.,主講教師:范天博聯(lián)系方式:eftb.課程考核方法：作業(yè)+課堂出席情況+期末考試,化學工藝學化工概論,.,化工概論的內容,第一章化工的地位與發(fā)展史第二章無機化工第三章石油煉制與石油化工第四章高分子合成材料第五章天然氣化工與煤化工第六章精細化工第七章生物化工,.,學習化工概論的目的和意義,化學工藝學是化學工程學的一個重要分支，與各主要課程課程關系密切。主要講述在不同分類的化工工業(yè)中化工過程分析，化學反應器、分離裝置和過程控制的基本方法和技術等，它是化工過程研究、開發(fā)與設計的理論總結，是一門理論性與應用性均較強的課程。對于非化工專業(yè)，可將化學工藝學的原理和方法與本專業(yè)知識相結合，應用于與其專業(yè)相關的經(jīng)濟核算、工程分析等實踐問題中。,.,基本要求,(1)正確理解化學工藝學的有關基本概念和理論；(2)理解各個概念之間的聯(lián)系和應用；(3)掌握化學工藝學的基本思路和方法；(4)能理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產和設計中的有關問題。(5)能為后續(xù)課程提供專業(yè)知識的基礎。,.,第一章化工的地位與發(fā)展史,.,1.1化工概述,化工的含義：化學工業(yè)、化學工程和化學工藝的總稱或其單一部分都可稱為化工。化工的范疇：隨著科學和國民經(jīng)濟的發(fā)展，“化工”的范圍也在不斷擴大，例如自動化技術、過程控制及優(yōu)化、環(huán)境問題、經(jīng)濟問題、生產安全，只要涉及上述化學工業(yè)、化學工程和化學工藝的，也可列入“化工”的范疇中,.,1.1.2化學工業(yè),化學工業(yè)的含義：化學工業(yè)又稱化學加工工業(yè)。廣義地說，泛指生產過程中化學方法占主要地位的制造工業(yè)，即經(jīng)過反應過程實現(xiàn)原料向產品的轉換的生產部門，而通常采用狹義的定義，把冶金、石油產品、建筑材料、紙張、皮革、食糖和食用化學品等的生產均列為其他工業(yè)部門。,.,化學工業(yè)分類方法,(1)按原料分可分為石油化學工業(yè)、煤化學工業(yè)、生物化學工業(yè)和農林化學工業(yè)。(2)按產品噸位分可分為大噸位產品和精細化學品兩類：前者指產量大、對國民經(jīng)濟影響大的一些產品，如氨、乙烯、甲醇；后者指產量小、品種多，但價值高的產品，如藥品、染料等。,.,化學工業(yè)分類方法,(3)按化學特性分粗略地可分為無機化學工業(yè)和有機化學工業(yè)。前者又可分為基本無機工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)、無機精細化學品等；后者包括石油煉制、石油化學工業(yè)、基本有機化學工業(yè)、高分子化學工業(yè)、有機精細化學品工業(yè)、生物化學制品工業(yè)、油脂工業(yè)等。,.,化學工業(yè)分類方法,合成氨及肥料工業(yè)硫酸工業(yè)制堿工業(yè)無機物工業(yè)基本有機原料工業(yè)染料及中間體工業(yè)產業(yè)用炸藥工業(yè)化學農藥工業(yè)醫(yī)藥藥品工業(yè)合成樹脂與塑料工業(yè),(4)我國統(tǒng)計的方法化學工業(yè)劃分為下列各種工業(yè)：,合成纖維工業(yè)合成橡膠工業(yè)橡膠制品工業(yè)涂料及顏料工業(yè)信息記錄材料工業(yè)化學試劑工業(yè)軍用化學品工業(yè)以及化學礦開采業(yè)化工機械制造業(yè),.,1.1.3化學與化工,化學與化工的區(qū)別：化學：側重于“理”，主要對合成新物質，發(fā)現(xiàn)新的化學反應，測定物質的化學結構和性質，以及新的機理、規(guī)律、理論感興趣。