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化学工程进展读书笔记 2013年10月 贵州大学 刘星人类与化工的关系十分密切，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工，从衣、食、住、行等物质生活到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。有些化工产品在人类发展历史中，起着划时代的重要作用。它们的生产和应用，甚至代表着的一定历史阶段。一、化工的概述1、化工的含义化工是一个整体的概念，化学工业、化学工程、化学工艺都简称为化工。广义地说，凡运用化学方法改变物质组成或结构、或合成新物质的，都属于化学生产技术，也就是化学工艺，所得的产品被称为化学品或化工产品。2、化学工业的分类过去把化学工业部门分为和有机化学工业两大类，前者要有酸、碱、盐、硅盐酸、稀有元素、等；后者主要有合成纤维、塑料、合成橡胶、化肥、农药等工业。随着化学工业的发展,跨类的部门层出不穷,逐步形成以酸、碱、化肥、农药、有机原料、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料、医药、合成洗涤剂、炸药、橡胶等为门类的生物化工、高分子化工、精细化工。 分为有机化工和无机化工；按照产品数量分为大吨位化工和精细化工；按照原料分为石油化工、煤化工、磷化工、农林化工和生物化工。3、化学工业的特点化学工业是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发展，逐步发展为一个多行业、多品种的生产部门,出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化工企业。5、化学工程及发展化学工程包括、传递过程、化工系统工程、过程动态学及控制等方,面由于化学工程对象的这些特点，使得解析方法在化学工程研究中往往失效。也从而形成了自己的研究方法（化学工程研究方法），其中有些方法并非首创，而由别的领域移植而来。化学工程正向两个方向发展：一方面随着学科的成熟，不断向学科的深度发展；另一方面是不断向新的领域渗透，研究和解决新领域中的新问题。二、无机化工及其进展1、无机化工的概念：无机化工是以天然资源和工业副产物为原料生产硫酸、等无机酸、烧碱、化肥以及等化工产品的工业。包括硫酸工业、纯碱工业、化肥工业和。2、无机化工的特点与其他化工部门相比，无机化工的特点是：在化学工业中是发展较早的部门，为单元操作的形成和发展奠定了基础。主要产品多为用途广泛的基本化工原料。无机化工产品的产量较大3、无机化工的原料：无机化工产品的主要原料是含硫、钠、磷、钾、钙等化学矿物和煤、石油、天然气以及空气、水等。4、主要无机化工产品和用途：主要的无机化工产品有：1、酸和碱（三酸两碱）。包括硫酸、盐酸、硝酸、纯碱和烧碱。2、化肥。包括氮肥，磷肥和钾肥。3、无机盐产品。有括电池原料和水处理剂等。4、无机非金属材料。它们都是重要的。它们广泛应用于化学、国防、石油、冶金、纺织、农业、食品等。5、典型无机产品生产及发展：1、硫酸的生产及发展：工业上一般分为硫黄法、法硫酸发现于公元8世纪。在17世纪，德国化学家将硫与硝酸钾混合蒸汽加热制出硫酸，在这过程中，硝酸钾分解并氧化硫令其成为能与水混合并变为硫酸的（SO3），于是，在 1736年，伦敦药剂师用此方法开拓大规模的硫酸生产。在1746年，y64ren开创铅室法，以更低成本有效地大量生产硫酸。后来，法国化学家以及英国化学家将其改良，使其能制造出浓度高达78%的硫酸，。后来，到了1831年，英国制醋商人Peregrine Phillips想到了接触法，能以更低成本制造出三氧化硫以及硫酸，这种方法在现今已被广泛运用。2存在情况2、纯碱的生产及发展：氨碱法工业制备纯碱的方法侯氏制碱法：6、无机化工的新发展举例无机化学在最近几年里所取得的突出进展主要表现在固体材料化学、配位化学方面，在某种程度上与国际保持同步发展。清华大学李亚栋研究组在新型一维纳米结构的制备、组装方面取得了突出的进展。三、有机化工及其进展1、石油化工及其进展：石油经过加工提炼，可以得到的产品大致可分为四大类：燃料润滑油和润滑脂, 燃料包括：液化石油气，汽油，航空汽油，喷气燃料，灯用煤油，柴油，重油等。2、石油化工的概念及范畴石油化工是基础性产业，指以石油和天然气为原料，生产和石油化工产品的。主要包括各种燃料油和润滑油以及、石油、石蜡、沥青等。