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1、Chemical Technology,化学工艺学,东南大学成贤学院化工与制药工程系,前 言 化学是研究物质变化和化学反应的科学，是与材料、生命、信息、环境、能源、地球、空间和核科学等有密切交叉和渗透的中心科学。 化工是利用基础学科的原理，实现物质和能量的传递和转化，解决规模生产的方式和途径等过程问题的科学。,“化工”？ 怕 怕？,空气、水、土壤、食品等领域面临挑战,人的衣食住行离不开化学化工,化学化工是人类进步的“工具”，如何用好,化学化工产业：附加值高，永久产业；,实例： 德国是全球化工生产大国，营业额位居欧洲首位、全球第四； 二战前期：德国化工产业污染大，产能高； 如今：蓝天白云、花草树
2、木与厂房林立、管道纵横的设备和谐共存；,阿司匹林和香奈儿5号香水,发现并发展了绿色荧光蛋白 （green fluorescent protein, GFP）,美国伍兹霍尔海洋研究所的科学家下村修（Osamu Shimomura）,哥伦比亚大学的马丁沙尔菲（Martin Chalfie）,加利福尼亚大学圣迭戈分校的钱永健（Roger Y. Tsien）,2008年诺贝尔化学奖,PE的化学合成反应,n CH2=CH2,催化剂,P、T,CH2=CH2,n,PE化学工艺思考问题,1.乙烯单体的纯度、输送,2.反应过程所需温度、压力如何保持,3.催化剂的选择以及添加量,4.产品的分离提纯，溶剂、催化剂的
3、回收, ,PE生产工艺条件 聚合温度：合适的温度范围为60-70 。 聚合压力：0.1-0.5MPa。 催化剂：Al(C2H5)3-TiCl4； 生产聚乙烯的乙烯的工艺过程包括： 引发剂的配制、聚合、分离、净化与干燥、溶剂回收等。,PE生产工艺流程,化学工艺学 在化学、物理和其它科学成就基础上，研究综合利用各种原料生产化工产品的原理、方法、流程和设备； 目的：经济性、创新性、安全性,该课程学习方法及要求 1、目标产品 2、工艺路线 3、反应热力学 4、反应动力学 5、特点（吸热、放热；各步收率等） 6、实现过程反应设备、适宜的传热传质方式、分离手段等 7、典型工艺,要求： 1、“广”可利用任何
4、相关学科的手段、方法解决问题； 2、“约”特别强调必须以实验数据为根据。,总学时：64学时,总评成绩平时成绩（包括作业、讨论、平时联系） 期中考试成绩 期末考试成绩 平时成绩占20 期中考试成绩 20 期末考试成绩占60,分离工程,反应工程,化学工艺学,化工专业实验,化学工程与工艺核心课程群的基本框架,1.1 化学工艺学的研究范畴 1.2 化学工业的发展、地位与作用 1.3 现代化学工业的特点和发展方向 1.4 化学工业的原料资源和主要产品,第1章 绪论,化学工业 (chemical industry) 化学工艺 化学工程 chemical technology chemical engine
5、ering,1.1 化学工艺学的研究范畴,化学工艺 个性 研究具体过程 从原料到产品,化学工程 共性 单元操作 工程因素尤其是放大效应,两者相辅相承，密不可分,过程最优化,共同规律,化学工艺 (chemical technology or chemical processing) 将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程 技术先进 经济合理 生产安全 环境无害,化 工 生 产 过 程,1.2 化学工业的发展、地位和作用,制陶、酿造、冶炼,制碱、制酸、煤化学、合成氨,石油化工,高分子化工：合成材料,新兴的化学工业,18世纪以前 作坊式手工工艺,18世纪初叶建成了第一个典 型的化工厂 ,铅
