化學工藝學

本書介紹了通用的典型化工過程及生產工藝。詳細闡述了烴類熱裂解、芳烴轉化、合成氣製造、加氫與脱氫、烴類選擇性氧化、羰基化、氯化、聚合等過程的基本原理、反應特點和重要產品的生產工藝。此外，還介紹了化學工藝的基礎知識與發展方向，生物技術合成化學品及綠色化學化工的基礎知識。

本書為高等學校化學工程與工藝專業教材，也可作為化學和相關專業的化學工藝課程教材，並可供從事化工生產、管理、科研和設計的工程技術人員參閲。 ^[1] 

第1章緒論1

1.1化學工藝學的研究範疇[1]1

1.2化學工業的發展、地位與作用[2，3]1

1.3現代化學工業的特點和發展方向3

1.3.1現代化學工業的特點[4，5]3

1.3.2化學工業發展的方向4

1.4化學工業的原料資源和主要產品5

1.4.1化學工業的原料資源[3，4，6]5

1.4.2化學工業的主要產品[6～14]5

1.5本教材的主要內容和特點10

參考文獻10

第2章化學工藝基礎12

2.1原料資源及其加工12

2.1.1無機化學礦及其加工[1，2]12

2.1.2石油及其加工[3～7]13

2.1.3天然氣及其加工[5，8，9]19

2.1.4煤及其加工[5，10，11]20

2.1.5生物質及其加工[5，12～16]22

2.1.6再生資源的開發利用[17，18]23

2.1.7空氣和水[19，20]23

2.2化工生產過程及流程24

2.2.1化工生產過程[21，22]24

2.2.2化工生產工藝流程[23～29]24

2.3化工過程的主要效率指標[30，31]27

2.3.1生產能力和生產強度27

2.3.2化學反應的效率——合成效率27

2.3.3轉化率、選擇性和收率28

2.3.4平衡轉化率和平衡產率30

2.4反應條件對化學平衡和反應速率的

影響[32～37]30

2.4.1温度的影響30

2.4.2濃度的影響31

2.4.3壓力的影響32

2.5催化劑的性能及使用[38～46]32

2.5.1催化劑的基本特徵33

2.5.2催化劑的分類34

2.5.3工業催化劑使用中的有關問題34

2.6反應過程的物料衡算和熱量

衡算[47～50]36

2.6.1反應過程的物料衡算36

2.6.2反應過程的熱量衡算41

思考題與習題50

參考文獻52

第3章烴類熱裂解54

3.1熱裂解過程的化學反應[4～7，10～11]54

3.1.1烴類裂解的反應規律54

3.1.2烴類裂解的反應機理61

3.1.3裂解原料性質及評價64

3.1.4裂解反應的化學熱力學和

動力學66

3.2裂解過程的工藝參數和操作

指標[4～6，10～11]71

3.2.1裂解原料71

3.2.2裂解温度和停留時間72

3.2.3烴分壓與稀釋劑73

3.2.4裂解深度75

3.3管式裂解爐及裂解工藝

過程[4～5，12，13]78

3.3.1管式裂解爐78

3.3.2急冷、熱量回收及清焦83

3.4裂解氣的預分餾及淨化[5，10]85

3.4.1裂解氣預分餾的目的與任務85

3.4.2預分餾工藝過程概述85

3.4.3裂解汽油與裂解燃料油87

3.4.4裂解氣的淨化87

3.5壓縮和製冷系統[5，6，14]95

3.5.1裂解氣的壓縮95

3.5.2裂解裝置中的製冷系統96

3.6裂解氣的精餾分離系統[4～8，10，13，14]99

3.6.1分離流程的組織99

3.6.2分離流程的主要評價指標102

3.6.3脱甲烷塔103

3.6.4乙烯塔107

3.6.5脱甲烷塔和乙烯塔比較109

3.6.6中間冷凝器和中間再沸器109

3.7乙烯工業的發展趨勢[1～3,15]110

3.7.1乙烯建設規模繼續向大型化

發展110

3.7.2生產新技術的研究開發110

思考題112

參考文獻112

第4章芳烴轉化過程114

4.1概述[1～3]114

4.1.1芳烴的來源與生產方法[4～13]114

4.1.2芳烴餾分的分離[14]121

4.1.3芳烴的轉化[1，15，16]123

4.2芳烴轉化125

4.2.1芳烴的脱烷基化[1，15，17，18]125

4.2.2芳烴的歧化與烷基

轉移[1，15，19，20]130

4.2.3C8芳烴的異構化[1,15,21～23]134

4.2.4芳烴的烷基化[1,15,24,25]138

4.3C8芳烴的分離[1,15,26,27]144

4.3.1C8芳烴的組成與性質144

4.3.2C8芳烴單體的分離144

4.4芳烴生產技術發展方向149

思考題150

參考文獻150

第5章合成氣的生產過程152

5.1概述[1～12]152

5.1.1合成氣的生產方法152

5.1.2合成氣的應用實例152

5.2由煤制合成氣[6,7，14～16]155

5.2.1煤氣化過程工藝原理155

