chap1-化工概述与发展史

化学概论化学工程与技术专业chemicalengineeringandtechnicalengineeringandtechnicschemuleneeringandprocess讲座教师：Guo yanguoyan 56 ，化学概论通过学习，可以知道化学专业主要对化学领域的基础概念、典型的生产工艺、近年的发展趋势、新技术及新成果介绍了什么。第一章化学概述及发展史，1.1化学概述1.2化学与国民经济的关系1.3化学发展史，1.1化学的意义，化学工业、化学工程及化学工程的总称，或者其中之一可以说是化工、中国人创造的词。但是化学范围还在扩大。自动化技术、过程控制和优化、环境问题、经济问题、生产安全涉及化学产业、化学工程和化学过程，因此形成了：环境化学、化学自动化、化学过程模拟、化学技术经济、化学安全等新术语。化学化学也可以指化学工业、化学工程或化学工艺，或者三者的组合。1.2化学产业，1)按原料：石化产业、煤化工产业、生化产业、农林化学产业。2)根据产品吨位：大吨位产品，精细化学品。前者是指生产量大、品种多、但价值高的一些产品，如氨、乙烯、甲醇等。前者称为“对话学”，后者称为“精细化学”。3)根据化学特性分类：无机化学产业、有机化学产业。4)中国的统计方法：化学工业包括氨和肥料产业、硫酸产业、盐基产业、无机酸产业(包括无机盐和元素)、基本有机原料产业、染料和中间体产业、工业炸药产业、化学农药产业、医药药品产业、合成树脂和塑料产业、合成纤维产业、合成橡胶产业1.3化学和化学：化学先有，化学教育从化学教育中分离出来，1888年在美国麻省理工学院(MIT)首次设立了化学系。化学：属于理科，主要是合成新物质，发现新的化学反应，对物质的化学结构和性质、新的机制、规律和理论感兴趣。科学学士ScienceBachelor。化学：学部将实验室合成的化学物质和化学反应扩大到产业使用，因此被称为工科学士工程bachelor，根据当前我国的学科，将化学工程和技术设置为一级领域，并分为以下五个次要领域：化学工程、化学技术、应用化学、生物化学和产业催化等专业。成立于1998年国家教育部制定的普通高校本科专业目录和专业介绍，化学工程和工艺专业包括现有化学工程、化学工艺、高分子化学、精细化学、生物化学、生物化学工程、产业分析、产业催化、电化学工程等专业，成为光口径专业。相关领域：包括能源、环境保护、冶金、材料、轻工业、卫生、信息等化学产业的几乎所有领域。化学领域划分，化学工程和化学技术(1)，化学工程和化学领域五个二级领域中最广泛的化学工程、化学技术，因此许多化学机构设置了两个专业领域。早期化学工程(ChemicalEngineering)，主要研究物质的物理处理过程，不包括化学反应，基本上是对数学、物理、化学和机电各基础学科的全面应用。化学工程和化学工艺(2)，到了20世纪中期，化学工程引入了蒸发、流体流动、传热、干燥、蒸馏、吸收、提取、结晶、过滤等单位工作，从此以“传输工程”和“反应工程”为中心，进行所谓的“反应工程”化学工程出现了化学工业，并随其发展而发展。现在已经形成了门等工程技术领域系统，即现代化学工程系。化学工程和化学工艺(3)、化学工艺(化学工艺):化学技术或化学生产技术，表示原料经过化学反应转化为产品的方法和过程，以及针对这些变化采取的所有措施。化学工艺学是以产品为对象研究化学生产工艺的学科，旨在为化学工业提供技术上最先进、经济上最合理的方法、原理、设备、工艺。化学工程和化学工艺(4)，化学工艺通常由三个主要阶段组成。原料处理：原料化学反应所需的状态和规格(纯度)。化学反应：获得目标产品或其混合物。产品精制：分离化学反应得到的混合物，去除副产品和杂质，供应符合规格的产品。1.4化学工业在国家经济中的地位，概括地说：化学工业在国民经济中是工业革命的助手，对发展农业的支持，作为战胜疾病武器改善生活的手段，与服装、食物、居住、运行有着密切的关系。化学和农业，化肥：作物生长需要氮、磷、钾等因素，但土地供应不足，仅通过肥料使用。农作物增产40-50%，需要依靠肥料。农药：全世界约10000种，有害线虫病3000种，植物病原微生物80000种，杂草30000种，没有农药，作物年产量将减少35%。