化學(xué)工藝學(xué)發(fā)展和原理

1、 化學(xué)工藝學(xué)發(fā)展和原理 前 言化學(xué)是研究物質(zhì)變化和化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)，是與材料、生命、信息、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等有密切交叉和滲透的中心科學(xué)?；な抢没A(chǔ)學(xué)科的原理，實現(xiàn)物質(zhì)和能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，解決規(guī)模生產(chǎn)的方式和途徑等過程問題的科學(xué)?！盎ぁ?？ 怕 怕？空氣、水、土壤、食品等領(lǐng)域面臨挑戰(zhàn)人的衣食住行離不開化學(xué)化工化學(xué)化工是人類進(jìn)步的“工具”，如何用好化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)：附加值高，永久產(chǎn)業(yè)；實例：德國是全球化工生產(chǎn)大國，營業(yè)額位居歐洲首位、全球第四；二戰(zhàn)前期：德國化工產(chǎn)業(yè)污染大，產(chǎn)能高；如今：藍(lán)天白云、花草樹木與廠房林立、管道縱橫的設(shè)備和諧共存；阿司匹林和香奈兒5號香水發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋

2、白（green fluorescent protein, GFP） 美國伍茲霍爾海洋研究所的科學(xué)家下村修（Osamu Shimomura） 哥倫比亞大學(xué)的馬丁沙爾菲（Martin Chalfie） 加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的錢永健（Roger Y. Tsien） 2008年諾貝爾化學(xué)獎PE的化學(xué)合成反應(yīng)n CH2=CH2催化劑P、TCH2=CH2nPE化學(xué)工藝思考問題1.乙烯單體的純度、輸送2.反應(yīng)過程所需溫度、壓力如何保持3.催化劑的選擇以及添加量4.產(chǎn)品的分離提純，溶劑、催化劑的回收 PE生產(chǎn)工藝條件聚合溫度：合適的溫度范圍為60-70 。聚合壓力：。催化劑：Al(C2H5)3-TiCl4

3、；生產(chǎn)聚乙烯的乙烯的工藝過程包括： 引發(fā)劑的配制、聚合、分離、凈化與干燥、溶劑回收等。重組分三乙基鋁四氯化鈦乙烯引發(fā)劑配制精制處理水處理水聚乙烯成品造粒過濾干燥干燥干燥精制循環(huán)稀釋劑閃蒸閃蒸去分餾輕組分濕聚合物稀釋劑反應(yīng)器精餾塔分餾塔回餾罐PE生產(chǎn)工藝流程 化學(xué)工藝學(xué) 在化學(xué)、物理和其它科學(xué)成就基礎(chǔ)上，研究綜合利用各種原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原理、方法、流程和設(shè)備； 目的：經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性、安全性該課程學(xué)習(xí)方法及要求 1、目標(biāo)產(chǎn)品 2、工藝路線 3、反應(yīng)熱力學(xué) 4、反應(yīng)動力學(xué) 5、特點（吸熱、放熱；各步收率等） 6、實現(xiàn)過程反應(yīng)設(shè)備、適宜的傳熱傳質(zhì)方式、分離手段等 7、典型工藝要求： 1、“廣”可利用

4、任何相關(guān)學(xué)科的手段、方法解決問題； 2、“約”特別強(qiáng)調(diào)必須以實驗數(shù)據(jù)為根據(jù)?？倢W(xué)時：64學(xué)時總評成績平時成績（包括作業(yè)、討論、平時聯(lián)系） 期中考試成績 期末考試成績平時成績占20期中考試成績 20期末考試成績占60化工熱力學(xué) 傳遞過程原理分離工程反應(yīng)工程化學(xué)工藝學(xué) 化工專業(yè)實驗化學(xué)工程與工藝核心課程群的基本框架1.1 化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇1.2 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位與作用1.3 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展方向1.4 化學(xué)工業(yè)的原料資源和主要產(chǎn)品 第1章 緒論 化學(xué)工業(yè) (chemical industry) 化學(xué)工藝 化學(xué)工程 chemical technology chemical engin