5.2.2煤氣化的生產方法及主要設備156

5.3由天然氣製造合成氣[6～12]160

5.3.1天然氣制合成氣的工藝技術及其

進展160

5.3.2天然氣蒸汽轉化過程工藝

原理161

5.3.3天然氣蒸汽轉化過程的工藝

條件168

5.3.4天然氣蒸汽轉化流程和主要

設備169

5.4由渣油制合成氣[6，7，16]172

5.4.1渣油部分氧化過程工藝原理172

5.4.2渣油部分氧化反應器和工藝

流程173

5.5一氧化碳變換過程[6，7，16]174

5.5.1一氧化碳變換反應化學平衡175

5.5.2一氧化碳變換催化劑176

5.5.3一氧化碳變換反應動力學176

5.5.4一氧化碳變換的操作條件177

5.5.5變換反應器的類型178

5.5.6變換過程的工藝流程179

5.6氣體中硫化物和二氧化碳的

脱除[6，7]180

5.6.1脱硫方法及工藝181

5.6.2脱除二氧化碳的方法和工藝183

思考題185

參考文獻186

第6章加氫與脱氫過程187

6.1概述[1，2]187

6.1.1加氫反應的類型187

6.1.2脱氫反應的類型188

6.2加氫、脱氫反應的一般規律[1～4]188

6.2.1催化加氫反應的一般規律188

6.2.2催化脱氫反應的一般規律191

6.3氮加氫制合成氨[4～11]193

6.3.1反應原理194

6.3.2工藝條件選擇198

6.3.3工藝流程和合成塔199

6.4甲醇的合成[2，12～14]205

6.4.1合成甲醇的基本原理205

6.4.2合成甲醇催化劑207

6.4.3合成甲醇工藝條件208

6.4.4合成甲醇工藝流程及反應器208

6.4.5合成甲醇的技術進展209

6.5乙苯脱氫制苯乙烯[2，15]210

6.5.1製取苯乙烯的方法簡介211

6.5.2乙苯催化脱氫的基本原理212

6.5.3乙苯脱氫反應條件選擇213

6.5.4乙苯脱氫工藝流程和反應器214

6.5.5乙苯脱氫工藝的改進215

6.6正丁烯氧化脱氫制丁二烯[2]215

6.6.1生產方法216

6.6.2工藝原理217

6.6.3工藝條件的選擇218

6.6.4工藝流程219

思考題221

參考文獻221

第7章烴類選擇性氧化222

7.1概述[1～4]222

7.1.1氧化過程的特點和氧化劑的

選擇222

7.1.2烴類選擇性氧化過程的分類223

7.2均相催化氧化[1～13，36]223

7.2.1催化自氧化223

7.2.2配位催化氧化230

7.2.3烯烴液相環氧化235

7.2.4均相催化氧化過程反應器的

類型237

7.3非均相催化氧化[1～4，11，12]238

7.3.1重要的非均相催化氧化反應238

7.3.2非均相催化氧化反應機理240

7.3.3非均相氧化催化劑和反應器240

7.4乙烯環氧化制環氧乙烷[1～4，10～23，36]242

7.4.1環氧乙烷的性質與用途242

7.4.2環氧乙烷的生產方法242

7.4.3乙烯直接氧化法制環氧乙烷的

反應243

7.4.4乙烯直接環氧化催化劑與反應

機理243

7.4.5反應條件對乙烯環氧化的影響246

7.4.6乙烯氧氣氧化法生產環氧乙烷

的工藝流程247

7.4.7環氧乙烷生產工藝技術的新

進展249

7.5丙烯氨氧化制丙烯

腈[1～4，8，9，11，12，24～32，36]249

7.5.1丙烯腈的性質、用途及其工藝

概況249

7.5.2丙烯氨氧化制丙烯腈的化學

反應250

7.5.3丙烯氨氧化催化劑250

7.5.4丙烯氨氧化反應機理與動力學252

7.5.5丙烯氨氧化反應的影響因素252

7.5.6丙烯腈生產工藝流程255

7.5.7丙烯腈生產過程中的廢物處理257

7.6芳烴氧化制鄰苯二甲酸

酐[1～4，9，10，33～36]258

7.6.1鄰苯二甲酸酐的性質、用途及工藝

概況258

7.6.2鄰二甲苯制苯酐反應機理258

7.6.3鄰苯二甲酸酐生產採用的催

化劑259

7.6.4鄰苯二甲酸酐生產工藝流程259

7.7氧化操作的安全技術[11，12，37，38]260

7.7.1爆炸極限260

7.7.2防止爆炸的工藝措施261

7.8催化氧化技術進展[1～6]262

思考題263

參考文獻263

第8章羰基化過程265

8.1概述[1～4]265

8.1.1不飽和化合物的羰化反應265

8.1.2甲醇的羰化反應266

8.2羰基化反應的理論基礎[2，5～9]267

8.2.1中心原子268

8.2.2配位體268

8.2.3相269

8.3甲醇羰基化合成醋酸[4，9～11]270

8.3.1甲醇羰化反應合成醋酸的基

本原理271

8.3.2甲醇羰化制醋酸的工藝流程273

8.3.3甲醇低壓羰基合成醋酸的優

缺點275

