化學(xué)工藝學(xué)課件ppt課件

.,主講教師:范天博聯(lián)系方式:eftb.課程考核方法：作業(yè)+課堂出席情況+期末考試,化學(xué)工藝學(xué)化工概論,.,化工概論的內(nèi)容,第一章化工的地位與發(fā)展史第二章無機(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,.,學(xué)習(xí)化工概論的目的和意義,化學(xué)工藝學(xué)是化學(xué)工程學(xué)的一個重要分支，與各主要課程課程關(guān)系密切。主要講述在不同分類的化工工業(yè)中化工過程分析，化學(xué)反應(yīng)器、分離裝置和過程控制的基本方法和技術(shù)等，它是化工過程研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)的理論總結(jié)，是一門理論性與應(yīng)用性均較強(qiáng)的課程。對于非化工專業(yè)，可將化學(xué)工藝學(xué)的原理和方法與本專業(yè)知識相結(jié)合，應(yīng)用于與其專業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)核算、工程分析等實(shí)踐問題中。,.,基本要求,(1)正確理解化學(xué)工藝學(xué)的有關(guān)基本概念和理論；(2)理解各個概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用；(3)掌握化學(xué)工藝學(xué)的基本思路和方法；(4)能理論聯(lián)系實(shí)際，靈活分析和解決實(shí)際化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中的有關(guān)問題。(5)能為后續(xù)課程提供專業(yè)知識的基礎(chǔ)。,.,第一章化工的地位與發(fā)展史,.,1.1化工概述,化工的含義：化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工程和化學(xué)工藝的總稱或其單一部分都可稱為化工。化工的范疇：隨著科學(xué)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，“化工”的范圍也在不斷擴(kuò)大，例如自動化技術(shù)、過程控制及優(yōu)化、環(huán)境問題、經(jīng)濟(jì)問題、生產(chǎn)安全，只要涉及上述化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工程和化學(xué)工藝的，也可列入“化工”的范疇中,.,1.1.2化學(xué)工業(yè),化學(xué)工業(yè)的含義：化學(xué)工業(yè)又稱化學(xué)加工工業(yè)。廣義地說，泛指生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的制造工業(yè)，即經(jīng)過反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換的生產(chǎn)部門，而通常采用狹義的定義，把冶金、石油產(chǎn)品、建筑材料、紙張、皮革、食糖和食用化學(xué)品等的生產(chǎn)均列為其他工業(yè)部門。,.,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、對國民經(jīng)濟(jì)影響大的一些產(chǎn)品，如氨、乙烯、甲醇；后者指產(chǎn)量小、品種多，但價值高的產(chǎn)品，如藥品、染料等。,.,化學(xué)工業(yè)分類方法,(3)按化學(xué)特性分粗略地可分為無機(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機(jī)工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)、無機(jī)精細(xì)化學(xué)品等；后者包括石油煉制、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。,.,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)我國統(tǒng)計(jì)的方法化學(xué)工業(yè)劃分為下列各種工業(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)信息記錄材料工業(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),.,1.1.3化學(xué)與化工,化學(xué)與化工的區(qū)別：化學(xué)：側(cè)重于“理”，主要對合成新物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)反應(yīng)，測定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及新的機(jī)理、規(guī)律、理論感興趣?；ぃ簜?cè)重于“工”，著眼于將在實(shí)驗(yàn)室合成的化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)放大到在工業(yè)上的運(yùn)用和實(shí)現(xiàn)。