现代化工导论

参考书
1.戴猷元主编 《化工概论》 北京：化学工 业出版社 2006年6月出版 2.李健秀 王文涛 文福姬编著 《化工概 论》 北京：化学工业出版社 2005年8月出 版 3.李淑芬主编《现代化工导论》北京：化 学工业出版社 2004年9月出版
教学要求
1.总学时16学时，全部课堂讲授。 2.成绩评定：论文和平时成绩相结合。平时成 绩由出勤率以及课堂表现综合得出，占总成绩 的20%。论文要求3000字左右的与现代化工相 关综述报告，占总成绩的80%。总成绩最后按 优、良、中、及格、不及格等五级评定。
近代化学工业的兴起（3） ----三大化工材料工业的开始
• 1839年美国人固特异用硫磺硫化天然橡胶，应用 于轮胎及其它橡胶制品--第一个人工加工的高分 子橡胶产品。
• 1872年美国开始生产赛璐珞，被认为是第一个天 然加工高分子的塑料产品--开创了塑料工业。
• 1891年在法国建立了人造纤维（硝酸酯纤维）工 厂，其产品质量差，易燃，虽未能大量发展，但 仍被认为是化学纤维工业的开始。
化学工业分类
化学工业有以下几种分类方法： （1）按原料分：石油化学工业、煤化学工业、生物 化学工业、农林化学工业等。 （2）按产品吨位分：大吨位产品、精细化学品 （3）按化学特性分：无机化学工业和有机化学工业 等。 （4）我国统计的方法把化学工业划分为下列各种工 业：合成氨及肥料工业、硫酸工业、制碱工业、无机 物工业（包括无机盐及单质），基本有机原料工业、 染料及中间体工业等。
近代化学工业的兴起（2） ----煤化工的发展 • 1812年，欧洲干馏煤气用于街道照明。 • 1816年，美国煤干馏法生产煤气。 • 1825年英国人从煤焦油中分离出苯、甲苯、萘等。 • 19世纪中叶，欧洲已有许多国家建立了炼焦厂，德 国成功地建立了有机化学品回收装置的炼焦炉，由煤 焦油中提取了大量的芳烃，作为医药、农药、染料等 工业的原料。
化学工艺学科是北京石油化工学院传统的优势特 色学科，是北京市重点建设学科，致力于石油炼 制与化工领域的化学工艺与工程技术、绿色催化 技术和燃料清洁化生产技术的研究，在某些研究 领域，具有较高的学术水平。 目前学科研究领域正向以天然气、煤炭、生物资 源为原料的化工领域拓展。
二甲苯临氢异构
• 1.主反应 • ⑴二甲苯异构
现代化学工业（3） --石油化工兴起 • 1941年：开始了从石油轻质馏分催化重整制取芳烃的 新工艺。同年，从烃类裂解气体中分离出合成橡胶的 重要中间体丁二烯。 • 20世纪30年代炼油工业发展迅速，热裂化和催化裂化 分别工业化，同时生产出更多的烯烃。 • 生产乙烯的同时，联产丙烯、C4烃、芳烃（苯、甲苯、 二甲苯）。 • 石油化学工业：由乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二 甲苯等加工为一系列下游产品。
现代化工导论
化工系 翟彦青
1.1 现代化工导论的内容和目的
1. 课程性质 《现代化工导论》是一门概述性质的课程，是对 “化工”学科和专业的综合性介绍。它作为学生学 习化工专业课程之前的入门知识，对化工专业人才 的培养起到重要的“启蒙作用”。
2. 内容 主要包括：绪论，化工在国民经济中的地位 和作用， 化学工程师，化工工艺，化学工程， 创新是化工发展的动力，现代化工发展前景。
1.2 “化工”概念的内涵
1.“化工”
实际是化学工业、化学工艺和化学工程 的总称。化工，在不同的场合有不同的 含义。
2. 化学工业
又称化学加工工业(Chemical Industry），指运用化 学工艺、化学工程及设备，通过各种化学反应及原料 和产品的分离，能量和物料的传递和混合，高效、节 能、经济和安全地生产化学品的特定生产部门，包括 基本化学工业和塑料、合成纤维、石油、橡胶、药剂、 染料工业等。 化学工业是由人类生活和生产的需要而发 展起来的，化学工业的发展推动了社会的 发展，也促进了化学工程和化学工艺学科 和技术的提高。
3. 目的