植物激素及生长调节剂：影响和调节植物的生长、发育、开花、结果的各个过程，提高粮食产量。其他：农膜、土壤改良剂、饲料添加剂等。化学和医学，制药项目是化学领域的一个分支。制药产业：生物制药、化学合成制药、中药治疗剂。一家制药公司的研发人员中有一半是化学专家。人类寿命的延长和健康与制药产业密切相关，医学的发展离不开化学研究和化学工业。化学和能源，一个国家的经济发展一般是能源优先，能源供应水平标志着一个国家的发达国家，能源产业和化学工业是不可分割的。第一能源：可以从大自然获得并直接利用的热源、动力源(煤、石油、天然气、油田气体等)、树干、沼气、核燃料、水力、风力、地热、海洋能源、太阳能等。第二能源：主要指从第一能源加工中获得的能源形式，除了火力发电外，还指化学加工中获得的汽油、柴油、煤油、重油、渣油、人工汽油等液体燃料、天然气、液化石油气等气体燃料。世界和中国的能源消费结构，中国的能源结构以煤为基础，煤少，化学和人类生活，到目前为止，人类已经发现和制造了1200多万种化合物，各有特点和功能。农业、轻工业、重工业、吃穿工作、衣食住行很大程度上依赖化学物质，使人们的生活更加丰富多彩。化学和国防、火和炸药产业是化学产业的一部分。生产工艺和设备具有相同的操作和流程，类似于一般化学行业，尤其是燃料行业、制药行业。爆炸物：化学工业的直接生产武器。防细菌武器与化学物质密不可分。新的核武器在制造过程中包括大量的化学工艺。1.5化学产业发展史，世界化学产业发展史古代化学加工现代化学产业的出现，现代化学产业中国化学产业发展史中国现代化学产业新中国的化学产业，古代化学加工，古代：年没有产业，但是化学加工方法影响了人们的生活。陶瓷、酿造、染色、冶炼、油漆、纸张、医学、火药、肥皂。酒：至少在公元前20世纪的中国豪已经把酒祭祀了。公元前21世纪，中国进入了青铜时代。公元前5世纪进入铁器时代，显示了冶金化学技术的掌握和发展。中国和欧洲在公元前后进入了炼金术、炼金术时期，带动了冶炼和制药的发展。现代化学产业(1)，随着工业革命，西欧开始的无机化学产业的形成和发展。1749年：英国建立了以铅实法生产硫酸的工厂。1791年：卢布尔兰获得了专利，以盐分为原料生产了纯碱、副产品氧化氢、盐酸、氧等，以纯碱、烧碱为假碱生产。18世纪下半叶：炼铁用超碳量大幅度增加，产生了煤化工产业。1763年：英国出现蜂窝式煤气炉，供应大量碳。1792年：用煤开始生产民用煤气。现代化学工业(2)煤化工的发展，1812:欧洲蒸馏气体用于街道照明；1816年：美国煤蒸馏法生产煤气。1825年：英国人从煤焦油中分离出苯、甲苯、萘等。19世纪中叶：已经有很多国家在欧洲建立了焦炭工厂，德国成功建立了具有化学物质回收装置的炼焦炉，以医药、农药、染料等产业的原料从煤焦油中提取出大量芳烃。现代化学工业(3)第三大化学材料产业开始，1839年：适用于美国固体特异性硫硫化天然橡胶、轮胎等橡胶产品第一种人体加工高分子橡胶产品。1872年：美国开始生产赛璐珞，被认为是第一种天然加工聚合物塑料产品，从此塑料产业焕然一新。1891年：法国成立了人造丝(硝基纤维)工厂，但产品质量差，易燃，不太发达，但仍被认为是化纤产业的开始。现代化学工业(4) -炼油工业启动，1854年：美国建立了第一套原油分馏装置。1860年：美国第一家炼油厂是炼油工业。19世纪后期：世界建设了大量主要生产照明用煤油、汽油、重油等的炼油厂或炼油装置。到了80年代，电灯的发明大大降低了石油的重要性，汽油和柴油随着汽车产业的发展成为炼油的主要产品。近代化学产业(5)传统化学制药和染料产业等，19世纪初至60年代，科学家们从传统药用植物中分离出纯化学成分。1846年硝化甘油和硝化甘油问世，1862年瑞典人诺贝尔创立了第一家硝化甘油工厂，1863年发明了TNT。1856年，第一种染料问世，第二年工厂建成，世纪末发明并使用了多种染料。现代化学工业总结，19世纪化学工业开始，高分子、染料、医药等产业发展，但规模仍然不能补充无机化学工业，无机化学工业的影响在19世纪90年代隔膜电解盐水产业化后，形成了完整的酸、碱、氯体系。炼油已经有一定的规模，但还只用于燃料和润滑油，基本上还没有与化学产品相关联。