,.,1.1.4化學(xué)工程與工藝,化學(xué)工程：研究以化學(xué)工業(yè)為代表的過程工業(yè)中有關(guān)化學(xué)過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律，解決過程及裝置的開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作及優(yōu)化的理論和方法問題。其研究內(nèi)容與方向包括化工熱力學(xué)、傳遞過程原理、分離工程、化學(xué)反應(yīng)工程、過程系統(tǒng)工程及其他學(xué)科分支。,.,化學(xué)工程發(fā)展過程,早期：只限于研究物料的物理加工過程，基本上只是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和機(jī)電諸基礎(chǔ)學(xué)科的綜合應(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)和動量傳遞的特殊情況或特定的組合。20世紀(jì)中葉以來，進(jìn)入了以“傳遞工程”和“反應(yīng)工程”為中心的所謂“三傳一反”階段。,.,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)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的全部措施?；瘜W(xué)工藝學(xué)是以產(chǎn)品為目標(biāo)，研究化工生產(chǎn)過程的學(xué)科，目的是為化學(xué)工業(yè)提供技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的方法、原理、設(shè)備和流程。,.,化學(xué)工藝,化學(xué)工藝一般可概括為三個主要步驟：原料處理，使原料符合進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所要求的狀態(tài)和規(guī)格；化學(xué)反應(yīng)，使其獲得目的產(chǎn)物或其混合物；產(chǎn)品精制，將由化學(xué)反應(yīng)得到的混合物進(jìn)行分離，除去副產(chǎn)物或雜質(zhì)，以獲得符合組成規(guī)格的產(chǎn)品。,.,1.1.5化工原料,化學(xué)工業(yè)起始原料是空氣、水、礦物和生物。對無機(jī)化學(xué)工業(yè)而言，礦物常常是最重要的原料；而對氨的合成而言，關(guān)鍵的原料是氮和氫，因而常用煤、油、天然氣等有機(jī)原料。.化學(xué)工業(yè)的基本原料，即大部分產(chǎn)品的原料中，起主要作用的原料是石油(或加工后的各種餾分)、天然氣、煤。利用生物質(zhì)資源(如含纖維素、半纖維素、淀粉、糖類和油脂等的農(nóng)林副產(chǎn)物和農(nóng)業(yè)廢物)獲取有機(jī)原料或產(chǎn)品已有悠久歷史。與石油、天然氣、煤等化石燃料不同，生物質(zhì)資源是可再生資源?？諝夂退腔どa(chǎn)必不可少的原料。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(1)品種多(2)原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)品的多樣性和復(fù)雜性(3)化學(xué)工業(yè)是耗能大戶(4)化工生產(chǎn)過程條件變化大(5)知識密集、技術(shù)密集和資金密集(6)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算并重(7)使用外語多,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(1)品種多這是最大特點(diǎn)，與其他行業(yè)只涉及幾十個品種不同，化學(xué)工業(yè)所涉及的品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過萬種。不同化合物各有特點(diǎn)，有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)、不同的制備方法和用途，所以必須進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)及更多的計(jì)算。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(2)原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)品的多樣性和復(fù)雜性可以從不同原料出發(fā)制造同一產(chǎn)品，也可從同一原料出發(fā)制造許多不同產(chǎn)品，同一原料制造同一產(chǎn)品還可采用許多不同生產(chǎn)路線。一個產(chǎn)品一般有不同用途，不同產(chǎn)品有時卻可有同一用途。一種產(chǎn)品往往又是生產(chǎn)別種產(chǎn)品的原料、輔助材料或中間體。這種關(guān)系錯綜復(fù)雜，因而原料來源、技術(shù)、設(shè)備有很大選擇余地，又在經(jīng)常變化之中，化學(xué)工業(yè)是少有的靈活性最大的工業(yè)之一。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(3)化學(xué)工業(yè)是耗能大戶在大噸位產(chǎn)品中，除了靠提高得率外，節(jié)能也常常是企業(yè)競爭中獲勝的保證。