化学工艺学 第一章

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1.1.2 化学工艺
学科特点: 研究具体的生产过程(个性) 研究内容: 化学品的合成机理、生产原理、产品开发、工艺实 施、过程及装置的设计及优化。
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涉及的工业领域:
石油、煤、天然气和其它矿物质为原料，采用化 学加工过程，生产石油及石油化工、煤化工、基本有 机化工、无机化工、化工冶金和高分子化工产品的工 业部门。 生产企业大都是我国的大型骨干企业，在国民经 济中具有极重要地位，如中国石油天然气总公司、中 国石油化工总公司等(世界500强)。
又称化学加工工业，指利用化学反应改变物结构、
成分、形态而生产化学产品的制造工业。
化学工艺（chemical technology）：
即化工生产技术，系指将原料物质主要经过化学反
应转变为产品的方法和过程，包括实现这种转变的全
部化学的和物理的措施。
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化学工业的作用
为工农业、现代交通运输业、国防军事、尖端科 技等领域提供: ⑴ 各类基础材料; ⑵ 新结构、新功能材料; ⑶ 能源（包括一般动力燃料、航空航天高能燃 料和燃料电池等）。
4.多提问题和讨论;
5.课件可拷贝。
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第1章
绪论
1.1 化学工程与技术的学科介绍 1.2 化学工业的发展、地位与作用 1.3 化学工艺学常用的基本概念
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1.1化学工程与技术的学科介绍
• 研究对象: 化学工业为代表的各类过程工业。
• 学科内容: 化学与物理过程的基本规律和应用技术，包括: 基
础理论、基本方法和基本实验技术，产品研制、工艺
9%～11%
7%～14%
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1.2.1.3 高分子化工
• 高分子（macromolecule）: 指相对分子质量高，达几千到几百万的分子，由千 百个原子以共价键相互连接而成，由这类分子构成的 化合物称为高分子化合物（macromolecule compound） 又称高聚物 (high polymer)。 • 高分子化工的产品: 高分子化合物以及高分子化合物为基础的复合或共 混材料制品。 • 特点: 品种非常多，用途广泛，更新换代迅速。 • 分类: 按材料和产品的用途分为：塑料、合成橡胶、 合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等。 27
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乙烯、丙烯用途
1. 乙烯产品分配到各种用途的比例如下：
聚乙烯 40%～50% 环氧乙烷 11%～19% 二氯乙烷 14%～15% 苯乙烯 8%～8.5% 其它 13%～18%
2. 丙烯产品分配到各种用途的比例如下：
聚丙稀
丙稀腈
环氧丙烷
13%～14.5%
异丙苯
异丙醇
其它
20%～24%
27%～33% 14%～17%
农用化学品、油田化学品、电子工业用试剂、
清洁剂、特殊聚合物、食品添加剂、粘合剂和
密封剂、催化剂等。
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化工部提出的分类方法：
⑴农药 ⑵染料
⑶涂料（包括油漆及油墨）
⑸试剂和高纯物
⑷颜料
⑹信息化学品（包括感光材料、磁性材料等能接受 电磁波的化学品） ⑺食品和饲料添加剂 ⑼催化剂和各种助剂 ⑽化工系统生产的药品（原药）和日用化学品 ⑻粘合剂
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1.1.3 生物化工
• 研究内容: 有生物体或生物活性物质参与的过程中的基本理论 和工程技术；生物学、化学、工程学等多学科组成的 交叉学科。 • 学科特点: 以实验研究为基础、理论和工程并重，综合遗传工 程、细胞工程、酶工程与工程技术理论，通过工程研 究、过程设计、操作的优化与控制，实现生物过程的 目标产物。
• 学科特点: 化学和物理过程的一般原理和共性规律。 • 研究目的: 解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论 和方法问题。 • 研究内容与方向:
化工热力学、传递过程原理、分离工程、化学反应 工程、过程系统工程及其它学科分支。
内容可概括: “三传一反”，即动量传递、热量传 递、质量传递、化学反应。
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• 学科作用: 解决人类所面临的资源、能源、食品、健康 和环境等重大问题起到积极的作用。
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1.1.4
应用化学
• 学科特点: 研究精细化学品制备原理和工艺技术。
• 研究内容:
精细化工产品制备、分离与精制、产品复配及 商品化,研制过程中的合成化学、物理化学、化工 单元反应及工艺、生物技术的应用等。 • 学科作用:
