《化工开发》PPT课件.ppt

化工过程分析与开发 chemical processes development 教师: 乐 清 华 Le Qinghua 第一章： 概 论 主要内容 第一节：化学工业的基本特征 第二节：化工过程开发研究的意义 第三节：化工过程开发研究的部署 一、化工的构成 二、化工的地位和作用 三、化工的基本特征 第一节：化学工业的基本特征 化工领域的构成 化学工艺的研究内容 研究内容：以化学反应为手段，以创造新 产品为目的生产技术和过程。 研究重点：原料路线，催化技术、反应机 理，工艺路线。针对的是个性问题。 化学工程的研究内容 研究内容 ：以探求“三传一反”的共同规律 为手段，以创造新设备、新技术，优化 设计、强化生产为目的工程研究。 研究重点：传递过程，热力学，反应工程 ，分离工程。针对的是共性问题。 90年代各国工业增长率的比较 二、化学工业的地位和作用 国际GDP 1990 1999平均增长率的比较 2000年化工人均销售额对比 注:2000年美国化工总销售额3400亿(24.3%)人均1360元/年 2000年世界化工总销售 14000亿 人均 $ 283元/年 2000年中国化工总销售 约800亿(5.7%) 人均 67元/年 发展潜力巨大 化学反应 创造新物质、新材料的源泉 渗透力强大 推进相关产业迅速发展。 增长速度领先 化工与国民经济 支柱产业 化工在国民经济中的地位 从全球化工行业的发展状况来看，根据英 国化工协会对全球化学品的统计和预测， 2000年世界化学工业的市场总值为1.7万亿美 元，2010年将达到2.4万亿美元。1991-2000 年全球化工行业产值增长率是全球生产增长 率的2.68倍。 美国30% 日本14% 亚洲13% 欧共体 29% （欧洲共35% ） 世界化学工业生产能力分布 化工 信息 航天 生命 轻工 食品 能源 环境 建筑 医药 材料 石油、煤、天然气、生物、岩 盐、磷酸盐、硫、空气、水 精细化学品、消费品 中间体 基本产品 Sectoral breakdown of the EU chemical industry production (*) 法国蓬皮杜艺术中心 化工与可持续发展 保护环境节约能源 可持续发展的两个立足点 化工 节约能源 一次能源：煤、石油、天然气、太阳能、 风能、水能、地热。 二次能源：电、燃油、燃气、核能等。 能 耗 原油价 格 欧共体化工产业能源消耗指标持续降低 我国能源状况分析 能源利用率很低： 目前 我国的能源强度为：2.041吨标准煤/千 美元国内生产总值，是日本的13.7倍，美国 的4.6倍，印度的1.9倍，世界平均水平的 4.71倍。 我国能源状况分析 环境污染严重： 酸雨占国土面积的1/3，二氧化碳排放量 大于8亿吨，仅次于美国。 我国能源状况分析 任务艰巨： 专家预测2050年我国可获得的一次能源总量为31.08 亿吨标准煤，如果2050年我国进入中等发达国家， 人均国内生产总值将达5000-6000美元，按15亿人口 计，则能源强度必须降为：0.41吨标准煤/千美元。 预期2050年我国一次能源状况 化工 节约能源 化 工 能源转换的桥梁。 化 工 节约能源的手段。 洁净煤技术 洁净煤处理技术：选煤、脱灰、脱硫 洁净煤转化技术：煤的汽化、液化。 洁净煤燃烧技术：烟气净化（脱硫、脱硝） 循环流化床。IGCC联合循环发电技术。 节约能源的化工技术 节约能源的化工技术 高效洁净发电技术 IGCC联合循环发电：将高温区工作的燃气轮机组与 低温区工作的蒸汽轮机组联合起来，实现热能的梯 级利用，提高发电效率。 燃料电池：洁净、高效、实用方便的能源。 传统火力发电技术 煤 锅炉燃烧高压蒸汽蒸汽轮机 电 废气SO2 IGCC 联合循环发电技术 煤 气化净化燃气轮机 废热锅炉 高压蒸汽蒸汽轮机 电 电 化工原料 硫磺 IGCC 联合循环发电技术 IGCC 发电技术的优点： 大幅度提高了电厂的供电效率。 传统发电效率：34%，IGCC 发电效率：40-43% 大幅度降低了气体污染物的排放。 煤气中99%以上的硫被脱除，使排放烟气对大气的 污染降至最低。 IGCC 联合循环发电技术的优点 耗煤减少8%，废渣排放降低40%，副产纯硫磺 。 耗水量减少30-50%，可在缺水地区发展。 