现代化工导论和内涵

1、现代化工导论1.1 现代化工导论的内容和目的1. 课程性质现代化工导论是一门概述性质的课程，是对“化工”学科和专业的综合性介绍。它作为学生学习化工专业课程之前的入门知识，对化工专业人才的培养起到重要的“启蒙作用”。2. 内容 主要包括：绪论，化工在国民经济中的地位和作用， 化学工程师，化工工艺，化学工程，创新是化工发展的动力，现代化工发展前景。 3. 目的(1)现代化工导论主要是介绍化学工业的发展，化工工艺和单元操作及设备的发展，化工学科及专业的发展，调动学生学习积极性。 (2)使学生了解作为“创新主体、投资主体和经营主体”的化工企业的现状，展望化工发展的明天。(3)明确21世纪化工人才培养的

2、规格要求和创新能力，明确“做什么”和“怎么做”等问题，明确学习目的 。1.戴猷元主编 化工概论 北京：化学工 业出版社 2006年6月出版2.李健秀 王文涛 文福姬编着 化工概 论 北京：化学工业出版社 2005年8月出 版3.李淑芬主编现代化工导论北京：化 学工业出版社 2004年9月出版参考书1.总学时16学时，全部课堂讲授。2.成绩评定：论文和平时成绩相结合。平时成绩由出勤率以及课堂表现综合得出，占总成绩的20%。论文要求3000字左右的与现代化工相关综述报告，占总成绩的80%。总成绩最后按优、良、中、及格、不及格等五级评定。教学要求1.2 “化工”概念的内涵“化工” 实际是化学工业、化

3、学工艺和化学工程的总称。化工，在不同的场合有不同的含义。又称化学加工工业(Chemical Industry），指运用化学工艺、化学工程及设备，通过各种化学反应及原料和产品的分离，能量和物料的传递和混合，高效、节能、经济和安全地生产化学品的特定生产部门，包括基本化学工业和塑料、合成纤维、石油、橡胶、药剂、染料工业等。化学工业是由人类生活和生产的需要而发展起来的，化学工业的发展推动了社会的发展，也促进了化学工程和化学工艺学科和技术的提高。2. 化学工业化学工业分类化学工业有以下几种分类方法： （1）按原料分：石油化学工业、煤化学工业、生物化学工业、农林化学工业等。（2）按产品吨位分：大吨位产品、

4、精细化学品（3）按化学特性分：无机化学工业和有机化学工业等。（4）我国统计的方法把化学工业划分为下列各种工业：合成氨及肥料工业、硫酸工业、制碱工业、无机物工业（包括无机盐及单质），基本有机原料工业、染料及中间体工业等。追溯到远古及古代: 没有工业，但化学加工方法已开始影响到人们生活。如制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸以及医药、火药、肥皂等。酒: 至少在公元前20世纪中国的夏禹已用酒祭祀。公元前21世纪中国就进入青铜器时代，公元前5世纪进入铁器时代，表明冶金化学技术的掌握及进步。公元前后，中国和欧洲进入炼丹术、炼金术时期，也带动了冶炼及制药的发展。化学工业发展近代化学工业的兴起（1）随着产业革

5、命在西欧开始，首先无机化学工业开始形成及发展。1749年，英国建立用铅室法生产硫酸的工厂。 1771年，吕布兰以食盐为原料制得纯碱，副产氯化氢制盐酸、氧气、漂白粉等，纯碱又经苛化生成烧碱。18世纪后期，炼铁用焦碳大大增加，使煤化工产生。1763年，在英国产生了蜂窝式煤气炉，提供了大量焦碳。1792年，开始用煤生产民用煤气。近代化学工业的兴起（2） -煤化工的发展 1812年，欧洲干馏煤气用于街道照明。 1816年，美国煤干馏法生产煤气。 1825年英国人从煤焦油中分离出苯、甲苯、萘等。 19世纪中叶，欧洲已有许多国家建立了炼焦厂，德国成功地建立了有机化学品回收装置的炼焦炉，由煤焦油中提取了大量

6、的芳烃，作为医药、农药、染料等工业的原料。近代化学工业的兴起（3） -三大化工材料工业的开始1839年美国人固特异用硫磺硫化天然橡胶，应用于轮胎及其它橡胶制品-第一个人工加工的高分子橡胶产品。1872年美国开始生产赛璐珞，被认为是第一个天然加工高分子的塑料产品-开创了塑料工业。1891年在法国建立了人造纤维（硝酸酯纤维）工厂，其产品质量差，易燃，虽未能大量发展，但仍被认为是化学纤维工业的开始。近代化学工业的兴起（4） - 炼油工业开始1854年美国建立最早的原油分馏装置。1860年在美国建立第一个炼油厂。19世纪后期，在世界已建设了许多炼油厂或炼油装置，主要生产照明用的煤油，而汽油及重质油还是

