1.第一章 概论.ppt

第一章概论本章教学目标 了解化工工业的发展史以及当代化工的发展趋势熟悉化学工业的行业特征和分类掌握化工工艺管理的内涵与内容了解化工节能的意义 熟悉节能的途径了解计算机在化工工艺中应用理解绿色化工的概念和几个术语了解化工可持续发展面临的问题和困境 本章讨论的主要内容 一 化学工业的发展简史二 化学工业的行业特征和分类三 化工工艺管理四 化工节能五 计算机在化工工艺中应用六 绿色化工和可持续发展 一 化工工业的发展趋势 一 古代的化工生产技术和人们对工艺的认识 二 近代化学工业的兴起和行业的形成 三 现代化工行业的发展和进步 四 中国近现代化学工业发展概略 五 当代化学工业的发展趋势 所谓古代化工 意指18世纪60年代前 蒸汽机发明之前 的人类早期化学工业 即陶瓷 冶金 造酒 制革和漂染行业 陶瓷 大约五六千年以前 中国人发明了制陶技术 大约2000年前 中国人已完成了制陶工艺向制瓷工艺的进步 陶瓷工艺 原料精制 原料配方 烧制设备 烧制温度和升温速度 基本成熟 冶金 在三多千年前 中国发明了炼铜技术 在3500年前 中国人会炼铁技术 唐宋时期 中国人发明了湿法冶金技术 汉晋时 生产出铜 镍合金 砷白铜 一 古代的化工生产技术和人们对工艺的认识 造酒 埃及人在三千年前会制啤酒 其工艺流程是 大麦 浸渍 1天 堆积 1天 浸渍 5h 干燥 遮光存放 日光下照射 粉碎 面团 烘焙 破坏 筛分 发酵 原始啤酒 ale 公元8世纪后 德国人在制啤酒过程中加一种香料 蛇麻花 成了现代啤酒 beer 这个时期制啤酒工艺简化为 大麦 洒水 浸渍 数日 发芽 阴干 水煮 发酵 beer中国人在三四千年前就会酿酒 殷商时代宫中有 酒池 在中唐时期中国人用蒸馏制酒 是化工工艺开天辟地的进步 首次出现了蒸馏这个划时代的化工单元操作 一 古代的化工生产技术和人们对工艺的认识 所谓近代化工 意指18世纪中叶 工业革命开始 至20世纪二三十年代 20世纪初叶 的化学工业 1 工业革命引发化工工艺革命和化工行业形成蒸汽机的出现 标志着人类进入了机器时代 也标志着人类第一次工业革命的成功 而工业革命的突破口则是轻工业 在纺织业的刺激下 无机酸和无机碱的工艺相继出现了革命性成果 逐步形成规模 乃至硫酸工业 纯碱工业 烧碱工业和染料形成行业 由于工业革命需要大量的机器 势必对钢铁和其它材料提出日益增加的需求 如冶金工业的发展 炼焦工业和金属涂料工业应运而生 终于形成新的产业 二 近代化学工业的兴起和行业的形成 所谓近代化工 意指18世纪中叶 工业革命开始 至20世纪二三十年代的化学工业 1 工业革命引发化工工艺革命和化工行业形成2 兴起和形成的化工行业 纯碱工业 硫酸工业 电解食盐水工业 氯碱工业 煤及焦油利用和有机合成工业 染料 涂料 医药七个化工行业 二 近代化学工业的兴起和行业的形成 所谓现代化工 意指20世纪二三十年代至20世纪后半纪的化学工业 纯碱工业 硫酸工业 氯碱工业 染料工业 涂料工业 医药工业得到长足的发展和进步 同时兴起发展和进步的有 合成氨和化肥工业 农药工业 合成树脂与塑料工业 合成橡胶工业 合成纤维工业 基本有机原料工业 煤化工 石油化工 精细化工 军事化工 其它与化工交叉渗透的工业或行业 材料工业 无机非金属材料工业 信息材料 能源工业 生物化工 日用化工 皮革化工等 环境化工 三 现代化工行业的发展和进步 1 民族工业的先驱足迹19世纪末叶 开办了第一家用于军火生产的硫酸厂 在第一次世界大战期间 在沿海地区开办了一些纺织印染和化工厂 1914年 范旭东在天津开办久大精盐厂 后于1917年创办永利制碱公司 1921年邀请在美的侯德榜博士回国 自己设计工厂并于1924年正式出产纯碱 1915年 阮霭南和周元泰开办了我国第一个涂料厂上海开林颜料油漆厂 1929年 上海和天津相继建了一批油漆厂 如上海的永固 振华 元丰 天津的永明 东方 中国 四 中国近现代化学工业发展概略 1 民族工业的先驱足迹1919年 青岛杨子生集资创办维新化学工业社 