石油化工与人们的生活密切相关，可以说，我们日常生活中的“衣、食、住、行”样样都离不开石化产品。3、石油炼制：石油炼制可分为三次加工，第一次为减压蒸馏，第一步是对原料油和气（如、汽油、柴油等）进行裂解，生成以、为代表的基本化工原料。第二次为催化裂化，热裂化，催化重整，加氢裂化，烷基化，延迟焦化等。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料及合成材料。4、石油化工的主要产品和用途可分为：石油燃料、石油溶剂与、等6类。其中，各种燃料产量最大，约占总产量的90%；主要供道路、建筑用。，用于冶金、化工行业做电极。，用作锅炉、轮船及的燃料5石油化工的发展简况石油和化学工业实现平稳快速增长，效益进一步改善，运行质量进一步提高，产业结构升级步伐加快，产品技术向高端领域延伸，节能减排成效显著，资源利用效率提高，进出口继续快速增长，投资稳中加快，市场供需基本平稳。6石油化工的进展大型化、综合化四、天然气化工、煤化工及其进展1、天然气与煤（1）天然气天然气，是一种多组分的混合气态，主要成分是，其中占绝大多数，另有少量的、和。它主要存在于、和层。天然气有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为和非伴生气两种。依天然气蕴藏状态，又分为构造性天然气、水溶性天然气、煤矿天然气等三种。而构造性天然气又可分为伴随出产的湿性天然气、不含液体成份的干性天然气。（2）煤煤作为不可再生的，是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和变化逐渐形成的固体可燃性。煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，是非常重要的能源，也是、化学工业的重要原料，可分为、烟煤、半无烟煤这几种分类。煤也是获得的源泉。通过煤焦油的分馏可以获得各种；通过煤的直接或间接液化，可以获得燃料油及多种。还可以从中制取冶金用的焦炭和制取煤焦油。2、天然气化工天然气化工是化学工业分支之一。天然气通过净化分离和裂解、转化、等反应可制成、甲醇及其加工产品、等。天然气化工一般包括天然气的净化分离、化学加工。天然气化工已成为世界化学工业的主要支柱，目前世界上80%的合成氨，90%的甲醇用天然气为原料。此外，随着近年国际天然气合成油技术以及相关技术突破，天然气制合成油已具有竞争力，天然气制的合成油不含芳烃、重金属、硫等环境污染物，是环保型优质燃料，有广大的消费市场。3、煤化工煤化工是指以煤为原料，经化学加工使为气体、液体和以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。在煤化工中也占有很重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气，也用于生产；煤低温干馏、及等过程主要生产液体燃料，在煤的各种化学加工过程中，是应用最早且至今仍然是最重要的方法，煤化工产业作为实现煤炭资源高效利用的有力手段，直接关系到国家的能源战略发展规划。根据国内外煤化工发展的特点，提出“新型煤化工”的概念。新型煤化工是指以洁净能源和化学品为目标产品， 应用煤转化高新技术，建成未来新兴煤炭能源化产业；结合煤炭资源开发和煤炭生产建设的发展，建成若干大型产业基地或基地群。走新型工业化道路的战略方向。4、煤化工的发展方向煤化工产业作为实现煤炭资源高效利用的有力手段，直接关系到国家的能源战略发展规划。因此，必须明确煤化工产业的发展趋势，即在确保煤炭资源高效、清洁利用的基础上椎动煤化工产业的规模化以及集约化发展。五、高分子化工及其进展1、高分子材料及其高分子化工高分子材料是以高分子为基础的材料，是由较高的化合物构成的材料，包括、。高分子化工是以高分子化合物及以其为基础的复合或共混材料的制备和成品制造工业。包括塑料工业、合成橡胶工业、涂料工业。等2、通用高分子材料的分类、特性及其用途按高分子材料按来源分类可分为高分子材料按来源分为天然、半合成和合成高分子材料。按高分子材料按应用分类可分为高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子涂料和高分子基复合材料等。按高分子主链结构分类可分为碳链高分子杂链高聚物元素有机高聚物特点：一是大（一般在10000以上），二是具有多分散性。用途：常见的合成纤维包括尼龙、聚酯纤维，芳纶纤维等等。