化学工程与工艺专业导论——2015

材料与化学工程学院张定明教授级高工TEL：13320800163E-mail:[e-mail]２０１5级化学工程与工艺专业导论2婺源东拉山大峡谷云南元阳梯田禾木２０１5级化学工程与工艺专业导论3成都北京提纲２０１5级化学工程与工艺专业导论4科学、技术、工程2学科与高等工程教育3化学工程与工艺4化学工业1化学工业：将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应，使其性质或形态发生变化，定向加工成需求的化学产品的工业。化学工业分类：美国：生产基础化工产品的企业和以化学方法为主进行化学产品加工的企业。中国：基础化学工业、化肥工业、石油化学工业、精细化学工业、其他化学工业。２０１5级化学工程与工艺专业导论51.化学工业简单了解的一些知识简单了解的一些知识中国的化工行业简单情况：化学矿山（磷、硫、硼、铝、钒、铁、石灰石等等)；酸碱（硫酸、盐酸、硝酸、烧碱、纯碱等等）；无机盐（磷酸及盐、小苏打、碳酸钾、硝酸钠、氯化锌、硫酸铝等等）；化肥（氮肥、磷肥、钾肥）；化学农药（敌白虫、乐果、敌敌畏、草甘膦、杀虫双等等）；电石及加工品；塑料；橡胶；染料；涂料；增塑剂；助剂；造纸；表面活性剂；感光；磁性；医药；橡胶加工等等不计其数。２０１5级化学工程与工艺专业导论6简单了解的一些知识化学工业原料：无机（空气、水、化学矿物）；有机（煤、石油、天然气、生物质）化学工业特点：种类繁多、工艺复杂、装置型规模经济、资金技术密集、高能耗、易污染高污染等化学工业的发展：18世纪中（硫酸）、19世纪中（制碱）20世纪初（合成氨）20世纪中（石油工业）20世纪后(精细化工）２０１5级化学工程与工艺专业导论7简单了解的一些知识中国化学工业发展：1876年天津第一个2吨/天的铅式法制硫酸厂；除少数工厂生产基础原料外，大多只有生产油漆、橡胶制品、医药制剂、染料等加工产品，到1949年国内化工产品仅100多种，主要产品化肥0.6万吨、硫酸11万吨、烧碱1.5万吨、纯碱8.8万吨、全部化工产品仅1.77亿元，占工业总产值的1.6%。２０１5级化学工程与工艺专业导论8简单了解的一些知识目前（2014年数据）我国主要产品化肥约7000万吨，纯碱2600万吨，烧碱3200万吨，硫酸9000万吨，2014年化工行业主营业务收入8.8万亿元，占全国工业的15%，可以看出是相当迅猛的。大家关心的就业问题表面上看，行业发展快，似乎就业机会也多，没错，但发展速度超过需求，产能大量过剩，大量企业停产、倒闭，大量的失业产生。２０１5级化学工程与工艺专业导论9简单了解的一些知识化工行业在2008年9/15世界金融危机后，目前行业严重过剩，超前发展5-10年，行业开工率40-80%，化工行业细分不超过5个行业产能不过剩。近期有些新闻，也许很多人都知道，如中石油某较好效益的上市公司与学生签订的定向招生合同，由于企业状况要求延期一年；又如浙江龙圣、浙江闰土两个知名业绩较好的上市公司，由于行业状况不好将裁员400人以上等等，可以看出，不正常的发展，给就业带来巨大影响。２０１5级化学工程与工艺专业导论101.1化学工业企业简单举例２０１5级化学工程与工艺专业导论11产品：六氟化硫;氟橡胶;氟树脂;环氧树脂;聚苯酯;全氟辛酸;聚四氟乙烯制品;四氟丙醇;硅油;硅橡胶;无水氟化氢;氟制冷剂;有机玻璃;化工防腐设备及工程;化工机械设备及配件中昊晨光化工研究院有限公司产品：烧碱、液氯、盐酸、PVC、三氯乙烯、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、水合肼、甲酸、甲酸钠、水泥、电石、黄磷等宜宾天原集团有限公司1.1.1化学工业企业简单举例２０１5级化学工程与工艺专业导论1212贵州开磷集团昊华鸿鹤化工有限责任公司纯碱、烧碱、甲烷氯化物、氯化铵、小苏打、pps、三氯乙烯、R22、饲料级磷酸氢钙、复混肥等40余种产品磷矿石、高浓度磷肥、合成氨、甲醇、硝酸铵、硝酸、硝硫基复合肥、黄磷、高纯磷酸、季戊四醇、无水氟化氢、白炭黑、磷石膏砖及系列配套新型建材产品。