化工：側重于“工”，著眼于將在實驗室合成的化學物質或化學反應放大到在工業(yè)上的運用和實現(xiàn)。,.,1.1.4化學工程與工藝,化學工程：研究以化學工業(yè)為代表的過程工業(yè)中有關化學過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律，解決過程及裝置的開發(fā)、設計、操作及優(yōu)化的理論和方法問題。其研究內容與方向包括化工熱力學、傳遞過程原理、分離工程、化學反應工程、過程系統(tǒng)工程及其他學科分支。,.,化學工程發(fā)展過程,早期：只限于研究物料的物理加工過程，基本上只是數(shù)學、物理、化學和機電諸基礎學科的綜合應用。20世紀初：引入各種單元操作，“單元操作”被看作是傳熱、傳質和動量傳遞的特殊情況或特定的組合。20世紀中葉以來，進入了以“傳遞工程”和“反應工程”為中心的所謂“三傳一反”階段。,.,化學工藝,化學工藝即化工技術或化學生產技術。它是指將原料物質主要經(jīng)過化學反應轉變?yōu)楫a品的方法和過程，包括實現(xiàn)這一轉變的全部措施。化學工藝學是以產品為目標，研究化工生產過程的學科，目的是為化學工業(yè)提供技術上最先進、經(jīng)濟上最合理的方法、原理、設備和流程。,.,化學工藝,化學工藝一般可概括為三個主要步驟：原料處理，使原料符合進行化學反應所要求的狀態(tài)和規(guī)格；化學反應，使其獲得目的產物或其混合物；產品精制，將由化學反應得到的混合物進行分離，除去副產物或雜質，以獲得符合組成規(guī)格的產品。,.,1.1.5化工原料,化學工業(yè)起始原料是空氣、水、礦物和生物。對無機化學工業(yè)而言，礦物常常是最重要的原料；而對氨的合成而言，關鍵的原料是氮和氫，因而常用煤、油、天然氣等有機原料。.化學工業(yè)的基本原料，即大部分產品的原料中，起主要作用的原料是石油(或加工后的各種餾分)、天然氣、煤。利用生物質資源(如含纖維素、半纖維素、淀粉、糖類和油脂等的農林副產物和農業(yè)廢物)獲取有機原料或產品已有悠久歷史。與石油、天然氣、煤等化石燃料不同，生物質資源是可再生資源。空氣和水是化工生產必不可少的原料。,.,1.1.6化工的特點,(1)品種多(2)原料、生產方法和產品的多樣性和復雜性(3)化學工業(yè)是耗能大戶(4)化工生產過程條件變化大(5)知識密集、技術密集和資金密集(6)實驗與計算并重(7)使用外語多,.,1.1.6化工的特點,(1)品種多這是最大特點，與其他行業(yè)只涉及幾十個品種不同，化學工業(yè)所涉及的品種遠遠超過萬種。不同化合物各有特點，有不同的物理和化學性質、不同的制備方法和用途，所以必須進行更多的實驗及更多的計算。,.,1.1.6化工的特點,(2)原料、生產方法和產品的多樣性和復雜性可以從不同原料出發(fā)制造同一產品，也可從同一原料出發(fā)制造許多不同產品，同一原料制造同一產品還可采用許多不同生產路線。一個產品一般有不同用途，不同產品有時卻可有同一用途。一種產品往往又是生產別種產品的原料、輔助材料或中間體。這種關系錯綜復雜，因而原料來源、技術、設備有很大選擇余地，又在經(jīng)常變化之中，化學工業(yè)是少有的靈活性最大的工業(yè)之一。,.,1.1.6化工的特點,(3)化學工業(yè)是耗能大戶在大噸位產品中，除了靠提高得率外，節(jié)能也常常是企業(yè)競爭中獲勝的保證。,.,1.1.6化工的特點,(4)化工生產過程條件變化大高溫可達1000以上，低溫可達-200以下，高壓可達幾百兆帕，低壓可至幾個帕，經(jīng)常要處理強腐蝕性化合物，這種嚴峻的條件不但對設備的設計增加難度，更因為物質的物理化學性質的極端變化，需要掌握更多的規(guī)律性。,.,1.1.6化工的特點,(5)知識密集、技術密集和資金密集由于化學工業(yè)的復雜性，往往需要多學科的合作，成為知識密集型的生產部門，進而又導致資金密集，技術復雜更新又快，投資多，其中研究費用多，開發(fā)人員多。