8.4丙烯羰基化合成丁醇、辛醇[1，2，4，12]276

8.4.1烯烴氫甲酰化反應的基本原理276

8.4.2丙烯氫甲酰化法合成丁醇、

辛醇283

8.5羰基化反應技術的發展趨勢[4，13，14]290

8.5.1均相固相化催化劑的研究290

8.5.2非銠催化劑的研究290

8.5.3羰基合成生產1，4丁二醇291

8.5.4羰基合成在精細化工中的應用291

思考題292

參考文獻292

第9章氯化過程293

9.1概述[1，2]293

9.2氯代烴的主要生產方法[1～3，49～60]293

9.2.1取代氯化293

9.2.2加成氯化294

9.2.3氫氯化反應295

9.2.4脱氯化氫反應295

9.2.5氧氯化反應295

9.2.6氯解反應295

9.3氯乙烯[1～10]296

9.3.1氯乙烯的性質和用途296

9.3.2氯乙烯的生產方法297

9.4平衡氧氯化生產氯乙

烯[1～6，10～15，17～22]299

9.4.1乙烯直接氯化300

9.4.2乙烯氧氯化反應303

9.4.3二氯乙烷熱裂解反應307

9.5乙烯氧氯化生產氯乙烯

工藝[1～6，15，16，21，22，65]309

9.5.1直接氯化單元309

9.5.2乙烯氧氯化制二氯乙烷311

9.5.3二氯乙烷淨化313

9.5.4二氯乙烷裂解314

9.5.5氯乙烯精製316

9.6平衡氧氯化法技術

進展[2，25～48，61～64]316

9.6.1新反應路線316

9.6.2平衡氧氯化法318

思考題320

參考文獻321

第10章聚合物生產工藝基礎323

10.1聚合物的基本概念323

10.1.1聚合物及其表徵323

10.1.2聚合物大分子及其結構特性325

10.1.3聚合物的命名330

10.1.4聚合物分類332

10.1.5聚合反應的分類334

10.2聚合反應的理論基礎和聚合方法335

10.2.1連鎖聚合反應335

10.2.2逐步聚合345

10.2.3聚合物的化學反應350

10.2.4聚合的實施方法353

10.3聚合物生產工藝355

10.3.1聚合物的生產過程355

10.3.2聚烯烴的生產過程358

10.3.3聚酯的生產過程367

10.3.4合成橡膠的生產過程372

思考題379

參考文獻380

第11章生物技術生產大宗化學品381

11.1概述[1～7]381

11.1.1生物質原料381

11.1.2生物催化劑382

11.1.3生物技術分類與應用382

11.1.4應用生物技術生產化工產品的

特點383

11.1.5生物技術在大宗化工產品生產

中的應用384

11.2發酵法生產乙醇[8～11]385

11.2.1常用原料385

11.2.2發酵法制乙醇生產工藝386

11.2.3乙醇發酵新技術389

11.2.4燃料乙醇的生產與應用389

11.3生物柴油的生產[12～16]390

11.3.1我國生物柴油的生產現狀390

11.3.2生物柴油的生產方法390

11.4微生物法生產丙烯酰胺[17～21]392

11.4.1丙烯酰胺生產概況392

11.4.2微生物催化法生產丙烯酰胺的

工藝393

11.4.3腈水合酶394

11.4.4微生物轉化過程中反應器形式394

11.5發酵法生產二元酸[22～27]396

11.5.1發酵法生產長鏈二元酸396

11.5.2丁二酸397

11.5.3己二酸的生產398

11.6生物法制備1，3丙二醇[28～32]398

11.6.11，3丙二醇合成方法399

11.6.2甘油發酵製備1，3丙二醇399

11.6.3菌種及1，3PDO生成機理400

11.6.4發酵過程動力學和動態行為400

11.6.5發酵工藝401

11.6.6其他發酵方法401

11.7乳酸的生物合成與聚乳酸[33～38]402

11.7.1基本狀況402

11.7.2乳酸發酵機理403

11.7.3乳酸發酵工藝404

11.7.4聚乳酸的生產406

11.8生物技術應用於化工產品生產

發展趨勢[39，40]407

思考題408

參考文獻408

第12章綠色化學化工概論410

12.1綠色化學的基本概念[1～10]410

12.1.1綠色化學定義410

12.1.2原子經濟性（原子利用率）411

12.1.3綠色化學原則414

12.2綠色化學工藝的途徑和手段[1～30]415

12.2.1原料綠色化415

12.2.2過程綠色化415

12.2.3產品綠色化425

12.3綠色化工過程實例[9，31～69]425

12.3.1氫氣和氧氣直接合成過氧化

氫新工藝425

12.3.2環氧丙烷的綠色生產工藝429

12.3.3環己酮肟的綠色生產工藝434

思考題436

參考文獻437 ^[1]