化学工业课件

1第三章化学工业（视频1）概述案例1从化学到化工案例2合成氨生产的人文透视1第三章化学工业（视频1）概述2学习提纲化学工业化工概述化学到化工合成氨生产化工发展历史化工意义和作用化学工业现状化学和化工关系化工项目的开发化工生产的优化化工系统化学灾害为什么合成氨如何合成氨更好利用合成氨科学家事例了解：从历史观角度看化工发展历史及其对人类社会的重要意义。体验：科学模式与工程模式的差异，并初步运用批判性思维看待产业发展问题。体会：从人文角度透视生产过程，并理解实验室与相应化工产业发展的不同。目的：了解我国化学工业的现状，并初步培养用工程思维和批判性思维看待产业发展。工程技术史观2学习提纲化学工业化工概述化学到化工合成氨生产科学家事例了解3

事物系统普遍存在许多不同层次，而层次又通过许多中介相互联系和相互转化。无限多样的物质层次之间一定存在着内在的必然的转化联系；高级层次一定包含低级层次，复杂层次一定包含简单层次，因而转化联系必然导致包含联系；又由于物质层次具有质的相对稳定性，它们一旦通过转化形成之后，就同时并存于自然界之中，所以它们之间必然相互影响、相互制约、相互作用，彼此发生着交叉联系。

层次转化律3事物系统普遍存在许多不同层次，而层次又通过许多中介相互4

在任何系统中，整体性、结构性、动态性、开放性等都是有层次的，都具有层次性。自然界物质层次的普遍联系，包括不同层次之间的转化联系、包含联系和交叉联系，而不仅仅只有转化联系。

人类社会发展更替都是遵循由简单到复杂、由低级向高级发展；思维过程也经由主体——实践——客体——认识——主体——再实践——再认识这一层次转化规律的。其它系统亦然。层次转化律揭示了系统运动发展的具体途径4在任何系统中，整体性、结构性、动态性、开放性等都是有层5概述化学工业的发展历史化学工业是一门历史悠久、种类繁多的工业。早在数万年以前,人们就开始与化学工业结缘,如火的利用、炼铜、炼金、酿酒、火药、造纸、染料等

(说明1)。但对化学工业的系统研究,是始于美国麻省工学院化工系主任利特尔于1915年提出的单元操作的概念。单元操作概念的提出,不仅可把通常认为各不相同的独立的化工生产技术统一起来,而且使人们可以系统而深入地研究每一个单元操作的内在规律和基本原理,从而更有效地促进化工生产技术的发展。因此,化学工业也就是在近80年里得到飞速发展。特别是进入现代社会,化学工业在设备的改进与更新、绿色化学概念的提出以及计算机的应用等方面更是突飞猛进(说明2)，(视频5)。5概述化学工业的发展历史化学工业是一门历史悠久、种类繁多的（背景知识）化学工业在国民经济中的地位5-7%9-12%（背景知识）化学工业在国民经济中的地位5-7%9-12%化学工业在国民经济中的作用化学工业工业机械工业汽车制造业冶金工业电子工业国防工业农业棉织品橡胶化肥。。。化学工业在国民经济中的作用化学工业工业机械工业汽车制造业冶金8化学工业的广泛应用化工产品农业化肥、农药、杀虫剂造纸工业烧碱、漂白剂、黏合剂林产工业油漆、树脂、涂料纺织工业洗涤剂、漂白剂、染料日常用品化妆品、药品、肥皂冶金机械助熔剂、酸洗剂、表面处理剂8化学工业的广泛应用化工产品农业化肥、农药、杀虫剂造纸工业烧9“十一五”期间我国石化产业在全球所占比重增大、地位增强。2010年，8.88万亿元的总产值不仅使我国石化产业突破了万亿美元的历史大关，有望达到世界石化产值的1/4强。其中化学工业更以5.23万亿元(7700亿美元)的总产值超过美国7340亿美元，首次跃居世界第一。其次，我国化工产品已经由整体数量短缺转变成结构性短缺。在不受石油资源制约的无机原料、化肥、农药等领域，我国多数产品不仅满足国内需求，同时大量出口国外。据对石化产业内最重要的38种石化产品产值统计中，除了工程塑料和钾肥产值在全球屈居第五、六位外，其他产品全部位列前三，更有烧碱、纯碱、硫酸、硝酸、盐酸、电石等20余种产品在全球位居榜首。我国钾肥对外依存度平均保持在50%以上，这对我国粮食安全带来威胁。”