6、室法硫酸厂,18世纪末期, 路布 兰法制碱工艺出现,从18世纪到20世纪初期，以酸、碱为基础的无机化工初具规模； 同期，在德国首创了肥料工业和煤化学工业，人类进入了化学合成的时代,20世纪初，合成氨工艺有力地 促进了无机和有机化工的发展,自20世纪初期以来，石油化工的兴起,高分 子化工蓬勃发展起来 ,进入合成材料的时代,近年来，世界各国都高度视发展高新技术，复合结 构材料 、信息材料、纳米材料 等，生物化工产业,原料、方法和产品的多样性与复杂性 大型化、综合化、精细化率提高 多学科、生产技术密集型 能量合理利用，节能工艺和方法 资金密集，投资回收速度快，利润高 安全和环境保护,1.3 现代化学
7、工业的特点和发展方向,原料、方法和产品的多样性与复杂性,例：异丙醇胺的生产,联碱法：（侯氏制碱法） 原料：,产品：,主要反应方程式：,大型化、综合化、精细化率提高,例：纯碱的生产。 纯碱的用途：主要用于玻璃、肥皂、工业用水净 化、造纸、纺织、印染、制革、钢铁、有色金属冶炼等,联碱法生产工艺流程：,一次吸氨,加盐,冷却结晶,过滤分离,加热,二次吸氨,碳化塔碳酸化,冷却结晶,结晶煅烧,冷却,包装,结晶,干燥,过滤分离,NaCl,母液,气体CO2,母液,NH4Cl产品,返碱,纯碱产品,析出重碱母液,NH3,CO2,高新技术，缩短开发周期 最充分、最彻底地利用原料 大力发展绿色化工 化工过程要高效、节
8、能和智能化 实施废弃物再生利用工程,1.3 现代化学工业的特点和发展方向,发展方向,.化工生产中加快研究、开发、利用高新科学技术产品。,.化工生产原料应充分利用 在化工生产中提倡设计和开发“原子经济性反应”，该概念是美国化学家B.M.Trost于1991年提出的，“在化学反应中应使原料中的每一个原子都结合到目标分子即产物中，不需要利用保护基团或离子基团，因而不会有副产物或废物生成”。即最大限度地利用原料和最大限度地减少废物排放。,.化工生产中大力发展绿色化工，生产过程中应做到“零排放” 采用无毒、无害的原料、溶剂和催化剂。 利用反应选择性高的催化剂和工艺流程。,将副产物和废物转化为有利用价值的
9、产品。 淘汰污染环境和破坏生态平衡的产品，开发对生态环境友好产品。 实施废弃物再利用工程。,.化工生产过程要实现高效、节能及智能化生产(例如生产中的DCS控制系统)。,(5).实施废弃物再生利用工程 例如废旧轮胎、废弃农作物、废塑料、废水、 废渣、废气等；,非自然资源,生物资源,矿物原料,1.4 原料资源,金属矿、非金属矿 化石燃料矿,动、植物体,“废料” “垃圾”,生物质资源,高分子化工产品,有机化工产品,无机化工产品,1.4 主要产品,精细化工产品,生物化工产品,乙 烯,与丙烯共聚,乙丙橡胶,电缆、电线材料,氧化,乙醛,缩合,醋酸,辛醇、季戊四醇,2-羟基丁醛,丁醇,酯化,丁酯,溶剂、 增
