化学工艺学

化学工艺 • 个性 • 研究具体过程 • 从原料到产品
化学工艺学的发展比化学学科的发展早许多 火的使用使人类第一次制得了地球上没有的东西，在中 国主要制取 “灵丹妙药”，而 西欧则进行“点石成金术”的试 验，虽然都失败。但为化学工艺学提供了许多经验操作技 术和设备的制作及操作方法。 十七世纪时波义尔提出化学作为一门独立学科之前化 学工艺学的发展已比较完善。
水合
仲丁醇
脱氢或氧化脱氢
丁二烯
脱氢
正丁烯
深加工产品见上
正 丁 烷
异构化
异丁烷
氧化
顺酐、醋酸、乙醛、甲乙酮
蒸汽裂解
乙烯、丙烯、丁二烯等
异 丁 烷
烷基化 脱氢
烷基化汽油
异丁烯
深加工产品见上
蒸汽裂解
乙烯、丙烯、丁二烯等
加乙烯烷基化
乙苯 丙酮
脱氢 双酚 A
苯乙烯
聚苯乙烯、丁苯橡胶、 ABS树脂
聚碳酸酯、环氧树脂 酚醛树脂、苯胺、壬基酚等 合成洗涤剂
2、煤化工的兴起与发展阶段 煤化工主要包括三个方面：煤焦油、乙炔及合成气化工。
十九世纪后半叶，钢铁工业的大发展促进了煤炭炼焦业的兴起与 发展。炼焦过程副产大量煤焦油。从煤焦油中提取的芳烃、含氮、含 氧及含硫有机物可制造出多种有机化学品如药物、染料等。因此，与 煤焦油有关的化学工业非常活跃。煤焦油工业的发展奠定了有机化学 工业的基础，对有机化学工业的发展起了极大地促进作用。 1892年加拿大人Thomas Lovel Willson发明了用焦炭和石灰石熔炼 出电石。由电石可方便地得到乙炔。随着对乙炔化学利用的开发，由 乙炔可以合成出许多种有机化学品，如乙醛、丙酮、醋酐、乙醇、正 丁醇等，从而使电石工业迅速发展起来。此后，由于高分子材料的发 展，使乙炔制丁二烯、氯乙烯、丙烯睛、丁二醇、丙烯酸等的生产技 术和生产规模，达到了一个新水平。由此乙炔被称为“有机合成工业 之母”。
生物化工主要产品： （1）大宗化工产品：乙醇、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等。 （2）精细化工产品：各种氨基酸、酶制剂、核酸、生物农 药、饲料蛋白等。 （3）医药产品：抗生素、维生素 、疫苗等。
有机化工原料发展的三个阶段
1、农林化工阶段 这一阶段主要是以农林副产品（如动物、植物、粮食及 其副产物）为原料生产有机化工产品。如木材干馏制甲醇 （木精）、粮食发酵制酒精、油脂制肥皂与甘油等。但此种 来源的有机化工产品品种有限。此外由于农林副产品特别是 粮食、油脂等主要供人们食用，作为有机化工的原料其数量 有限，发展规模受到限制。因此大部分产品已由煤和石油原 料所取代。但也有一些品种延续至今，这多是由于这类品种 或被食用，或有综合利用价值。如食用酒精、甘油、糠醛、 柠檬酸等。
电缆、电线材料 酯化 丁酯 溶剂、 增塑剂 2-羟基丁醛 丁醇 溶剂 药物、酯类、醋酸乙烯纤维（维尼龙） 增塑剂 合成洗涤剂
氧化
乙醛
醋酸
辛醇、季戊四醇 齐聚、水合 乙醇 水合 加氢脱水 高碳直链醇（C11～C18） 酯化 溶剂及合成原 丁二烯 丙酸 氢甲酰化 丙醛 还原 正丙醇
乙 烯
乙酸乙酯、其它酯类
聚氯乙烯 乙酸 醇酸树脂 山梨酸 合成纤维、涂料、粘合剂 1，4-丁二醇 四氢呋喃、γ-丁内酯、聚酯树脂
加醋酸 加甲醛
醋酸乙烯 1，4-丁炔二醇
乙 炔
二聚 乙烯基乙炔 加氢 加HCl 氯化 加HF
粘合剂 丁二烯 2-氯丁二烯 溶剂 聚氟乙烯 氯丁橡胶
三氯乙烯、四氯乙烯 氟乙烯 聚合
补N2和变换 改良的F-T合成
初始原料：煤、石油、天然气、生物有机质（农林副产）。 基础有机原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、（甲苯）、二甲 苯、（乙炔、萘）、合成气（CO + H2）等。 基本有机化学品（有机中间体）：醇、醛、酮、酸、胺类、酚 类、卤代物、硝基化合物等。“它是由初始原料或基础原料经初 级加工得到的大吨位产品”。 三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 。
1925 年、美国联合碳化物公司开始进行乙烷、丙烷 高温裂解制造乙烯、丙烯的工业生产，为石油化工独立 发展奠定了基础。标志着石油化工进入了独立发展阶 段。 石油裂解制乙烯以及一系列以乙烯为原料的有机合 成工艺的开发成功，极大地促进了石油化工的发展，因 为以乙烯、丙烯等为原料可以很方便地合成出从低分子 到高分子的大量化工产品，而乙烯、丙烯可以很方便地 以石油为原料通过裂解工艺得到。
