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1、化工参考资料基本知识第一篇：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

2、液状硅酸钠。 13501400MSiO2 + 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，

3、还有多项物理加过程如流体的输送、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

4、践的方法和手段。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

5、或设备热量进行计算，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

6、于任何一个过程，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

7、.293g/L，离地面越远空气越稀薄，也就是密度越小。1 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。2 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

8、是一种重要的化工原料，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。1 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

9、的密度为920KG/m3，所以冰比水轻，水变成冰时体积是增大的。2 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。3 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。4 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。5 水的循环使用。A

10、热风炉、锅炉水幕除尘B隔膜压滤机压榨水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：1 硅酸钠（水玻璃）是生产白碳黑的主要原料。2 碳酸钠：又称纯碱，是生产水玻璃的主要原料。3 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。4 硅藻土是水玻璃净化的助滤剂。5 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。6 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

11、而成的，是制取鳞、磷酸、磷肥和磷酸盐的重要原料。磷酸可作为硅酸钠的预处理剂。7 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：1 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

12、化工产品和有机化工产品。无机化工产品有数千种，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

13、售的浓硫酸一般含H2SO498%，相对密度为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

14、+2 H2SO4（浓）=CO2+2 SO2+ 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

15、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酸，蔗糖就被浓硫酸“脱水”而变成黑色的碳。 浓硫酸C12H11O11=12+11 H2O因此，浓硫酸落在皮肤上、衣服上、必须立即用大量水冲洗，否则会造成严重的烧伤和腐蚀。3、 硫酸钠化学式为Na2SO4，俗名元明粉，无色斜方晶体，熔点884。常以水合物形式存在，如十水硫酸钠（Na2SO

16、410H2O，俗称芒硝）。有苦咸味，易溶于水。芒硝加热到100失去结晶水，或在空气中迅速风化，转变为无水白色粉末。用于制硫化钠（Na2S，其九水合物又称硫化碱或臭碱）、纸浆、玻璃、水玻璃、瓷釉、洗衣粉、制革等，并用做缓泻剂和钡盐中毒的解毒剂等。（溶解度曲线）压滤洗涤过程就是利用硫酸钠在水中溶解度比较大的特点，将硫酸钠从滤饼中洗涤出来。选用隔膜压滤机相对普通厢式压滤机节能、节水效果明显。4、 硫酸铝硫酸铝Al2（SO4）3.18H2O分子量666.41。物化性质 无色单斜结晶。相对密度1.69(17)。熔点86.5（脱水成为白色粉末状无水硫酸铝）。溶于水、酸和碱，不溶于醇。水溶液呈酸性。加热至

17、770时开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气。水解后生成氢氧化铝。工业品为灰白色片状、粒状或块状，因含低铁盐（FeSO4）而带有淡绿色，又因低价铁盐被氧化而使产品表面发黄。粗制品为灰白细晶结构多孔状物，含有微量硫酸，具有酸而当涩的味道。水溶液长时间沸腾可生成碱式硫酸铝。5、 白碳黑（沉淀二氧化硅）化学式：（SiO2.nH2O）外观：白色粉末或无定型结构标准：HG/T3061-19999 neqISO5794.1：1994表1：沉淀水合二氧化硅的分类类别ABC比表面积m2/g部控191161190136160内控191161190136160产品的化学、物理性能应符合表2所列的各项技术要

18、求表2：6、 牙膏级沉淀二氧化硅产品的质量指标牙膏级沉淀二氧化硅产品的质量标准 类型指标名称技术卫生指标组合型摩擦型增稠型透明组合型透明摩擦型透明增稠型外观白色粉末、无结粒，目测无杂质白度（WG）969696969696PH值（25 5%水分散体）6.5-8.57.5-9.05.5-8.06.5-8.57.5-9.05.5-8.0筛下物 220目 % 320目 %100981009810098100981009810098干燥失重（105） %8.08.08.08.08.08.0灼烧减量（105 2h）%8.58.010.08.58.010.0吸水量 ml/20g223417223422341

19、72234表观密度 g/ml0.250.350.250.250.350.25总盐量（以Na2SO4NaCl计） %0.30.30.30.20.20.2折光指数 N1.4401.4651.4401.4651.4401.4651.4401.4651.4401.4651.4401.465二氧化硅含量（干基）%969696969696硫化物无无无无无无还原性硫 mg/Kg555555含铁量 mg/Kg300300300200200200氟相溶性 %909090909090重金属（以Pb）计mg/Kg202020202020砷 mg/Kg222222汞 mg/Kg111111细菌总数 cfu/g1501