洁净煤气可作为化工原料用于生产化工产品。 化工 环境保护 触目惊心的环境污染！ 沙尘暴SO2，CO2排放 蓝藻 固体废弃物 2003年我国生活垃圾清运量达 1.5亿吨，年均增长7-10，处理率 远远达不达标，垃圾围城现象普遍 化工 环境保护 我国人均水资源不足世界平均值的1/4，而且水质受到较严重的污染。目前，全国60%的城 市存在不同程度的缺水，108个城市严重缺水，饮用水源地水质较差，约有30%人口得不到 安全饮用水。 我国七大水系各种水质类别所占比例 全国环境污染指数分布情况 化工 环境保护 被动环保： 罚款、关闭、禁捕、伐、转移。 积极环保： 清洁生产，消除污染源、开发替代品，植树造 林、人工养殖,开发绿色化工产品。 绿色化学的十二条原则 摘自Poliakoff M et.al. Science, 2002, 297, 607-810. 1.应优先从源头防止废弃物产生，而非废弃物产生后再处理； 2.设计的合成方法应使反应所用物料最大限度地转化为目标产 物； 3.在任何可行的情况下，设计的合成方法都应当采用和产出那 些对人类健康和环境毒性很小甚至是无毒的物质； 绿色化学的十二条原则 摘自Poliakoff M et.al. Science, 2002, 297, 607-810. 4.化学产品的设计要考虑到维持高效并减少毒性； 5.尽可能不使用辅助物质（如溶剂、析出剂等），在不得不使 用时，也尽量使用无害物质； 6. 充分认识能量需求对环境及经济的影响，并应使之降到最 低。使合成反应在常温常压下进行； 绿色化学的十二条原则 摘自Poliakoff M et.al. Science, 2002, 297, 607-810. 7.只要在技术和经济上可行，所用未加工材料或原料都应当是 可回收而不是纯消耗的； 8.尽量避免产生不必要的化学衍生物（如基团封闭、保护/去 保护、在化学/物理过程中暂时修饰）； 9.催化剂（尽可能具有选择性）更优于符合化学计量的试剂； 绿色化学的十二条原则 摘自Poliakoff M et.al. Science, 2002, 297, 607-810. 10.设计出的化学产品在完成其效用后不应持续残留于环境， 而应分解为无害的降解产物； 11.开发新的分析方法，以便在危险物质形成以前进行实时检 测与控制； 12.合理选择化学过程中所使用的物质及其形态，避免或尽量 减少发生包括泄露、爆炸及火灾等化学事故。 化工 环境保护 化工催化剂技术的重心转移： 以获取有用产品为目的 化工催化 以消灭有害物质为目的 环保催化 化工 环境保护 世界市场催化剂用途分布： With CFD tool (saving process development time) Without CFD tool Improved cash flow Cash flow Time Shorter pay back time Reduced time to market Reduced process development time q缩短开发周期 q减少投资 q环境友好 q改善产品质量 q迅速抢占市场 化工研发目标,向多尺度集成研究(时间及空间尺度)发展 现代的集约型流程（1个装置） 传统的常规型流程（11个装置设备） 乙酸 甲醇 催化剂 乙酸甲酯 溶剂 共沸物 水 溶剂 共沸物 水 较重组分 蒸馏 萃取 蒸馏 反应 蒸馏 反应 反应 蒸馏 蒸馏 乙酸 催化剂 甲醇 乙酸 甲酯 3R 绿色化学与化工：由传统流程向集约型耦合过程发展 三、化工的基本特征 1、化工原料，工艺，产品的多方案性 P1 A1 A P2 A P A2 P P3 A3 三、化工的基本特征 2、化工技术的强烈渗透性 化工生物 生物化工 化工材料 材料、微电子化工 化工能源 能源化工 化工食品 食品化工 化工环境 环境化工 化工原料，工艺，产品的多方案性 案例一：对二氯苯 （PDCB）的生产 苯 + Cl2 混合氯苯 精馏 （氯苯、二氯苯、三氯苯） 二氯苯 结晶分离 晶体 + 母液 （77% PDCB，33%ODCB） （96-98%PDCB）（含80%ODCB的母液） 传统工艺：催化剂 FeO 化工原料，工艺，产品的多方案性 反应: 苯 + Cl2 混合二氯苯 混合二氯苯 结晶分离 晶体 (99.5%PDCB) 