5、eering 1.1 化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇 化學(xué)工藝個性研究具體過程從原料到產(chǎn)品 化學(xué)工程共性單元操作工程因素尤其是放大效應(yīng) 兩者相輔相承，密不可分 過程最優(yōu)化 共同規(guī)律 化學(xué)工藝 (chemical technology or chemical processing) 將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程 技術(shù)先進(jìn) 經(jīng)濟(jì)合理 生產(chǎn)安全 環(huán)境無害化 工 生 產(chǎn) 過 程1.2 化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位和作用制陶、釀造、冶煉制堿、制酸、煤化學(xué)、合成氨石油化工高分子化工：合成材料新興的化學(xué)工業(yè)18世紀(jì)以前作坊式手工工藝18世紀(jì)初葉建成了第一個典型的化工廠 ,鉛室法硫酸廠 18世紀(jì)末期, 路布

6、蘭法制堿工藝出現(xiàn) 從18世紀(jì)到20世紀(jì)初期，以酸、堿為基礎(chǔ)的無機(jī)化工初具規(guī)模；同期，在德國首創(chuàng)了肥料工業(yè)和煤化學(xué)工業(yè)，人類進(jìn)入了化學(xué)合成的時代 20世紀(jì)初，合成氨工藝有力地促進(jìn)了無機(jī)和有機(jī)化工的發(fā)展 自20世紀(jì)初期以來，石油化工的興起,高分子化工蓬勃發(fā)展起來 ,進(jìn)入合成材料的時代 近年來，世界各國都高度視發(fā)展高新技術(shù)，復(fù)合結(jié)構(gòu)材料 、信息材料、納米材料 等，生物化工產(chǎn)業(yè) 原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(fù)雜性 大型化、綜合化、精細(xì)化率提高 多學(xué)科、生產(chǎn)技術(shù)密集型 能量合理利用，節(jié)能工藝和方法 資金密集，投資回收速度快，利潤高 安全和環(huán)境保護(hù)1.3 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展方向特點原料、方法和產(chǎn)品的多

7、樣性與復(fù)雜性 例：異丙醇胺的生產(chǎn)聯(lián)堿法：（侯氏制堿法）原料：產(chǎn)品：主要反應(yīng)方程式： 大型化、綜合化、精細(xì)化率提高例：純堿的生產(chǎn)。 純堿的用途：主要用于玻璃、肥皂、工業(yè)用水凈化、造紙、紡織、印染、制革、鋼鐵、有色金屬冶煉等聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝流程：一次吸氨加鹽冷卻結(jié)晶過濾分離加熱二次吸氨碳化塔碳酸化冷卻結(jié)晶結(jié)晶煅燒冷卻包裝結(jié)晶干燥過濾分離NaCl母液氣體CO2母液NH4Cl產(chǎn)品返堿純堿產(chǎn)品析出重堿母液NH3CO2 高新技術(shù)，縮短開發(fā)周期 最充分、最徹底地利用原料 大力發(fā)展綠色化工 化工過程要高效、節(jié)能和智能化 實施廢棄物再生利用工程1.3 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展方向發(fā)展方向.化工生產(chǎn)中加快研究、開發(fā)

8、、利用高新科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品。.化工生產(chǎn)原料應(yīng)充分利用在化工生產(chǎn)中提倡設(shè)計和開發(fā)“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”，該概念是美國化學(xué)家于1991年提出的，“在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)使原料中的每一個原子都結(jié)合到目標(biāo)分子即產(chǎn)物中，不需要利用保護(hù)基團(tuán)或離子基團(tuán)，因而不會有副產(chǎn)物或廢物生成”。即最大限度地利用原料和最大限度地減少廢物排放。.化工生產(chǎn)中大力發(fā)展綠色化工，生產(chǎn)過程中應(yīng)做到“零排放”采用無毒、無害的原料、溶劑和催化劑。利用反應(yīng)選擇性高的催化劑和工藝流程。將副產(chǎn)物和廢物轉(zhuǎn)化為有利用價值的產(chǎn)品。淘汰污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡的產(chǎn)品，開發(fā)對生態(tài)環(huán)境友好產(chǎn)品。實施廢棄物再利用工程。.化工生產(chǎn)過程要實現(xiàn)高效、節(jié)能及智能化生產(chǎn)(例如生產(chǎn)中