1.2001年我国乙烯产量为481万吨； 2.2004年全国共生产乙烯626.57吨； 3.2005年全国共生产乙烯755.53吨（中国乙烯生产超 过日本（720万吨）），比2004年增长20.43％； 4.2006年全国共生产乙烯940.5吨，比2005年增长24.5 ％，2007年全国共生产乙烯1024.8吨，比2006年增 长8.96％ ； 5.2009年全国乙烯的产量为1,066.3万吨。
氧、氮、氢、氯、氨、氩、CO、CO2等。
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1.2.1.2
基本有机化工
• 有机化合物: 碳氢化合物及其衍生物组成有机化合物的元素品种 不多，但数量庞大。1989年已达到1000万种，到2000 年增至2000万种，但目前无机化合物只有几十万种。
• 基本有机化工原料: 乙烯(Ethylene)、丙稀(Propylene)、丁二稀 (Butadiene)、苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲 苯(Xylene)、乙炔(Acetylene)、萘(Naphthalene)、 合成气(Syngas)（CO和H2）等产品。
面广、加工方法多样、生产规模小、品种多。
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(3)无机酸： 磷酸、硼酸、铬酸、砷酸、氢溴酸、氢氟酸等。 (4)氢氧化物： 钾、钙、镁、铝、铜、钡、锂等的氢氧化物。 (5)元素化合物：
氧化物、过氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、氟化 物、氯化物、溴化物、碘化物、氢化物、氰化物等。
(6)单质： 钾、钠、磷、氟、溴、碘等。 (7)工业气体：
• 用途: 各工业部门广泛应用的辅助材料；农林业用品、 人们生活的直接消费品。 • 特点:
品种多、产量小，多数产品纯度高、附加值高、 价格贵 • 精细化工产品大多数为有机化工产品，无机化工产 品相对较少
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• 分类(欧美标准):
• 精细化学品：
染料、农药、涂料、表面活性剂、医药等。
• 专用化学品：
以近代化学和物理为基础过程工业及材料能源环境食品生物等领域密切联系的理工相结合的学表面催化分子催化生物催化催化剂制造科学与工程催化反应工程新催化材料与新催化过程开发环境催化能源与资源精化过程中的催化化学工业与石油炼制催化等
Chemical Technology
化学工艺学
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学习要求:
1.考试课,开卷考试;70(考试):30(平时)； 2.听课,缺一次课平时成绩扣1分; 3.按时完成和交作业,少交一次平时成绩扣 1分 ;
按功能分为以下两大类:
• 通用高聚物(commodity polymer)(三大合成材料) • 塑料：
聚乙烯（PE）、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、 聚 苯乙烯(PS)等。
• 合成纤维：
涤纶、腈纶、锦纶等。
• 合成橡胶：
丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等。
• 特点： • 产量大，应用面广。
开发、过程设计、系统模拟与优化、操作控制等。
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• 五个二级学科： 化学工程、化学工艺、 生物化工、应用化学 和工业催化。 • 学科特点： 以实验为基石，计算机为重要研究手段，重视 实验室结果的工业转化。 • 学科间关系：
各有侧重，互有交叉，形成了相互依赖、相互
支持的学科体系。
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1.1.1 化学工程
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• 基本有机化工产品的用途：
作为单体生产塑料、合成橡胶、合成纤维和
其它高分子化合物，合成用的单体用量大；
作为原料（中间体）合成精细化工的产品；
直接作为消费品，例如作溶剂、萃取剂、气
体吸收剂、冷冻剂、防冻剂、载热体、医疗用麻
醉剂、消毒剂等。
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乙烯产量:衡量一个国家化工发展水平主要指标
2000年世界排名前十名国家及乙烯产量万吨 国别 美国 日本 加拿大 德国 韩国 沙特 中国 独联体 法国 荷兰 产量 2718 705 517 513 491 485 446 444 322 309
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•
近年来很重视高分子共混物、高分子复合 材料等高性能产品的研究、开发和生产，诸 如高分子感光材料；光致或热致变色高分子 材料； 光电纤维；高分子液晶；具有电、磁 性能的功能高分子；仿生高分子等。 为了保护环境，生物降解高分子产品的研 制也受到高度重视。
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•
