第1章 化工的地位与发展史

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工业的复杂性,往往需要多学科的合作,成为知
识密集性的生产部门,进而又导致资金密集,技 术复杂更新又快,投资多,其中研究费用多,开 发人员多。
化工的特点(5)
( 6 )实验与计算并重。在 100 年前化学、化工都
还是经验性学科,一切进展依靠实验。随着化学、
化工各种规律被掌握,微观的定量关系已深入到 原子、分子,分子设计概念已被提出;宏观定量 关系就用得更多了。化工计算愈来愈广泛和深入, 许多情况已和实验一样,是不可缺少的。

学科关系

化学工程为化学工艺、生物化工、应用化学和工 业催化等学科提供了解决工程问题的基础。

化学工程与技术的学科分类是相对的、并会随学 科发展而有变化。
在当前我国高等教育改革中,为造就厚基础,专 业宽、素质高、能力强的符合新世纪要求的化工 专门人才, 将淡化学科的严格划分。

化工原料

化学工业起始原料是空气、水、矿物、生物。
化工的特点(3)
(4)化工生产过程条件变化大,高温可达1000℃
以上,低温可达 -200℃ 以下,高压可达几百个
MPa ,低压可至几个 Pa ,经常要处理强腐蚀性 化合物,这种严峻的条件不但对设备的设计增加 难度,更因为物质的物理化学性质的极端变化, 需要掌握更多的规律性。
化工的特点(4)
(5)知识密集、技术密集和资金密集。由于化学
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。
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。
近代化学工业的兴起(3) ----三大化工材料工业的开始

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。
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年在美国第一个炼油厂是炼油工业

化学工程与工艺 (3)

20 世 纪 中 叶 以 来 , 化 学 工 程 学 科 进 入 了 以 “传递工程”和“反应工程”为中心的所谓 “三传一反”阶段。化学工程随化学工业的产 生而出现,并随其发展而发展。当今已形成一 大门类工程技术学科体系,即现代化学工程学 科体系。
化学工程与工艺(4)


化学工程与工艺(6)

一般概括为三个主要步骤: ①原料处理,使原料符合进行化学反应所要 求的状态和规格;
②化学反应,使其获得目的产物或其混合物;
③产品精制,将由化学反应得到的混合物进 行分离,除去副产物或杂质,以获得符合组 成规格的产品。
化学工程与工艺(7)

教育部颁部的普通高等学校本科专业目录和专业介绍设立 的化学工程与工艺专业,则覆盖了现有的化学工程、化学 工艺、高分子化工、精细化工、生物化工(部分)、工业 分析、电化学工程、工业催化、化学工程与工艺、高分子 材料及化工(部分)、生物化学工程(部分)等专业,几 乎包括化学工业的各个领域。 本专业的人才可以进入化工、炼油、医药、能源、冶金、 轻工、材料、环境等部门工作。
化学工业
(3)按化学特性分:分为无机化学工业和有机化学工业。
化学工业
(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、产业用炸药工业、化学农药工业、医药药品工业、 合成树脂与塑料工业、合成纤维工业、合成橡胶工业、橡 胶制品工业、涂料及颜料工业、信息记录材料工业(包括 感光材料、磁记录材料)、化学试剂工业、军用化学品工 业,以及化学矿开采业和化工机械制造业等。
化工的特点(1)
(1)品种多。这是最大特点,与其它行业只涉及 几十种化合物不同,化学工业所涉及的品种远 远超过万种。不同化合物各有特点,有不同的 物理和化学性质,有不同的制备方法和用途, 不得不进行更多的实验及更多的计算。
化工的特点(2)
( 2 )原料、生产方法和产品的多样性和复杂性。 可以从不同原料出发制造同一产品,也可从同一 原料制造许多不同产品,同一原料制造同一产品 还可采用许多不同生产路线。 ( 3 )化学工业是耗能大户,在大吨位产品中,除 了靠提高得率外,节能也常常是企业竞争中获胜 的保证。
( 7 )使用外语多。为进行科学研究或开展技术革
新,查阅国内外文献是必不可少的。
化工在国民经济中的地位
概括而言,化学工业在国民经济中是工业革命的 助手,发展农业的支持,战胜疾病的武器,改善 生活的手段,与衣、食、住、行息息相关。
化工与农业

化肥 农药:研制高效、低毒和安全的农药


植物激素及生长调节剂


Tends to be sticky when hot, brittle when warm Does not reform when stretched
S
S
S
S
S
近代化学工业的兴起(3) ----三大化工材料工业的开始
赛璐珞是塑料的老祖宗,赛璐珞是英文“celluloid”的 译音,它有两个意思,一是假象牙;二是叫电影胶片
化学工程与工艺(1)

化学工程研究以化学工业为代表的过程工业中有 关的化学过程和物理过程的一般原理和共性规律, 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。
化学工程与工艺(2)

早期的化学工程内容,实际上只限于研究物料 的物理加工过程,基本上只是数学、物理、化 学和机电诸基础学科的综合应用。 上世纪中叶,引入了以蒸发、流体流动、传热、 干燥、蒸馏、吸收、萃取、结晶、过滤等单元 操作,于是“单元操作”被看作是传热、传质 和动量传递的特殊情况或特定的组合。
基本有机化工原料与产品
(基本)有机化工原料: 三烯(乙烯、丙烯、丁二烯) 三苯(苯、甲苯、二甲苯)

