化學(xué)工藝學(xué)省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)

主講教師:范天博聯(lián)絡(luò)方式:eftb@163.com.課程考評(píng)方法：作業(yè)+課堂出席情況+期末考試化學(xué)工藝學(xué)——化工概論1/48化工概論內(nèi)容第一章化工地位與發(fā)展史第二章無(wú)機(jī)化工第三章石油煉制與石油化工第四章高分子合成材料第五章天然氣化工與煤化工第六章精細(xì)化工第七章生物化工

2/48學(xué)習(xí)化工概論目標(biāo)和意義《化學(xué)工藝學(xué)》是化學(xué)工程學(xué)一個(gè)主要分支，與各主要課程課程關(guān)系親密。主要講述在不一樣分類化工工業(yè)中化工過(guò)程分析，化學(xué)反應(yīng)器、分離裝置和過(guò)程控制基本方法和技術(shù)等，它是化工過(guò)程研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)理論總結(jié)，是一門理論性與應(yīng)用性均較強(qiáng)課程。對(duì)于非化工專業(yè)，可將化學(xué)工藝學(xué)原理和方法與本專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，應(yīng)用于與其專業(yè)相關(guān)經(jīng)濟(jì)核實(shí)、工程分析等實(shí)踐問(wèn)題中。3/48基本要求(1)正確了解化學(xué)工藝學(xué)相關(guān)基本概念和理論；(2)了解各個(gè)概念之間聯(lián)絡(luò)和應(yīng)用；(3)掌握化學(xué)工藝學(xué)基本思緒和方法；(4)能理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際，靈活分析和處理實(shí)際化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中相關(guān)問(wèn)題。(5)能為后續(xù)課程提供專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。

4/48第一章化工地位與發(fā)展史

5/481.1化工概述化工含義： 化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工程和化學(xué)工藝總稱或其單一部分都可稱為化工?；し秶喊殡S科學(xué)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，“化工”范圍也在不停擴(kuò)大，比如自動(dòng)化技術(shù)、過(guò)程控制及優(yōu)化、環(huán)境問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、生產(chǎn)安全，只要包括上述化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工程和化學(xué)工藝，也可列入“化工”范圍中6/481.1.2化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)含義：化學(xué)工業(yè)又稱化學(xué)加工工業(yè)。廣義地說(shuō)，泛指生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)方法占主要地位制造工業(yè)，即經(jīng)過(guò)反應(yīng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)原料向產(chǎn)品轉(zhuǎn)換生產(chǎn)部門，而通常采取狹義定義，把冶金、石油產(chǎn)品、建筑材料、紙張、皮革、食糖和食用化學(xué)品等生產(chǎn)均列為其它工業(yè)部門。7/48化學(xué)工業(yè)分類方法(1)按原料分可分為石油化學(xué)工業(yè)、煤化學(xué)工業(yè)、生物化學(xué)工業(yè)和農(nóng)林化學(xué)工業(yè)。(2)按產(chǎn)品噸位分可分為大噸位產(chǎn)品和精細(xì)化學(xué)品兩類：前者指產(chǎn)量大、對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響大一些產(chǎn)品，如氨、乙烯、甲醇；后者指產(chǎn)量小、品種多，但價(jià)值高產(chǎn)品，如藥品、染料等。8/48化學(xué)工業(yè)分類方法(3)按化學(xué)特征分粗略地可分為無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)。前者又可分為基本無(wú)機(jī)工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)、無(wú)機(jī)精細(xì)化學(xué)品等；后者包含石油煉制、石油化學(xué)工業(yè)、基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)、高分子化學(xué)工業(yè)、有機(jī)精細(xì)化學(xué)品工業(yè)、生物化學(xué)制品工業(yè)、油脂工業(yè)等。9/48化學(xué)工業(yè)分類方法合成氨及肥料工業(yè)硫酸工業(yè)制堿工業(yè)無(wú)機(jī)物工業(yè)基本有機(jī)原料工業(yè)染料及中間體工業(yè)產(chǎn)業(yè)用炸藥工業(yè)化學(xué)農(nóng)藥工業(yè)醫(yī)藥藥品工業(yè)合成樹脂與塑料工業(yè)(4)我國(guó)統(tǒng)計(jì)方法化學(xué)工業(yè)劃分為以下各種工業(yè)：合成纖維工業(yè)合成橡膠工業(yè)橡膠制品工業(yè)涂料及顏料工業(yè)信息統(tǒng)計(jì)材料工業(yè)化學(xué)試劑工業(yè)軍用化學(xué)品工業(yè)以及化學(xué)礦開采業(yè)化工機(jī)械制造業(yè)10/481.1.3化學(xué)與化工化學(xué)與化工區(qū)分：化學(xué)：側(cè)重于“理”，主要對(duì)合成新物質(zhì)，發(fā)覺新化學(xué)反應(yīng)，測(cè)定物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及新機(jī)理、規(guī)律、理論感興趣。化工：側(cè)重于“工”，著眼于將在試驗(yàn)室合成化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)放大到在工業(yè)上利用和實(shí)現(xiàn)。11/481.1.4化學(xué)工程與工藝化學(xué)工程：研究以化學(xué)工業(yè)為代表過(guò)程工業(yè)中相關(guān)化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程普通原理和共性規(guī)律，處理過(guò)程及裝置開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作及優(yōu)化理論和方法問(wèn)題。

