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1、化工导论 化学工程与工艺专业 Chemical Engineering and Technology Chemical Engineering and Technics Chemical Engineering and Process 授课教师： 郭艳博士 Contact: ,了解“化学工程与工艺”专业,覆盖专业：化学工程、化工工艺、无机化工、有机化工、石油化工、高分子化工、精细化工、生物化工（部分）、工业分析、电化学工程、工业催化等专业。 涉及领域：能源、环保、冶金、材料、轻工、卫生、信息等几乎整个化学工业的各个领域。,是天津大学化工学院的精品课程 化工专业本科一年级的入门课 通过学习可以了
2、解化工专业主要学什么？怎样学？ 主要介绍化工领域中的基础知识、典型生产工艺、近年的发展动向、新技术和新成果。,化工导论 现代化工导论 现代化工与高科技,无机化工的特点,化工行业中发展最早的，三十年代之后有机化工(主要以石油为原料的化工产品) 的发展超过无机化工，并变得更为重要。 过去，以硫酸产量的多少来衡量一个国家化学工业的发达程度，后来以乙烯的产量来衡量，现在是以产品的精细化程度衡量。 产品的品种比有机化工少，因此生产技术相对简单。 产品大部分都是用途广泛的化工原料，通用性强，产量大，几乎都是大型企业，如柳化、东化、南化、何氮。 现在, 新一代产品不断出现，形成无机化工材料产业，如：p16
3、表2-1。,无机化工原料,五大类：空气、水、化石燃料、化学矿物、工农业副产品。 化石燃料：煤、石油、天然气等。如：合成氨所需的H2，就是通过煤、石油或天然气为原料所制得（C+H2O=CO+H2）。既是有机化工的原料又是无机化工的原料。 化学矿物：生产化肥、酸、碱的原料，有20多种：硫铁矿、磷矿、钾盐、石灰岩、石膏、硅藻土等。,酸：三酸 碱：两碱 化肥：氮肥、磷肥、钾肥 无机盐产品 无机非金属材料,主要无机化工产品和用途,一、酸 Acid,主要有：硫酸 (H2SO4)、硝酸 (HNO3)、盐酸 (HCl)； 硫酸(sulfuric acid)：浓硫酸（含量93-98%），稀硫酸（含量75-78%
4、），发烟硫酸（含游离SO3 20-65%），产量50%用于生产化肥；是塑料、制药、油漆、农药、冶金、石油炼制等行业的原料。 硝酸(nitric acid): 产量仅次于硫酸， 用于制造硝酸铵、炸药等。 盐酸(hydrochloric acid): 化工业中的常用酸，用量最多的是实验试剂。,二、碱,主要有：烧碱 (氢氧化钠，NaOH)、纯碱 (碳酸钠， Na2CO3) 烧碱：NaOH, Sodium Hydroxide.化学工业最基础的产品，通过电解食盐水制得，2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2，称为氯碱工业。广西的南化（华南最大的氯碱企业 ）和东化生产。,二、碱,纯碱：Na2CO3
5、，Sodium carbonate, Soda Ash，苏打 小苏打： 碳酸氢钠 NaHCO3 大苏打:硫代硫酸钠 Na2S2O3 用途： 轻工、建材、化工、冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。,三、化 肥,1. 氨: NH3, ammonia, 化学工业中产量最大的产品之一，是制造化肥的主要原料和硝酸、纯碱、磺胺类药物、炸药等的原料，用途极为广泛。 2. 化肥：为植物提供养分，主要有氮肥、磷肥、钾肥和复合肥，其中属于氮肥的尿素，因含氮多、肥效好、污染小、成本低受欢迎，成为主要的化肥。 3. 尿素：urea,由碳、氢、氧和氮组成的有机
6、化合物，也称为脲。无污染， 80%用于作化肥，还作为饲 料辅料，三聚氰胺的原料。,四、无机盐产品,多达1000种，没有一个行业能离开它 微量元素肥料 含有硼、铜、铁、锌的氧化物或无机盐 荧光粉在电视屏幕上产生彩色图像效果 水处理剂： 次氯酸钠、漂白粉等抑制水中菌藻和微生物的滋长，即杀菌剂 硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁等加快水中悬浮物和污泥的沉降，即絮凝剂。,五、无机非金属材料,指除金属以外的材料，传统上指硅酸盐材料和碳素材料，随着科技发展，已不再局限于硅酸盐和碳，还包括含氧酸盐、硼化物、氟化物等。 硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料，以硅酸盐矿物为原料的产品。 碳素材料：人造石墨、人造金刚石、