重要 基本有机化学品: 上百种, 如甲醇、乙醇、萘、 苯酐、 苯酚、醋酸、丙酮、丁醇、辛醇等。
基本有机化工原料与产品

有机化工产品: 三大合成材料:合成树脂(塑料), 合成橡胶 , 合成纤维
各种精细化学品: 品种繁多。
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。
化学与化工(1)

从事科学研究的科学家和研究者关心的是有关 自然界、人类社会现象和规律的系统知识、理 论的探索。在高等教育中一般属于理科范畴。
化学家主要对合成新物质,发现新的化学反应, 测定物质的化学结构和性质,以及新的机理、 规律、理论感兴趣。

化学与化工(2)

从事技术研究的 “工程师” 关心的是将科学 知识、规律和理论用于最有效地改变和利用自 然资源, 生产或制造各种产物和器物,以有 利于人类。技术研究在高等教育中一般属于工 科。 理科和工科的专业背景和兴趣均不同,但他 们共同构筑了科学与技术,形成了第一生产力
英国人罗巴克发明了铅室法
近代化学工业的兴起(1)

1788年 吕布兰获取 以食盐为原料制得纯碱: 副产氧化 氢制盐酸、氧气、 漂白粉等, 纯碱又可经苛化生成烧 碱。
近代化学工业的兴起(1)

18世纪后期,炼铁用焦碳量大大增加,使煤化工产生。
近代化学工业的兴起(1)

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。
化学工艺即化工技术或化学生产技术。
它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,包括实现这一转变的全部措 施。化学工艺学是以产品为目标,研究化工生 产过程的学科,目的是为化学工业提供技术上 最先进、经济上最合理的方法、原理、设备、 流程。
化学工程与工艺(5)

在国外,化工学科一般认为属于工程范畴而纳入 工程学科( Engineering ),也有根据其研究 的对象而将其放入化学学科中. 在我国当前的学科划分中,以一级学科“化学工 程与技术” 概括化工学科,并又分为以下五个 二级学科:化学工程、化学工艺、应用化学、生 物化工、工业催化。
其他: 农膜、土壤改良剂、饲料添加剂等。

化工与医药

制药工业 生物制药 化学合成制药 中药制药 是特殊商品,许多国家的制药工业发展速度多 年来都高于其他工业的发展速度。
化工与能源 一次能源与二次能源
一次能源:指从自然界获得且可直接加以利用的热源和动 力源,包括煤、石油、天然气、油田气等,林木秸秆等植 物燃料,沼气,核燃料,还有水能、风能、地热能、海洋 能和太阳能等。
化工可以分别指化学工业、化学工程和化学工 艺,也可指其综合。


化学工业
(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 .
化学工业
(2)按产品吨位分:大吨位产品、精细化学品, 前者指产量大对国民经济影响大的一些产品,如 氨、乙烯、甲醇,后者指产量小、品种多,但价 值高的产品,如药品、染料等。
化工导论
高大明
dmgao@ 化学与材料工程系
第1章 化工的地位与发展史
1.1 化工概述
1.2 化工与国民经济的关系
1.3 化工发展史
化工的含义

化学工业、化学工程和化学工艺的总称或其单 一部分都可称为化工。 “化工”的范围不断扩充,并形成新的名词, 如: 环境化工、化工自动化、化工过程模拟、 化工技术经济、化工安全等。
化工与能源 一次能源与二次能源
二次能源:指从一次能源加工得到的便于利用的能量形式, 除火电外,主要是指化学加工得到的汽油、柴油、煤油、 重油、渣油和人造汽油等液体燃料,煤气、液化石油气等 气体燃料。

图1-1 世界和中国能源消耗构成
化工与人类生活

迄今为止,人类发现和创造的 1200 多万 个化合物各自有其性质和功能。农业、轻 工业、重工业、吃穿用、衣食住行无不紧 密地依赖化学品,化工使人们生活更加丰 富多彩。
化工与国防

火炸药工业是广义化学加工工业的重要组成部 分,它的生产工艺及设备与一般化学工业,特 别是燃料工业、制药工业十分相近,具有相同 的操,对推进剂的要求也 越来越高,要求化工提供能量和冲量更高的发射 药和推进剂,以及能量更大、破坏力和杀伤力更 强的猛炸药。
化工原料

对无机化学工业而言,矿物常常是最重要的原料; 而对氨的合成而言,关键的原料是氮和氢的制得, 因而常用煤、油、天然气等有机原料。

化学工业的基本原料,即大部分产品的原料中, 起主 要作用的原料是石油(或加工后的各种馏份)天然气、 煤。
化工原料

利用生物质资源获取有机原料或产品已有悠久历 史。与石油、天然气、煤等化石燃料不同,生物 质资源是可再生资源。
古代的化学加工


酒: 至少在公元前 20世纪的中国的夏禹已用酒于祭祀。 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。
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。
与国防有关的化工产品
1.3 化学工业发展史

世界化学工业发展史
古代的化学加工
近代化学工业的兴起
现代化学工业

中国的化学工业发展史
我国的近代化学工业
新中国的化学工业
古代的化学加工

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。
近代化学工业的兴起(3) ----三大化工材料工业的开始
橡胶合成

Natural rubber: mainly Charles Goodyear, 1839 Oven cleaning polyisopropene
n polyisoprene
S
Sulfur crosslinking
isoprene
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