２０１5级化学工程与工艺专业导论13高压聚乙烯硅橡胶制品PPS短丝尿素1.1.2现代化工２０１5级化学工程与工艺专业导论141.2化学工业的分类原料——石油化学工业、煤化学工业、生物化学工业、农林化学工业等。产品吨位——大吨位产品、精细化学品按化学特性——无机化学工业、有机化学工业按我国的统计方法——硫酸工业、制碱工业、。。。。２０１5级化学工程与工艺专业导论15远古及古代——工业——化学加工方法——制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸（中国古代常用石灰水或草木灰水，现代以烧碱将竹、树皮等蒸煮脱胶，将纤维分散）以及医药、火药（一硝、二磺、三木炭）、肥皂（油脂与烧碱反应）等。酒——夏禹已用酒于祭祀冶金化学技术————夏商的，春秋战国进入铁器时代炼丹术、炼金术——公元前后，中国和欧洲进入炼丹术、炼金术时期，带动了冶炼及制药的发展。1.3化学工业发展概况➢古代的化学加工２０１5级化学工程与工艺专业导论16➢近代化学工业的兴起1.3化学工业发展概况硫酸工业简介硫酸工业已有200多年的历史。早期的硫酸生产采用硝化法，此法按主体设备的演变又有铅室法和塔式法之分。19世纪后期，接触法获得工业应用，目前已成为生产硫酸的主要方法。早期的硫酸生产15世纪后半叶，B.瓦伦丁在其著作中,先后提到将绿矾与砂共热,以及将硫磺与硝石混合物焚燃的两种制取硫酸的方法。约1740年，英国人J.沃德首先使用玻璃器皿从事硫酸生产，器皿的容积达300l。在器皿中间歇地焚燃硫磺和硝石的混合物，产生的二氧化硫和氮氧化物与氧、水反应生成硫酸，此即硝化法制硫酸的先导。２０１5级化学工程与工艺专业导论171789年吕布兰制碱简介1789年，法国奥尔良地区封建主公爵的侍从医生吕布兰（N．Leblanc,1742—1806）成功地创造了一种制碱的方法，1791年获得专利，建立起日产250~300kg的碱厂。吕布兰制碱法所用的原料除食盐外，还有硫酸、木炭和石灰石。生产主要分3步：第一步利用硫酸将食盐转变为硫酸钠：吕布兰制碱法图册2NaCl+H2SO4===Na2SO4+2HCl第二步将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳：Na2SO4+4C===Na2S+4CO↑接着硫化钠与石灰石进行反应，生成碳酸钠和硫化钙：Na2S+CaCO3===Na2CO3+CaS由于产物中混有未反应的黑炭，因此产物成黑色灰状物，称为黑灰。黑灰中含40%~45%的碳酸钠。第三步将黑灰用水浸取，溶液经浓缩后碳酸钠结晶析出。硫化钙不易溶于水，沉淀成渣子被弃掉。２０１5级化学工程与工艺专业导论181789年吕布兰制碱简介1823年英国政府宣布食盐免税，促进了英国以食盐为原料的化学工业的发展。企业家马斯普拉特（J．Muspratt，1793—1886）抓住这一时机，将吕布兰法传到英国，先后在利物浦、牛顿、佛来明顿等地建厂，到1886年，英国已用吕布兰法制取百万吨纯碱。吕布兰法的副产品氯化氢最初排入大气。英国议会通过管理条例，迫使生产者必须回收它。1836年肥皂制造商科塞（W．Gossage，1799—1877）创造用焦炭填充的洗涤塔。在塔内使从塔底上升的氯化氢气体被下降的水吸收，制得盐酸。２０１5级化学工程与工艺专业导论191789年吕布兰制碱简介1822—1876）和胡尔特（F．Hurter，1844—1896）将此氯化氢气体与预热的空气混合通过铜和锰的氧化物，生成氯气：4HCl+O2===2H2O+2Cl2然后将氯气通入石灰水中，得到漂白液：2Cl2+2Ca(OH)2===ca(clo)2+CaCl2+2H2O工业化学家钱斯（A．M．Chance，1844—1917）将含有二氧化碳的烟道气通入生产废料中，使废料硫化钙转变成硫化氢，然后用氧气氧化成硫磺：CaS+CO2+H2O===CaCO3↓+H2S2H2S+O2===2S↓+2H2O这样不仅革新了吕布兰法，又获得了一系列的副产品，使吕布兰法形成一个化工生产系统。化学工业就这样逐渐兴起。