例如，發(fā)達國家化學公司的科研和開發(fā)(R&D)人員會占公司人員的一半以上。,.,1.1.6化工的特點,(6)實驗與計算并重100年前化學、化工都是經(jīng)驗性學科，隨著化學、化工各種規(guī)律被掌握，微觀的定量關系已深入到原子和分子級別，分子設計概念已被提出；宏觀定量關系就用得更多了。化工計算愈來愈廣泛和深入，許多情況已和實驗一樣，是不可缺少的。,.,1.1.6化工的特點,(7)使用外語多由于品種多，涉及化合物多，涉及化合物物理化學性質、制備方法的論文多，為進行科學研究或開展技術革新，查閱國內外文獻是必不可少的。,.,1.2化工在國民經(jīng)濟中的地位,地位：化工對人類的貢獻及對國民經(jīng)濟的作用是多方面的。化學工業(yè)從它形成時起就為其他工業(yè)部門提供必需的物質基礎。概括而言，化學工業(yè)在國民經(jīng)濟中是工業(yè)革命的助手、發(fā)展農業(yè)的支持、戰(zhàn)勝疾病的武器及改善生活的手段，與衣、食、住、行息息相關。,.,1.2化工在國民經(jīng)濟中的地位,化工與農業(yè)化工與醫(yī)藥化工與能源化工與人類生活化工與國防,.,1.2.1化工與農業(yè),化肥：對農作物的增產作用。農藥：對農作物的保護作用。植物激素和生長調節(jié)劑對農業(yè)發(fā)展的物資支持,.,1.2.2化工與醫(yī)藥,1.2.2.1制藥工業(yè)古代中藥抗生素生物技術制藥1.2.2.2制藥工業(yè)與人類健康,.,1.2.3化工與能源,1.2.3.1一次能源與二次能源一次能源：是指從自然界獲得且可直接加以利用的熱源和動力源，包括煤、石油、天然氣、油田氣等；林木秸稈等植物燃料，沼氣，核燃料，還有水能、風能、地熱能、海洋能和太陽能等。,.,世界和中國能源消耗構成,.,二次能源：是指從一次能源加工得到的便于利用的能量形式，除火電外，主要是指化學加工得到的汽油、柴油、煤油、重油、渣油和人造汽油等液體燃料；煤氣、液化石油氣等氣體燃料。,.,1.2.3.2化工與能源的關系,化學工業(yè)所用基本原料中大部分都可用作于能源，因此化學工業(yè)的原料與能源有重疊性，相應地也有一個選擇性，即可以選擇最合適的原料作化工用，再用剩余的物料作為能源用，這樣的選擇可大大降低成本。,.,1.2.3.3我國能源的開源節(jié)流,我國是能源生產和消費大國。我國原油儲量不大，已探明的地質儲量近200億噸。中國煤炭的儲量極大，但污染嚴重，使用受到限制。與化石燃料情況相反，我國可再生能源資源豐富。節(jié)能也是我國解決能源問題的關鍵之一。對化工的要求。,.,1.2.4化工與人類生活,(1)衣(2)食(3)住(4)行(5)用,.,1.2.5化工與國防,化工與國防的關系可以追溯到黑火藥的發(fā)明。火炸藥工業(yè)是廣義化學加工工業(yè)的重要組成部分。除了炸藥是化學工業(yè)的直接產品外，與國防有關的化工產品還很多。,.,綜上所述,化學工業(yè)是重要的工業(yè)部門，它上接煉油、煉焦等基礎工業(yè)，一系列下游產品廣泛應用于各類工業(yè)部門，特別是通過高分子產品向一系列輕工產業(yè)、交通部門、服裝產業(yè)等提供必不可少的原料及加工產品。因此要發(fā)展工業(yè)、發(fā)展制造業(yè)是離不開化學工業(yè)的發(fā)展。,.,1.3化學工業(yè)發(fā)展史,1.3.1世界化學工業(yè)發(fā)展史1.3.1.1古代的化學加工在公元前50世紀左右已有陶器。制酒的歷史也很久遠，即利用生化反應作化學加工。