(1)《现代化工导论》主要是介绍化学工业的 发展，化工工艺和单元操作及设备的发展，化 工学科及专业的发展，调动学生学习积极性。 (2)使学生了解作为“创新主体、投资主体和 经营主体”的化工企业的现状，展望化工发展 的明天。 (3)明确21世纪化工人才培养的规格要求和创 新能力，明确“做什么”和“怎么做”等问题， 明确学习目的 。
现代化学工业（2） --合成氨、石油化学品
• 1913年德国哈柏法合成氨投产，该工艺在高温、高 压、气体循环下实现。
• 1916年实现了氨氧化制硝酸。 • 1920年美国建立了用炼厂气中丙烯水合制异丙醇-第一个石油化学品。
• 1923年，美国联合碳化学公司在查尔斯顿建立了第 一个以乙烷和丙烷裂解生产乙烯的石油化工厂，打 开乙烯为原料石油化工生产的序幕。
序号 1 2 3
项目 加热炉出口温度 产品分离器（V101）压力 反应器（R101）入口温度 反应器（R101）压力 反应器（R101）氢油比 反应器（R101）入口循环氢流量 脱庚烷塔（T101）顶温度 脱庚烷塔（T101）顶压力 脱庚烷塔（T101）釜液位 脱庚烷塔（T101）釜温度
控制指标 371 1.2 371 1.22 4-8 25800 143 2000 40-80 195
近代化学工业的兴起（5） ----传统与化学制药及染料工业等 • 19世纪初至60年代，科学家先后从传统的药用植 物中分离得到纯的化学成分。
• 1846年硝化棉、硝化甘油问世，1862年瑞典人诺 贝尔开设了第一个硝化甘油工厂，1863年发明了 TNT。
• 1856年第一个染料问世，次年设厂生产，至世纪 末已有很多种染料被发明，并被投入使用。
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
CH3
• ⑵乙苯加氢异构
C2H5 +H2 C2H5 -H2 CH3 CH3
•
•
2.付反应
⑴歧化反应
CH3 2 CH3 CH3 + CH3 CH3 CH3
•
⑵临氢脱烷基化反应
CH3 +H2 CH3 CH3 + CH4
•
CH3
⑶加氢开环裂解
CH3 +H2 CH3 CH3 +H2 C8H14 +H2 2C4H10
近代化学工业的兴起（4） ---- 炼油工业开始 • 1854年美国建立最早的原油分馏装置。 • 1860年在美国建立第一个炼油厂。
• 19世纪后期，在世界已建设了许多炼油厂或炼油 装置，主要生产照明用的煤油，而汽油及重质油 还是用处不大的“副产”。直至80年代，电灯的 发明大大减少了煤油的重要性，汽油和柴油因汽 车工业的发展而成为主要炼油产品。
3. 化学工艺
凡主要运用化工技术或化学生产技术，将原料 物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程, 包括实现这一转变的全部措施，称为化学工艺 (Chemical Technology)。通常包括无机化工工 艺、有机化工工艺、高分子化工工艺、精细化 工工艺和生物化工工艺等。
化学生产过程一般可分为三个主要步骤： ①原料处理。为了使原料符合进行化学反应所要求 的状态和规格，不同的原料需要经过净化、提浓、 混合、乳化或粉碎等多种不同的预处理。 ②化学反应。是生产的关键步骤。经过预处理的原 料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达 到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的， 可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、 焙烧等。 ③产品精制。将得到的混合物进行分离，除去副产 物或杂质，以获得符合组成规格的产品。
• 医药：1928年发现青霉素，开辟了抗菌素药物的新领 域。
• 涂料：摆脱天然油漆的传统，改用合成树脂。
现代化学工业（6） --石油化学工业面临巨大冲击 • 70年代，国际石油价格发生了两次大幅度上涨， 乙烯原料价格骤升，产品生产成本增加，石油化 学工业面临巨大冲击。 • 美国、日本和西欧地区主要乙烯生产国，纷纷采 取措施：如关闭部分生产装置，节约生产能耗， 开展副产品综合利用，进行深度加工，加强代油 原料研究，把装置转移到发展中国家等。