2011年进口量预计将达600万吨，对外依存度达到60%。9“十一五”期间我国石化产业在全球所占比重增大、地位增强。2部分行业产能扩张过快，出现了严重的产能过剩到2009年底，我国资源相对丰富的煤化工、盐化工领域中，大量行业已经出现了开工率严重偏低的局面，电石、甲醇、二甲醚、醋酸等行业的开工率分别为68.2%、42%、23%和55.5%；到2010年底，我国尿素产能超过国内需求30%以上；烧碱、纯碱产能过剩均在20%以上；轮胎行业中近一半产量依赖出口消化；规划中的煤制油、煤制烯烃项目的产能也已分别达4000万吨/年和1410万吨/年。片面追求发展速度导致我国环境形势日趋严峻，全社会的节能减排和环境压力不断增大。“十一五”末，石化行业废水、废气和固体废弃物，分别占全国各行业排放量的第一、第四和第五。10部分行业产能扩张过快，出现了严重的产能过剩到2009年底，我注：①劳动生产率为工业增加值除以从业人数，均以当年汇率（年末中间价）换算为美元。中国为全部国有及规模以上非国有企业数据，年份为1998年，其他国家为1993～1995年的企业数据。资料来源：引自郭克莎等著：《加入WTO后的中国工业》，经济管理出版社2003年版，第一章。11注：①劳动生产率为工业增加值除以从业人数，均以当年汇率（年末12从人文角度透视生产由物理学、化学演进出工程学，对人类社会的进步起到了巨大的推动作用。其最本质的是完成了传统的科学模式(或分析模式)集成现实生产生活向工程模式的转变，即形成了所谓的“工程模式”。集成现实生产生活科学模式―――――――――工程模式纵向思维―――――――――――横向思维抽象学习―――――――――――――――经验学习强调还原―――――――――――――――强调集成发展“有序”――――――――――――联系“无序”追求确定性――――――――――――处事调和中庸重分析―――――――――――――――――重综合重研究―――――――――――重设计、过程、制造注重问题求――――――――――――注重问题形成注重开发想法―――――――――――注重实现想法案例1从化学到化工——探路的历程

从实验室到产业12从人文角度透视生产案例1从化学到化工——探路的历程

13案例1从化学到化工——探路的历程

从实验室到产业3．化工生产过程优化（1）过程工业的特点(说明7)（2）过程的优化：离线优化、在线优化2．化工项目的开发（1）选型:(说明5）（2）放大：(说明6)1．化工与化学的联系与区别（1）联系：原理(说明3）（2）区别：规模(说明4）13案例1从化学到化工——探路的历程

144．系统单位系统/单元操作，装置（说明8）企业：药品、化妆品、试剂……产业：燃料化工—基本化工—精细化工（说明9）行业：上游/中游/下游

起始原料----基本原料----中间体----合成材料----化工制品社会生产流通体系（说明10）从化学到化工——探路的历程

从实验室到产业(续)5．化学灾害化学危险物质(鄂尔多斯羊毛衫，200＃荧光剂)量变与质变----好心办坏事(视频6）；渐变与突变----化学定时炸弹(说明10、视频7)；负变与正变----地球化学工程（说明11）144．系统单位系统/单元操作，装置（说明8）从化学到化15案例2合成氨生产的人文透视主要内容人为什么要合成氨？人如何合成氨？人如何更好地发展利用合成氨？

15案例2合成氨生产的人文透视主要内容16合成氨生产

（放热反应）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，ΔH=-92.4kj/mol(背景知识)16合成氨生产

（放热反应）N2(g)+3H2(g)=2NH17案例2合成氨生产的人文透视人为什么要合成氨？（说明12）认识的深入认识的反复

1900年法国化学家勒夏特列和德国能斯特（说明13）17案例2合成氨生产的人文透视人为什么要合成氨？（说明18案例2合成氨生产的人文透视人如何合成氨？ 实验室研究

工业规模生产合成氨生产的制约因素 工艺条件；设备极限；能耗 如何筹措条件攻克难关组织生产18案例2合成氨生产的人文透视人如何合成氨？ 191908年和1909年德国化学家哈伯(1)原料气的制取与净化(2)合成氨条件的确定(说明13)德国巴登苯胺纯碱公司－博施(说明14)(1)含铝镁促进剂的铁催化剂(2)低碳钢氢脆生铁内胆(说明15)(3)循环压缩工艺1913年日产30吨的合成氨工厂建成并投产合成氨的历程化学反应化工产业N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)191908年和1909年德国化学家哈伯合成氨的历程化学反应20合成氨生产的人文透视人如何更好地发展利用合成氨？合成氨技术的发展合成氨成就的最初命运

