化学工艺学课件(东大)1 绪论

1、 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学东南大学成贤学院化工与制药工程系东南大学成贤学院化工与制药工程系 化学工艺学化学工艺学 前前 言言l化学是研究物质变化和化学反应的科学，是与材料、生命、信息、环境、能源、地球、空间和核科学等有密切交叉和渗透的中心科学。l化工是利用基础学科的原理，实现物质和能量的传递和转化，解决规模生产的方式和途径等过程问题的科学。 化学工艺学化学工艺学 “化工化工”？ 怕怕 怕？怕？空气、水、土壤、食品等领域面临挑战空气、水、土壤、食品等领域面临挑战人的衣食住行离不开化学化工人的衣食住行离不开化学化工化学化工是人类进步的化学化工是人类进步的“工具工具”，如何用好，如

2、何用好 化学工艺学化学工艺学 化学化工产业：附加值高，永久产业；化学化工产业：附加值高，永久产业；实例：德国是全球化工生产大国，营业额位居欧洲首位、全球第四；二战前期：德国化工产业污染大，产能高；如今：蓝天白云、花草树木与厂房林立、管道纵横的设备和谐共存；阿司匹林和香奈儿5号香水 化学工艺学化学工艺学 发现并发展了绿色荧光蛋白发现并发展了绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP） l美国伍兹霍尔海洋美国伍兹霍尔海洋研究所的科学家下研究所的科学家下村修（村修（Osamu Shimomura） l哥伦比亚大学哥伦比亚大学的马丁的马丁沙尔菲沙尔菲（Martin Ch

3、alfie） l加利福尼亚大学加利福尼亚大学圣迭戈分校的钱永圣迭戈分校的钱永健（健（Roger Y. Tsien） 20082008年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 化学工艺学化学工艺学 PE的化学合成反应的化学合成反应nCH2=CH2催化剂P、TCH2=CH2n 化学工艺学化学工艺学 PE化学工艺思考问题化学工艺思考问题1.乙烯单体的纯度、输送乙烯单体的纯度、输送2.反应过程所需温度、压力如何保持反应过程所需温度、压力如何保持3.催化剂的选择以及添加量催化剂的选择以及添加量4.产品的分离提纯，溶剂、催化剂的回收产品的分离提纯，溶剂、催化剂的回收 化学工艺学化学工艺学 lPE生产工艺条件生产工艺条

4、件l聚合温度：合适的温度范围为60-70。l聚合压力：0.1-0.5MPa。l催化剂：Al(C2H5)3-TiCl4；l生产聚乙烯的乙烯的工艺过程包括：l引发剂的配制、聚合、分离、净化与干燥、溶剂回收等。 化学工艺学化学工艺学 重组分三乙基铝四氯化钛乙烯引发剂配制精制处理水处理水聚乙烯成品造粒过滤干燥干燥干燥精制循环稀释剂闪蒸闪蒸去分馏轻组分湿聚合物稀释剂反应器精馏塔分馏塔回馏罐PE生产工艺流程生产工艺流程 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学 在化学、物理和其它科学成就基础上，研究综合利用各种原料生产化工产品的原理、方法、流程和设备； 目的：经济性、创新性、安全性 化学工艺学化学工艺学 该课程学

5、习方法及要求1、目标产品2、工艺路线3、反应热力学4、反应动力学5、特点（吸热、放热；各步收率等）6、实现过程反应设备、适宜的传热传质方式、分离手段等7、典型工艺 化学工艺学化学工艺学 要求：1、“广”可利用任何相关学科的手段、方法解决问题；2、“约”特别强调必须以实验数据为根据。总学时：总学时：64学时学时总评成绩平时成绩（包括作业、讨论、平时联系）总评成绩平时成绩（包括作业、讨论、平时联系） 期中考试成绩期中考试成绩 期末考试成绩期末考试成绩平时成绩占平时成绩占20期中考试成绩期中考试成绩 20期末考试成绩占期末考试成绩占60 化学工艺学化学工艺学 化工热力学化工热力学 传递过程原理传递过

6、程原理分离工程分离工程反应工程反应工程化学工艺学化学工艺学 化工专业实验化工专业实验化学工程与工艺核心课程群的基本框架化学工程与工艺核心课程群的基本框架 化学工艺学化学工艺学 1.1 化学工艺学的研究范畴化学工艺学的研究范畴1.2 化学工业的发展、地位与作用化学工业的发展、地位与作用1.3 现代化学工业的特点和发展方向现代化学工业的特点和发展方向1.4 化学工业的原料资源和主要产品化学工业的原料资源和主要产品 化学工艺学化学工艺学 化学工业化学工业 (chemical industry) 化学工艺化学工艺 化学工程化学工程 chemical technology chemical engine