２０１5级化学工程与工艺专业导论20２０１5级化学工程与工艺专业导论21美国美国炼油厂硝化甘油工厂高分子、染料、医药规模小，炼油用于燃料和润滑油，未与化工联系原油分馏汽油、重质油——副产品1863年发明了TNT无机化工规模大，完整的酸、碱、氯体系1854年1860年1862年19世纪石油工业的兴起1.3化学工业发展概况２０１5级化学工程与工艺专业导论221.3化学工业发展概况➢现代化学工业•1913年哈柏法合成氨投产•1916年实现了氨氧化制硝酸合成氨石油化工(插讲产业链）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。20世纪30年代后，热裂化和催化裂化分别工业化，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。基本知识简单介绍哈伯法合成氨氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一，传统的工业合成氨技术是德国人哈伯(FritzHaber)在1905年发明的，因此也被称为哈伯法合成氨。哈伯本人也因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要20~50MPa的高压和500℃的高温，并用铁作催化剂。氢气和氮气在催化剂、高温、高压下合成氨，转化率为10%-15%。近一个世纪了，全世界都这样生产氨。氨氧化法制硝酸硝酸工业与合成氨工业密接相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，其主要流程是将氨和空气的混合气(氧:氮≈2:1)通入灼热(760~840℃)的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。稀硝酸、浓硝酸、发烟硝酸的制取在工艺上各不相同。反应在高温高压条件下进行。２０１5级化学工程与工艺专业导论23２０１5级化学工程与工艺专业导论24聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维等齐聚的纤维工业化脲醛树脂聚苯乙烯有机玻璃聚氯乙烯低密度聚乙烯合成树脂与合成纤维德国分别进行聚酰胺6纤维、聚氨乙烯纤维的的工业化美国杜邦公司实现聚酰胺66纤维工业化1928年1939年1941、1946年1950年以后1.3化学工业发展概况２０１5级化学工程与工艺专业导论25硅橡胶、聚氨酯橡胶合成橡胶苏联、德国——丁纳橡胶合成橡胶产量飞速增加法本公司杜邦公司氯丁橡胶丁晴橡胶丁苯橡胶1931年1935年1937年二战时期丁基橡胶1.3化学工业发展概况简单知识介绍氯丁橡胶：氯丁二烯为主要原料，通过均聚或少量其它单体共聚而成。被广泛应用于用于抗风化产品、粘胶鞋底、涂料和火箭燃料丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶。广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的。丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。丁基橡胶是合成橡胶的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成。一般被应用在制作汽车轮胎以及汽车隔音用品里面。２０１5级化学工程与工艺专业导论26２０１5级化学工程与工艺专业导论2718-19世纪：硫酸20世纪：乙烯21世纪：精细化率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。精细化学品——品种多，变化快，换代快，研发人员多于生产人员精细化学品精细化率化学工业的发展标志1.3化学工业发展概况２０１5级化学工程与工艺专业导论28化肥：氮肥、磷肥、钾肥。。。农药：高效、低毒、安全植物激素及生长调节剂其他：农膜、土壤改良剂、饲料添加剂等化工与农业化学合成制药、生物制药、中药制药化工与医药1.4化工在国民经济中的地位化学工业是国民经济的支柱产业之一。２０１5级化学工程与工艺专业导论291.4化工在国民经济中的地位衣——尼龙、涤纶、腈纶、莱卡、染料等食——粮食、酒