新工艺革除了精馏过程 新工艺: 催化剂: 分子筛 80-90% PDCB 10-20% ODCB 化工原料，工艺，产品的多方案性 案例二：醋酸生产 反应： 乙烯 + O 2 乙醛 醋酸 主要原料：乙烯 传统工艺：乙烯氧化法 化工原料，工艺，产品的多方案性 反应路线： H2 + CO 甲醇 甲醇 + CO 醋酸 主要原料： 合成气 CO、H 2， （合成气可由天然气、煤、石脑油转化而来） 新工艺：羰基合成法 化工原料，工艺，产品的多方案性 乙炔 乙烯 醋酸 CH4 合成气（CO，H2，CO2） 甲醛 甲醇 化工技术的强烈渗透性 生物反应器的设计放大 大规模微生物和细胞培养技术（反应器内的搅拌、供O2、 酶固定化技术 ) 生物产品的分离提纯技术 生物分离的特点：产品浓度低， 1-3%；产品对温度敏感 ， 易失活；共存的蛋白质 化工技术在生物领域渗透 生物产品萃取技术的进步 双水相萃取： 利用水溶性高分子物质作为萃取剂，用 盐作为分相剂，提高萃取率，克服乳化。 固定床萃取： 萃取液固定于多孔介质中，控制乳化现象 。 生物产品萃取技术的进步 相转移萃取： 利用具有临界互溶点的体系，通过调控温度，组成 来改变相态，实施萃取。 预分散萃取： 将萃取剂制成高度分散的水包油型的乳液，将此乳 液负载在皂膜包覆的微小气泡上，随气泡上浮，穿 过发酵液完成萃取。 材料的功能化 生物降解，超强吸水，电流变，导电高分子等。 材料的超细、超纯化 超纯硅，超细钛白粉、碳酸钙，硫酸钡。 材料的特殊加工 化学气相沉积技术实现了微电子元件的“裁剪”， 光纤的高速拉伸涂敷。 化工技术在材料领域渗透 第二节：化工过程开发的意义 一、过程开发的必要性 二、选题的基本原则 三、案例分析及启示 一、过程开发的必要性 过程开发： 为促进化工新技术、新设备的工业化而进 行的技术活动。 开发目标： 实验室成果 工业化的生产装置 开发路线： 立项 研究 设计 建设 投产 过程开发在技术上的必要性 规模与操作状态的差异 实验室装置：小型、间歇，孤立运行，受 设备与环境因素的影响小，接近理想的状态 。 工业化装置：大型、连续、工序配合，工 程 因素影响显著（传热、传质、混合、流动） 原料的差异 实验室研究：物料纯净，组成稳定。 工业化生产：原料来源,物料循环，杂质积累 过程开发在技术上的必要性 过程开发在技术上的必要性 设备的差异 实验室：玻璃器皿，难以考察腐蚀的影响。 工业装置：设备腐蚀往往是致命伤。 关注点的差异 实验室：关注核心技术的创新和开发。 工业生产：关注成本、能耗、环保。 （三废”治理和副 产物的综合利用问题） 过程开发在经济上的必要性 原材料的来源与技术路线的匹配 产品的质量与用户要求的匹配 供货渠道与销售渠道的预测 能源状况与消耗定额的考量 化工过程开发的选题原则 关注国家发展战略 关注企业的技术需求 关注市场产品需求 关注国家的远期或近期发展规划。 关注国际学术界的创新热点。 关注企业的核心技术和生产“瓶颈”。 关注环境保护、资源利用问题。 需求之一：来自国家发展战略 1.销售人员发现某种新材料或新产品有潜在的市场，而目前尚 无生产商. 2.一种新的催化剂问世，可以有效的降低现有产品的生产成本 ，提高产品的市场竞争力。 3.企业的产品供需不平衡，需要消化多余的库存。 4.企业因为产品效益不高，有生存危机，需要挖潜改造，寻求 新的出路。 需求之二：来自企业或市场 化工过程开发的思维方法 运用一种反向的设计概念达到目的，即从分析 客户需要开始，首先是产品设计，进而过程设计， 最后回答需要开展什么样的研究。 用户研究人员 思维、选择 研究、开发 确定技术开发路线的基本原则 技术与经济相结合的原则 由于技术的积累，针对一个课题，往往会有 多种可供选择的研究方案，研究者必须根据 研究对象的特征，利用技术和经济这两大杠 杆对方案进行筛选和评价，以确定研究工作 的最佳切入点。 确定技术开发路线的基本原则 工艺与工程相结合的原则 将反应过程的工艺特性与反应器的工程特性 有机结合，可以帮助研究者找到行之有效的研 究 方法，得到有益的启发，产生新的技术路线。 案例1：一个企业生存的问题 某个生产石灰的小企业，因为产品价值低，销售不 畅 而频临倒闭，厂长求助于化工专家帮助寻求出路，专 家 建议：详细调查周边200平方公里范围内的饮料、啤酒 的市场需求及生产情况后再作决定，请问：专家想用 什 么办法征求拯救这个小厂？ 