化學(xué)工藝學(xué)課件(東大)1緒論

1、 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué)東南大學(xué)成賢學(xué)院化工與制藥工程系東南大學(xué)成賢學(xué)院化工與制藥工程系 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 前前 言言l化學(xué)是研究物質(zhì)變化和化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)，是與材料、生命、信息、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等有密切交叉和滲透的中心科學(xué)。l化工是利用基礎(chǔ)學(xué)科的原理，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，解決規(guī)模生產(chǎn)的方式和途徑等過(guò)程問(wèn)題的科學(xué)。 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) “化工化工”？ 怕怕 怕？怕？空氣、水、土壤、食品等領(lǐng)域面臨挑戰(zhàn)空氣、水、土壤、食品等領(lǐng)域面臨挑戰(zhàn)人的衣食住行離不開化學(xué)化工人的衣食住行離不開化學(xué)化工化學(xué)化工是人類進(jìn)步的化學(xué)化工是人類進(jìn)步的“工具工具”，如何用好，如

2、何用好 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)：附加值高，永久產(chǎn)業(yè)；化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)：附加值高，永久產(chǎn)業(yè)；實(shí)例：德國(guó)是全球化工生產(chǎn)大國(guó)，營(yíng)業(yè)額位居歐洲首位、全球第四；二戰(zhàn)前期：德國(guó)化工產(chǎn)業(yè)污染大，產(chǎn)能高；如今：藍(lán)天白云、花草樹木與廠房林立、管道縱橫的設(shè)備和諧共存；阿司匹林和香奈兒5號(hào)香水 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白（green fluorescent protein, GFP） l美國(guó)伍茲霍爾海洋美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所的科學(xué)家下研究所的科學(xué)家下村修（村修（Osamu Shimomura） l哥倫比亞大學(xué)哥倫比亞大學(xué)的馬丁的馬丁沙爾菲沙爾菲（Martin Ch

3、alfie） l加利福尼亞大學(xué)加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的錢永圣迭戈分校的錢永?。ń。≧oger Y. Tsien） 20082008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) PE的化學(xué)合成反應(yīng)的化學(xué)合成反應(yīng)nCH2=CH2催化劑P、TCH2=CH2n 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) PE化學(xué)工藝思考問(wèn)題化學(xué)工藝思考問(wèn)題1.乙烯單體的純度、輸送乙烯單體的純度、輸送2.反應(yīng)過(guò)程所需溫度、壓力如何保持反應(yīng)過(guò)程所需溫度、壓力如何保持3.催化劑的選擇以及添加量催化劑的選擇以及添加量4.產(chǎn)品的分離提純，溶劑、催化劑的回收產(chǎn)品的分離提純，溶劑、催化劑的回收 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) lPE生產(chǎn)工藝條件生產(chǎn)工藝條

4、件l聚合溫度：合適的溫度范圍為60-70。l聚合壓力：0.1-0.5MPa。l催化劑：Al(C2H5)3-TiCl4；l生產(chǎn)聚乙烯的乙烯的工藝過(guò)程包括：l引發(fā)劑的配制、聚合、分離、凈化與干燥、溶劑回收等。 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 重組分三乙基鋁四氯化鈦乙烯引發(fā)劑配制精制處理水處理水聚乙烯成品造粒過(guò)濾干燥干燥干燥精制循環(huán)稀釋劑閃蒸閃蒸去分餾輕組分濕聚合物稀釋劑反應(yīng)器精餾塔分餾塔回餾罐PE生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)工藝流程 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué) 在化學(xué)、物理和其它科學(xué)成就基礎(chǔ)上，研究綜合利用各種原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原理、方法、流程和設(shè)備； 目的：經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性、安全性 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 該課程學(xué)

5、習(xí)方法及要求1、目標(biāo)產(chǎn)品2、工藝路線3、反應(yīng)熱力學(xué)4、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)5、特點(diǎn)（吸熱、放熱；各步收率等）6、實(shí)現(xiàn)過(guò)程反應(yīng)設(shè)備、適宜的傳熱傳質(zhì)方式、分離手段等7、典型工藝 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 要求：1、“廣”可利用任何相關(guān)學(xué)科的手段、方法解決問(wèn)題；2、“約”特別強(qiáng)調(diào)必須以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為根據(jù)?？倢W(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)總評(píng)成績(jī)平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論、平時(shí)聯(lián)系）總評(píng)成績(jī)平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論、平時(shí)聯(lián)系） 期中考試成績(jī)期中考試成績(jī) 期末考試成績(jī)期末考試成績(jī)平時(shí)成績(jī)占平時(shí)成績(jī)占20期中考試成績(jī)期中考試成績(jī) 20期末考試成績(jī)占期末考試成績(jī)占60 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué) 傳遞過(guò)程原理傳遞過(guò)