化学工艺学： 化学工艺（chemical technology）即化工生产技术， 是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。 化学工艺学是根据化学、物理和其他科学的成就，来 研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条 件、流程和设备，以创立技术上先进、经济上合理、生产 上安全的化工生产工艺的学科，内容包括生产方法、原 理、流程和设备。
合成
二甲醚
转化
二、化学工艺学基本概念及研究范畴 Chemical technology 工艺的概念 工艺是将设计转化成产品的方法和过程。 工艺工作，需要做工艺布局，编制工艺规程，选用设 备、工装工具，对员工进行技术培训等等。 做工艺工作，需要多方面的知识，有一定的挑战性， 做工艺一般都是实际生产经验比较丰富的人。
3、石油化工的诞生与发展阶段 石油化工的发展经历了两个阶段，即炼厂气的综合利用阶 段和石油化工独立发展阶段。 20世纪二十年代，美国的炼油工业发展迅速。以炼油副产 炼厂气中的丙烯为原料，成功地合成出了异丙醇（1920年）， 这是第一个石油化学品，标志着石油化工的诞生。异丙醇主要 用于脱氢制丙酮，丙酮是飞机喷漆使用的重要溶剂，这是炼厂 气的综合利用阶段。
合成橡胶
溶剂
聚合 氨氧化 丙烯腈
聚丙烯
合成纤维、塑料
合成纤维、ABS树脂、AS树脂、丁腈橡胶 丙烯酰胺 絮凝剂、水增稠剂、纸张处理剂 乙丙橡胶 聚氨酯塑料、表面活性剂
与乙烯共聚
丙 烯
次氯酸化
氯丙醇
环氧丙烷
丙二醇
聚酯塑料
过氧化物环氧化
环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯 1，4-丁二醇 聚酯 医药、炸药
高温氯化
氯丙烯
丙烯醇 水解
甘油
环氧氯丙烷
环氧树脂
与苯乙烯共聚 与丙烯腈共聚 聚合 与苯乙烯、丙烯腈共聚 氯化 2-氯丁二烯 四氢邻苯二甲酸酐 己二腈
丁苯橡胶 丁腈橡胶 顺丁橡胶 ABS塑料 氯丁橡胶
丁 二 烯
与顺酐反应 与HCN反应
己二胺
尼龙66
十二碳内酰胺（尼龙12的单体） 三聚环化 1，5，9-环十二碳三烯 香料、增塑剂、阻燃剂、聚酯原料 乙酰氧基化、加氢、水解 1，4-丁二醇 聚酯树脂
煤炭气化可以制取合成气。 1880 年开始的煤炭气化最初 只是作为城市煤气， 1913 年德国开始合成氨， 20 ～ 30 年代开 始合成甲醇，之后各国开发出了大量有机化学品。合成气是 不同比例的一氧化碳和氢气的混合气。与以合成气为原料有 关的化学合成称为“一碳化学”。石油危机以来，“一碳化学”研 究领域异常活跃。 二十世纪六十年代以前，以煤为原料，通过电石乙炔、 煤焦油和合成气制取有机化工产品，是有机化学工业的主 体。欧洲有一套完整的煤化工体系，尤其是德国，二次大战 前，德国的发迹，煤化工是起了很重要的作用，当今世界著 名的化工公司中就有三家靠煤化工起家的德国公司 （Hoechst、Bayer、和BASF）。
与异戊二烯共聚
丁基橡胶
氧化
甲基丙烯酸
甲基丙烯酸酯 异戊二烯
有机玻璃 异戊橡胶
异 丁 烯
与甲醛反应
水合
叔丁醇
香料原料、溶剂、医药中间体、
与甲醇反应
甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加剂）
聚合
聚异丁烯
粘合剂、密封胶
聚合
聚丁烯
合成塑料
正 丁 烯
氧化
顺丁烯二酸酐
1，4-丁二醇、增强塑料、农药
氧化
甲乙酮
溶剂
注意：原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从上游看 是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所不同。
产品生产过程的顺序：
化工产品
起始原料
基础有机原料
基本有机化学品
三大合成材料
起始原料：石油、天然气、煤、农林产品（副产品）。
无机化工主要产品： 酸类：硫酸、硝酸、盐酸等三大酸类 碱类：纯碱、烧碱、氯碱、金属的氢氧化物等 盐类：
石油化学工业于50、60年代从美国迅速扩展到欧 洲、日本，60年代后逐渐扩展到世界各国。因而乙烯产 量也就成了一个国家有机化工发展水平的标志。乙烯装 置的规模也就越来越大，由四十年代的1万吨/年，五十 年代5万吨/年到六、七十年代发展到45万吨/年。 许多过去以煤为原料的有机化学品，大多由石油、 天然气所取代。目前发达国家以石油、天然气为原料生 产的有机化工产品已占总量的93%以上。
