化學(xué)工藝學(xué)課件東大1-緒論

1、Chemical Technology,化學(xué)工藝學(xué),東南大學(xué)成賢學(xué)院化工與制藥工程系,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)。 化工是利用基礎(chǔ)學(xué)科的原理，實(shí)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(guò)程問(wèn)題的科學(xué)。,“化工”？ 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(kāi)化學(xué)化工,化學(xué)化工是人類(lèi)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(shí)例： 德國(guó)是全球化工生產(chǎn)大國(guó)，營(yíng)業(yè)額位居歐洲首位、全球第四； 二戰(zhàn)前期：德國(guó)化工產(chǎn)業(yè)污染大，產(chǎn)能高； 如今：藍(lán)天白云、花草樹(shù)

2、木與廠(chǎng)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(hào)香水,發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白 （green fluorescent protein, GFP）,美國(guó)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(qián)永?。≧oger Y. Tsien）,2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),PE的化學(xué)合成反應(yīng),n CH2=CH2,催化劑,P、T,CH2=CH2,n,PE化學(xué)工藝思考問(wèn)題,1.乙烯單體的純度、輸送,2.反應(yīng)過(guò)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

3、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：0.1-0.5MPa。 催化劑：Al(C2H5)3-TiCl4； 生產(chǎn)聚乙烯的乙烯的工藝過(guò)程包括： 引發(fā)劑的配制、聚合、分離、凈化與干燥、溶劑回收等。,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(xiàn) 3、反應(yīng)熱力學(xué) 4、反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 5、特點(diǎn)（吸熱、放熱；各步收率等） 6、實(shí)現(xiàn)過(guò)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”可利用任何

4、相關(guān)學(xué)科的手段、方法解決問(wèn)題； 2、“約”特別強(qiáng)調(diào)必須以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為根據(jù)。,總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí),總評(píng)成績(jī)平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論、平時(shí)聯(lián)系） 期中考試成績(jī) 期末考試成績(jī) 平時(shí)成績(jī)占20 期中考試成績(jī) 20 期末考試成績(jī)占60,分離工程,反應(yīng)工程,化學(xué)工藝學(xué),化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn),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(diǎn)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 engine

5、ering,1.1 化學(xué)工藝學(xué)的研究范疇,化學(xué)工藝 個(gè)性 研究具體過(guò)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(guò)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(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過(guò)程 技術(shù)先進(jìn) 經(jīng)濟(jì)合理 生產(chǎn)安全 環(huán)境無(wú)害,化 工 生 產(chǎn) 過(guò) 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(gè)典 型的化工廠(chǎng) ,鉛

6、室法硫酸廠(chǎng),18世紀(jì)末期, 路布 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(wú)機(jī)化工初具規(guī)模； 同期，在德國(guó)首創(chuàng)了肥料工業(yè)和煤化學(xué)工業(yè)，人類(lèi)進(jìn)入了化學(xué)合成的時(shí)代,20世紀(jì)初，合成氨工藝有力地 促進(jìn)了無(wú)機(jī)和有機(jī)化工的發(fā)展,自20世紀(jì)初期以來(lái)，石油化工的興起,高分 子化工蓬勃發(fā)展起來(lái) ,進(jìn)入合成材料的時(shí)代,近年來(lái)，世界各國(guó)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(rùn)高 安全和環(huán)境保護(hù),1.3 現(xiàn)代化學(xué)

7、工業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向,原料、方法和產(chǎn)品的多樣性與復(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(guò)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(guò)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,NH3,CO2,高新技術(shù)，縮短開(kāi)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(guò)程要高效、節(jié)

8、能和智能化 實(shí)施廢棄物再生利用工程,1.3 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向,發(fā)展方向,.化工生產(chǎn)中加快研究、開(kāi)發(fā)、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(jì)和開(kāi)發(fā)“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”，該概念是美國(guó)化學(xué)家B.M.Trost于1991年提出的，“在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)使原料中的每一個(gè)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(huì)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?gòu)U物排放。,.化工生產(chǎn)中大力發(fā)展綠色化工，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)做到“零排放” 采用無(wú)毒、無(wú)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(jià)值的

9、產(chǎn)品。 淘汰污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境友好產(chǎn)品。 實(shí)施廢棄物再利用工程。,.化工生產(chǎn)過(guò)程要實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能及智能化生產(chǎn)(例如生產(chǎn)中的DCS控制系統(tǒng))。,(5).實(shí)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(dòng)、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(wú)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(xiàn)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

10、塑劑,溶劑,藥物、酯類(lèi)、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(lèi),溶劑及合成原,加氫脫水,丁二烯,合成橡膠,氫甲?；?丙醛,丙酸,還原,正丙醇,溶劑,丙 烯,聚合,聚丙烯,合成纖維、塑料,氨氧化,合成纖維、ABS樹(shù)脂、AS樹(shù)脂、丁腈橡膠,丙烯酰胺,絮凝劑、水增稠劑、紙張?zhí)幚韯?丙烯腈,與乙烯共聚,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(guò)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(shù)脂,丁 二

11、 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(shù)脂,尼龍66（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

12、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(jiàn)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(jiàn)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、 ABS樹(shù)脂,加丙烯烷基化,異丙苯,苯酚,酚醛樹(shù)脂、苯胺、壬基酚等,丙酮,雙酚A,聚碳酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂,加十二

13、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(lèi)泡沫塑料、聚氨酯橡膠,二甲苯,對(duì)二甲苯,氧化,對(duì)苯二甲酸,聚酯樹(shù)脂、滌綸,間二甲苯,異構(gòu)化,對(duì)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(shù)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(shù)脂,二聚,乙烯基乙炔,粘合劑,加氫,丁二烯,加HCl,2-氯丁二烯,氯丁橡膠,氯化,三氯乙烯、