6、程原理分離工程分離工程反應(yīng)工程反應(yīng)工程化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)化學(xué)工程與工藝核心課程群的基本框架化學(xué)工程與工藝核心課程群的基本框架 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 1.1 化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇1.2 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位與作用化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位與作用1.3 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向1.4 化學(xué)工業(yè)的原料資源和主要產(chǎn)品化學(xué)工業(yè)的原料資源和主要產(chǎn)品 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè) (chemical industry) 化學(xué)工藝化學(xué)工藝 化學(xué)工程化學(xué)工程 chemical technology chemical engine

7、ering 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝化學(xué)工藝l個(gè)性個(gè)性l研究具體過(guò)程研究具體過(guò)程l從原料到產(chǎn)品從原料到產(chǎn)品 化學(xué)工程化學(xué)工程l共性共性l單元操作單元操作工程因素尤其是工程因素尤其是放大效應(yīng)放大效應(yīng) 兩者相輔相承，密不可分兩者相輔相承，密不可分 過(guò)程最優(yōu)化過(guò)程最優(yōu)化 共同規(guī)律共同規(guī)律 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝化學(xué)工藝 (chemical technology or chemical processing) 將將原料物質(zhì)原料物質(zhì)主要經(jīng)過(guò)主要經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品產(chǎn)品的的方法方法和和過(guò)程過(guò)程 技術(shù)先進(jìn)技術(shù)先進(jìn) 經(jīng)濟(jì)合理經(jīng)濟(jì)合理 生產(chǎn)安全生產(chǎn)安全 環(huán)境無(wú)害環(huán)境無(wú)害 化學(xué)工藝學(xué)

8、化學(xué)工藝學(xué) 化化 工工 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過(guò)過(guò) 程程 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 制陶、釀造、冶煉制陶、釀造、冶煉制堿、制酸、煤化學(xué)、合成氨制堿、制酸、煤化學(xué)、合成氨石油化工石油化工高分子化工：合成材料高分子化工：合成材料新興的化學(xué)工業(yè)新興的化學(xué)工業(yè) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 18世紀(jì)以前世紀(jì)以前作坊式手工工藝作坊式手工工藝18世紀(jì)初葉世紀(jì)初葉建成了第一個(gè)典建成了第一個(gè)典型的化工廠型的化工廠 ,鉛室法硫酸廠鉛室法硫酸廠18世紀(jì)末期世紀(jì)末期, 路布路布蘭法制堿工藝出現(xiàn)蘭法制堿工藝出現(xiàn)從從18世紀(jì)到世紀(jì)到20世紀(jì)初期世紀(jì)初期，以酸、堿為基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)化工初具規(guī)模；，以酸、堿為基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)化工初具規(guī)模；同期，在德國(guó)首創(chuàng)了

9、肥料工業(yè)和煤化學(xué)工業(yè)，人類進(jìn)入了化學(xué)合成的時(shí)代同期，在德國(guó)首創(chuàng)了肥料工業(yè)和煤化學(xué)工業(yè)，人類進(jìn)入了化學(xué)合成的時(shí)代20世紀(jì)初世紀(jì)初，合成氨工藝有力地，合成氨工藝有力地促進(jìn)了無(wú)機(jī)和有機(jī)化工的發(fā)展促進(jìn)了無(wú)機(jī)和有機(jī)化工的發(fā)展自自20世紀(jì)初期世紀(jì)初期以來(lái)，石油化工的興起以來(lái)，石油化工的興起,高分高分子化工蓬勃發(fā)展起來(lái)子化工蓬勃發(fā)展起來(lái) ,進(jìn)入合成材料的時(shí)代進(jìn)入合成材料的時(shí)代近年近年來(lái)，世界各國(guó)都高度視發(fā)展高新技術(shù)，復(fù)合結(jié)來(lái)，世界各國(guó)都高度視發(fā)展高新技術(shù)，復(fù)合結(jié)構(gòu)材料構(gòu)材料 、信息材料、納米材料、信息材料、納米材料 等，生物化工產(chǎn)業(yè)等，生物化工產(chǎn)業(yè) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) l 原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(fù)雜性

