化學工業(yè)與化學工程專用教學課件-877

1、第一章_化學工業(yè)與化學工程專用課件參考書目1. 化學工程基礎（第二版） 主編：李德華. 化學工業(yè)出版社. 2007-082. 化工基礎（第三版） 主編：上海師范大學等. 高等教育出版社. 2000-013. 化工原理（上、下） 主編：譚天恩等. 化學工業(yè)出版社. 2010-064. Chemical Engineering Science； AIChE J. 授課內容1. 化學工業(yè)及化學工程 2. 流體流動過程 3. 傳熱 4. 吸收 5. 精餾 6. 新型分離技術 7. 化學反應工程學 化學與化工的關系化學實驗研究與化工生產的區(qū)別研究對象與目的工業(yè)化生產開發(fā)過程 化學工業(yè)是以天然物質或其他物

2、質為原材料，利用這些物質的性質或形態(tài)變化，或以這些物質組合，加工成對國計民生有價值的化學產品的一種工業(yè)。 在化學工業(yè)中，以化學反應過程為核心。 第一章 化學工業(yè)與化學工程第一節(jié) 化學工業(yè)概述 1.1 化學工業(yè)的重要性及其發(fā)展 重要性：化學工業(yè)是國民經濟重要的基礎工業(yè)。 1. 為農業(yè)提供農用生產資料； 2. 為其他工業(yè)提供各種配套原材料； 3. 為高科技產業(yè)提供新型化工材料和新產品； 4. 為人們提供各種化工產品和生活用品。 化學工業(yè)的發(fā)展歷史化學工業(yè)適應人類生產生活的需要而發(fā)展起來的，從古代的釀酒、制陶和冶煉到現(xiàn)在的石油化工、高分子材料、精細化工都適應時代的化工生產?；瘜W工業(yè)的發(fā)展歷史可分為：

3、第一階段：化學工業(yè)的啟蒙。是指18世紀以前，化工生產為作坊式手工工藝，如早期的釀酒、制陶和冶煉。這個時期化工生產沒有什么理論指導，主要是靠經驗摸索。第二個階段：標志是人類歷史上第一個化工廠的建立，以含硫礦石和硝石為原料的鉛室法制硫酸廠。這個階段化工得到了很大的發(fā)展，以酸和堿為基礎的無機化工初具規(guī)模。在德國首創(chuàng)了肥料工業(yè)和煤化學工業(yè)，人類進入了化學合成時代，染料、農藥、香精、醫(yī)藥等有機化工迅速發(fā)展。這期間創(chuàng)立的，如洗滌、結晶、過濾、干燥、煅燒等單元操作沿用至今。第三個階段：以合成氨工業(yè)和石油、天然氣的開采與利用為標志 1.2 化學工業(yè)的分類及其特點 美國標準工業(yè)分類： 1. 基本化工產品； 2.

4、 進一步加工用產品； 3. 供最終消費的化工產品。 中國化學工業(yè)分類（“大化工”）：1. 基礎化學工業(yè)2. 化肥工業(yè)3. 石油化學工業(yè)4. 其他化學工業(yè) 與化工行業(yè)相關的部門：石油化工、塑料制品、化學纖維、煉焦化學、日用化工、皮革化工業(yè)、醫(yī)藥等。精細化工產品分類（依據(jù)功能和結構特征）：農藥；黏合劑；涂料；染料和顏料；表面活性劑和合成洗滌劑；化妝品；塑料、合成纖維和橡膠用助劑；香料；感光材料；試劑和高純物；食品和飼料添加劑；石油用化學品；造紙用化學品；功能高分子材料；催化劑；生化酶；無機精細化學品現(xiàn)代化學工業(yè)的特點：原料、生產方法和產品的多樣性和復雜性向大型化、綜合化發(fā)展，精細化率也在提高是多學