20、50150150150150注： 1、磨擦型有行业标准（即国家标准QB/T2346-97）此标准优于国家标准。 2、本标准优于国内同行业的标准。 3、食品级、医药级是透明组合型、透明增稠型、透明磨擦型，有待国家相对应的机构验证和认可。第三节：化学基本概念一、 物质1、 物质化学研究的对象是物质。物质是作用于我们感觉器官而引起人们感觉的东西，它占有一定的空间和具有质量。物质大的可以用肉眼看见，小的肉眼看不见的有原子、电子、光子等。物质有不同的存在形式。物质以不同的形式在不停止地运动着。地球在运动、机器在转动；岩石在风化而变成粘土；空气流动而形成了风；植物吸收二氧化碳进行光合作用而结出丰硕的果实；

21、食品在人体内经过复杂的变化使人得以生活和工作；石油经过加工可以生产出各种重要的产品。所以说，有物质存在，必然有物质运动。2、 能量物质的变化和运动，总是伴随着各种能量的变换。水加热产生的高压蒸汽可以带动蒸汽机使火车运行；高位的水可以推动水轮机使发电机发电；电又可以使马达运转带动机器工作；汽油在汽缸内燃烧可以使汽车行驶；炸药的强烈反应产生的气体可以筑路开矿。能量可以由一种形式转换成另一种形式，位能可以转化成动能、电能、机械能；而电能也能转换成动能和机械能；物质化学反应时的化学能也可以变成电能、机械能、动能。这些能量的转换，都是物质不同的运动形式。各种能量都具有做功的本领。能量可以用不同的形式表现

22、出来。所以说，能量可以定义为做功的本领。3、 物质的质量和能量守恒定律在科学高度发展的今天，很多实验和生产的事实告诉我们，化学反应过程中，只是有一些物质变化成另一些物质，但变化前后物质的量是相等的。这就是物质守恒定律。同样可以证明在能量转化过程中，能量只能相互转化，而不能自生自灭，只能从一种形式转化成另一种形式。这就是能量守恒定律。二、 物质的变化和性质1、 物理变化和物理性质物质的变化是多种多样的。例如水加热变成水蒸汽，而水蒸汽冷凝又变成水；木材加工成家具；钢锭轧成钢筋。这些变化只改变了物质外部状态和形状，而没有改变物质的组成，更没有新物质的产生，这种变化叫物理变化。物质在物理变化时表现出来

23、的性质叫物理性质。如状态、颜色、气味、密度、沸点、熔点等，都是物质的物理性质。2、 化学变化和化学性质物质的另一种变化，不仅物质的外形有了改变，物质本身的组成也发生了变化，产生了新的物质。例如炭在空气中燃烧产生了二氧化碳；铁在潮湿空气中生锈变成了铁锈；石灰石煅烧成了石灰石。这些变化都有新物质的产生。由一物质生成新物质的变化叫做化学变化。物质在化学变化时所表现出来的性质叫做化学性质。如化合、分解、氧化和还原等。物理变化和化学变化是物质的两种不同的变化。但在许多情况下它们又常是在一起发生的。例如点燃蜡烛时，故态的蜡受热熔化，这是物理变化；同时它燃烧成水蒸气和二氧化碳，又是化学变化。一般说来，物质发

24、生物理变化时，不一定有化学变化，但发生化学变化时，一定有物理变化发生。三、 物质的组成1、 分子自然界的一切东西，都是物质组成的，那么物质又是由什么组成的呢？把一滴水不断地分割，它将会变得越来越小。分割到最后，这滴水将变成一个单一的个体，不但我们肉眼看不见它，甚至在最好的显微镜下也看不见。但它还是水，仍保持着水的各种化学性质，而若进一步分割，它就将不再是水了。将失去水的所有化学性质。这种保持某物质一切化学性质的最小粒子叫做该物质的分子。分子有以下特点。（1） 分子很小 一滴水里大约就有十五万亿个水分子。分子量虽然很小，但是也有质量。例如一个氧分子的质量约为5.31410-23克。（2） 分子在