20合成氨生产的人文透视21技术进步

技术本身（说明16）

现状 目标 理论值协调组织 原料 （说明17） 规模 （说明18） 改造 进口与建厂内蒙古化肥厂引进的合成氨、尿素装置21技术进步技术本身（说明16） 内蒙古化肥厂22合成氨成就的最初命运哈伯法拉第居里夫人门捷列夫22合成氨成就的最初命运哈伯法拉第居里夫人门捷列夫ThankYouThankYou241：化学反应过程——化工生产的核心化学原理与物理原理交叉 分离过程－－热力学，流体力学，传热学，传质学 反应过程－－原子重排，工艺学，反应动力学 热力学，流体力学，传热学，传质学三传三转241：化学反应过程——化工生产的核心化学原理与物理原理交叉252526化学反应催生化工产业（返回）——制造业的基础与创新的源头20年代 合成氨－现代化工的起始：农业，炸药业40年代 石油催化裂化：汽车工业50年代 深层发酵：抗生素制药业60年代 乙烯裂解：三大合成材料～70年代 有机硅，高纯硅：硅材料工业80年代 人工脏器，动植物细胞培养：生物医学工程90年代 纳米管，超分子组装纳米－亚微米材料： 复合,多功能材料26化学反应催生化工产业（返回）——制造业的基础与创新的源头27放大阶段的研究内容工艺路线和单元反应操作方法的复查设备材质与型式的选择搅拌器型式与搅拌速度的考察反应热反应条件的进一步研究工艺流程与操作方法的确定反应和后处理物料衡算：是对任一化工生产过程的进入物料量、排出物料量和累积物料量进行衡算衡算式为：输入物料量-输出物料量＝累积物料量27放大阶段的研究内容工艺路线和单元反应操作方法的复查28（返回）工程放大方法反应工程任务提出工艺路线,原料配方,工艺条件确定小型热模,验证工艺条件,动力学研究大型冷模,验证反应器形式可行动力学方程表达式流动形式,混和模型,传质,传热,参数分布数学模型：物衡…热衡…热力学提供：参数方程,物性计算机合成求解中间讨论,验证工业装置模型修正工程研究工艺研究传统放大数值模拟实验方法论28（返回）工程放大方法反应工程任务提出工艺路线,原料配方,29工业类型

从原料到产品的生产过程中，由于产品不同而采用的生产方式也不同。如：炼钢、机械制造与石油化工、制药为不同的生产方式称为不同的工业类型。三种类型：

1、过程工业

2、离散工业

3、间歇生产29工业类型从原料到产品的生产过程中，由于产品不同而30过程工业

ProcessIndustries

过程：通过化学反应和物理变化将材料转化为产品。过程工业：又叫“流程工业”，一般为连续生产过程。如：石油、化工、制药、电力、冶金、轻工业、纺织、食品、医药、烟草等行业。在工业中有三分之二属于这一类。其特点：多伴随着传热、传质、相变、以及能量和动量的转换。例如：石油

汽油

加热、蒸馏、相变传热、传质、汽相、液相）

30过程工业ProcessIndustries

过程31离散工业

DiscreteIndustries

非连续生产或称单件生产的工业。例如：机械厂、机床厂、飞机、汽车、家电制造业等行业，从原材料------产品，伴随着机械加工、焊接等而不是通过物理和化学变化，这类工业叫离散工业。特点：单件生产、机加工。31离散工业DiscreteIndustries非连32批量生产（间歇过程）

BatchIndustries例如：二锅头的生产，药品的灭菌等特点：一批一批的生产。32批量生产（间歇过程）

BatchIndustries例33大规模连续生产存在的问题(1)工业过程复杂、大系统、互相关联-----

存在不确定性、时变、非线性。

(2)整体性：局部优化=/=全局优化，需协调控制。

(3)苛刻的环境三性安全性---人、设备、环境保护。经济性---高产、保质、低耗。稳定性---长期稳定运行。33大规模连续生产存在的问题(1)工业过程复杂、大系统20世纪40年代起，染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓硫酸和发烟硫酸的需要量迅速增加，许多工业部门对浓硫酸产品的纯度也提出了更高的要求，因而使接触法逐渐在硫酸工业中居于主导地位。硫酸工业已有