化学工艺学产生的原因： 在早期，人类进行化工生产仅处于感性认识的水平， 随着生产规模的发展，各种经验的积累，特别是许多化学 定律的发现和各种科学原理的提出，使人们从感性认识提 升到理性认识的水平，利用这些定律和原理来研究和指导 化工生产，从而产生了化学工艺学这门学科。 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。
N2-H2
合成
氨、尿素等
汽油、煤油、柴油等液体燃料 羰基合成 氧化 醋酸 甲醛 酚醛树脂、合成原料 甲基叔丁基醚（MTBE） 甲酸甲酯 草酸二甲酯 甲酸 乙二醇 草酸 同系化 转化 乙醇 脱水 C2-C4烯烃 汽油 柴油机燃料 乙烯
合成气 (CO+H2)
合成
甲醇
与异丁烯合成 与CO合成 加CO、O2
化学工艺学
CHEMICAL TECHNOLOGY
绪论
一、化学工业及其分类 二、化学工艺学基本概念及研究范畴 三、化学工业的特点 四、化学工业的发展方向
一、化学工业及其分类
化学工业(chemical industry)又称化学加工工业，泛 指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。 由原料到化学产品的转化要通过化学工艺来实现。 化学工业的分类： 无机化工 基本有机化工 高分子化工 精细化工 生物化工
Hale Waihona Puke Baidu
染料中间体、医药、增塑剂
临氢脱烷基
苯
硝化、还原、光气化
甲苯二异氰酸酯
聚氨酯类泡沫塑料、聚氨酯橡胶
对二甲苯
氧化
对苯二甲酸
聚酯树脂、涤纶
二甲苯
间二甲苯
异构化 氨氧化
对二甲苯 间苯二腈 农药、聚酰胺纤维
邻二甲苯
氧化
邻苯二甲酸酐
医药、染料、增塑剂
萘
氧化
烷基萘
脱烷基
萘
氧化
加HCl 水合
氯乙烯 乙醛 季戊四醇 巴豆醛
加丙烯烷基化 加十二烯
异丙苯 苯酚 十二烷基苯 环己烷 氯苯
苯
加氢 氯化 氧化 硝化
己内酰胺
聚酰胺纤维 染料中间体、医药
顺丁烯二酸酐 硝基苯
四氢呋喃、1，4-丁二醇
医药、聚氨酯
苯胺
二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、 染料、医药、农药
聚氨酯纤维
硝化
硝基甲苯
染料中间体、炸药
歧化
苯、二甲苯
甲 苯
氧化
苯甲酸
中海惠州炼油厂远眺
项目总投资将达540多亿元包括1000万吨/年炼油和100 万吨/年乙烯。
预计到2010年，惠 州市石化产业实现 总产值1200亿元以 上；到2020年，大 亚湾将成为以4000 万吨炼油、300万 吨乙烯为龙头，年 产值超过3000亿元 的世界级石化基 地。
与丙烯共聚
乙丙橡胶 缩合
生产工艺： 是生产某样物质产品所具备的方法、技艺，也就 是生产的工序和艺术（通俗说来就是生产方法，但要 比方法高一层次？）。简单的说，生产工艺就是工业 批量生产产品的标准化生产过程，制定和执行生产工 艺的目的就是为了规范生产过程中的各个环节，避免 因为人员、工具、环境、材料等的不同造成批量产品 的不同。 工艺学：研究由原料制取产品的科学 。
高分子化工主要产品： 按材料和产品的用途分： 塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、胶粘剂等。 按功能分： 通用高分子：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚 苯乙烯、涤纶、锦纶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、 异戊橡胶等。 特种高分子：工程塑料，高分子分离膜等。
精细化工产品： 农药、染料、表面活性剂、油漆、清洁剂、食品添加剂 等。
化学工艺学是研究综合利用各种原料生产出化工产 品的方法原理、操作条件、流程和设备，通常是对一定 的产品或原料提出的，具有个别生产的特殊性。 化学工艺学的研究范畴：
原料的选择和预处理。 生产方法的选择及方法原理。 设备（反应器和其他）的作用、结构和操作。 催化剂的选择和使用。 其他物料的影响。 操作条件的影响和选定。 流程组织。 生产控制。 产品规格和副产品的分离与利用。 能量的回收和利用。 对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。