其研究?jī)?nèi)容與方向包含化工熱力學(xué)、傳遞過(guò)程原理、分離工程、化學(xué)反應(yīng)工程、過(guò)程系統(tǒng)工程及其它學(xué)科分支。

12/48化學(xué)工程發(fā)展過(guò)程早期：只限于研究物料物理加工過(guò)程，基本上只是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和機(jī)電諸基礎(chǔ)學(xué)科綜合應(yīng)用。20世紀(jì)初：引入各種單元操作，“單元操作”被看作是傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞特殊情況或特定組合。20世紀(jì)中葉以來(lái)，進(jìn)入了以“傳遞工程”和“反應(yīng)工程”為中心所謂“三傳一反”階段。13/48化學(xué)工藝化學(xué)工藝即化工技術(shù)或化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)。它是指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品方法和過(guò)程，包含實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變?nèi)哭k法。化學(xué)工藝學(xué)是以產(chǎn)品為目標(biāo)，研究化工生產(chǎn)過(guò)程學(xué)科，目標(biāo)是為化學(xué)工業(yè)提供技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理方法、原理、設(shè)備和流程。14/48化學(xué)工藝化學(xué)工藝普通可概括為三個(gè)主要步驟：①原料處理，使原料符合進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所要求狀態(tài)和規(guī)格；②化學(xué)反應(yīng)，使其取得目標(biāo)產(chǎn)物或其混合物；③產(chǎn)品精制，將由化學(xué)反應(yīng)得到混合物進(jìn)行分離，除去副產(chǎn)物或雜質(zhì)，以取得符合組成規(guī)格產(chǎn)品。15/481.1.5化工原料化學(xué)工業(yè)起始原料是空氣、水、礦物和生物。

