,長期工作在教學一線,主講化工工藝學專業課和精細石油化工選修課,經常為高年級本科生開設化工工藝新進展專題講座,具有豐富的教育教學經驗,多年擔任化工工藝學教課組負責人,主持化工工藝學課程教學和改革,多次獲得校級教學成果獎。華東理工大學化工工藝學課程于2007年被評為上海市精品課程。
1緒論1
1.1現代化學工業的地位與作用1
1.1.1化學工業與農林牧副漁各業的關系2
1.1.2化學工業與輕工業的關系2
1.1.3化學工業與紡織工業的關系2
1.1.4化學工業與建筑材料工業的關系3
1.1.5化學工業與交通運輸業的關系3
1.1.6化學工業與國防工業的關系3
1.2現代化學工業主要產品分類4
1.3現代化學工業的發展方向4
1.4化工工藝學的研究對象與內容5
1.5化工產品生產的原則工藝流程6
1.6化工產品生產工藝流程的評價體系6
1.6.1工藝流程的組織6
1.6.2主要設備的選擇7
1.6.3工藝流程的組織原則與評價方法9
習題10
2化工原料及其初步加工11
2.1煤及其初步加工12
2.1.1煤的干餾12
2.1.2煤的氣化14
2.1.3煤的液化15
2.1.4煤制電石17
2.2石油及其初步加工18
2.2.1原油的預處理19
2.2.2常減壓蒸餾19
2.2.3催化裂化20
2.2.4加氫裂化22
2.2.5催化重整23
2.3天然氣及其初步加工25
2.3.1天然氣的組成與分類25
2.3.2天然氣的化工利用26
2.4化學礦物及其初步加工26
2.4.1磷礦26
2.4.2硫鐵礦27
2.4.3硼礦27
2.5生物質資源及其初步加工27
習題29
3無機化工產品典型生產工藝31
3.1合成氨31
3.1.1以煤與天然氣為原料的合成氨生產總流程31
3.1.2煤為原料制合成氣33
3.1.3天然氣為原料制合成氣38
3.1.4一氧化碳變換45
3.1.5合成氣中硫化物與二氧化碳的脫除51
3.1.6氨的合成58
3.1.7合成氨技術發展趨勢69
3.2硫酸70
3.2.1硫酸生產方法70
3.2.2硫鐵礦焙燒71
3.2.3二氧化硫爐氣凈化74
3.2.4二氧化硫催化氧化79
3.2.5三氧化硫的吸收85
3.2.6硫酸生產總流程89
3.2.7三廢治理91
3.3純堿93
3.3.1侯氏制堿法原理93
3.3.2侯氏制堿法工藝流程95
3.4燒堿與氯氣97
3.4.1電解過程原理97
3.4.2食鹽水電解制氯氣和燒堿100
習題107
4基本有機化工產品典型生產工藝109
4.1烴類裂解111
4.1.1烴類裂解的理論基礎112
4.1.2烴類裂解的工藝操作條件119
4.1.3烴類裂解的流程與裝備122
4.1.4裂解氣的急冷130
4.1.5裂解氣的預分餾與凈化131
4.1.6裂解氣的分離與精制135
4.1.7乙烯工業的發展趨勢140
4.2選擇性氧化143
4.2.1概述143
4.2.2乙烯環氧化制環氧乙烷146
4.2.3丙烯氨氧化制丙烯腈150
4.2.4乙烯均相絡合催化氧化制乙醛159
4.3加氫與脫氫162
4.3.1加氫反應163
4.3.2脫氫反應170
4.4烷基化180
4.4.1乙苯的合成180
4.4.2甲基叔丁基醚的合成183
4.5羰基化185
4.5.1概述185
4.5.2甲醇低壓羰化制醋酸187
4.5.3丙烯氫甲酰化制丁醇和辛醇191
4.6氯化195
4.6.1氯化反應的主要類型197
4.6.2氯化劑198
4.6.3氯化反應機理198
4.6.4平衡型氧氯化法生產氯乙烯199
4.6.5丙烯氯化法制環氧氯丙烷207
習題210
5精細有機化工產品典型生產工藝212
5.1概述212
5.1.1精細化工的特點213
5.1.2國內外精細化工概況214
5.1.3精細化工發展的方向和關鍵技術216
5.2磺化216
5.2.1磺化反應的基本原理217
5.2.2苯、萘及其衍生物的磺化220
5.2.3十二烷基苯磺酸鈉的生產221
5.3硝化223
5.3.1硝化劑和硝化方法223
5.3.2芳烴的硝化226
5.3.3硝基苯的生產229
5.4酯化230
5.4.1幾種主要的酯化反應231
5.4.2鄰苯二甲酸二辛酯的合成235
習題237
6聚合物產品典型生產工藝238
6.1概述238
6.1.1高分子化合物的定義238
6.1.2高分子化合物的分類239
6.1.3高分子材料的制備241
6.2聚合反應的理論基礎243
6.2.1聚合原理243
6.2.2聚合反應的方法247
6.2.3聚合物改性248
6.3典型產品合成工藝251
6.3.1聚氯乙烯251
6.3.2聚乙烯253
6.3.3聚丙烯255
6.3.4聚酯256
6.3.5聚碳酸酯258
習題262
7化工工藝計算263
7.1概述263
7.1.1物料衡算和熱量衡算的主要步驟264
7.1.2化工工藝學中的基本概念264
7.2物料衡算266
7.2.1一般反應過程的物料衡算266
7.2.2具有循環過程的物料衡算273
7.3熱量衡算282
7.3.1熱量衡算式282
7.3.2熱量衡算基本步驟283
習題286
8化工生產與環境保護289
8.1廢氣的處理289
8.1.1廢氣的來源289
8.1.2有機廢氣對人體的危害290
8.1.3廢氣處理方法290
8.2廢水的處理294
8.2.1廢水的來源與排放標準294
8.2.2廢水處理方法295
8.3固體廢棄物的處理298
8.4綠色化工工藝及進展298
8.4.1綠色化學298
8.4.2原子經濟性299
8.4.3綠色化工的核心內容299
8.4.4綠色化工工藝進展300
習題305
參考文獻306