现代化工导论

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
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。
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。
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。
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。
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
现代化学工业（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。
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
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
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。
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。
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。
• 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。
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发展，但 仍被认为是化学纤维工业的开始。
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。
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。
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。
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。
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 。