對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)而言，礦物經(jīng)常是最主要原料；而對(duì)氨合成而言，關(guān)鍵原料是氮和氫，因而慣用煤、油、天然氣等有機(jī)原料。.化學(xué)工業(yè)基本原料，即大部分產(chǎn)品原料中，起主要作用原料是石油(或加工后各種餾分)、天然氣、煤。利用生物質(zhì)資源(如含纖維素、半纖維素、淀粉、糖類和油脂等農(nóng)林副產(chǎn)物和農(nóng)業(yè)廢物)獲取有機(jī)原料或產(chǎn)品已經(jīng)有悠久歷史。與石油、天然氣、煤等化石燃料不一樣，生物質(zhì)資源是可再生資源。空氣和水是化工生產(chǎn)必不可少原料。16/481.1.6化工特點(diǎn)(1)品種多(2)原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)品多樣性和復(fù)雜性(3)化學(xué)工業(yè)是耗能大戶(4)化工生產(chǎn)過(guò)程條件改變大(5)知識(shí)密集、技術(shù)密集和資金密集(6)試驗(yàn)與計(jì)算并重(7)使用外語(yǔ)多17/481.1.6化工特點(diǎn)(1)品種多這是最大特點(diǎn)，與其它行業(yè)只包括幾十個(gè)品種不一樣，化學(xué)工業(yè)所包括品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出萬(wàn)種。不一樣化合物各有特點(diǎn)，有不一樣物理和化學(xué)性質(zhì)、不一樣制備方法和用途，所以必須進(jìn)行更多試驗(yàn)及更多計(jì)算。18/481.1.6化工特點(diǎn)(2)原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)品多樣性和復(fù)雜性能夠從不一樣原料出發(fā)制造同一產(chǎn)品，也可從同一原料出發(fā)制造許多不一樣產(chǎn)品，同一原料制造同一產(chǎn)品還可采取許多不一樣生產(chǎn)路線。一個(gè)產(chǎn)品普通有不一樣用途，不一樣產(chǎn)品有時(shí)卻可有同一用途。一個(gè)產(chǎn)品往往又是生產(chǎn)別種產(chǎn)品原料、輔助材料或中間體。這種關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，因而原料起源、技術(shù)、設(shè)備有很大選擇余地，又在經(jīng)常改變之中，化學(xué)工業(yè)是少有靈活性最大工業(yè)之一。19/481.1.6化工特點(diǎn)(3)化學(xué)工業(yè)是耗能大戶在大噸位產(chǎn)品中，除了靠提升得率外，節(jié)能也經(jīng)常是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝確保。20/481.1.6化工特點(diǎn)(4)化工生產(chǎn)過(guò)程條件改變大高溫可達(dá)1000℃以上，低溫可達(dá)-200℃以下，高壓可達(dá)幾百兆帕，低壓可至幾個(gè)帕，經(jīng)常要處理強(qiáng)腐蝕性化合物，這種嚴(yán)峻條件不但對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)增加難度，更因?yàn)槲镔|(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)極端改變，需要掌握更多規(guī)律性。21/481.1.6化工特點(diǎn)(5)知識(shí)密集、技術(shù)密集和資金密集因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)復(fù)雜性，往往需要多學(xué)科合作，成為知識(shí)密集型生產(chǎn)部門，進(jìn)而又造成資金密集，技術(shù)復(fù)雜更新又快，投資多，其中研究費(fèi)用多，開發(fā)人員多。比如，發(fā)達(dá)國(guó)家化學(xué)企業(yè)科研和開發(fā)(R&D)人員會(huì)占企業(yè)人員二分之一以上。22/481.1.6化工特點(diǎn)(6)試驗(yàn)與計(jì)算并重100年前化學(xué)、化工都是經(jīng)驗(yàn)性學(xué)科，伴隨化學(xué)、化工各種規(guī)律被掌握，微觀定量關(guān)系已深入到原子和分子級(jí)別，分子設(shè)計(jì)概念已被提出；宏觀定量關(guān)系就用得更多了?；び?jì)算愈來(lái)愈廣泛和深入，許多情況已和試驗(yàn)一樣，是不可缺乏。23/481.1.6化工特點(diǎn)(7)使用外語(yǔ)多因?yàn)槠贩N多，包括化合物多，包括化合物物理化學(xué)性質(zhì)、制備方法論文多，為進(jìn)行科學(xué)研究或開展技術(shù)革新，查閱國(guó)內(nèi)外文件是必不可少。24/481.2化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位地位：