现代化学工业(4) --石油化工中合成树脂与纤维工业 • 1928年：生产了第一个无色树脂（脲醛树脂）。 • 30年代：本体聚合法生产苯乙烯成功；有机玻璃，聚 氯乙烯，低密度聚乙烯。
• 1922年人造纤维产量已超过真丝纤维。 • 1939年美国杜邦公司实现聚酰胺66纤维的工业化。 • 1941、1946年德国分别进行聚酰胺6纤维、聚氨乙烯纤 维的工业化生产。 • 1950年以后，聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤 维等合成纤维相继工业化。基本上也配齐了合成纤维 的品种。
近代化学工业的兴起（1） • 随着产业革命在西欧开始，首先无机化学工业开 始形成及发展。 • 1749年，英国建立用铅室法生产硫酸的工厂。 • 1771年，吕布兰以食盐为原料制得纯碱，副产氯 化氢制盐酸、氧气、漂白粉等，纯碱又经苛化生 成烧碱。 • 18世纪后期，炼铁用焦碳大大增加，使煤化工产 生。 • 1763年，在英国产生了蜂窝式煤气炉，提供了大 量焦碳。 • 1792年，开始用煤生产民用煤气。
现代化学工业（7） --发展精细化学品 • 发展精细化学品生产也是一个明显的趋势。有些大 化学工业联合企业已把重点转移到此类生产部门。 • 精细化学品不但品种多，而且变化快，产品换代周 期短，因此需要更大的科研投入，白领（研究）人 员多于兰领（生产）人员。 • 精细化率代表精细化学品的产值与整个化学工业产 值的比例，发达国家的精细化率已超过50%。目前 精细化率也可成为新的化学工业发展标志。
所涉及的方面一般有：原料和生产方法的选择，流 程组织，所用设备（反应器、分离器、热交换器等） 的作用，结构和操作，催化剂及其他物料的影响， 操作条件的确定，生产控制，产品规格及副产品的 分离和利用，以及安全技术和技术经济等。 早期的化学生产以经验为依据，可称为手工艺式的。 在生产和科学的长期发展中，化学生产逐渐从手工 艺式的生产向以科学理论为基础的现代生产技术转 变。但由于化学生产中的物质转化的内容复杂，类 型繁多，经验性的生产技术仍然存在。
化学工业发展
• 追溯到远古及古代: 没有工业，但化学加工方法已 开始影响到人们生活。如制陶、酿造、染色、冶炼、 制漆、造纸以及医药、火药、肥皂等。 • 酒: 至少在公元前20世纪中国的夏禹已用酒祭祀。
• 公元前21世纪中国就进入青铜器时代，公元前5世 纪进入铁器时代，表明冶金化学技术的掌握及进步。 • 公元前后，中国和欧洲进入炼丹术、炼金术时期， 也带动了冶炼及制药的发展。
Baidu Nhomakorabea代化学工业（5） --石油化工中精细化学品工业 • 在石油化学工业发展大吨位产品后，人们也开始注意 发展产量小、附加值高的精细化学品。 • 发明了活性染料，增强了染料与纤维的结合，为对合 成纤维染色，发明了专用性的染料。 • 农药：40年代发明有机氯农药DDT后，又开发出一系列 的有机氯、有机磷杀虫剂。
化学工业发展的标志 • 18-19世纪：人们长时间内把硫酸产量作为一个国 家化学工业发展的标志。
• 20世纪：乙烯成为化学工业标志性产品，人们把 乙烯作为一个国家化学工业发展的标志。 • 21世纪：目前精细化率成为一个国家的化学工业 发展标志。
现代化学工业（1） --概述
• 20世纪是化学工业飞速发展时期，至60年代是化 学工业真正成为大规模生产的主要阶段。 • 在此阶段合成氨（包括化肥）和石油化工得到了 飞速发展。 • 高分子化工从无到有，品种基本配齐，形成了大 规模化。精细化工也逐渐兴起。
单位 ℃ MPa ℃ MPa M3/h ℃ Pa ％ ℃
主 要 操 作 参 数
现代化学工业(4) --石油化工中合成橡胶的工业 • 1931年美国杜邦公司小批量生产了氯丁橡胶，苏 联建成了万吨级丁纳橡胶生产装置，同一时期德 国也生产了丁纳橡胶，1935年德国法本公司开始 生产丁晴橡胶，1937年又建成了丁苯橡胶装置。 • 第二次世界大战中，由于战争的急需及天然橡胶 产地被封，促进了合成橡胶，不但产量飞速增加， 还使气密性极好的丁基橡胶工业化，促成了多种 特殊橡胶（硅橡胶、聚氨酯橡胶）的生产。至此 合成橡胶的品种也基本齐备。