25、不断地运动 例如：湿衣服晒干是水分子运动到空气的缘故；我们在日常生活中所嗅到的气味也是分子运动的结果。（3） 分子之间有间隔 一般物体的热膨胀冷缩现象就证明了这一点。当温度升高时分子间间隙增大，物体体积膨胀，当温度降低时分子间的间隔变小，物体体积缩小。一般物质三态（气态、液态、固态）的变化，主要是分子间的间隔大小发生变化而造成。2、 原子把水通上电流，水就分解成氢气和氧气。把食盐水通上电流，食盐水就分解放出氢气和氯气。我们知道，水是由水分子组成，食盐水是由氯化钠分子和水分子组成的，但通上电流后为什么会有氢气、氧气和氯气产生呢？首先可以肯定上面的两个反应过程是化学变化，因为有新的分子生成。另外也

26、可以看出水分子和氯化钠分子是可以再分的。他们在化学变化中，又分解出更小的微粒、氢微粒、氧微粒和氯微粒。而这些更小的微粒又重新组合成氢分子、氧分子、和氯分子。物质在化学变化过程中，原来的物质分子分解成更小的微粒，再经过重新组合，变成新物质的分子。我们把这些物质在化学变化中的最小微粒叫做原子。原子有以下特点。（1） 原子很小 原子虽然很小，但是也有质量。例如一个碳原子的质量为1.99310-22克。（2） 原子在不断运动着 化学反应就是原子运动的一种形式。在化学反应中，分子可以分成原子，原子又可以组合成为新的分子。（3） 原子是具有复杂结构的微粒。 原子是由原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子

27、组成的，每一个电子带着一个单位的负电核。每一个电子带着一个单位的负电荷。原子核带的正电荷数和核外电子带的负电荷数相等，所以原子不显电性。但原子在一定条件下，可以得到或失去电子，成为带有电荷的原子。这种带有电荷的原子叫离子。失去电子的原子带正电荷，叫阳离子；得到电子的原子带负电，叫阴离子。物质的分子、原子和离子等微粒统称为物质的结构微粒。原子核有质子和中子组成。质子和中子的质量很相近（1.6710-24克），相当于1个碳原子的质量的1/12。质子带一个单位正电荷。中子不显电性。电子的质量很小（9.1110-28克），为质子和中子质量的1/1840，与原子核的质量相比可以忽略不计。所以原子的质量主

28、要集中在原子核上。我们把质子、中子、电子等统称为物质的基本粒子。这些粒子之间的关系如下：原子的质量数=原子核内的质子数+原子核内的中子数原子核电荷数=原子核内质子数=原子核外电子数3、 元素元素是具有相同核电荷数的同一类原子总称。原子和元素是两个不同的概念。元素只代表原子的种类，不涉及该类原子的具体数量；而讲原子时，可以指明原子的数量。例如氧分子可以说由氧元素组成；也可以说是由两个氧原子组成。水分子可以说是由氢、氧两种元素组成；也可以说是由两个氢原子和一个氧原子组成。但不能说是由两个氢元素和一个氧元素组成。（元素周期表）四、 原子量、分子量和摩尔1、 原子量原子具有质量。如果用克做单位来表示质

29、量时，一个氧原子的质量是2.65710-23克，一个氢原子的质量是0.166110-23克。在实际应用时，往往不需要知道原子的绝对质量，而只需要原子的相对质量。为此指定一种原子，以它作为不同原子的原子量相互比较的标准。在化学里规定：把12C的原子量定位12，、任一元素的原子量是该元素的原子相对于12C碳原子的重量。2、 分子量分子量是组成分子的所有原子的原子量总和。所以分子量也是一个相对质量。一般由分子式就可以计算出物质分子的分子量。（1） 单质分子量 一般金属、固体非金属和稀有气体，都是由一个原子组成一个分子，所以他们的分子量就等于原子量。例如：Cu（铜）的原子量=63.5 分子量=63.5

30、C（碳）原子量=12 分子量=12He（氦）原子量=4 分子量=4另外一些气体和液体非金属，都是由两个或两个以上的原子组成一个分子，所以他们的分子量等与所有原子的原子量之和。例如：O2（氧气）原子量=16 分子量=162=32 N2（氦气）原子量=14 分子量=142=28O3（臭氧）原子量=16 分子量=163=48 Br（溴气）原子量=80 分子量=802=160（2） 化合物的分子量 化合物分子量等于组成化合物的各个原子的原子量之和。例如：CO2（二氧化碳） 分子量=12+162=44H2SO4（硫酸） 分子量=2+32+164=983、 摩尔物质之间的化学反应，都是按照一定数量的原子或分子的比例来进行的。例如： 燃烧 燃烧C + O2=CO2 2H2 + O2=2H2O