生产膏状硫化黑和其它染料 1932年 董荣清集资在上海闵行兴办中孚染料厂 1934年投产硫化黑 1900年 陈伯清在广州独资开办利济轩药厂 1902年广州梁培基药厂开业 以后上海 天津相继出现制药厂 1915年 邓凤墀 陈玉波在广州创办广东兄弟创制树胶公司 生产胶鞋底 以后上海 广州 天津 山东 辽宁相继有人创办橡胶厂 1939年 陈嘉庚集资成立中国南洋股份有限公司 在重庆 昆明 贵阳开办橡胶厂 总名中南橡胶厂 翻修轮胎 生产鞋底 1923年 上海吴蕴初制造味精成功 设天厨味精厂 1929年 他又在上海集资创办天原电化厂 四 中国近现代化学工业发展概略 2 中华民国政府时期除民族资本外 1932年中华民国政府引进当时先进的美国电解槽 创建了23兵工厂 生产硫酸 烧碱 无烟火药和毒气等 此外 还办有江西硫酸厂 昆明化工材料厂 太原西北电化厂等 抗战胜利后 接受了日本侵华时办的化工企业 如大连 满洲 东北 天津 青岛 上海等地 主要生产硫酸 硝酸 合成氨 铵盐 纯碱 氯碱 橡胶制品和染料等 在抗日战争和解放战争期间 共产党的革命根据地在比较牢固的地区建有一些小型化工企业 主要生产硫酸 硝酸 盐酸 纯碱 烧碱 酒精乙醚 甘油及火药 炸药等 四 中国近现代化学工业发展概略 3 中华人民共和国建国以后的发展 粗略划分为三个阶段 1949年 1958年为恢复和奠基阶段 新中国成立后 1949年10月 1952年期间 在东北 华北 华东 中南 西北和西南 恢复化工企业的生产 至1952年 化工总产值比1949年增加3倍以上 1953年 重点建设吉林 兰州和太原3个大化工区 陆续于1958年前后投产 主要生产化肥 染料 烧碱 农药 医药 合成橡胶 塑料 甲醇和乙烯等 除了化肥等基本化工产品外 吉林的特色是以乙炔化工为主生产染料 太原的特色为医药 兰州的特色是以石油为主的高分子材料 主要是橡胶 1956年设立化工部 完成了公私合营 这期间 受苏联的支援 建立了许多化工企业 如华北制药厂 西北油漆厂等 四 中国近现代化学工业发展概略 3 中华人民共和国建国以后的发展 粗略划分为三个阶段 1958年 1978年为自力更生艰苦开创阶段 1958年以后 重点发展化肥 1965年建立医药公司 橡胶公司 化肥公司 化学矿山 化工原料等专业公司 兴建了许多化工企业 填补许多空白点 70年代发展石油工业 1970年引进砂子炉裂解装置投产 1973年引进13套化肥和1套乙烯联合装置 四 中国近现代化学工业发展概略 3 中华人民共和国建国以后的发展 粗略划分为三个阶段 1978年以后为现代化工发展阶段 1978年引进4套30万吨合成氨和4套30万吨乙烯装置 以后有陆续引进大型合成纤维和石油装置 到20世纪末 许多化工产品的产量列于世界前列 如合成纤维 合成氨 染料产量等列第一位 化肥 农药 纯碱 硫酸等列第二位 石油化工 合成橡胶 合成塑料 轮胎等列第四位 乙烯产品列第六位 1999年按化工货运额确定世界十大强国 中国第四 四 中国近现代化学工业发展概略 所谓当代化工 意指20世纪后半纪以后的化学工业 可以看到化学工业与材料 信息 能源 生命等部门结合和渗透的必然性与可攻关性 如当代精细化工的发展 为材料工业 信息产业提供重要的材料和助剂 为材料和信息技术的进步提供物质基础 生命科学的进步 将为人类合成各类医药提供了科学的前提 生命技术的进步将改变农药 化肥和医药的格局 能源的开发 核能和太阳能的利用 使煤炭和石油从能源上退到一个适当的次要位置 而从有机合成上 上升为碳化学的主要资源 植物和其它依靠太阳而生存的生物 将为合成有机物的原料 五 当代化学工业的发展趋势 环境化工的开拓 将是改变目前生产状况的锁钥 人类将在注重治理已造成的污染同时 将改造或取消一些污染严重的行业 改变工艺路线 工艺原料和方法 并用更新的材料来取代和充实原有的用途 化工的分离技术将逐步被取代新型的方法和技术 化工的某些行业可能走向新生 应用化工方法生产的某些行业 如造纸 制革可能走向生物化工的方法和路线 总之 