7、ering 化学工艺学化学工艺学 化学工艺化学工艺l个性个性l研究具体过程研究具体过程l从原料到产品从原料到产品 化学工程化学工程l共性共性l单元操作单元操作工程因素尤其是工程因素尤其是放大效应放大效应 两者相辅相承，密不可分两者相辅相承，密不可分 过程最优化过程最优化 共同规律共同规律 化学工艺学化学工艺学 化学工艺化学工艺 (chemical technology or chemical processing) 将将原料物质原料物质主要经过主要经过化学反应化学反应转变为转变为产品产品的的方法方法和和过程过程 技术先进技术先进 经济合理经济合理 生产安全生产安全 环境无害环境无害 化学工艺学

8、化学工艺学 化化 工工 生生 产产 过过 程程 化学工艺学化学工艺学 制陶、酿造、冶炼制陶、酿造、冶炼制碱、制酸、煤化学、合成氨制碱、制酸、煤化学、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：合成材料新兴的化学工业新兴的化学工业 化学工艺学化学工艺学 18世纪以前世纪以前作坊式手工工艺作坊式手工工艺18世纪初叶世纪初叶建成了第一个典建成了第一个典型的化工厂型的化工厂 ,铅室法硫酸厂铅室法硫酸厂18世纪末期世纪末期, 路布路布兰法制碱工艺出现兰法制碱工艺出现从从18世纪到世纪到20世纪初期世纪初期，以酸、碱为基础的无机化工初具规模；，以酸、碱为基础的无机化工初具规模；同期，在德国首创了

9、肥料工业和煤化学工业，人类进入了化学合成的时代同期，在德国首创了肥料工业和煤化学工业，人类进入了化学合成的时代20世纪初世纪初，合成氨工艺有力地，合成氨工艺有力地促进了无机和有机化工的发展促进了无机和有机化工的发展自自20世纪初期世纪初期以来，石油化工的兴起以来，石油化工的兴起,高分高分子化工蓬勃发展起来子化工蓬勃发展起来 ,进入合成材料的时代进入合成材料的时代近年近年来，世界各国都高度视发展高新技术，复合结来，世界各国都高度视发展高新技术，复合结构材料构材料 、信息材料、纳米材料、信息材料、纳米材料 等，生物化工产业等，生物化工产业 化学工艺学化学工艺学 l 原料、方法和产品的多样性与复杂性

10、原料、方法和产品的多样性与复杂性 l 大型化、综合化、精细化率提高大型化、综合化、精细化率提高l 多学科、生产技术密集型多学科、生产技术密集型l 能量合理利用，节能工艺和方法能量合理利用，节能工艺和方法l 资金密集，投资回收速度快，利润高资金密集，投资回收速度快，利润高l 安全和环境保护安全和环境保护特点特点 化学工艺学化学工艺学 l原料、方法和产品的多样性与复杂性原料、方法和产品的多样性与复杂性 例：异丙醇胺的生产例：异丙醇胺的生产 化学工艺学化学工艺学 联碱法联碱法：（侯氏制碱法）：（侯氏制碱法）原料：原料：223COOHNHNaCl；产品：产品：ClNHCONa432；主要反应方程式主要

11、反应方程式：ClNHNaHCONHOHCONaCl43322OHCOCONaNaHCO22323煅烧l 大型化、综合化、精细化率提高大型化、综合化、精细化率提高例：纯碱的生产。例：纯碱的生产。 纯碱的用途：主要用于玻璃、肥皂、工业用水净纯碱的用途：主要用于玻璃、肥皂、工业用水净化、造纸、纺织、印染、制革、钢铁、有色金属冶炼等化、造纸、纺织、印染、制革、钢铁、有色金属冶炼等 化学工艺学化学工艺学 联碱法生产工艺流程：联碱法生产工艺流程：一次吸氨加盐冷却结晶过滤分离加热二次吸氨碳化塔碳酸化冷却结晶结晶煅烧冷却包装结晶干燥过滤分离NaCl母液母液气体气体CO2母液母液NH4Cl产品产品返碱返碱纯碱产

12、品纯碱产品析出重碱母液析出重碱母液NH3CO2 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学 l 高新技术，缩短开发周期高新技术，缩短开发周期l 最充分、最彻底地利用原料最充分、最彻底地利用原料l 大力发展绿色化工大力发展绿色化工 l 化工过程要高效、节能和智能化化工过程要高效、节能和智能化l 实施废弃物再生利用工程实施废弃物再生利用工程发展方向发展方向 化学工艺学化学工艺学 .化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技术产化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技术产品。品。.化工生产原料应充分利用化工生产原料应充分利用在化工生产中提倡设计和开发在化工生产中提倡设计和开发“原

13、子经济性反应原子经济性反应”，该概念是美国化学家该概念是美国化学家B.M.Trost于于1991年提出的，年提出的，“在化学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目在化学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，因而不会有副产物或废物生成因而不会有副产物或废物生成”。即最大限度地利用。即最大限度地利用原料和最大限度地减少废物排放。原料和最大限度地减少废物排放。 化学工艺学化学工艺学 .化工生产中大力发展绿色化工，生产过程中应做到“零排放”采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂。利用反应选择性高的催化剂和工艺流程。