5、科合作、生產技術密集型的生產部門重視能量合理利用，積極采用節(jié)能工藝和方法目前，提出的綠色化化工、生態(tài)化工、循環(huán)經濟等資金密集，投資回收速度快，利潤高 化工生產中易燃、易爆、有毒仍然是現(xiàn)代化工企業(yè)首要解決的問題 1.3 化工產品的市場及其前景 精細化工已經被列入中國 “十一五”期間優(yōu)先發(fā)展的六大領域之一。 功能涂料及水性涂料，染料新品種及其產業(yè)化技術，重要化工中間體綠色合成技術及新品種，電子化學品，高性能水處理化學品，造紙化學品，油田化學品，功能型食品添加劑，高性能環(huán)保型阻燃劑，表面活性劑，高性能橡塑助劑等列為技術開發(fā)和產業(yè)化的重點。 趨勢： 隨著中國石油化工的蓬勃發(fā)展和化學工業(yè)由粗放型向精細化

6、方向發(fā)展，以及高新技術的廣泛應用，精細化工的創(chuàng)新能力和產業(yè)技術顯著提高。 2004年，中國精細化工率已達45，計劃“十一五”期間，中國化工產業(yè)總體目標及重要任務是將精細化工率提升至48。 化學工業(yè)將會由傳統(tǒng)工業(yè)過渡到以新材料、精細化學品和專用化學品、生物技術為主體的技術密集型產業(yè)。 精細化、個性化、綠色化將是現(xiàn)代化學工業(yè)、化學工藝及化學工程的大趨勢。第二節(jié) 化學工程的發(fā)展趨勢 化學工程是一門工程技術學科，它以物理學、化學和數(shù)學為基礎，并結合工業(yè)經濟基本法則，主要研究化學工業(yè)中的物理變化和化學變化過程及其有關機理和設備的共同規(guī)律，并把這些規(guī)律應用到化工裝置的開發(fā)、設計、操作、控制、管理、強化以及

7、自動化等過程中，在化工工藝與化工設備之間起著承上啟下的橋梁和紐帶作用。 2.1 化學工程的興起和發(fā)展 1888年美國麻省理工學院（MIT）以諾頓（L. M. Norton）為首，設置了應用化學工程教育問題研究委員會，并在歷史上第一次設置化學工程課程。 20世紀40年代，以合成纖維、合成橡膠和合成塑料三大合成材料為代表的石油化工的迅速發(fā)展，促進了化學工程從經驗向科學演變，并發(fā)現(xiàn)化學工程的本質問題：“三傳”。 20世紀50年代，開始從“三傳”的角度研究化學過程中的物理變化，采用高速電子計算機解決復雜工程計算問題。1957年，正式提出“化學反應工程”（Chemical Reaction Engine

8、ering）概念，極大地促進了化學工程的發(fā)展，至此，“三傳一反”就形成了化學工程的主要內容。 20世紀60年代，計算機技術應用于化學工程中，以解決化工過程的優(yōu)化規(guī)劃、最優(yōu)設計、最優(yōu)控制和最優(yōu)操作等，促成了“化工系統(tǒng)工程”的誕生。 20世紀70年代，隨著電子計算機的進一步發(fā)展,同時化學工程基礎理論日趨成熟，數(shù)學模型化方法普遍應用，化工系統(tǒng)工程有了較大發(fā)展，對于化工過程的開發(fā)、設計，現(xiàn)有工廠技術改造等方面發(fā)揮了極大的作用。 20世紀80年代以來，面對環(huán)境、能源等可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，化學工程發(fā)展特征也逐漸演變，將化學工程定義為：“經濟地開發(fā)利用物質和能量地方法為人類造福的工學”。 進入21世紀，化學工

9、程學在發(fā)展過程中還在不斷向科學技術新領域滲透和拓展，其應用對象涵蓋了所有物質的化學、物理轉化過程。同時，也正被化學工程、石油煉制、合成材料、能源工業(yè)、冶金工業(yè)、核能工業(yè)、建材工業(yè)，以及農業(yè)、軍事、航空、環(huán)境、資源、生物、醫(yī)藥、食品飲料、紙漿造紙等過程應用。8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略中國石油化工分布圖8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略 化學工業(yè)是我國國民經濟的支柱產業(yè)。2006年全國化學工業(yè)實現(xiàn)利潤4345億元，增長17.9%。增量658億元。 建成一批具有國際先進水平的大型有機原料和精細化工裝置。 主要化工產品