为什么作此建议？ 专家的意图 如果周边的有饮料和啤酒的市场需求和生产 厂家，可以考虑回收石灰窑尾气中的CO2，制 取 高纯度的液体CO2出售给饮料啤酒的生产厂家 来 获利。 专家意图得以实现的前提 1、周边有足够的饮料啤酒消费需求（确定产量）； 2、周边有生产饮料啤酒的厂家，而没有生产液体 CO2的厂家（确保销路）； 3、有合适的技术回收并提纯石灰尾气中的CO2气体 ，使之达到食用级液体CO2的要求（技术开发）。 寻求合适的CO2分离技术 需要广泛地查阅文献，收集技术信息： 需要充分了解CO2气源的特征，即被分离对象的特征 ； 需要根据对象的特征选择最适合的技术方法； 需要设法改进技术水平，提高生产效率。 涉及问题：工艺技术 与 生产设备 常用的CO2的分离回收技术 变压吸附技术：其技术特征是CO2在固体吸附剂上被加压吸附， 减压再生。 膜分离技术：其技术特征是借助于压差推动力和膜材料的选择 性，使CO2气体与其他气体分离。 物理吸收技术：其技术特征是CO2在吸收剂中被加压溶解吸收， 减压再生。 化学吸收技术：其技术特征是CO2在吸收剂中反应吸收，加热再 生。化学吸收剂主要有两大系列，一是有机胺水溶液系列，二 是 热碱水溶液系列（碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠）。 本课题究竟应该从哪条技术路线入手呢？ 思考？ 结合被分离对象的特征和技术目标，从技术和经 济两方面加以考虑。 对象的特征 来自于石灰窑尾气中的CO2，气体中含有 固体微尘； 气源压力为常压； 组成为CO2 20 35%，其余为N2、O2、和 少量硫化物； 技术目标 分离要求 要求达到年产200吨液体CO2的生产能力,窑 气中CO2的回收率达到60%以上; 液体CO2的纯度达到99.9%. 技术方法的选择与论证 从经济角度分析：变压吸附和物 理吸收的方法是不可取的。 为什么？ 这两种方法都必须对气源加压才能保证CO2的回收率，而 气体加压所消耗的能量60 80 %被用于非CO2气体的压 缩，这部分能量随着吸收后尾气的排放而损耗，其能量损 失是相当可观的。 技术方法的选择与论证 从技术角度分析：膜分离的 方法也不理想。 为什么？ 因为气体中的固体微尘灰很容易造成膜污染，使膜 通量和寿命下降，效率降低，存在工程隐患。 可以考虑的方法只有化学吸收。在化 学吸收中，由于化学反应的存在，溶液 的吸收能力大，平衡分压低，即使在常 压下操作，也能维持足够的传质推动力 ，确保气体的回收率。 技术方法的选择与论证 要考虑的问题是，选 择哪一种化学吸收剂更 合理？ 有机胺？碱溶液 ？ 技术方法的选择与论证 ？ 技术方法的选择与论证 如果选用有机胺水溶液，从技术上分析， 存在潜在的隐患，其一、因为气源中含氧， 有机胺长期与氧接触会氧化降解，使吸收剂 性能恶化甚至失效，其二、有机胺有挥发性 ，会污染产品，所以，也是不可取。 现在，唯一可以考虑的就是采用热碱溶液吸 收CO2的方案。选用哪种碱溶液呢？ 技术方法的选择与论证 ？ ？ ？ 因为企业开发此项目的目的是希望获得高 纯度的液体CO2，这意味着不仅要将CO2从窑 气中吸收分离出来，而且要让CO2从吸收液中 释放（再生）出来，形成高纯度的气体，以 便液化。因此，所选择的碱液必须兼具良好 的吸收和再生性能，这就是选择吸收液的基 本标准。 技术方法的选择与论证 吸收液性能的含义 吸收性能：吸收速率的快慢，吸收容 量的大小（平衡溶解度）； 再生性能：解吸速率的快慢，再生后 残余浓度的大小（再生度)； 吸收速率 吸收液性能与工业生产的关系 吸收塔高度 吸收容量 解吸速率 吸收液的循环量 解吸塔高度、再生能 耗 解吸的再生度吸收塔的效率 工业吸收装置的典型流程 解 吸 塔 吸 收 塔 石灰窑气体 尾气放空 富 液 泵 水 冷 器 贫富液换热器 冷凝器 再 沸 器 贫 液 泵 水 冷 器 纯CO2去压缩 技术方法的选择与论证 NaOH溶液：吸收速率快，吸收能力强，再生困难； Na2CO3溶液：吸收能力较强，可再生，但吸收速率 较慢，再生能耗较高，且反应形成的NaHCO3溶解度 较低，容易析出堵塞管路，留下工程隐患 ； K2CO3溶液：吸收能力较强，可再生，反应形成的 KHCO3溶解度高，没有工程隐患，但吸收速率较慢 ，再生能耗较高。 