7、碳纤维及其复合材料,五、无机非金属材料,先进陶瓷：精细陶瓷或特种陶瓷 结构陶瓷-具有耐热、耐磨损、高强度、高硬度、耐冲击、隔热性能好的一类陶瓷材料。 功能陶瓷-主要作为绝缘材料、压电材料、磁性材料、电子材料、生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。 新型碳材料：碳纤维及其复合材料，具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小等一系列优异性能。,圆形 碳纤维,碳纤维增强机翼,人造金刚石-以纯石墨为原料，铁、铬等为催化剂，高温高压下合成制得。用于磨料、切削工具、电子器件涂膜等。,切削工具,涂膜,碳纳米管-碳原子组成的管状大分子。单壁纳米管的直径在0.4至1.8纳米，抗张强度是
8、高强合金钢的20倍；具有优异的场致发射功能。可用于纳米电路，使平面显示器更薄更省电、扫描电镜的探针、氢气储存等用途。,碳纳米管,用导电的大分子碳制 作的超细导线,六、稀土材料,稀土元素：化学元素周期表中镧系元素和与镧系密切相关的钪(Sc)和钇(Y)等17种元素，称为稀土元素。,六、稀土材料,用途：具有独特的性能。 可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。 中国拥有丰富的稀土矿产资源，探明的储量居世界之首，而且成矿条件优越，堪称得天独厚。,典型产品生产工艺,1.接触
9、法生产硫酸工艺,2.合成氨生产工艺,自然界中含氨的物质很少，目前均为人工合成。 合成方法 当今世界上最经济、应用最广泛的方法是 N2 + 3H2 2 NH3 我国的合成氨生产技术于70年代从国外引进。 我国合成氨的原料：煤、石油、天然气。,典型产品生产工艺,2.合成氨生产工艺,煤 or 焦炭 水蒸气 空气,原料气制备 （造 气）,脱 硫,CO变换,脱CO2,C + H2O CO + H2 水煤气,合 成,除去硫化物,除去原料气中的CO2,无机化工的发展,现代无机化工不再局限于酸、碱、无机盐等传统产品。 研究热点和发展方向新型无机材料 特点：不燃、轻、高强、高硬、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等特性，以
10、及具有声、光、电等独特功能。 超纯试剂和纯电子气体用于集成电路加工，生产半导体材料单晶硅，使电子器件微型化、集成化、大容量化、高速度化。 用非晶硅材料制成太阳能电池，解决能源短缺的出路之一。 超高纯纳米碳酸钙用于电子业中的集成电路板、陶瓷电容器、固体激光材料制造，光学业中的新型玻璃、光纤维、荧光材料，等等,无机化工的发展,纳米粒子和纳米材料，超细颗粒，精细陶瓷、稀土化合物、非晶硅等技术是今后的发展方向。 新型无机化工技术：应具有超细化、纤维化、薄膜化、表面化、高纯化、非晶化、高聚化等特点,纳米粒子,纳米Nanometer: 长度单位，10-6毫米，1纳米 头发直径的万分之一。 当物体小到纳米级
11、之后，将会显示出奇特的性能，在光学、热学、电学、磁学、力学和化学性质方面与大块固体有明显的不同。 比表面积大：随着尺度减少，表面原子所占比例大大增加。如，1克直径为100纳米的颗粒的表面积可达100平米，而表面原子具有很高的活性且不稳定，因此呈现出不同于常规粉体的现象，这就是纳米材料的表面效应。 固体颗粒的晶体边界条件被破坏，表面层原子排列混乱，从而导致纳米颗粒在热学、光学、磁学及力学等方面呈现新奇的特性，这就是纳米材料的小尺寸效应。,第二章习题,简答题 1. 无机化工包括哪类产品？ 2. 无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？ 3. 烧碱是用什么方法生产的？ 4. 三酸两碱指什么？ 5. 最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？ 论述题 1. 简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。 2. 简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。,