10、產量居世界前列。 基礎研究與應用研究并舉的科研體制為我國化學工業(yè)的發(fā)展奠定了良好基礎。8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略國家統(tǒng)計局提供的2006年1-12月份全國化工產品產量名稱單位累計12月比上年同期增長%累計12月硫酸萬噸4860.33450.569.621.7濃硝酸萬噸181.7818.1812.624.4氫氧化鈉(燒堿)萬噸1511.78139.4519.016.9碳酸鈉(純堿)萬噸1597.22143.0810.810.1合成氨萬噸4937.90434.117.09.5農用氮磷鉀化肥(折純)萬噸5304.81544.3114.224.3氮肥(折100%)萬噸3869.0

11、1377.4413.323.6尿素萬噸2232.63202.3313.316.1磷肥(折100%)萬噸1226.40143.9216.525.4鉀肥(折100%)萬噸208.9222.5618.527.0化學農藥原藥萬噸129.5511.2520.29.0: 8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略名稱單位累計12月比上年同期增長%累計12月乙烯萬噸876.5481.4813.814.6純苯萬噸344.0831.0711.79.1冰醋酸萬噸142.0512.583.6-7.3涂料(油漆)萬噸352.3736.0728.638.9染料萬噸128.5312.0911.59.1初級形態(tài)的塑料

12、(塑料樹脂及共聚物）萬噸2528.69239.1317.620.0合成橡膠萬噸184.5216.3711.17.1合成纖維單體萬噸811.9279.6110.513.5合成纖維聚合物萬噸923.12合成洗滌劑萬噸546.1349.4012.43.1化學藥品原藥(化學原料藥)萬噸170.5323.9228.870.7化學纖維萬噸2025.49203.5312.917.9粘膠纖維萬噸143.4613.7220.324.7合成纖維萬噸1860.32188.2611.817.3橡膠輪胎外胎(輪胎外胎)萬噸43318.823815.3615.03.0塑料制品萬噸2801.87264

13、.4418.714.48/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略 目前，我國已經有20余種主要石油化工產品的產量居世界前列，其中化肥、合成氨、純堿、硫酸、染料、合成纖維、膠鞋等產量居第一位；乙烯、農藥、燒堿、輪胎等產量分別居世界第二位；原油加工、涂料等居世界第三位；原油、合纖單體、合成橡膠、合成樹脂等產品的生產能力和產量都居世界前列。 8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略 化學工業(yè)景氣周期分段和影響因素有以下幾方面：一是裝置開工率。通常裝置開工率在85以上時，為景氣階段；7085時，為復蘇或下降階段；衰退階段的開工率在70以下。二是利潤水平。景氣階段如2004年世界化學工業(yè)的

14、平均利潤率約6，行業(yè)不同利潤率不同，基礎行業(yè)低，后加工或精細行業(yè)高；衰退階段平均利潤率為零或負數(shù)；復蘇、下降階段平均利潤率介于兩者之間。三是投資。通常投資的多少直接影響行業(yè)的景氣指數(shù)，是行業(yè)景氣的預警器。四是國民經濟。國民經濟發(fā)展快慢必然影響化學工業(yè)，因此各行業(yè)要密切關注用戶的發(fā)展。五是新技術。新技術會給行業(yè)的發(fā)展帶來活力，降低生產成本，提高效益，甚至會給行業(yè)造成革命性的變化，也會影響正常的周期變化。六是原料供應。原料價格過低、過高都會影響化學工業(yè)的周期變化，比如這兩年的能源價格上漲。漲價初期化工行業(yè)利潤較高；價格漲得過高，用戶承受不起，產品價格升高抵不過原材料價格的升高，利潤下滑。七是政府宏