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(4)化工生產(chǎn)過程條件變化大高溫可達(dá)1000以上，低溫可達(dá)-200以下，高壓可達(dá)幾百兆帕，低壓可至幾個帕，經(jīng)常要處理強(qiáng)腐蝕性化合物，這種嚴(yán)峻的條件不但對設(shè)備的設(shè)計(jì)增加難度，更因?yàn)槲镔|(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的極端變化，需要掌握更多的規(guī)律性。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(5)知識密集、技術(shù)密集和資金密集由于化學(xué)工業(yè)的復(fù)雜性，往往需要多學(xué)科的合作，成為知識密集型的生產(chǎn)部門，進(jìn)而又導(dǎo)致資金密集，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。例如，發(fā)達(dá)國家化學(xué)公司的科研和開發(fā)(R&D)人員會占公司人員的一半以上。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(6)實(shí)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，隨著化學(xué)、化工各種規(guī)律被掌握，微觀的定量關(guān)系已深入到原子和分子級別，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。化工計(jì)算愈來愈廣泛和深入，許多情況已和實(shí)驗(yàn)一樣，是不可缺少的。,.,1.1.6化工的特點(diǎn),(7)使用外語多由于品種多，涉及化合物多，涉及化合物物理化學(xué)性質(zhì)、制備方法的論文多，為進(jìn)行科學(xué)研究或開展技術(shù)革新，查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)是必不可少的。,.,1.2化工在國民經(jīng)濟(jì)中的地位,地位：化工對人類的貢獻(xiàn)及對國民經(jīng)濟(jì)的作用是多方面的?；瘜W(xué)工業(yè)從它形成時起就為其他工業(yè)部門提供必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。概括而言，化學(xué)工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中是工業(yè)革命的助手、發(fā)展農(nóng)業(yè)的支持、戰(zhàn)勝疾病的武器及改善生活的手段，與衣、食、住、行息息相關(guān)。,.,1.2化工在國民經(jīng)濟(jì)中的地位,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防,.,1.2.1化工與農(nóng)業(yè),化肥：對農(nóng)作物的增產(chǎn)作用。農(nóng)藥：對農(nóng)作物的保護(hù)作用。植物激素和生長調(diào)節(jié)劑對農(nóng)業(yè)發(fā)展的物資支持,.,1.2.2化工與醫(yī)藥,1.2.2.1制藥工業(yè)古代中藥抗生素生物技術(shù)制藥1.2.2.2制藥工業(yè)與人類健康,.,1.2.3化工與能源,1.2.3.1一次能源與二次能源一次能源：是指從自然界獲得且可直接加以利用的熱源和動力源，包括煤、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)崮堋⒑Ｑ竽芎吞柲艿取?.,世界和中國能源消耗構(gòu)成,.,二次能源：是指從一次能源加工得到的便于利用的能量形式，除火電外，主要是指化學(xué)加工得到的汽油、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。,.,1.2.3.2化工與能源的關(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，因此化學(xué)工業(yè)的原料與能源有重疊性，相應(yīng)地也有一個選擇性，即可以選擇最合適的原料作化工用，再用剩余的物料作為能源用，這樣的選擇可大大降低成本。,.,1.2.3.3我國能源的開源節(jié)流,我國是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。我國原油儲量不大，已探明的地質(zhì)儲量近200億噸。中國煤炭的儲量極大，但污染嚴(yán)重，使用受到限制。與化石燃料情況相反，我國可再生能源資源豐富。節(jié)能也是我國解決能源問題的關(guān)鍵之一。對化工的要求。,.,1.2.4化工與人類生活,(1)衣(2)食(3)住(4)行(5)用,.,1.2.5化工與國防,化工與國防的關(guān)系可以追溯到黑火藥的發(fā)明。火炸藥工業(yè)是廣義化學(xué)加工工業(yè)的重要組成部分。除了炸藥是化學(xué)工業(yè)的直接產(chǎn)品外，與國防有關(guān)的化工產(chǎn)品還很多。,.,綜上所述,化學(xué)工業(yè)是重要的工業(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，特別是通過高分子產(chǎn)品向一系列輕工產(chǎn)業(yè)、交通部門、服裝產(chǎn)業(yè)等提供必不可少的原料及加工產(chǎn)品。因此要發(fā)展工業(yè)、發(fā)展制造業(yè)是離不開化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。,.,1.3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1.3.1.1古代的化學(xué)加工在公元前50世紀(jì)左右已有陶器。