现代化学工业(1)概述，20世纪化学工业快速发展，60年代是化学工业实际大规模生产的主要阶段。现阶段，氨(包括化学肥料)和石油化学取得了快速发展。高分子化学工业从有无开始，基本配套品种，形成了大规模化。精细化工也逐渐出现。现代化学工业(2)-氨、石油化学物质，1913年德国哈珀氨生产，这一过程在高温、高压、气体循环中实现。1916年氨被硝酸氧化了。1920年，美国建立了第一种石油化学物质，将炼油气中的异丙醇水合为丙烯。1923年，美国联合碳化学公司在查尔斯顿生产乙烯的石油化学工厂分解成乙烷和丙烷，打开了以乙烯为原料的石油化学生产的序幕。现代化学产业(3)石油化学兴起，1941年：从石油的轻质馏分开始催化重整芳烃的新工艺。同年，合成橡胶的重要中间体丁二烯从碳氢化合物分解气体中分离出来。20世纪30年代：炼油工业迅速发展，热解和催化裂化分别产业化，生产了更多的烯烃。制造乙烯的同时，共同生产丙烯、C4烃和芳烃(苯、甲苯、二甲苯)。石化行业：由乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯等一系列下游产品加工而成。现代化学工业石油化学的合成树脂和纤维工业，1928年：第一种无色树脂(脲醛树脂)生产20世纪30年代：通过本体聚合成功生产苯乙烯；有机玻璃，聚氯乙烯；低密度聚乙烯。聚合物合成纤维的开发延迟。1922年人造丝产量超过了丝绸纤维。1939年，美国杜邦实现了聚酰胺66纤维的产业化。德国于1941，1946年分别进行了聚酰胺6纤维，聚氨乙烯纤维的工业生产。1950年以后，聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维等合成纤维相继产业化。基本上还配有合成纤维品种。现代化学产业(4)石油化学生产合成橡胶的产业，1931年在美国杜邦生产少量洋伞氯丁橡胶，苏联完成万吨级蒂娜橡胶生产装置的同时，德国也生产了蒂娜橡胶，1935年德国法开始生产丁青橡胶，1937年苯乙烯丁二烯橡胶。在第二次世界大战中，战争的紧迫性和天然橡胶生产地被密封，促进了合成橡胶，生产量迅速增加，还产业化了机密性好的丁基橡胶，促进了各种特殊橡胶(硅橡胶、聚氨酯橡胶)的生产。此时，合成橡胶的品种基本准备好了。现代化学工业石化产业的精细化工产业在石化产业开发了大吨位产品后，人们开始关注小生产、高附加值精细化学品的开发。为了发明活性染料，加强染料和纤维的结合，对合成纤维进行染色，开发了涤纶用分散染料、青龙用阳离子染料、杀虫剂：40年代发明了有机氯农药DDT后的一系列有机氯、有机磷农药。医学：青霉素于1928年发现，抗生素药的新领域打开了。油漆：摆脱天然油漆的传统，改为合成树脂。现代化学产业(6)石油化学中规模的大型化，20世纪60年代化学产业更注重规模的大型化。1963年，美国凯勒曼首次设计并构建了日产540t氨单系列设备，这是化学工业生产厂大型化的标志。现代石化设备越来越大。现代化学产业(7)石化产业面临巨大冲击，70年代国际油价大幅上涨，乙烯原料价格急剧上涨，产品生产成本增加，石化产业面临巨大冲击。美国、日本、西欧地区的主要乙烯生产国正在采取关闭部分生产设备、节约生产能源消耗、进行副产品的综合利用、深加工、加强替代油原料研究、将设备转移到发展中国家等措施。现代化学工业(8)开发精细化学品和开发精细化工生产也是明显的趋势。一些大型化学工业联合企业已经集中在这种生产部门。微型化学制品不仅品种多，变化快，产品更换周期短，因此需要更多的科研投资，研究人员比生产人员多。精细率表示精细化学品的产值与整体化学工业产值之比，发达国家的精细化率已超过50%。现在的精细化率也可以成为新化学工业发展的标志。化学工业发展的标志，18-19世纪：硫酸生产长期用作国家化学工业发展的信号。20世纪：乙烯成为一个国家化学产业发展的象征，成为化学产业的象征。21世纪：现在的精细率成为一个国家化学产业发展的象征。中国的化学工业发展史，中国现代化学工业新中国的化学工业，中国的现代化学工业发展得比较晚，1876年天津建设了中国第一家铅室法硫酸厂，日产硫酸药2t，成为我们现代化学工业的起点。1889年，中国第一家水泥厂在唐山建成。1905年陕西省延长运营中国第一家石油开采及精炼企业，1907年钻探石