15、觀調控的影響。 中國化學工業(yè)景氣周期分析8/3/202230中國經濟的中長周期的機制與趨勢分析8/3/202231中國化學工業(yè)景氣周期分析當前的周期階段判斷8/3/202232中國化學工業(yè)景氣周期分析 第二波景氣周期 8.89% 第一波景氣周期 02年 03年 04年 05年 06年 07年 08年 8.6% 9.7% 9.5% 9.3% 鋼鐵,建材,有色等原材料工業(yè) 電力,煤炭,石油,運輸?shù)然A工業(yè)汽車、計算機等消費性制造業(yè)2004年2005年2006年增長速度中國化學工業(yè)景氣周期分析8/3/202233經濟周期中各產業(yè)鏈景氣輪動8/3/202234汽車、房地產200220042006工程機

16、械200320052007石化銀行、機場、港口鋼鐵、有色、水泥電力、煤炭交通運輸化工集裝箱煤炭、電力、石油造紙醫(yī)藥紡織食品飲料05年末國民經濟的先導產業(yè)將率先回升銀行、物流工程機械造紙2001建材、鋼鐵、有色房地產石化煤炭、電力、石油中國化學工業(yè)景氣周期分析8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略存在共性問題：1、能耗高、資源利用率低、污染嚴重2、設備和過程的放大及設計能力差3、高新技術和產品的研究開發(fā)特別困難4、產業(yè)結構和產品結構不能滿足經濟全球化的要求5、自動化及信息化程度不高6、環(huán)保意識差，清潔生產推進緩慢7、高科技人才缺乏，尤其是科技和管理相結合的復合型人才匱乏國家統(tǒng)計局提供的

17、2006年1-12月份全國化工產品產量如下: 8/3/20222.2 中國化工的現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展的研究方向：1、針對我國特色資源的綠色工業(yè)2、非傳統(tǒng)介質和極端條件下的物質轉化新過程3、以產品為導向的先進工藝及過程4、工程復雜系統(tǒng)及多尺度理論5、大規(guī)模計算和虛擬過程6、基于生態(tài)工業(yè)概念的系統(tǒng)集成8/3/20222.3 化學工業(yè)的前沿領域與新技術8/3/20222.3 化學工業(yè)的前沿領域與新技術8/3/20222.3 化學工業(yè)的前沿領域與新技術8/3/2022發(fā)展方向：1、提高催化反應的收率和催化劑的選擇性。2、催化劑結構/功能研究。3、新的催化劑使用和回收工藝。4、催化反應器設計5、開發(fā)新

18、催化劑與老催化劑改進。催化技術 8/3/2022新型化工分離技術膜分離技術超臨界萃取技術分子蒸餾8/3/2022生物技術發(fā)展重點：1、提高生物催化劑的性能2、改進生物化學加工工藝8/3/2022新材料技術發(fā)展方向：1、材料性能預測2、可精確控制材料結構的合成技術3、提高材料性能4、新添加劑技術5、高分子材料生產、再生和分解一體化的工藝技術8/3/2022計算機技術相關重要技術：計算分子科學計算流體力學過程模型模擬操作優(yōu)化和控制化工生產全過程的計算機管理“十一五”化學工業(yè)科技發(fā)展綱要8/3/20228/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行

19、業(yè)及產品技術的發(fā)展方向1.5.1 煤化學工業(yè)（Chemical Processing of Coal）8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向1.5.1 煤化學工業(yè)（Chemical Processing of Coal）8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.1 煤化學工業(yè)（Chemical Processing of Coal）網絡資源鏈接：1、我國煤化工發(fā)展現(xiàn)狀與未來分析/HTML/001/015/003/014/89707.htm2、我國煤化工發(fā)展策略探討之一/HTML/001/001/022/89724.htm3、我國煤化工發(fā)展策略探討

20、之二/HTML/001/001/022/89713.htm4、我國煤化工發(fā)展策略探討之三/HTML/001/001/022/89721.htm8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.2 石油化學工業(yè)（Petrochemical Industry）8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.2 石油化學工業(yè)（Petrochemical Industry）8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.2 石油化學工業(yè)（Petrochemical Industry）網絡資源鏈接：1、2007年世界煉油工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