10、原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(fù)雜性 l 大型化、綜合化、精細(xì)化率提高大型化、綜合化、精細(xì)化率提高l 多學(xué)科、生產(chǎn)技術(shù)密集型多學(xué)科、生產(chǎn)技術(shù)密集型l 能量合理利用，節(jié)能工藝和方法能量合理利用，節(jié)能工藝和方法l 資金密集，投資回收速度快，利潤(rùn)高資金密集，投資回收速度快，利潤(rùn)高l 安全和環(huán)境保護(hù)安全和環(huán)境保護(hù)特點(diǎn)特點(diǎn) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) l原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(fù)雜性原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(fù)雜性 例：異丙醇胺的生產(chǎn)例：異丙醇胺的生產(chǎn) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 聯(lián)堿法聯(lián)堿法：（侯氏制堿法）：（侯氏制堿法）原料：原料：223COOHNHNaCl；產(chǎn)品：產(chǎn)品：ClNHCONa432；主要反應(yīng)方程式主要

11、反應(yīng)方程式：ClNHNaHCONHOHCONaCl43322OHCOCONaNaHCO22323煅燒l 大型化、綜合化、精細(xì)化率提高大型化、綜合化、精細(xì)化率提高例：純堿的生產(chǎn)。例：純堿的生產(chǎn)。 純堿的用途：主要用于玻璃、肥皂、工業(yè)用水凈純堿的用途：主要用于玻璃、肥皂、工業(yè)用水凈化、造紙、紡織、印染、制革、鋼鐵、有色金屬冶煉等化、造紙、紡織、印染、制革、鋼鐵、有色金屬冶煉等 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝流程：聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝流程：一次吸氨加鹽冷卻結(jié)晶過(guò)濾分離加熱二次吸氨碳化塔碳酸化冷卻結(jié)晶結(jié)晶煅燒冷卻包裝結(jié)晶干燥過(guò)濾分離NaCl母液母液氣體氣體CO2母液母液NH4Cl產(chǎn)品產(chǎn)品返堿返堿純堿產(chǎn)

12、品純堿產(chǎn)品析出重堿母液析出重堿母液NH3CO2 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) l 高新技術(shù)，縮短開發(fā)周期高新技術(shù)，縮短開發(fā)周期l 最充分、最徹底地利用原料最充分、最徹底地利用原料l 大力發(fā)展綠色化工大力發(fā)展綠色化工 l 化工過(guò)程要高效、節(jié)能和智能化化工過(guò)程要高效、節(jié)能和智能化l 實(shí)施廢棄物再生利用工程實(shí)施廢棄物再生利用工程發(fā)展方向發(fā)展方向 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) .化工生產(chǎn)中加快研究、開發(fā)、利用高新科學(xué)技術(shù)產(chǎn)化工生產(chǎn)中加快研究、開發(fā)、利用高新科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品。品。.化工生產(chǎn)原料應(yīng)充分利用化工生產(chǎn)原料應(yīng)充分利用在化工生產(chǎn)中提倡設(shè)計(jì)和開發(fā)在化工生產(chǎn)中提倡設(shè)計(jì)和開發(fā)“原

13、子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”，該概念是美國(guó)化學(xué)家該概念是美國(guó)化學(xué)家B.M.Trost于于1991年提出的，年提出的，“在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)使原料中的每一個(gè)原子都結(jié)合到目在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)使原料中的每一個(gè)原子都結(jié)合到目標(biāo)分子即產(chǎn)物中，不需要利用保護(hù)基團(tuán)或離子基團(tuán)，標(biāo)分子即產(chǎn)物中，不需要利用保護(hù)基團(tuán)或離子基團(tuán)，因而不會(huì)有副產(chǎn)物或廢物生成因而不會(huì)有副產(chǎn)物或廢物生成”。即最大限度地利用。即最大限度地利用原料和最大限度地減少?gòu)U物排放。原料和最大限度地減少?gòu)U物排放。 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) .化工生產(chǎn)中大力發(fā)展綠色化工，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)做到“零排放”采用無(wú)毒、無(wú)害的原料、溶劑和催化劑。利用反應(yīng)選擇性高的催化劑和工藝流程。

14、將副產(chǎn)物和廢物轉(zhuǎn)化為有利用價(jià)值的產(chǎn)品。淘汰污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡的產(chǎn)品，開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境友好產(chǎn)品。實(shí)施廢棄物再利用工程。.化工生產(chǎn)過(guò)程要實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能及智能化生產(chǎn)(例如生產(chǎn)中的DCS控制系統(tǒng))。 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) (5).實(shí)施廢棄物再生利用工程例如廢舊輪胎、廢棄農(nóng)作物、廢塑料、廢水、廢渣、廢氣等； 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 非自然資源非自然資源 生物資源生物資源 礦物原料礦物原料 金屬礦、非金屬礦金屬礦、非金屬礦化石燃料礦化石燃料礦動(dòng)、植物體動(dòng)、植物體“廢料廢料” “垃圾垃圾” 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 生物質(zhì)資源生物質(zhì)資源 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝

15、學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 高分子化工產(chǎn)品高分子化工產(chǎn)品有機(jī)化工產(chǎn)品有機(jī)化工產(chǎn)品無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品精細(xì)化工產(chǎn)品精細(xì)化工產(chǎn)品生物化工產(chǎn)品生物化工產(chǎn)品 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 乙烯與丙烯共聚乙丙橡膠電纜、電線材料氧化乙醛縮合醋酸辛醇、季戊四醇2-羥基丁醛丁醇酯化 丁酯溶劑、增塑劑溶劑藥物、酯類、醋酸乙烯纖維（維尼龍）增塑劑齊聚、水合高碳直鏈醇（C11C18）合成洗滌劑水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯類溶劑及合成原加氫脫水丁二烯合成橡膠氫甲酰化丙醛丙酸還原正丙醇溶劑 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 丙烯聚合聚丙烯合成纖維、塑料氨氧化合成纖維、ABS樹脂、AS樹脂、丁腈橡膠丙烯酰胺絮凝劑、水增稠劑、紙張

16、處理劑丙烯腈與乙烯共聚乙丙橡膠次氯酸化氯丙醇環(huán)氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性劑過(guò)氧化物環(huán)氧化環(huán)氧丙烷、苯乙烯或異丁烯高溫氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油醫(yī)藥、炸藥環(huán)氧氯丙烷水解環(huán)氧樹脂 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 丁二烯與苯乙烯共聚丁苯橡膠與丙烯腈共聚丁腈橡膠聚合順丁橡膠與苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯氯丁橡膠與順酐反應(yīng)四氫鄰苯二甲酸酐與HCN反應(yīng)己二腈己二胺尼龍66三聚環(huán)化1，5，9-環(huán)十二碳三烯十二碳內(nèi)酰胺（尼龍12的單體）香料、增塑劑、阻燃劑、聚酯原料乙酰氧基化、加氫、水解1，4-丁二醇聚酯樹脂 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 尼龍尼龍6666（聚己二酰己二胺）（聚己二酰己

17、二胺）NH(CH2)6NHC(CH2)4C()nOO 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 橡膠制品的應(yīng)用領(lǐng)域 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 異丁烯與異戊二烯共聚丁基橡膠氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有機(jī)玻璃與甲醛反應(yīng)異戊二烯異戊橡膠水合叔丁醇香料原料、溶劑、醫(yī)藥中間體、與甲醇反應(yīng)甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加劑）聚合聚異丁烯粘合劑、密封膠 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯) 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 正丁烯聚合聚丁烯合成塑料氧化順丁烯二酸酐1，4-丁二醇、增強(qiáng)塑料、農(nóng)藥氧化甲乙酮溶劑水合仲丁醇脫氫或氧化脫氫丁二烯 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 正丁烷脫氫正丁烯深加工產(chǎn)品見上異構(gòu)化異丁烷氧

18、化順酐、醋酸、乙醛、甲乙酮蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等烷基化烷基化汽油脫氫異丁烯深加工產(chǎn)品見上蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等異丁烷 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 苯加乙烯烷基化乙苯脫氫苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡膠、ABS樹脂加丙烯烷基化異丙苯 苯酚酚醛樹脂、苯胺、壬基酚等丙酮雙酚A聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂加十二烯十二烷基苯合成洗滌劑加氫環(huán)己烷己內(nèi)酰胺聚酰胺纖維氯化氯苯染料中間體、醫(yī)藥氧化順丁烯二酸酐四氫呋喃、1，4-丁二醇醫(yī)藥、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二異氰酸酯、橡膠助劑、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥聚氨酯纖維 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 甲苯硝化硝基甲苯染料中間體、炸藥歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中間體、醫(yī)藥、增塑劑臨氫脫烷基苯硝化、還原、光氣化甲苯二異氰酸酯聚氨酯類泡沫塑料、聚氨酯橡膠 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 二甲苯對(duì)二甲苯氧化對(duì)苯二甲酸聚酯樹脂、滌綸間二甲苯異構(gòu)化對(duì)二甲苯氨氧化間苯二腈農(nóng)藥、聚酰胺纖維鄰二甲苯氧化鄰苯二甲酸酐醫(yī)藥、染料、增塑劑萘氧化烷基萘脫烷基萘氧化 化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