制作成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶3、合成聚合物的原料聚合物生产的主要原料为有机化合物，它主要来源于各种资源，如石油、天然气、煤炭。4、聚合物成产过程缩聚反应加聚反应5、高分子材料典型生产工艺6、功能高分子材料新型高分子材料；高分子分离膜；高分子磁性材料；光功能高分子材料；高分子复合材料7、高分子材料的发展前景六、精细化工及其进展1、精细化学品及精细化工的定义精细化工，是生产工业的通称。具有品种多，更新换代快；产量小，具有功能性或最终使用性，产品质量要求高；商品性强，多数以商品名销售；技术密集高2、精细化工的分类、特点及原料（1）精细化工的分类按照大类属性分为、精细有机化工产品、精细产品和精细四类（2）精细化工的特点品种多、更新快，产品质量稳定，大多以间歇方式小批量生产产品的商品性强，用户竞争激烈3、传统精细化工（1）染料：染料是能使和其他材料着色的物质，分天然和合成两大类。料分类按染料性质及应用方法，可将染料进行下列分类。直接染料,活性染料又称反应性染料。硫化染料分散染料酸性染料（2）涂料：（1）定义：是指涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能(如绝缘、防腐、标志等)的固态涂膜的一类液体或固体材料之总称。早期大多以植物油为主要原料，故有油漆之称。现合成树脂已大部或全部取代了，故称为涂料。按照现代通行的化工产品的分类，属于精细化工产品。现代的涂料正在逐步成为一类多功能性的工程材料，是化学工业中的一个重要行业。（2）组成 油漆不论品种或形态如何，都是有由成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质三种基本物质组成：成膜物质，次要成膜物质，辅助成膜物质（3）分类按照涂料形态（粉末、液体）按成膜机理分（转化形、非转化型）按施工方法分（刷、辊、喷、浸、淋、电泳）按干燥方式分（常温干燥、烘干、湿气固化、蒸汽固化、辐射能固化）按使用层次分（底漆、中层漆、面漆、等）按外观分（、色漆；无光、平光、亚光、；锤纹漆、浮雕漆）按使用对象分（汽车漆、船舶漆、集装箱漆、飞机漆、家电漆）按漆膜性能分（防腐漆、绝缘漆、导电漆、耐热漆）按成膜物质分（醇酸、）（4）功能保护功能：防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等。装饰功能：颜色、光泽、图案和平整性等。其他功能：标记、防污、绝缘等。对现代涂料而言，这种作用与前两种作用比较越来越显示其重要性。如：电绝缘、导电、屏蔽电磁波、防静电产生等作用；防霉、杀菌、杀虫、耐高温、保温、示温和温度标记、防止延燃、烧蚀隔热等热能方面的作用；反射光、发光、吸收和反射红外线、吸收太阳能、屏蔽射线、标志颜色等光学性能方面的作用；防滑、自润滑、防碎裂飞溅等机械性能方面的作用；还有防噪声、减振、卫生消毒、防结露、防结冰等各种不同作用等。3.香料和香精（1）定义：香料，指称范围不同，主要指胡椒、丁香、肉豆蔻、肉桂等有气味或防腐功能的。具有令人愉快的芳香气味，能用于调配香精的或混合物。按其来源有天然香料和按其用途有用香料、和烟草香料之分。（2）分类：天然香料：是从芳香植物的叶、茎、干、树皮、花、果、籽和根等，或泌香动物的分泌物等，提取的有一定挥发性、成分复杂的芳香物质。合成香料：包括全合成香料、半合成香料和单离香料。（3）应用：主要用途是用于调配香精，香精亦称为调和香料。植物性香料通常用于炖肉等的添加，可使食物香味浓郁。香料香精广泛用于香皂、洗涤剂、各种化妆品、护肤美容品、空气清洁剂和杀菌剂等环境卫生用品，、饼干、饮料、烟、酒、豆乳、奶制品、植物蛋白食品，以及医药、纸张、塑料、皮革、织物等的加香。（5）香精：香精是1由人工合成的模仿水果和天然气味的浓缩芳香油。它是一种人造香料。多用于制造食品，化妆品和卷烟等。香精的应用范围1油质香精适用于、饼干及其它等，2水质香精适用于汽水、饮料、其它冷饮品、酒等3乳化香精适用于汽水、饮料等，4浆状香精适用于汽水、饮料配制底料用，也可直接用于汽水、饮料，5椰子粉末适用于饼干，其它肉类、蔬菜类、家禽等粉末适用于饼干、膨化食品、和汤料，6，茶叶、饲料。7香精也经常应用于化妆品中。香精是香水的一种。（6）香型类型香精的一定类型的香气称为香型。一般分类如下：（1）仿天然香型（2）合成香型（3）咸味香精（7）香精的主要作用提神醒脑，提高工作效率。肉桂油可扶正祛邪，抗感染（防腐抗菌）。薄荷油可消除恶心、紧张和紧张性头痛；可退热，还可祛除蚊虫。有抚慰、镇痛作用。（油）有抚慰和松弛作用。岩玫瑰油（岩蔷薇油），安神镇静作用。红