200多年的历史第一次世界大战的爆发，使欧美国家竞相兴建接触法装置，产品用于炸药的制造。这对接触法的发展颇具影响。第二次世界大战以后，硫酸工业取得了较大的发展，世界硫酸产量不断增长。18世纪后半期，纺织工业取得重大的技术进步，硫酸被用于亚麻织品的漂白、棉织品的酸化和毛织品的染色。吕布兰法的成功，又需大量地从硫酸和食盐制取硫酸钠。迅速增长的需求为初兴的硫酸工业开拓了顺利发展的道路。20世纪40年代起，染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓SO3+H2OH2SO42SO2+O22SO3催化剂加热4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高温化学原理化工生产流程SO3+H2OH2SO4反应条件的选择中蕴含的整体性思想（返回）接触催化在各反应条件下转化率：实际工业生产选择的条件：400°C——500°C0.1MPa（常压）理论上产率最高的反应条件反应条件的选择中蕴含的整体性思想（返回）接触催化在各反应条件37采用该流程，吨氨天然气总消耗约减少100m3（标），吨氨原燃料成本降低100元以上（如中原化肥厂、富岛化肥厂、锦西化肥厂等）。（返回）1999年37采用该流程，吨氨天然气总消耗约减少100m3（标），吨氨38化学工业的单元操作过程原料预处理粉碎，溶解，汽化，提纯等化学反应氧化，还原，氟化，硝化，羰基化等分离精制精馏，萃取，吸收，结晶等每一种单元操作都概括了化工生产中一类有共性的操作，从本质上归纳为动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程。三种传递过程和反应工程，即所谓的“三传一反”构成贯穿于化学工程学科研究的一条主线。

38化学工业的单元操作过程原预处理化学反应分离精制每一种单元39单元操作（返回）39单元操作（返回）40化工生产流通体系1、研究（Research）研制、改进新产品、新工艺选型拓展新产品的应用领域研究发明新过程及设备（模拟放大）2、开发（development）

放大（scaleup）中间试验、放大工业性试验、模拟放大40化工生产流通体系1、研究（Research）41化工生产流通体系（续）3、设计（design）流程设计（带控制点）工厂设计平立面设计、控制、环保关键设备设计（非标）（强度、机械）从基本原理出发4、建设（Construction）建设、试运行、交付生产

5、制造（Manufacturing）操作（Operation）生产（Production）41化工生产流通体系（续）3、设计（design）42化工生产流通体系（续）（返回）6、销售和技术服务（Salesandtechnicalservice）打开销路，帮助使用。7、经营管理（managementandadministration）

8、教育（education）

9、咨询（consultant）10、其它42化工生产流通体系（续）（返回）6、销售和技术服务43环境污染黎巴嫩首都贝鲁特的海滩被严重污染2006-07-29，黎巴嫩首都贝鲁特的海滩被严重污染。黎巴嫩环境部长当日称，由于以军轰炸了黎巴嫩的一个发电厂，造成数千吨燃油泄入地中海，使得地中海面临严重的环境灾难。43环境污染黎巴嫩首都贝鲁特的海滩被严重污染2006-07-44英国伦敦烟雾事件1952年2月，英国伦敦发生了一起震惊世界的烟雾事件。仅仅在4天之内，就有4000多名伦敦市民超常死亡。实际上就是煤烟污染空气，造成人们在短时间内吸入大量含毒物的烟雾，引起急性中毒，使体弱者不治身亡。未治理前每天向空中排放最高过200吨煤烟尘，如果市区上空发生逆温层，再加上特大浓雾降临，高度集中的工业区冒出来的大量二氧化硫和飘尘被浓震笼罩，扩散不开，就有可能引起居民急性中毒。伦敦从1873年到1965年共发生烟雾事件12起。44英国伦敦烟雾事件1952年2月，英国伦敦发生了一起震惊世45原始森林的覆灭沙尘困兰州45原始森林的覆灭沙尘困兰州沙尘暴席卷伊朗阿富汗和巴基斯坦462012年3月中旬美国宇航局地球观测站公布的卫星照片：发生在亚洲西南部的强沙尘暴沙尘暴席卷伊朗阿富汗和巴基斯坦462012年3月中旬美国宇航2010年04月24日甘肃出现沙尘暴,局地能见度接近0米472010年04月24日甘肃出现沙尘暴,局地能见度接近0米47482010年3月20日，什刹海变撒哈拉，沧海桑田482010年3月20日，什刹海变撒哈拉，沧海桑田492009年9月23日，悉尼布拉菲尔德高速公路。（一场罕见的沙尘暴席卷悉尼，将澳大利亚东部部分地区笼罩在一片红色风暴之中）492009年9月23日，悉尼布拉菲尔德高速公路。（一场罕见502009年7月，伊拉克首都巴格达，桔子树上布满沙尘。一场多年来最严重的沙尘暴今年夏天在这个国家肆虐。502009年7月，伊拉克首都巴格达，桔子树上布满沙尘。一场512009年4月席卷中蒙边境的沙尘暴导致北京紫禁城的云龙石雕蒙上一层尘土。512009年4月席卷中蒙边境的沙尘暴导致北京紫禁城的云龙石522009年3月，沙特阿拉伯首都利雅得笼罩在一片尘雾之中。522009年3月，沙特阿拉伯首都利雅得笼罩在一片尘雾之中。532008年10月，阿富汗喀布尔，一名年幼的阿富汗难民蜷缩在帐篷一角，躲避沙尘暴。532008年10月，阿富汗喀布尔，一名年幼的阿富汗难民蜷缩542003年，也门瓦迪穆尔(WadiMur)。一个骑着毛驴的男孩险些被沙尘暴吞没。542003年，也门瓦迪穆尔(WadiMur)。一个骑着毛552001年，马里，一群妇女被笼罩在沙尘暴之中。552001年，马里，一群妇女被笼罩在沙尘暴之中。561992年5月，从美宇航局“奋进”号航天飞机上看到的肆虐撒哈拉沙漠的沙尘暴。561992年5月，从美宇航局“奋进”号航天飞机上看到的肆虐571955年，一场罕见沙尘暴正在美国得克萨斯一座荒芜人烟的农场肆虐。（返回）环境污染（视频8）571955年，一场罕见沙尘暴正在美国得克萨斯一座荒芜人烟的58地球化学工程抬升陆地许多低平国家构成沉积盆地的一部分，在其沉积剖面中含有灰岩层。如果将硫酸灌注到这些灰岩中，它们会局部地转变成石膏。石膏的体积是它所借以生成的方解石的两倍，为调整体积的这种增大，反应位置之上的地面上升。这种效应可用于海岸防御，也开辟了抬升受到海面上升威胁的现存建筑的可能性。CO2