7、用处不大的“副产”。直至80年代，电灯的发明大大减少了煤油的重要性，汽油和柴油因汽车工业的发展而成为主要炼油产品。近代化学工业的兴起（5） -传统与化学制药及染料工业等19世纪初至60年代，科学家先后从传统的药用植物中分离得到纯的化学成分。1846年硝化棉、硝化甘油问世，1862年瑞典人诺贝尔开设了第一个硝化甘油工厂，1863年发明了TNT。1856年第一个染料问世，次年设厂生产，至世纪末已有很多种染料被发明，并被投入使用。化学工业发展的标志18-19世纪：人们长时间内把硫酸产量作为一个国家化学工业发展的标志。20世纪：乙烯成为化学工业标志性产品，人们把乙烯作为一个国家化学工业发展的标志。21

8、世纪：目前精细化率成为一个国家的化学工业发展标志。现代化学工业（1） -概述20世纪是化学工业飞速发展时期，至60年代是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段。在此阶段合成氨（包括化肥）和石油化工得到了飞速发展。高分子化工从无到有，品种基本配齐，形成了大规模化。精细化工也逐渐兴起。 现代化学工业（2） -合成氨、石油化学品1913年德国哈柏法合成氨投产，该工艺在高温、高压、气体循环下实现。1916年实现了氨氧化制硝酸。1920年美国建立了用炼厂气中丙烯水合制异丙醇-第一个石油化学品。1923年，美国联合碳化学公司在查尔斯顿建立了第一个以乙烷和丙烷裂解生产乙烯的石油化工厂，打开乙烯为原料石油化工生

9、产的序幕。 现代化学工业（3） -石油化工兴起1941年：开始了从石油轻质馏分催化重整制取芳烃的新工艺。同年，从烃类裂解气体中分离出合成橡胶的重要中间体丁二烯。20世纪30年代炼油工业发展迅速，热裂化和催化裂化分别工业化，同时生产出更多的烯烃。生产乙烯的同时，联产丙烯、C4烃、芳烃（苯、甲苯、二甲苯）。石油化学工业：由乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯等加工为一系列下游产品。 现代化学工业(4) -石油化工中合成树脂与纤维工业1928年：生产了第一个无色树脂（脲醛树脂）。30年代：本体聚合法生产苯乙烯成功；有机玻璃，聚氯乙烯，低密度聚乙烯。1922年人造纤维产量已超过真丝纤维。1939年美国杜

10、邦公司实现聚酰胺66纤维的工业化。1941、1946年德国分别进行聚酰胺6纤维、聚氨乙烯纤维的工业化生产。1950年以后，聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维等合成纤维相继工业化。基本上也配齐了合成纤维的品种。现代化学工业(4) -石油化工中合成橡胶的工业1931年美国杜邦公司小批量生产了氯丁橡胶，苏联建成了万吨级丁纳橡胶生产装置，同一时期德国也生产了丁纳橡胶，1935年德国法本公司开始生产丁晴橡胶，1937年又建成了丁苯橡胶装置。第二次世界大战中，由于战争的急需及天然橡胶产地被封，促进了合成橡胶，不但产量飞速增加，还使气密性极好的丁基橡胶工业化，促成了多种特殊橡胶（硅橡胶、聚氨酯橡胶）的生产

11、。至此合成橡胶的品种也基本齐备。 现代化学工业（5） -石油化工中精细化学品工业在石油化学工业发展大吨位产品后，人们也开始注意发展产量小、附加值高的精细化学品。发明了活性染料，增强了染料与纤维的结合，为对合成纤维染色，发明了专用性的染料。农药：40年代发明有机氯农药DDT后，又开发出一系列的有机氯、有机磷杀虫剂。医药：1928年发现青霉素，开辟了抗菌素药物的新领域。涂料：摆脱天然油漆的传统，改用合成树脂。现代化学工业（6） -石油化学工业面临巨大冲击70年代，国际石油价格发生了两次大幅度上涨，乙烯原料价格骤升，产品生产成本增加，石油化学工业面临巨大冲击。美国、日本和西欧地区主要乙烯生产国，纷纷