确定研究开发工作的切入点 虽然相比之下，碳酸钾溶液比较理想 ，但仍需解决吸收速率慢，再生能耗高 的问题，而这个问题可以通过添加合适 的催化剂来解决。 这样，研究者即确定了合理的技术路线， 又找到了实验研究的最佳切入点。 即实验研究工作应从筛选化学添加剂，改 进碳酸钾溶液的吸收和解吸性能入手，开发 性能更加优良的复合吸收剂。 确定研究开发工作的切入点 开发研究的成果 专家开发了一种由钒酸盐和硼酸盐组成的复合添加 剂, 具有三大作用: 作为催化剂提高吸收、解吸速率； 作为吸收剂提高溶液的吸收能力； 作为缓蚀剂对塔设备具有作用保护作用。 获国家科技进步二等奖，上海市科技进步一等奖 企业坎坷的开发之路 第一坎： 投错了门，损失不小； 第二坎： 找对了路，险些败于细节； 第三坎： 操作不规范，险些断了销路 。 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 C2H2+HClC2H3Cl 乙炔 盐酸 氯乙烯 生产路线1 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 C2H4 + Cl2 C2H4Cl2 乙烯 氯气 二氯乙烷 C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl 二氯乙烷 氯乙烯 盐酸 生产路线2 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 C2H4+1/2O2+2HCl C2H4Cl2+H2O 乙烯 氧气 盐酸 二氯乙烷 水 C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl 二氯乙烷 氯乙烯 盐酸 生产路线 3 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 2C2H4+1/2O2+Cl2 2C2H3Cl+H2O 乙烯 氧气 氯气 氯乙烯 水 生产路线 4 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 原料与产品的市场价格 物质分子量价格 $kg-1 乙炔260.94 氯气710.21 乙烯280.53 盐酸360.35 氯乙烯620.42 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 经济效益的评价式： EP = 产品价值 - 原料价值 以经济效益为依据，选择技术路线： 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 生产路线1： EP=（620.42）-（260.94+360.35） = -11.0 $kmol-1氯氯乙烯烯 以经济效益为依据，选择技术路线： 生产路线2： 假设副产品HCl可以出售，则： EP=（620.42+360.35）-（280.53+710.21 = 8.89 $kmol-1氯氯乙烯烯 以经济效益为依据，选择技术路线： 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 生产路线2： 假设副产品HCl不能出售，则： EP=（620.42）-（280.53+710.21） = - 3.71 $kmol-1氯乙烯 以经济效益为依据，选择技术路线： 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 路线3： EP=（620.42）-（280.53+360.35） = - 1.40 $kmol-1氯氯乙烯烯 以经济效益为依据，选择技术路线： 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 路线4： EP=（620.42）-（280.53+1/2710.21） = 3.75 $kmol-1氯氯乙烯烯 以经济效益为依据，选择技术路线： 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 结 论： 就原料而言，应选择相对便宜的乙烯和盐酸，而非乙炔和氯气。 