化工的某些行业可能走向衰弱 应用化工方法生产的某些化工产品的使用将受到控制 新兴的精细化工 能源化工 信息化工 生物化工 生物医药化工 材料化工 环境化工等将随着技术的密集而充满活力 必将出现新的飞跃 五 当代化学工业的发展趋势 发展和更新速度快设备特殊 设备投资高 更新快知识技术密集 投资和资金密集能量和物质消耗密集有一定的规模效益要求环境保护和防治 要求自控条件比较严格市场竞争激烈 国际竞争也十分激烈市场经营注意用户开发和技术指导 二 化学工业的行业特征和分类 一 化学工业的行业特征 煤化工 以煤 焦油 乙炔 煤液化与汽化为原料石油化工 以石油炼制 包括裂解和重整的产物为原料天然气化工 以天然气 CH4 为原料海洋化工 以海水和海洋资源为原料 包括海水中提取溴 海水淡化和海洋矿物等矿产化工 以硫 磷 黄铁矿 硼 石棉 钾矿 芒硝等化工矿产为原料的化学工业生物化工 以微生物及方法为生产工艺以及生物体为原料林产化工 包括木炭 木焦油等为原料天然药品和天然产物化工 包括生物制药核化工 以放射性为原料或提取放射性物质为主要原料电化工 用电解或其它电化学手段生产 二 化学工业的分类 按原料划分为 国防化工 军事化工 炸药 火箭推进剂 核武器材料 毒气和防毒剂等环境化工 治理环境工艺和系统工程 副产物 能量综合利用等食品化工 食品加工 添加剂 食用香精与色素等日用化工 化妆品 香料 表面活性剂 清洗剂等农用化工 化肥 农药 植物生长素 除草剂等能源化工 油田用化学品 煤炭采掘 浮选 太阳能和光能用材料等信息化工 电子微电子化学品等材料化工 复合材料 高分子材料 材料助剂等皮革化工 皮革加工各种助剂 表面涂饰剂等冶金化工 湿式冶金 非金属等药物化工 化学药物合成等硅酸盐化工 水泥 玻璃 陶瓷等建筑化工 建材 耐火材料 装饰材料等 二 化学工业的分类 按产品的用途和产品形态 可分为 化学肥料 化学农药 煤化工 石油化工 化学矿 酸碱 无机盐 有机化工原料 合成树脂和塑料 合成橡胶 化学纤维单体 感光材料和磁性记录材料 染料和中间体 涂料和颜料 化工新型材料 橡胶制品 化学医药 化学试剂 催化剂和溶剂及助剂 化工机械等20个行业 二 化学工业的分类 按产品行业分为20个行业 化学矿 无机化工原料 有机化工原料 化学肥料 农药 高分子聚合物 涂料和颜料 染料 信息化工 试剂 食品和饲料添加剂 合成产品 日用化学品 粘合剂 橡胶和橡胶制品 催化剂和各种助剂 火工产品 其它化学产品 包括炼焦和林产化学品 化工机械等19类 二 化学工业的分类 按产品行业可分为19类 无机化工 各种无机物 氨 酸 碱 肥料 无机颜料等有机化工 基本有机原料 有机溶剂 染料 洗涤剂等高分子化工 合成树脂和塑料 合成橡胶 涂料树脂 粘结剂 化学纤维及其它精细化工 医药 农药 涂料 染料 表面活性剂 催化剂等 二 化学工业的分类 按产品归大类又分为 基本化工原料化肥农药医药有机化学品日用化学品合成材料化纤橡胶制品塑料制品专用化学品等 二 化学工业的分类 按统计归口分为 什么叫化工工艺管理 化工工艺管理的内容是什么 如何加强化工工艺管理 三 化工工艺管理 本节主要解决三个问题 3 1什么叫化工工艺管理 所谓化工工艺管理 就是组织制定和实施各种化工产品的生产技术规程以及以此为中心的其它各项规程制度 督促和检查以生产工艺技术规程为中心的各项技术规程的执行情况 总结经验 改进生产技术 开展合理化的建议活动 组织技术措施的实施 3 2化工工艺管理的内容 主要有两个 一是贯彻工艺文件 包括工艺操作规程 安全操作规程 生产控制分析化验规程 操作事故管理制度 工艺管理制度等 对遵守工艺纪律进行宣传教育和监督检查 二是对产品的生产工艺进行整顿和改造 涉及的内容主要有 一 工艺操作规程 二 安全操作规程 三 全面质量管理 四 技术管理 五 标准和计量管理 1 产品名称 物化性能 技术标准及作用2 原料名称及质量标准或技术规格3 生产基本原理及反应式4 生产工艺流程的叙述5 岗位操作法及控制 岗位操作范围 开车前准备 开停车操作 