12、采取措施：如关闭部分生产装置，节约生产能耗，开展副产品综合利用，进行深度加工，加强代油原料研究，把装置转移到发展中国家等。 现代化学工业（7） -发展精细化学品发展精细化学品生产也是一个明显的趋势。有些大化学工业联合企业已把重点转移到此类生产部门。精细化学品不但品种多，而且变化快，产品换代周期短，因此需要更大的科研投入，白领（研究）人员多于兰领（生产）人员。精细化率代表精细化学品的产值与整个化学工业产值的比例，发达国家的精细化率已超过50%。目前精细化率也可成为新的化学工业发展标志。3. 化学工艺凡主要运用化工技术或化学生产技术，将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程, 包括实现这一转

13、变的全部措施，称为化学工艺(Chemical Technology)。通常包括无机化工工艺、有机化工工艺、高分子化工工艺、精细化工工艺和生物化工工艺等。化学生产过程一般可分为三个主要步骤：原料处理。为了使原料符合进行化学反应所要求的状态和规格，不同的原料需要经过净化、提浓、混合、乳化或粉碎等多种不同的预处理。化学反应。是生产的关键步骤。经过预处理的原料，在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收率。反应类型是多样的，可以是氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。产品精制。将得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。所涉及的方面一般有：原料和

14、生产方法的选择，流程组织，所用设备（反应器、分离器、热交换器等）的作用，结构和操作，催化剂及其他物料的影响，操作条件的确定，生产控制，产品规格及副产品的分离和利用，以及安全技术和技术经济等。早期的化学生产以经验为依据，可称为手工艺式的。在生产和科学的长期发展中，化学生产逐渐从手工艺式的生产向以科学理论为基础的现代生产技术转变。但由于化学生产中的物质转化的内容复杂，类型繁多，经验性的生产技术仍然存在。化学工艺学科是北京石油化工学院传统的优势特色学科，是北京市重点建设学科，致力于石油炼制与化工领域的化学工艺与工程技术、绿色催化技术和燃料清洁化生产技术的研究，在某些研究领域，具有较高的学术水平。目前

15、学科研究领域正向以天然气、煤炭、生物资源为原料的化工领域拓展。二甲苯临氢异构 1.主反应二甲苯异构乙苯加氢异构 2.付反应 歧化反应 临氢脱烷基化反应 加氢开环裂解序号项目控制指标单位1加热炉出口温度3712产品分离器（V101）压力1.2MPa3反应器（R101）入口温度3714反应器（R101）压力1.22MPa5反应器（R101）氢油比4-86反应器（R101）入口循环氢流量25800M3/h7脱庚烷塔（T101）顶温度1438脱庚烷塔（T101）顶压力2000Pa9脱庚烷塔（T101）釜液位40-8010脱庚烷塔（T101）釜温度19511再精馏塔（T102）顶温度14512再精馏塔（

16、T102）底温度20013再精馏塔（T102）侧采温度15214再精馏塔（T102）釜液位40-8015各冷凝器冷后温度49主要操作参数工艺流程物料进入异构加料缓冲罐V106后，经异构加料泵P106抽出送入混合进出料换热器E101。循环气体经循环气体压缩机C101压缩后，一部分作为防喘震线返回压缩机入口，另一部分则和P106来的物料混合进入混合进出料换热器E101，经与反应器R101来的反应产物换热后，进入加热炉F101。管网来的补充氢气经循环气体压缩机C101出口管道补入系统。经换热器E101加热全部气化后的混合物料在加热炉F101加热至规定温度，进入异构反应器R101。反应产物在混合进出料

17、换热器E101经和混合物料换热后进入产品冷凝器E102，冷却后进入产品分离器V101并在此分成气液两相。气相一部分去火炬，一部分进入循环气体压缩机，液相经与新鲜进料混合，在与脱庚烷塔底进料换热器E103换热升温后，进入脱庚烷塔T101。脱庚烷塔的作用是脱除C7以下的轻组分，塔顶轻组分经脱庚烷塔顶空冷器E105冷却，冷凝液进入脱庚烷塔受液槽V102，再经泵P102抽出，一部分返回脱庚烷塔顶做塔顶回流，一部分做为付产品送出界区外，脱庚烷塔受液槽的不凝气送至火炬。脱除了轻组分的C8芳烃料自脱庚烷塔底由P103抽出，进入脱庚烷塔进料换热器E103经与脱庚烷塔进料换热后，进入再精馏塔T102。再精馏塔的