将CO2灌入部分报废的气田，可作为保持储层压力的手段来使用，以开发用其他方式己无经济价值的残留天然气。经地下风化反应呈碳酸盐形式固定下来的CO2

，在此后地质时期内都会被安全地储存起来。58地球化学工程抬升陆地59地球化学工程（返回）废弃物的自封闭隔离克里米亚的Armyansk，一座生产TiO2和化肥的工厂排放出废酸和其他废液，其数量约为1100万m3/a，流入一个围堵起来的浅海湾，使之成为最大的酸湖之一。由于废液是弱酸，而蒸发出的是纯水，到1996年湖水PH值为0.8左右，未发现这些酸渗入地下水。这是由于湖底是由碱性含碳酸盐粘土构成，酸与这种粘土反应生成强胶结石膏＋硬石膏层。59地球化学工程（返回）废弃物的自封闭隔离60哈伯成功地设计出合成氨的装置和工艺流程(1)原料气的制取与净化。炽热焦炭＋水蒸汽二氧化碳（溶水）＋氢气炽热焦炭＋（水蒸汽＋空气）一氧化碳＋二氧化碳(2)合成氨条件的确定。在600℃、200个大气压和锇作为催化剂的条件下,得到了产率约为8%的合成氨。60哈伯成功地设计出合成氨的装置和工艺流程61卡尔斯鲁厄大学80g/h的合成氨试验装置（返回）氨是世界上产量第二的化学制品,是制氮肥的主要原料,而且在国防、医药、化工纤维业上都占有重要的地位。

61卡尔斯鲁厄大学80g/h的合成氨试验装置（返回）氨是世界62德国当时最大的化工业——巴登苯胺和纯碱制造公司的另一个德国化工专家博施为首的研究小组价格便宜的催化剂：经过2500种不同的催化剂进行了6500次试验,终于得到了理想的含有少量K、Mg、Al和Ca的铁组催化剂——铁触媒。脱碳氢脆问题的解决：采用纯铁作合成塔衬里克服高压下氢气使钢铁脱碳的问题,从而真正地使合成氨从实验室走向生产。(3)循环压缩工艺：解决了氮、氢原料气的工业生产方法。这具有重大经济价值的成果,极大地促进了合成氨工业的普及和发展,也使博施获得了1931年诺贝尔化学奖。（返回）