21、/system/2007/02/27/001062985.shtml2、2007年中國石油化工行業(yè)的研究與發(fā)展預測/content/2007-02-20/256591.html3、石油和化工指數(shù)/forewarn.aspx?ClassNumber=B6&ResourceID=W01&DocDb=basdatabef&ClassName=石油和化工指數(shù)4、2007年石油化工行業(yè)走勢分析及展望/news/detail/v4-d1000030338.html8/3/20 合成高分子材料（Synthetic Polymer Material）1.高分子材料的化學合成2.高分子材料的

22、物理合成3.高分子材料的仿生合成和生命活性化4.高分子材料的成型加工5.高分子材料的智能化8/3/20222.2 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.3 合成高分子材料（Synthetic Polymer Material）網絡資源鏈接：1、高分子材料創(chuàng)新研究與產業(yè)發(fā)展/news_show.asp?NewsID=16842、合成高分子材料的優(yōu)勢/detail.asp?infoId=14653、塑料行業(yè)-hc360慧聰網/4、功能高分子材料發(fā)展?jié)摿Υ?html/001/013/001/132913.htm8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.4 化工新材料工

23、業(yè) (New Chemical Materials Industry)1新材料多學科交叉性及多部門參與 2新材料產業(yè)上下游進一步融合3新材料向多功能、智能化方向發(fā)展，開發(fā)與應用聯(lián)系更加緊密8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.4 化工新材料工業(yè) (New Chemical Materials Industry)2006-2010年中國新材料產業(yè)規(guī)模預測8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.4 化工新材料工業(yè) (New Chemical Materials Industry)網絡資源鏈接：1、我國新材料產業(yè)發(fā)展狀況及前景分析/play.

24、asp?idd=313&picid=權威視角2、新材料產業(yè)發(fā)展熱點和趨勢 /dongtai/guonei/07.htm3、 “2007中國新材料市場年會”在京召開/event/channel/Detail.asp?Content_id=127774、化工新材料重點行業(yè)發(fā)展趨勢 /news/detail/v5003220-d6089645.html8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.5 化學肥料工業(yè)（Chemical Fertilizer Industry）1、改造原料路線，適應國內資源特點。2、推進技術進步，開發(fā)和推廣先進實用技術。3、布局調整。4、優(yōu)化產業(yè)結構

25、，提高競爭力。5、調整產品結構，提高國產化肥滿足率。8/3/20222.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.5 化學肥料工業(yè)（Chemical Fertilizer Industry）網絡資源鏈接：1、我國化肥工業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展建議/html/zt/zthuafei/index.htm2、我國化肥工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢/html/001/001/014/19530.htm3、2007年化肥市場行情預測分析/061130/124,1471,2466861,00.shtml4、 細說2007年農資行業(yè)發(fā)展趨勢/Article_Show.asp?ArticleID=59628/3/20222

26、.4 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向2.4.6 酸、堿及無機鹽工業(yè)(Acid、Base and Inorganic Salt Chemical Industry)1) 強化設備，降低投資；2) 降低系統(tǒng)阻力；3) 采用耐腐蝕材料，保證設備可靠運轉；4) 提高余熱利用效率；5) 消除污染；6) 生產設備大型化和集中化；7) 采用電子計算機控制技術；8) 改進生產技術；9) 加速新技術的開發(fā)與研究。8/3/20221.5 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向1.5.6 酸、堿及無機鹽工業(yè)(Acid、Base and Inorganic Salt Chemical Industry)網絡資源鏈接：1、無機鹽工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析/html/zt/wjy/index.htm2、無機鹽的分類和發(fā)展趨勢/info/200611/info_139433.html8/3/20221.5 化學工業(yè)重點行業(yè)及產品技術的發(fā)展方向1.5.7生物化工(Biochemical Engineering)1、高技術的生物醫(yī)學與醫(yī)藥2、農業(yè)生物技術3、潔凈新能源4、