化工對(duì)人類貢獻(xiàn)及對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)作用是多方面。化學(xué)工業(yè)從它形成時(shí)起就為其它工業(yè)部門提供必需物質(zhì)基礎(chǔ)。概括而言，化學(xué)工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中是工業(yè)革命助手、發(fā)展農(nóng)業(yè)支持、戰(zhàn)勝疾病武器及改進(jìn)生活伎倆，與衣、食、住、行息息相關(guān)。25/481.2化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位化工與農(nóng)業(yè)化工與醫(yī)藥化工與能源化工與人類生活化工與國(guó)防26/481.2.1化工與農(nóng)業(yè)化肥：對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)作用。農(nóng)藥：對(duì)農(nóng)作物保護(hù)作用。植物激素和生長(zhǎng)調(diào)整劑對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展物資支持27/481.2.2化工與醫(yī)藥制藥工業(yè) 古代中藥 抗生素 生物技術(shù)制藥制藥工業(yè)與人類健康28/481.2.3化工與能源一次能源與二次能源一次能源：是指從自然界取得且可直接加以利用熱源和動(dòng)力源，包含煤、石油、天然氣、油田氣等；林木秸稈等植物燃料，沼氣，核燃料，還有水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能和太?yáng)能等。29/48

世界和中國(guó)能源消耗組成30/48二次能源：是指從一次能源加工得到便于利用能量形式，除火電外，主要是指化學(xué)加工得到汽油、柴油、煤油、重油、渣油和人造汽油等液體燃料；煤氣、液化石油氣等氣體燃料。31/48化工與能源關(guān)系化學(xué)工業(yè)所用基本原料中大部分都可用作于能源，所以化學(xué)工業(yè)原料與能源有重合性，對(duì)應(yīng)地也有一個(gè)選擇性，即能夠選擇最適當(dāng)原料作化工用，再用剩下物料作為能源用，這么選擇可大大降低成本。32/48我國(guó)能源開源節(jié)流我國(guó)是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。我國(guó)原油儲(chǔ)量不大，已探明地質(zhì)儲(chǔ)量近200億噸。中國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量極大，但污染嚴(yán)重，使用受到限制。與化石燃料情況相反，我國(guó)可再生能源資源豐富。節(jié)能也是我國(guó)處理能源問(wèn)題關(guān)鍵之一。對(duì)化工要求。33/481.2.4化工與人類生活(1)衣(2)食(3)住(4)行(5)用34/481.2.5化工與國(guó)防化工與國(guó)防關(guān)系能夠追溯到黑火藥創(chuàng)造?；鹫ㄋ幑I(yè)是廣義化學(xué)加工工業(yè)主要組成部分。除了炸藥是化學(xué)工業(yè)直接產(chǎn)品外，與國(guó)防相關(guān)化工產(chǎn)品還很多。35/48總而言之化學(xué)工業(yè)是主要工業(yè)部門，它上接煉油、煉焦等基礎(chǔ)工業(yè)，一系列下游產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)部門，尤其是經(jīng)過(guò)高分子產(chǎn)品向一系列輕工產(chǎn)業(yè)、交通部門、服裝產(chǎn)業(yè)等提供必不可少原料及加工產(chǎn)品。所以要發(fā)展工業(yè)、發(fā)展制造業(yè)是離不開化學(xué)工業(yè)發(fā)展。36/481.3化學(xué)工業(yè)發(fā)展史1.3.1世界化學(xué)工業(yè)發(fā)展史古代化學(xué)加工

在公元前50世紀(jì)左右已經(jīng)有陶器。 制酒歷史也很久遠(yuǎn)，即利用生化反應(yīng)作化學(xué)加工。 公元前21世紀(jì)中國(guó)就已進(jìn)入青銅器時(shí)代 公元前20世紀(jì)中國(guó)夏禹已把酒用于祭奠 公元前5世紀(jì)進(jìn)入鐵器時(shí)代 公元前后，中國(guó)和歐洲進(jìn)入煉丹術(shù)、煉金術(shù)時(shí)期