14、将副产物和废物转化为有利用价值的产品。淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发对生态环境友好产品。实施废弃物再利用工程。.化工生产过程要实现高效、节能及智能化生产(例如生产中的DCS控制系统)。 化学工艺学化学工艺学 (5).实施废弃物再生利用工程例如废旧轮胎、废弃农作物、废塑料、废水、废渣、废气等； 化学工艺学化学工艺学 非自然资源非自然资源 生物资源生物资源 矿物原料矿物原料 金属矿、非金属矿金属矿、非金属矿化石燃料矿化石燃料矿动、植物体动、植物体“废料废料” “垃圾垃圾” 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学 生物质资源生物质资源 化学工艺学化学工艺学 化学工艺

15、学化学工艺学 化学工艺学化学工艺学 高分子化工产品高分子化工产品有机化工产品有机化工产品无机化工产品无机化工产品精细化工产品精细化工产品生物化工产品生物化工产品 化学工艺学化学工艺学 乙烯与丙烯共聚乙丙橡胶电缆、电线材料氧化乙醛缩合醋酸辛醇、季戊四醇2-羟基丁醛丁醇酯化 丁酯溶剂、增塑剂溶剂药物、酯类、醋酸乙烯纤维（维尼龙）增塑剂齐聚、水合高碳直链醇（C11C18）合成洗涤剂水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯类溶剂及合成原加氢脱水丁二烯合成橡胶氢甲酰化丙醛丙酸还原正丙醇溶剂 化学工艺学化学工艺学 丙烯聚合聚丙烯合成纤维、塑料氨氧化合成纤维、ABS树脂、AS树脂、丁腈橡胶丙烯酰胺絮凝剂、水增稠剂、纸张

16、处理剂丙烯腈与乙烯共聚乙丙橡胶次氯酸化氯丙醇环氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性剂过氧化物环氧化环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯高温氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油医药、炸药环氧氯丙烷水解环氧树脂 化学工艺学化学工艺学 丁二烯与苯乙烯共聚丁苯橡胶与丙烯腈共聚丁腈橡胶聚合顺丁橡胶与苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯氯丁橡胶与顺酐反应四氢邻苯二甲酸酐与HCN反应己二腈己二胺尼龙66三聚环化1，5，9-环十二碳三烯十二碳内酰胺（尼龙12的单体）香料、增塑剂、阻燃剂、聚酯原料乙酰氧基化、加氢、水解1，4-丁二醇聚酯树脂 化学工艺学化学工艺学 尼龙尼龙6666（聚己二酰己二胺）（聚己二酰己

17、二胺）NH(CH2)6NHC(CH2)4C()nOO 化学工艺学化学工艺学 橡胶制品的应用领域 化学工艺学化学工艺学 异丁烯与异戊二烯共聚丁基橡胶氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有机玻璃与甲醛反应异戊二烯异戊橡胶水合叔丁醇香料原料、溶剂、医药中间体、与甲醇反应甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加剂）聚合聚异丁烯粘合剂、密封胶 化学工艺学化学工艺学 有机玻璃有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯) 化学工艺学化学工艺学 正丁烯聚合聚丁烯合成塑料氧化顺丁烯二酸酐1，4-丁二醇、增强塑料、农药氧化甲乙酮溶剂水合仲丁醇脱氢或氧化脱氢丁二烯 化学工艺学化学工艺学 正丁烷脱氢正丁烯深加工产品见上异构化异丁烷氧

18、化顺酐、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脱氢异丁烯深加工产品见上蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等异丁烷 化学工艺学化学工艺学 苯加乙烯烷基化乙苯脱氢苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡胶、ABS树脂加丙烯烷基化异丙苯 苯酚酚醛树脂、苯胺、壬基酚等丙酮双酚A聚碳酸酯、环氧树脂加十二烯十二烷基苯合成洗涤剂加氢环己烷己内酰胺聚酰胺纤维氯化氯苯染料中间体、医药氧化顺丁烯二酸酐四氢呋喃、1，4-丁二醇医药、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、染料、医药、农药聚氨酯纤维 化学工艺学化学工艺学 甲苯硝化硝基甲苯染料中间体、炸药歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中间体、医药、增塑剂临氢脱烷基苯硝化、还原、光气化甲苯二异氰酸酯聚氨酯类泡沫塑料、聚氨酯橡胶 化学工艺学化学工艺学 二甲苯对二甲苯氧化对苯二甲酸聚酯树脂、涤纶间二甲苯异构化对二甲苯氨氧化间苯二腈农药、聚酰胺纤维邻二甲苯氧化邻苯二甲酸酐医药、染料、增塑剂萘氧化烷基萘脱烷基萘氧化 化学工艺学化学工艺学 乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