62德国当时最大的化工业——巴登苯胺和纯碱制造公司的另一个德63早期氰化法：1898年，德国弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨，这种制氨方法称为氰化法。第一次世界大战期间，德国、美国主要采用该法生产氨，满足了军工生产的需要。氰化法固定每吨氮的总能耗为153GJ，由于成本过高，到30年代被淘汰。合成氨法：1909年，德国物理化学家F.哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5-20MPa和500-600℃下直接合成，反应器出口得到8％氨。哈伯提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。由于金属锇稀少、价格昂贵，又研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题，如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法，都被巴登苯胺纯碱公司公司的博施所解决，并于1913年建成日产30t合成氨的装置。其他国家在此基础上先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法。到30年代初合成氨成为广泛采用的制氨方法。70年代以来，合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属冶炼以及催化剂研制等方面的发展，还对一些化学合成工业，如尿素、甲醇和高级醇、石油加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用。(返回)63早期氰化法：1898年，德国弗兰克等人发现空气中的氮能被64自从合成氨工业化后，原料构成经历了重大的变化。①煤造气时期：一战结束，很多国家建立了合成氨厂，开始以焦炭为原料。20年代，随着钢铁工业的兴起，出现了用焦炉气深冷分离制氢的方法。焦炭、焦炉气都是煤的加工产物。为了扩大原料来源，曾对煤的直接气化进行了研究。1926年，德国法本公司采用温克勒炉气化褐煤成功。二战结束，以焦炭、煤为原料生产的氨约占一半以上。②烃类燃料造气时期早在20-30年代，甲烷蒸汽转化制氢已研究成功。50年代，天然气、石油资源得到大量开采，由于以甲烷为主要组分的天然气便于输送，适于加压操作，能降低氨厂投资和制氨成本，在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后，以天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。接着抗积炭的石脑油蒸汽转化催化剂研制成功，缺乏天然气的国家采用了石脑油为原料。60年代以后，又开发了重质油部分氧化法制氢。到1965年，焦、煤原料比例仅占5.8％。合成氨工业的原料构成由固体燃料转向以气、液态烃类燃料为主的时期。(返回)64自从合成氨工业化后，原料构成经历了重大的变化。651999年(返回)651999年(返回)66合成氨装置大型化由于高压设备尺寸的限制，50年代前，最大的氨合成塔能力不超过日产200t，60年代初不超过日产400t。随着由汽轮机驱动的大型、高压离心式压缩机研制成功，为合成氨装置大型化提供了条件，大型合成氨厂的数目也逐年增多。合成氨厂大型化通常指规模在日产540t以上的单系列装置。1963和1966年美国凯洛格公司先后建成世界上第一座日产540t和900t氨的单系列装置。从此，大型化成为合成氨工业的发展方向。近30多年来，新建装置大多为日产1000～1500t氨，1972年建于日本千叶的日产1540t氨厂是目前世界上已投入生产的最大单系列装置(返回)

。66合成氨装置大型化67压力容器的氢脆是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。介质中含氢的容器是否会发生氢脆，主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。温度越高、氢分压越突，碳钢的氢脆层就越深，发生氢脆破裂的时间也越短，其中温度尤其是重要因素。钢的含碳量越高，在相同的温度和压力条件下，氢脆的倾向越严重。氢在常温常压下不会对钢产生明显腐蚀，但当温度超过300℃和压力高于30MPa时，会产生氢脆，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置等(返回)。

67压力容器的氢脆是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强68古代化学工艺的出现公元前四千年到两千年间，人类开始进入奴隶制社会，从石器时代跨入金属时代，原始的狩猎经济也开始让位于农业和畜牧业，紧接着手工业出现了。金属劳动工具的制造是建立在金属冶炼和锻铸的基础上，农业和畜牧业的兴起带来的是酿造、鞣革以及漂染等行业，当时的制陶（视频2）、金属冶炼、酿造等等是最早的实用化学，是最早的化学工业。68古代化学工艺的出现公元前四千年到两千年间，人类开始进入奴69近代化学工业的兴起

十八世纪中期的英国工业革命最先从轻工业开始：由于轻工业需要投资较少，资产周转较快，获利较易。在轻工业中，纺织业的机械化促进了纺织品大幅度增加，使传统漂白、染色工艺上升为纺织业发展的主要矛盾。最早英国纺织所用的酸是有机酸；碱用的是草木灰，是用海藻烧制成的。不能满足发展起来的漂白、染色等工业生产需要。于是出现了生产硫酸的铅室法。同时，不仅纺织业需要碱，肥皂，玻璃、造纸等工业也需要碱，这就促进了利用食盐和硫酸为原料制取纯碱方法的出现。由于综合利用原料，不仅能生产纯碱，许多化工产品如盐酸、漂白粉、烧碱等等均围绕着这个方法开展起来，从此以无机酸碱为主要内容的近代无机化学工业在技术不断改革中迅速发展。69近代化学工业的兴起十八世纪中期的英国工业革命最先从轻工70近代化学工业的兴起（续）工业革命带来的是大量机器的制造；机器工业的发展又促进交通运输业的革新。这些都增加了对金属材料的需要，特别是钢铁，推动了冶铁的发展。在冶铁中使用的大量焦炭，是由煤炼焦得到的。煤炼焦中得到的煤焦油曾被作为废物处理，不仅污染环境，而且造成公害。这就促使化学家们进行分析，加以利用。在十八世纪末到十九世纪初的期间里，化学知识还很肤浅，试验使用的仪器也很简陋，但是由于社会的需要，化学家们不怕困难，勇往直前，对煤焦油进行了研究，先后分离出许多种有机芳香族化合物，推动了分析化学、有机化学以及物质结构方面理论的发展，带来了新的染料、医药，开辟了近代有机化学工业。从十七世纪末到二十世纪初，化学工业处在以煤为主要原料的煤化工时代。70近代化学工业的兴起（续）工业革命带来的是大量机器的制造；71现代化学工业的发展