各岗位控制要点6 某些不正常现象及消除方法7 安全生产及要点8 主要原材料 动力消耗定额9 生产过程中的三废排放和处理10 主要设备的生产能力及设备一览表11 带控制点的详细工艺流程图12 关键设备的结构图 一 工艺操作规程 1 主要原材料 中间体及产品的物化性能2 正常生产时 操作中的安全注意事项3 检修 包括安全停车 时 操作中的安全注意事项4 突然停电 停水 停汽的安全停车注意事项5 生产设备中受压容器安全操作注意事项6 其它 包括环境保护 注意事项 二 安全操作规程 定义 就是企业按照ISO9000系列标准的要求建立自身有效运转的质量保证体系 特点 把工作重点从事后 把关转到以预防为主 实行全过程的管理 全员参加质量管理 全面方法的管理 全部指标的质量管理 模式 ISO9001质量体系 设计 开发 生产 安装和服务的质量保证模式 ISO9002质量体系 生产 安装和服务的质量保证模式 ISO9003质量体系 最终检验和试验的质量保证模式 三 全面质量管理 正确组织企业的各项技术工作 建立良好的生产技术工作秩序 保证生产正常进行 积极开展科学研究 掌握新工艺 创造新产品充分利用现有条件 不断采用新技术 新工艺 新材料 提高产品质量 发展新产品 四 技术管理 1 主要任务 日常工艺管理工作 组织编制技术措施计划及实施 组织和实施技术改造 搞好技术引进和国际技术合作 做好科技信息工作 重视知识产权的管理工作 搞好技术档案的管理 正确选定科研项目 搞好技术开发 编制技术发展长远规划 质量 设备 环保 能源等方面的管理 四 技术管理 2 技术管理的范畴 定义 规定一个产品或一类产品应符合的要求以保证其适用性的标准 种类 按标准使用范围 标准可分为国际标准 国家标准 行业标准和企业标准 单项产品标准的主要内容大致为 1 产品分类标准 2 产品型号或代号编制方法标准 3 产品技术要求标准 4 产品试验方法标准 5 产品的标志 包装 运输和贮存标准 6 产品技术条件标准 四 标准和计量管理 1 产品标准 五 标准和计量管理 1 产品标准 产品标准的编写方法 应当尊重国家标准的要求 如 GB T1 1 1993 标准化工作导则第1单元 标准化的起草与表述规则第1部分 标准编写的基本规定 GB T1 1 1993 标准化工作导则第1单元 标准化的起草与表述规则第2部分 标准出版印刷的基本规定 GB T1 1 1993 标准化工作导则第1单元 标准化的起草与表述规则第3部分 产品标准的编写规定 等 配备必要的计量测试用具 保证器具稳定准确无误 并妥善地保管和使用 抓好计量与测试工作的质量 确保计量测试的准确 逐步实现计量测试手段的自动化配备计量 测试专业人员 做好培训工作 不断提高他们的业务水平 五 标准和计量管理 2 计量管理工作的内容 必须按照一定的程序进行制定和修改工艺技术规程 根据确认的工艺技术规程 逐步健全设备维修检查制度 岗位责任制 原始记录制度 岗位交班制度 回检查制度等等 严格按规程进行运作 3 3如何加强化工工艺管理 化工行业为什么要节能 化工节能有哪些途径 四 化工节能 本节主要讨论两个问题 据统计 化工行业耗能次于钢铁和冶金工业 是国民经济的各行业耗能较高的部门 如石油化工 天然气化工和煤化工等直接消耗燃料和能源资源作为化工原料的 如氯碱 电石生产等是以消耗电能为主的 有的工艺过程 加热 冷却 压缩 输送的过程较多 能源和燃料动力消耗较大 所以 化工节能是提高经济效益的重要手段 也是国民经济能源政策中最为关注的环节 1 化工节能的意义 开发研究工艺流程 减少合成过程的复杂性 减少设备和耗能装置的台数 研究反应过程的优化条件 研究活性的反应催化剂以求降低反应温度 提高原料的利用率 研究高效的分离能力 缩短分离过程的长度 减少分离的设备 改善装置的传热冷却效果 设计和使用先进装置 以提高能源的利用率 2 化工节能的途径 减少设备和管道的阻力 合理利用动力 减少消耗 充分利用化学能 反应放热或其它热交换装置 将废热合理利用 用于带动蒸汽透平或产生蒸汽 