18、作用主要是用来脱除C9以上重组分及部分聚合物。塔顶汽相经再精馏塔冷凝器E106冷凝后，进入再精馏塔受槽V104，经泵P104抽出，返回塔顶做塔顶回流，该塔为全回流操作。C8芳烃从第五块板引出进入吸附加料缓冲槽V103，液相做为产品送出界区，汽相经平衡线返回塔T102。塔底重组分经再精馏塔底泵P105 部分经再精馏塔底冷却器E108冷却后送出界区。 4. 化学工程研究化学工业生产过程中的共同规律，用以指导化工装置的放大、设计和生产操作的学科，称为化学工程(Chemical Engineering)，其内容包括流体流动、传热、传质、化工热力学、反应工程、过程系统工程、化工技术经济等。从实验室到工业

19、生产特别是大规模的生产，都要解决一个装置的放大问题。在大装置上所能达到的某些指标，通常低于小型试验结果，原因是随着装置的放大，物料的流动、传热、传质等物理过程的因素和条件发生了变化。这种起源于放大过程的效应，长期以来被笼统地称作“放大效应”，它包含了很多已查明或未查明的物理因素（或称工程因素）的影响。化学工程的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应，特别是在放大中的效应，以解决关于过程开发、装置设计和操作的理论和方法等问题。它以物理学、化学和数学的原理为基础，广泛应用各种实验手段，与化学工艺相配合，去解决工业生产问题。 化学工程是适应化学加工工艺的需要而产生的工程性学科。它是以化学

20、、物理、数学为基础，结合其他学科和技术，研究化工生产过程中的共同规律；分析综合工业过程有关的问题和关键，解决有关生产流程的组合，设备结构设计和放大，过程操作的控制和优化等问题；获取人类需要的各种物质和产品，并维持良好的生态环境。化学工程研究对象包括单元操作、化学反应工程、传递过程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等方面。 化学工程的发展历史a）萌牙时期 现代化工生产始于18世纪的法国。 特点：仅仅表现为专有技术，以研究某一产品的生产技术为对象，形成了各种工艺学。 例如：纯碱工艺学、硫酸工艺学等。 b) 奠基时期 化学工程（又称单元操作）作为一门新兴的科学始于19世纪末二十世纪初的美国

21、，基于大规模的石油炼制。 特点：明确提出了单元操作的概念，开设了化学工程与设备课程，该时期的化学工程仍以实验和经验为主。 例如：蒸馏、吸收、萃取、蒸发、干燥、传热等。c) 化学工程学时期 50年代，随着各类单元操作之间内在本质规律的揭示、从传递学水平上研究单元操作，建立了“三传一反” 的概念。 特点：系统地研究传递现象，建立了传递过程的基本概念，揭示了传递过程的本质，从技术走向科学。d) 现代化学工程 计算机的应用、系统工程学的应用，使化学工程学进入全新时期。 特点：利用系统工程学的观点全面研究原料、能源、环保等诸方面的合理利用及其相互影响，化学工业可持续发展的战略，推动化学工程向更高阶段发展

22、。 现代化学工业面临三大挑战：原料、能源、环境保护 化学工程的研究方法 早期的研究方法：化学工程初期的主要方法是经验放大，通过多层次的、逐级扩大的试验，探索放大的规律。这种经验方法耗资大、费时长、效果差。20 世纪初的研究方法：是相似论和因次分析，其特点是将影响过程的众多变量通过相似变换或因次分析归纳成为数较少的无因次数（无量纲）群形式，然后设计模型试验，求得这些数群的关系。用这两种方法归纳实验结果，甚为有效。 50 年代以后的研究方法：广泛应用数学模型方法。但即使采用了这个方法，实验工作仍占重要地位，基础数据要依靠实验测定，模型要通过实验得到鉴别，模型参数要由实验求取，模型可靠性要由实验验证。 5. 三者关系化学工程和化学工艺作为学科和技术，化学工业作为产业，互相促进，共同繁荣、发展和提高。由于化学工艺、化学工程和化学工业三者的密切关联、互相渗透，事实上“化工”这个词，已在人们习惯中成为一个总的知识门类(或学科)和事业(或专业)的代名词。化学工艺个性具体过程从原料到产品化学工程共性单元操作工程因素尤其是放大1.3 “化工”的特点1. 化工学科多样性 化工学科具有多样性的特征。化工学科是适应化学加工工业的需要而产生的，它是以化学、物理、数学等学科为基础，结合其他技术研究化工生产中的工艺过程、设备及其共同规律的工程学科。 利用化工学