制酒的歷史也很久遠(yuǎn)，即利用生化反應(yīng)作化學(xué)加工。公元前21世紀(jì)中國就已進(jìn)入青銅器時代公元前20世紀(jì)的中國的夏禹已把酒用于祭祀公元前5世紀(jì)進(jìn)入鐵器時代公元前后，中國和歐洲進(jìn)入煉丹術(shù)、煉金術(shù)時期,.,1.3.1.2近代的化學(xué)工業(yè),無機(jī)鹽工業(yè)煤化工硅酸鹽工業(yè)石油煉制制藥工業(yè),.,1.3.1.3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè),20世紀(jì)是化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展時期，至6070年代是化學(xué)工業(yè)真正成為大規(guī)模生產(chǎn)的主要階段，在此階段合成氨(包括化肥)和石油化工得到了飛速發(fā)展，高分子化工從無到有，品種基本配齊，形成了很大規(guī)模，精細(xì)化工逐漸興起。,.,1913年德國哈柏法合成氨投產(chǎn)1920年美國建立了用煉廠氣中丙烯水合成異丙醇，這是第一個石油化學(xué)品1923年，美國聯(lián)合碳化學(xué)公司在查爾斯頓建立了第一個以乙烷和丙烷裂解生產(chǎn)乙烯的石油化工廠，打開了乙烯為原料石油化工生產(chǎn)的序幕。,.,1941年開始了從石油輕質(zhì)餾分催化重整制取芳烴的新工藝。1941年，從烴類裂解氣體中分離出合成橡膠的重要中間體丁二烯。1949年，石油餾分催化重整的工業(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，因此，人們把乙烯作為化學(xué)工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。,.,1928年生產(chǎn)了第一個無色樹脂(脲醛樹脂)，1922年人造纖維產(chǎn)量已超過真絲纖維。1939年美國杜邦公司實(shí)現(xiàn)了聚酰胺-66纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。1941年、1946年德國分別進(jìn)行聚酰胺-6纖維、聚氨乙烯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。,.,20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的品種。1931年美國杜邦公司小批量生產(chǎn)了氯丁橡膠，前蘇聯(lián)建成了萬噸級丁鈉橡膠生產(chǎn)裝置同一時期德國也生產(chǎn)了丁鈉橡膠，1935年德國法本公司開始生產(chǎn)丁腈橡膠,.,1937年又建成了丁苯橡膠裝置。1928年發(fā)現(xiàn)青霉素，開辟了抗菌素藥物的新領(lǐng)域。在20世紀(jì)6070年代，化學(xué)工業(yè)更重視規(guī)模的大型化，1963年美國凱洛格公司設(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)裝置大型化的標(biāo)志。精細(xì)化率代表精細(xì)化學(xué)品的產(chǎn)值與整個化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值的比例，發(fā)達(dá)國家的精細(xì)化率已超過50%。目前精細(xì)化率也可成為新的化學(xué)工業(yè)發(fā)展標(biāo)志。,.,1.3.2中國的化學(xué)工業(yè)發(fā)展史,1.3.2.1我國的近代化學(xué)工業(yè)1876年在天津建成我國第一座鉛室法硫酸廠。1889年在唐山建成我國第一座水泥廠。1905年在陜西延長興辦了我國第一座石油開采和煉制企業(yè)，1907年開鉆出油。,.,1.3.2中國的化學(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)的味精暢銷國內(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；又因鹽酸容器的需要，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，范旭東于天津塘沽集資創(chuàng)辦久大精鹽股份有限公司，1917年籌辦永利制堿公司，聘侯德榜為技師長，于1926年生產(chǎn)出高質(zhì)量的紅三角牌純堿。該產(chǎn)品揚(yáng)名國內(nèi)外，并于1937年在南京建成永利寧廠，生產(chǎn)合成氨硫酸、硫酸銨及硝酸，為當(dāng)時具有世界水平的大型化工廠。,.,1.3.2.2新中國的化學(xué)工業(yè),從第一個五年計(jì)劃(19531957年)新建、擴(kuò)建一大批化工企業(yè)，組建了一批化工研究、設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍。1961年，我國在蘭州建成了用煉廠氣為原料裂解生產(chǎn)乙烯裝置，開始了我國石油化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)。隨著改革開放政策的實(shí)施，化學(xué)工業(yè)也像其他工業(yè)一樣，飛速地發(fā)展，不但石油化學(xué)工業(yè)在世界地位飛速上升，精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)也從無到有。從我國化學(xué)工業(yè)當(dāng)前情況看