现代化学工业就是合成产物的阶段。由于石油的大规模开采，石油的炼制、裂化和重整为化学工业提供了大量原料。这就促进了合成塑料（视频3）、人造纤维、人造橡胶（视频4）等现代化学工业的发展。由于人口增长，社会需要提供更多粮食，因而现代化肥、农药的生产迅猛发展；资本主义的高度垄断使它转变成帝国主义，对外进行掠夺，发动战争，推动军事化工的发展；化学工业生产日益大型化、复杂化，兴起了化学工程学---构成了现代化学工业的内容。二十世纪二十年代，由于化工技术的发展，石油馏分开始被用作化工原料，并在很大程度上取代了煤化工，逐步形成石油化学工业。(返回）71现代化学工业的发展现代化学工业就是合成产物的阶段。72（背景知识）化学工业的发展大事表近代化学工业始于18世纪初的法国，后来传入了英国。18世纪中叶，英国在伯明翰建立了世界上第一个铅室法制硫酸的工厂，稍后，法国则在巴黎附近建成了世界上第一个用吕布兰法制碱的工厂，奠定了今日无机化工产品生产的基础。19世纪初，德国开发展以煤为原料的有机化学工业，到了19世纪下半叶，已能从煤焦油中提取芳烃。

19世纪上半叶，俄国建立了世界上第一座炼油厂。19世纪下半叶，汽车发动机和柴油发动机相继问世，进一步促进了炼油工业的发展。

1888年，美国麻省理工学院的L.M.Norton教授开设了化学工程选修课，主要讲授工业化学与化工机械，从此，一门新的学科--化学工程出现了。1901年，美国化学顾问、英国人G.E.Davis撰写了世界上第一部化学工程教科书，即AHandbookofChemicalEngineering。

1908年6月22日，在美国费城成立了美国化学工程师学会（AIChE），该学会的成立进一步促进了化学工程学科的发展。

72（背景知识）化学工业的发展大事表近代化学工业始于18世纪73（背景知识）化学工业的发展大事表(续)1915年，美国麻省理工学院的A.D.Little教授提出了单元操作的概念，研究物理加工过程的规律，如粉碎、混合、加热、焙烧、吸收、冷凝、浸滤、沉降、结晶、过滤、溶解和电解等。1923年，出版了由路易斯和麦克亚当斯合编的化学工程的第一本教科书《化工原理》。这本书对单元操作的理论作了很好的总结性阐述。1935年，美国Purdue大学的R.N.Shreve教授提出了单元过程的概念，研究化学变化过程的规律，如烷基化、氧化、硝化和磺化等。