9、的DCS控制系統(tǒng))。(5).實施廢棄物再生利用工程例如廢舊輪胎、廢棄農(nóng)作物、廢塑料、廢水、廢渣、廢氣等；非自然資源 生物資源 礦物原料 1.4 原料資源金屬礦、非金屬礦化石燃料礦動、植物體“廢料” “垃圾”生物質(zhì)資源高分子化工產(chǎn)品有機(jī)化工產(chǎn)品無機(jī)化工產(chǎn)品1.4 主要產(chǎn)品精細(xì)化工產(chǎn)品生物化工產(chǎn)品乙烯與丙烯共聚乙丙橡膠電纜、電線材料氧化乙醛縮合醋酸辛醇、季戊四醇2-羥基丁醛丁醇酯化丁酯溶劑、增塑劑溶劑藥物、酯類、醋酸乙烯纖維（維尼龍）增塑劑齊聚、水合高碳直鏈醇（C11C18）合成洗滌劑水合乙醇酯化乙酸乙酯、其它酯類溶劑及合成原 加氫脫水丁二烯合成橡膠氫甲酰化丙醛丙酸還原正丙醇溶劑丙烯聚合聚丙烯合成

10、纖維、塑料氨氧化合成纖維、ABS樹脂、AS樹脂、丁腈橡膠丙烯酰胺絮凝劑、水增稠劑、紙張?zhí)幚韯┍╇媾c乙烯共聚乙丙橡膠次氯酸化氯丙醇環(huán)氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性劑過氧化物環(huán)氧化環(huán)氧丙烷、苯乙烯或異丁烯高溫氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油醫(yī)藥、炸藥環(huán)氧氯丙烷水解環(huán)氧樹脂丁二烯與苯乙烯共聚丁苯橡膠與丙烯腈共聚丁腈橡膠聚合順丁橡膠與苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯 氯丁橡膠與順酐反應(yīng)四氫鄰苯二甲酸酐與HCN反應(yīng)己二腈己二胺尼龍66三聚環(huán)化1，5，9-環(huán)十二碳三烯十二碳內(nèi)酰胺（尼龍12的單體）香料、增塑劑、阻燃劑、聚酯原料乙酰氧基化、加氫、水解1，4-丁二醇聚酯樹脂尼龍6

11、6（聚己二酰己二胺）橡膠制品的應(yīng)用領(lǐng)域異丁烯與異戊二烯共聚丁基橡膠氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有機(jī)玻璃與甲醛反應(yīng)異戊二烯異戊橡膠水合叔丁醇香料原料、溶劑、醫(yī)藥中間體、與甲醇反應(yīng)甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加劑）聚合聚異丁烯粘合劑、密封膠有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)正丁烯聚合聚丁烯合成塑料氧化順丁烯二酸酐1，4-丁二醇、增強(qiáng)塑料、農(nóng)藥氧化甲乙酮溶劑水合仲丁醇脫氫或氧化脫氫丁二烯正丁烷脫氫正丁烯深加工產(chǎn)品見上異構(gòu)化異丁烷氧化順酐、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脫氫異丁烯深加工產(chǎn)品見上蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等異丁烷苯加乙烯烷基化乙苯脫氫苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡膠、

12、ABS樹脂加丙烯烷基化異丙苯苯酚酚醛樹脂、苯胺、壬基酚等丙酮雙酚A聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂加十二烯十二烷基苯合成洗滌劑加氫環(huán)己烷己內(nèi)酰胺聚酰胺纖維氯化氯苯染料中間體、醫(yī)藥氧化順丁烯二酸酐四氫呋喃、1，4-丁二醇醫(yī)藥、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二異氰酸酯、橡膠助劑、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥聚氨酯纖維甲苯硝化硝基甲苯染料中間體、炸藥歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中間體、醫(yī)藥、增塑劑臨氫脫烷基苯硝化、還原、光氣化甲苯二異氰酸酯聚氨酯類泡沫塑料、聚氨酯橡膠二甲苯對二甲苯氧化對苯二甲酸聚酯樹脂、滌綸間二甲苯異構(gòu)化對二甲苯氨氧化間苯二腈農(nóng)藥、聚酰胺纖維鄰二甲苯氧化鄰苯二甲酸酐醫(yī)藥、染料、增塑劑萘氧化烷基萘脫烷基萘氧化乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇酸樹脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸乙烯合成纖維、涂料、粘合劑加甲醛1，4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氫呋喃、-丁內(nèi)酯、聚酯樹脂二聚 乙烯基乙炔粘合劑加