使用高效新能源 节约燃料和其它能量 以石油煤炭为原料的化学工业 除了充分利用能量之外 还要改进工艺 充分利用原料 减少无谓的损耗 2 化工节能的途径 单片机可实时控制化工过程参数 如反应器的温度控制等 计算机控制技术可使直接安装在现场的过程控制的实际装置接上电动 气动 单元仪表 可以把压缩空气的信号管线从现场拉到中心控制室 操作工可以在中控观察 控制全厂了 操作工坐在仪表板前 对所辖工段的情况一目了然 集中控制的要害在于风险集中 要是大型机挂了 全厂都要失控 分散控制将全厂划分为若干条条块块 用以微处理器为基础的一个控制用局部网来分散控制 主要子系统都是实时冗余的 故障时在第一时间内切换到备用系统 主系统和备用系统在平时定期互相自检 切换 以保证可靠 分散控制显然大大提高因计算机本身引起的可靠性 五 计算机在化工工艺中应用 主要明确计算机在化工生产系统中应用 为何提出 绿色化工 这个概念 绿色化工 这一前沿课题的形成背景 何谓绿色化工 绿色化工的概念与术语 如何实现绿色化工 实现绿色化工的途径和所遵循的原则 何谓可持续发展 化工可持续发展面临哪些问题和困境 六 绿色化工和可持续发展 本节主要讨论以下五个问题 从化工的发展史和分类可知 化学工业是基础工业 已渗透各行各业 特别是高新技术的发展 依赖于化学工业的发展 但化学工业也给人类赖以生存的生态环境带来了严重的破坏 据资料统计表明 1999年 世界上排放废弃物最多的十类工业中 化学工业名列首榜 并且每年排放废弃物是其余九个工业的总和 排放有毒物仅次于核工业的第二污染大户 每年生产的人工合成的有毒物约50万种 共400万吨 所有这些物质 几乎近一半滞留在大气和江 河 湖 海内 每年还有18万吨铅和磷 3000万吨的汞以及各种有毒重金属流入水体内 另外 还有200万吨石油流进海洋 据最新报道 10个污染大户1996年排到空气中致癌物竞有成百上千吨 1 为何提出 绿色化工 这个概念 对于化学工业而言 环境治理并不是新问题 而是随着工业技术的发展越来越重视 治理的力度越来越大 但是 先发展 后治理的传统方式使环境问题非但没有减轻趋势 反而越来越严重 人们已认识到 只有从污染的源头杜绝污染的产生 才是主动的 高层次的治本措施 1992年 里约热内卢会议 巴西联合国环境与发展大会 又称 地球会议 提出了 绿色科技 的概念 并指出 环境科学家的任务不再局限于环境污染的治理 而是要求对环境污染进行有效控制和对环境进行修复 以及从污染源头开始杜绝环境污染的产生 1996年6月美国首届 总统绿色化学挑战奖 的颁发 1999年世界第一本 绿色化学 杂志的诞生 因此 在20世纪90年代提出了 杜绝污染源 绿色产品 绿色科技 等概念 同时也出现不少新名词 如绿色化学 环境友好化学 环境无害化学 清洁化学和原子经济化学等 最后美国环保局采用 绿色化学 这一概念 我国学者一般叫绿色化学与化工 从化工方面表述叫绿色化工 1 为何提出 绿色化工 这个概念 运用化学方法和技术 在设计 制造及应用化学产品上减少消除使用或产生有害物质 绿色化工的核心是 利用化学方法和技术从源头上减少和消除工业生产对环境的污染 2 绿色化工的概念和术语 1 定义 原子经济性是指原料分子的原子转化为产物的百分率 理想的原子经济反应 是原料中的原子百分之百地转化为目的产物 没有副产物和废弃物产生 并不是所有化学反应都是原子经济反应 生产无害的副产物 如水 也是较为理想的 有些理论上的原子经济反应 在实际生产中 必须研究催化剂 提高其选择性和改进工艺条件才能实现工业意义的原子经济反应 2 原子经济性和原子经济反应 3 零排放 第一个式子为原子经济反应第二个式子为零排放过程 即原子经济性达到百分之百的过程叫零排放过程 4 原子利用率和E 因子 对绿色化工而言原子利用率AU为100 因此用AU可以对反应过程作更好的评价 原子利用率简写AU 其定义 E 因子作评价 其定义 5 清洁生产 定义 用清洁的能源和原辅材料 通过清洁的生产过程 生产出清洁的产品目标 是确立 原料 工业生产 产