到第二次世界大战结束时，整个化学工程处于一个单元操作与单元过程时代。此时人们着重研究物理变化过程和化学变化过程的规律。

20世纪上半叶，化学工业的几个重大分支，如无机化学工业、有机化学工业、高分子化学工业石油化学工业、生物化工、核化工均得到了重大发展。

1960年，著名的R.B.Bird教授及其同事们写出了《传递现象》一书。该书被认为是今日人们对化学工程理论认识上的一个重要里程碑。

第二次世界大战以后，化学工程由单元操作与单元过程时代进入了“三传一反”时代，进入了以化学反应工程和传递过程原理为依据，以数学为工具研究动量传递、能量传递、质量传递和宏观动力学规律的时代。今日化学工程时代，电子计算机的应用已深入到化学工程的每一个分支。从学科角度看，今日化学工程主要包含四大分支：化学工程热力学、化学反应工程学、传递过程原理、化工系统工程。(返回)73（背景知识）化学工业的发展大事表(续)1915年，美国麻哈伯1918年，德国化学家弗里茨·哈伯（FritzHaber1868-1934）因氨的合成被授予诺贝尔化学奖。他采用了过渡金属锇为催化剂，并使未反应的气体原料循环利用，首次取得具有工业化价值的合成氨的方法，并立即为德国巴登苯胺纯碱公司(BASF)所采用。哈伯的合成氨方法，使人类摆脱了农业肥料只能使用天然氮肥的困难局面，这也是他一生中最大的贡献。然而，哈伯的获奖仍引起了极大的争议，尤其是英法两国对这一结果表示强烈的抗议，原因是在第一次世界大战中哈伯担任了德国施行毒气战的科学负责人。74哈伯1918年，德国化学家弗里茨·哈伯（FritzHabe哈伯哈伯在一战前在德国卡尔斯鲁厄工业大学任物理化学和电化学教授，后任威廉皇家物理化学和电化学研究所所长兼柏林大学教授。第一次世界大战期间，哈伯主持了炸药和毒气的生产，德国首先施放氯气毒气于战场，造成了英法军队约15000人的中毒，使当时战事不利的德国重新获得战争的主动。这是军事史上第一次大规模使用杀伤性毒剂的现代化学战的开始,哈伯也因此被后人称为“化学武器之父”。哈伯认为毒气进攻乃是一种结束战争、缩短战争时间的好办法。哈伯曾经说：“一名科学家在和平时期属于全人类，但在战争中属于他的祖国。75哈伯哈伯在一战前在德国卡尔斯鲁厄工业大学任物理化学和电化学教哈伯（返回）使用毒气进行化学战，在欧洲各国遭到人们的一致谴责，哈伯在受到妻子等多人的斥责后仍然不遗余力地潜心研究威力更大的新型毒气弹，他的妻子因此而自杀。哈伯于1916年辞去化学兵工厂生产的职务。战争结束后，他害怕被当作战犯而在乡下躲避了半年。此后，他致力于科学研究，设计了一种从海水中提取黄金的方案，希望以此来支付德国的战争赔款，但他没有成功。1933年纳粹上台后，他因犹太血统被免去威廉皇家物理化学和电化学研究所所长职务，以访问学者身份流亡英国，在剑桥大学卡文迪许实验室工作数月后去罗马，途中在瑞士逝世。76哈伯（返回）使用毒气进行化学战，在欧洲各国遭到人们的一致谴责法拉第（返回）同样是面对祖国参与的战争，英国著名物理学家和化学家麦克尔·法拉第则有完全不同的观点。在1853至1856年的克里米亚战争期间，俄国攻打土耳其，英国与法国联合去救助土耳其，在黑海北部克里米半岛冲突激烈，死伤很多。英国政府请求法拉第协助军方发展瓦斯毒气，法拉第的回答是：“这个方案的确是可行的，但是我绝对不会做这种事。”在这场残酷的战争中，英法联军虽然最后获胜，但是却付出了惨重的代价。

无论是第一次世界大战还是克里米亚战争都是几个欧洲大国之间发生的冲突，是为了争夺地区的特权或是重新划分势力范围而引发的战争。77法拉第（返回）同样是面对祖国参与的战争，英国著名物理学家和化居里夫人（返回）居里夫人将自己发现的新的放射性元素命名“钋”。就是为了纪念她的祖国波兰。她将自己的论文寄回华沙，论文在华沙和巴黎同时发表，可以说是她对祖国最好的回馈。在第一次世界大战期间，她和她的长女I·约里奥·一起参加战地医疗服务，担负伤员的X射线透视工作，她积极提倡把镭用于医疗方面，使辐射治疗（早企业成为居里治疗）得到推广和提高，进而造福于人类。

1934年在纽约举行的悼念会上，爱因斯坦致了如下的悼词：“她性格刚强，她思念纯正，她严以律已，她处事客观和廉洁——所有这些品质很少在一个人身上兼而有之。她每时每刻都感到自已是在社会服务，而她伟大的谦虚不曾给她留下自我欣赏的余地......78居里夫人（返回）居里夫人将自己发现的新的放射性元素命名“钋”门捷列夫门捷列夫的一生，可用他自己的“人的天资越高，他就应该多为社会服务”来说明之。

门捷列夫1834年工月27日生于一个多子女家庭。父亲是一个中学校长。他出生那年，父亲突然双目失明，不得不停止工作。门捷列夫在艰难的环境中成长。不久，父母先后去世，门捷列夫在一个边远城市上中学。那里教育水平很差。在大学一年级时，他是全班28名学生中的第25名。但他奋起直追，大学毕业时便跃居第一名，荣获金质奖章，二十三岁时成为副教授，三十一岁时成为教授。

79门捷列夫门捷列夫的一生，可用他自己的“人的天资越高，他就应该（返回）门捷列夫(视频9）门捷列夫在写作《有机化学》一书时，几乎整整两