1.2.1.4 精细化工（fine chemical engineering）
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与人类生活更是息息相关 在现代人类生活中，从衣、食、住、行和战胜疾病
等物质生活到文化艺术、娱乐消遣等精神生活都离不
开化工产品为之服务；
有些化工产品的开发、生产和应用对工业革命、农
业发展和人类生活起到划时代的作用。
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1．2．1 化学工业的分类
• 按学科类型：
无机化工、基本有机化工、高分子化工、 精细化工、生物化工等分支。
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特种高聚物(special polymer) (1)工程塑料：
聚碳酸酯、聚甲醛(POM)、聚芳醚、聚砜(PSF)、 聚芳酰胺(PAA)、有机硅树脂和氟树脂等(能耐高温、 能在苛刻条件环境中作为结构材料使用)。
(2)功能高聚物:
高分子分离膜；高分子试剂；高分子医药、医用高 分子等(具有光电导、压电、热电、磁性等物理性能)。
2001年我国乙烯产量前10名企业 万吨
• • • • • • • • • • • 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 企业名称 上海石化 齐鲁石化 大庆石化 吉林石化 扬子石化 茂名石化 燕山石化 兰化 扬巴乙烯 上海赛科 2000 59.0 50.0 48.0 43.3 43.4 39.5 48.7 2001 63.1 55.5 50.4 47.4 40.6 39.2 39.0 2007（能力） 86.94 84.68 53.66 87.31 80.11 96.26 74.85 68.17 65.48 100.29
与化工、电子、能源、材料、航天、兵器、环
境工程技术有紧密联系。
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1.1.5 工业催化
学科特点: • 以近代化学和物理为基础，过程工业及材料、能源、 环境、食品、生物等领域密切联系的理工相结合的学 科。 研究方向:
• 表面催化、分子催化、生物催化、催化剂制造科学与 工程、催化反应工程、新催化材料与新催化过程开发、 环境催化、能源与资源精化过程中的催化、化学工业 与石油炼制催化等。
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1.2.1.1 无机化工
(1)大宗的无机化工产品:
硫酸、硝酸、盐酸、纯碱、烧碱(三大酸、两
大碱);合成氨和氮、磷、钾等化学肥料,其中化肥 产量在化工产品中位居首位又以氮肥产量最高。 (2)无机盐： 由金属离子或铵离子与酸根阴离子组成的物质， 例如硫酸铝、硝酸锌、硅酸钠、高氯酸钾、重铬 酸钾、钼酸铵等，约有1300多种。其特点是应用
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“十一五”期间发展规划
• ⑴ 对茂名石化等第二轮改扩建，C2=规模达到80万 吨级以上；对上海、吉林石化等第三轮改扩建，C2= 生产规模达到百万吨级。 • ⑵ 新建南海石化等七大乙烯工程，增加C2=产能620 万吨， 2010年形成长三角、环渤海和珠三角三大 C2=产业区，产能占到全国60%以上。 • (3)新疆、甘肃、四川、湖北等中西部地区建成大型 C2=基地，独山子石化新建120万吨C2=基地，以天然 气为原料的四川大乙烯（80万吨）在建设。 • (4)2010年以后，通过改造或扩建现有企业，我国 C2=生产能力将达到1800万吨左右,成为仅次于美国 （2776万吨，2006年）的世界第二大C2=生产国 。 24
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目前我国已有20多种主要化工产品位居世 界前列
居世界第一位: 合成氨、化肥、农药、硫酸、合成纤维、电石、烧 碱、染料等。 居世界第二位: 原油加工、乙烯、合成树脂、合成橡胶、轮胎、涂 料等。 2007年，全行业共完成工业总产值5.32万亿元，比
2002年增长254.5%，5年年均增长率达28.8%，大大 高于国内生产总值的增长速度。
⑾功能高分子材料（包括功能膜、感光材料等）
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1.2.1.5 生物化工
• 生物化工产品: 用生物技术［即通过生物催化剂（活细胞催化剂 或酶催化剂）催化的发酵过程、酶反应过程或动植 物细胞大量培养过程］获得的化工产品 • 产品分类：
大宗化工产品，如乙醇、丙酮、丁醇、甘油、柠檬 酸、乳酸、葡萄糖酸等； 精细化工产品，如各种氨基酸、酶制剂、核酸、生 物农药、饲料蛋白等； 医药产品，如抗生素、维生素、甾体激素、疫苗等
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学科作用:
化学品、燃料、材料、医药、食品等生产和环境保
护的支柱科学技术之一;
在化学工业和能源工业中，催化技术支持的产值已
经占80%以上，表明工业催化已成为社会生产力发展不 可缺少的科学技术; 对人类文明进步和生活质量提高作出了巨大贡献！工业（chemical industry）：