就效益而言，只有路线4和副产盐酸可出售时的路线2是可取的 。 就环保而言，路线4不产生有毒副产物，是比较理想的。 案例2: 氯乙烯生产路线的选择 案例3：合成氨生产技术的开发 偶然的发现： 1754年Priestley 在将卤砂(氯化铵)和石灰共热的实 验 中闻到刺鼻的气味 NH 4Cl + Ca（OH）2 = 2NH 3 + CaCl 2 + H 2O 30年后，伯托利(Bertholet)确定该气体成分为 NH3 想象与尝试： 试图用催化法、电弧法促成 N 2 和H 2结合，均告失 败，历时100年。 出现转机 1850 - 1900年，化学动力学、热力学及催化理论的 研 究发展迅速。化学平衡及平衡移动的理论为合成氨的 技 术开发指明了方向。 案例3：合成氨生产技术的开发 案例3：合成氨生产技术的开发 科学家考虑： 合成氨是否平衡反应 ？ 可以采用哪些手段促成平衡移动？ N 2 + 3 H 2 = 2NH3 案例3：合成氨生产技术的开发 化工天才-哈伯 弗里茨哈伯1868年12月9日出生于德国一富商家庭 。他在读书期间就显现出巨大的化学天赋，23岁那年，德 国皇家科学院破格授予他化学博士学位。 1906 1909年间，哈伯成功地完成了合成氨生产的实 验研究，形成专利技术。这项发明震动了全球化学界，并 产生划时代效应。他的发明使大气中的氮变成生产氮肥的 、永不枯竭的廉价来源，从而使农业生产开始摆脱对土壤 的依赖。哈伯因此被称作解救世界粮食危机的化学天才。 1919年，瑞典科学院考虑到哈伯发明的合成氨对全球经济巨大的推动作用，决定给哈伯颁发 1918年唯一的诺贝尔化学奖。 案例3：合成氨生产技术的开发 哈伯的实验研究 鉴别实验： Cat：Fe 粉 分解 除NH 3 合成 NH 3 NH 3,H 2,N 2 H 2,N 2 NH 3,H 2,N 2 分析：组成相等 结论：可逆、平衡 案例3：合成氨生产技术的开发 哈伯的实验研究系统实验 研究催化剂，测定平衡数据，发现： 锇系催化剂优于铁系催化剂. T Xe 放热反应 P Xe 缩体积反应 温度，300500700900 氨浓度（ 体积比） 1大气压2.20.130.020.007 100大气压52.110.42.140.68 案例3：合成氨生产技术的开发 哈伯测定的氨合成反应的平衡氨浓度 案例3：合成氨生产技术的开发 哈伯的实验研究流程设计： 获发明专利 合 成 塔 换热器 压缩 H2 N2 H2 N2 液 NH2 汽 NH2 惰气放空 案例3：合成氨生产技术的开发 1874年8月29日。卡尔波施(亦译:博施)出生于德国科隆 市。他热爱有机化学，于1896年进入莱比锡大学攻读化学。 1898年在奥斯特瓦尔德指导下，以获得博士学位，同年追随知 名教授约翰尼韦斯莱斯诺斯研究有机化学。 1899年当德国最大的巴登苯胺纯碱公司(BASF)，得知卡 尔波施对化学工程有着特殊的造诣，便聘请他到该公司从事 改良化工设备的工作。1919年，他升任为该公司的总经理。 1909年化工专家哈伯在实验室里制取合成氨获得成功， 这一制造合成氨的工艺流程和专利技术，立即被BASF公司采用 。卡尔波施看准了这一发明对化学工业有着不可估量的作用 ，就计划把实验操作运用到工厂去，进行大规模生产。 由于对合成氨工业化所做的杰出贡献，卡尔波施于1931年荣获了诺贝尔化学奖 。 德国专家-卡尔波施 案例3：合成氨生产技术的开发 工业化需解决的问题： (1) 设计出能生产大量廉价原料氮气、氢气的方法； (2) 寻求有效、稳定且经济的催化剂； (3) 开发适用的高压设备； (4) 反应器开工加热的问题。 案例3：合成氨生产技术的开发 BASF公司的开发研究 1、工艺实验 筛选有工业应用价值的催化剂。 锇系催化剂：稀有物质，不稳定。 经过2500种配方，20000次实验筛选出： 新催化剂：少量钾、镁、铝和钙助催化的铁系复合催化 剂 案例3：合成氨生产技术的开发 合成塔材质结构的选择与设计 寻求能耐压：20MPa， 耐温：500 -600 0C的材料 低碳钢。 根据可逆放热反应的特征，设计了连续换热式固 定床反应器。 案例3：合成氨生产技术的开发 2、中试 考察设备寿命 发现低碳钢易受氢蚀作用而脆裂（