37/48近代化學(xué)工業(yè)無(wú)機(jī)鹽工業(yè)煤化工硅酸鹽工業(yè)石油煉制制藥工業(yè)38/48當(dāng)代化學(xué)工業(yè)20世紀(jì)是化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展時(shí)期，至60～70年代是化學(xué)工業(yè)真正成為大規(guī)模生產(chǎn)主要階段，在此階段合成氨(包含化肥)和石油化工得到了飛速發(fā)展，高分子化工從無(wú)到有，品種基本配齊，形成了很大規(guī)模，精細(xì)化工逐步興起。39/481913年德國(guó)哈柏法合成氨投產(chǎn)1920年美國(guó)建立了用煉廠氣中丙烯水合成異丙醇，這是第一個(gè)石油化學(xué)品1923年，美國(guó)聯(lián)合碳化學(xué)企業(yè)在查爾斯頓建立了第一個(gè)以乙烷和丙烷裂解生產(chǎn)乙烯石油化工廠，打開了乙烯為原料石油化工生產(chǎn)序幕。40/481941年開始了從石油輕質(zhì)餾分催化重整制取芳烴新工藝。1941年，從烴類裂解氣體中分離出合成橡膠主要中間體丁二烯。1949年，石油餾分催化重整工業(yè)化。在20世紀(jì)前期，乙烯是發(fā)展化學(xué)工業(yè)標(biāo)志性產(chǎn)品，所以，人們把乙烯作為化學(xué)工業(yè)發(fā)展標(biāo)志。41/481928年生產(chǎn)了第一個(gè)無(wú)色樹脂(脲醛樹脂)，1922年人造纖維產(chǎn)量已超出真絲纖維。1939年美國(guó)杜邦企業(yè)實(shí)現(xiàn)了聚酰胺-66纖維工業(yè)化生產(chǎn)。1941年、1946年德國(guó)分別進(jìn)行聚酰胺-6纖維、聚氨乙烯纖維工業(yè)化生產(chǎn)。42/4820世紀(jì)50年代以后，聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維等合成纖維相繼工業(yè)化，基本上配齊了合成纖維品種。1931年美國(guó)杜邦企業(yè)小批量生產(chǎn)了氯丁橡膠，前蘇聯(lián)建成了萬(wàn)噸級(jí)丁鈉橡膠生產(chǎn)裝置同一時(shí)期德國(guó)也生產(chǎn)了丁鈉橡膠，1935年德國(guó)法本企業(yè)開始生產(chǎn)丁腈橡膠43/481937年又建成了丁苯橡膠裝置。1928年發(fā)覺青霉素，開辟了抗菌素藥品新領(lǐng)域。在20世紀(jì)60～70年代，化學(xué)工業(yè)更重視規(guī)模大型化，1963年美國(guó)凱洛格企業(yè)設(shè)計(jì)建設(shè)第一套日產(chǎn)540t合成氨單系列裝置，是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)裝置大型化標(biāo)志。精細(xì)化率代表精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)值與整個(gè)化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值百分比，發(fā)達(dá)國(guó)家精細(xì)化率已超出50%。當(dāng)前精細(xì)化率也可成為新化學(xué)工業(yè)發(fā)展標(biāo)志。44/481.3.2中國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展史我國(guó)近代化學(xué)工業(yè)1876年在天津建成我國(guó)第一座鉛室法硫酸廠。1889年在唐山建成我國(guó)第一座水泥廠。1905年在陜西延長(zhǎng)興辦了我國(guó)第一座石油開采和煉制企業(yè)，1907年開鉆出油。45/481.3.2中國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展史1923年，吳蘊(yùn)初在上海創(chuàng)辦天廚味精廠，生產(chǎn)味精暢銷國(guó)內(nèi)及遠(yuǎn)銷海外。于1929年創(chuàng)辦天原電化廠，生產(chǎn)鹽酸、燒堿、漂白粉；又因鹽酸容器需要，于1934年創(chuàng)為天盛陶器廠，同年創(chuàng)辦天利氮?dú)鈴S，生產(chǎn)合成氨與硝酸。1914年，范旭東于