公元前21世紀中國就已進入青銅器時代公元前20世紀的中國的夏禹已把酒用于祭祀公元前5世紀進入鐵器時代公元前后，中國和歐洲進入煉丹術、煉金術時期,.,1.3.1.2近代的化學工業(yè),無機鹽工業(yè)煤化工硅酸鹽工業(yè)石油煉制制藥工業(yè),.,1.3.1.3現(xiàn)代化學工業(yè),20世紀是化學工業(yè)飛速發(fā)展時期，至6070年代是化學工業(yè)真正成為大規(guī)模生產的主要階段，在此階段合成氨(包括化肥)和石油化工得到了飛速發(fā)展，高分子化工從無到有，品種基本配齊，形成了很大規(guī)模，精細化工逐漸興起。,.,1913年德國哈柏法合成氨投產1920年美國建立了用煉廠氣中丙烯水合成異丙醇，這是第一個石油化學品1923年，美國聯(lián)合碳化學公司在查爾斯頓建立了第一個以乙烷和丙烷裂解生產乙烯的石油化工廠，打開了乙烯為原料石油化工生產的序幕。,.,1941年開始了從石油輕質餾分催化重整制取芳烴的新工藝。1941年，從烴類裂解氣體中分離出合成橡膠的重要中間體丁二烯。1949年，石油餾分催化重整的工業(yè)化。在20世紀前期，乙烯是發(fā)展化學工業(yè)標志性產品，因此，人們把乙烯作為化學工業(yè)發(fā)展的標志。,.,1928年生產了第一個無色樹脂(脲醛樹脂)，1922年人造纖維產量已超過真絲纖維。1939年美國杜邦公司實現(xiàn)了聚酰胺-66纖維的工業(yè)化生產。1941年、1946年德國分別進行聚酰胺-6纖維、聚氨乙烯纖維的工業(yè)化生產。,.,20世紀50年代以后，聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維等合成纖維相繼工業(yè)化，基本上配齊了合成纖維的品種。1931年美國杜邦公司小批量生產了氯丁橡膠，前蘇聯(lián)建成了萬噸級丁鈉橡膠生產裝置同一時期德國也生產了丁鈉橡膠，1935年德國法本公司開始生產丁腈橡膠,.,1937年又建成了丁苯橡膠裝置。1928年發(fā)現(xiàn)青霉素，開辟了抗菌素藥物的新領域。在20世紀6070年代，化學工業(yè)更重視規(guī)模的大型化，1963年美國凱洛格公司設計建設第一套日產540t合成氨單系列裝置，是化學工業(yè)生產裝置大型化的標志。精細化率代表精細化學品的產值與整個化學工業(yè)產值的比例，發(fā)達國家的精細化率已超過50%。目前精細化率也可成為新的化學工業(yè)發(fā)展標志。,.,1.3.2中國的化學工業(yè)發(fā)展史,1.3.2.1我國的近代化學工業(yè)1876年在天津建成我國第一座鉛室法硫酸廠。1889年在唐山建成我國第一座水泥廠。1905年在陜西延長興辦了我國第一座石油開采和煉制企業(yè)，1907年開鉆出油。,.,1.3.2中國的化學工業(yè)發(fā)展史,1923年，吳蘊初在上海創(chuàng)辦天廚味精廠，生產的味精暢銷國內及遠銷海外。于1929年創(chuàng)辦天原電化廠，生產鹽酸、燒堿、漂白粉；又因鹽酸容器的需要，于1934年創(chuàng)為天盛陶器廠，同年創(chuàng)辦天利氮氣廠，生產合成氨與硝酸。1914年，范旭東于天津塘沽集資創(chuàng)辦久大精鹽股份有限公司，1917年籌辦永利制堿公司，聘侯德榜為技師長，于1926年生產出高質量的紅三角牌純堿。該產品揚名國內外，并于1937年在南京建成永利寧廠，生產合成氨硫酸、硫酸銨及硝酸，為當時具有世界水平的大型化工廠。,.,1.3.2.2新中國的化學工業(yè),從第一個五年計劃(19531957年)新建、擴建一大批化工企業(yè)，組建了一批化工研究、設計、施工隊伍。1961年，我國在蘭州建成了用煉廠氣為原料裂解生產乙烯裝置，開始了我國石油化學工業(yè)的生產。隨著改革開放政策的實施，化學工業(yè)也像其他工業(yè)一樣，飛速地發(fā)展，不但石油化學工業(yè)在世界地位飛速上升，精細化學品生產也從無到有。從我國化學工業(yè)當前情況看