10、塑剂,溶剂,药物、酯类、醋酸乙烯纤维（维尼龙）,增塑剂,齐聚、水合,高碳直链醇（C11C18）,合成洗涤剂,水合,乙醇,酯化,乙酸乙酯、其它酯类,溶剂及合成原,加氢脱水,丁二烯,合成橡胶,氢甲酰化,丙醛,丙酸,还原,正丙醇,溶剂,丙 烯,聚合,聚丙烯,合成纤维、塑料,氨氧化,合成纤维、ABS树脂、AS树脂、丁腈橡胶,丙烯酰胺,絮凝剂、水增稠剂、纸张处理剂,丙烯腈,与乙烯共聚,乙丙橡胶,次氯酸化,氯丙醇,环氧丙烷,丙二醇,聚酯塑料,聚氨酯塑料、表面活性剂,过氧化物环氧化,环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯,高温氯化,氯丙烯,丙烯醇,1，4-丁二醇,聚酯,甘油,医药、炸药,环氧氯丙烷,水解,环氧树脂,丁 二
11、 烯,与苯乙烯共聚,丁苯橡胶,与丙烯腈共聚,丁腈橡胶,聚合,顺丁橡胶,与苯乙烯、丙烯腈共聚,ABS塑料,氯化,2-氯丁二烯,氯丁橡胶,与顺酐反应,四氢邻苯二甲酸酐,与HCN反应,己二腈,己二胺,尼龙66,三聚环化,1，5，9-环十二碳三烯,十二碳内酰胺（尼龙12的单体）,香料、增塑剂、阻燃剂、聚酯原料,乙酰氧基化、加氢、水解,1，4-丁二醇,聚酯树脂,尼龙66（聚己二酰己二胺）,橡胶制品的应用领域,异 丁 烯,与异戊二烯共聚,丁基橡胶,氧化,甲基丙烯酸,甲基丙烯酸酯,有机玻璃,与甲醛反应,异戊二烯,异戊橡胶,水合,叔丁醇,香料原料、溶剂、医药中间体、,与甲醇反应,甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油
12、添加剂）,聚合,聚异丁烯,粘合剂、密封胶,有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯),正 丁 烯,聚合,聚丁烯,合成塑料,氧化,顺丁烯二酸酐,1，4-丁二醇、增强塑料、农药,氧化,甲乙酮,溶剂,水合,仲丁醇,脱氢或氧化脱氢,丁二烯,正 丁 烷,脱氢,正丁烯,深加工产品见上,异构化,异丁烷,氧化,顺酐、醋酸、乙醛、甲乙酮,蒸汽裂解,乙烯、丙烯、丁二烯等,烷基化,烷基化汽油,脱氢,异丁烯,深加工产品见上,蒸汽裂解,乙烯、丙烯、丁二烯等,异 丁 烷,苯,加乙烯烷基化,乙苯,脱氢,苯乙烯,聚苯乙烯、丁苯橡胶、 ABS树脂,加丙烯烷基化,异丙苯,苯酚,酚醛树脂、苯胺、壬基酚等,丙酮,双酚A,聚碳酸酯、环氧树脂,加十二
13、烯,十二烷基苯,合成洗涤剂,加氢,环己烷,己内酰胺,聚酰胺纤维,氯化,氯苯,染料中间体、医药,氧化,顺丁烯二酸酐,四氢呋喃、1，4-丁二醇,医药、聚氨酯,硝化,硝基苯,苯胺,二苯基甲烷二异氰酸酯、橡胶助剂、 染料、医药、农药,聚氨酯纤维,甲 苯,硝化,硝基甲苯,染料中间体、炸药,歧化,苯、二甲苯,氧化,苯甲酸,染料中间体、医药、增塑剂,临氢脱烷基,苯,硝化、还原、光气化,甲苯二异氰酸酯,聚氨酯类泡沫塑料、聚氨酯橡胶,二甲苯,对二甲苯,氧化,对苯二甲酸,聚酯树脂、涤纶,间二甲苯,异构化,对二甲苯,氨氧化,间苯二腈,农药、聚酰胺纤维,邻二甲苯,氧化,邻苯二甲酸酐,医药、染料、增塑剂,萘,氧化,烷基
14、萘,脱烷基,萘,氧化,乙 炔,加HCl,氯乙烯,聚氯乙烯,水合,乙醛,乙酸,季戊四醇,醇酸树脂,巴豆醛,山梨酸,加醋酸,醋酸乙烯,合成纤维、涂料、粘合剂,加甲醛,1，4-丁炔二醇,1，4-丁二醇,四氢呋喃、-丁内酯、聚酯树脂,二聚,乙烯基乙炔,粘合剂,加氢,丁二烯,加HCl,2-氯丁二烯,氯丁橡胶,氯化,三氯乙烯、四氯乙烯,溶剂,加HF,氟乙烯,聚合,聚氟乙烯,合成气 (CO+H2),补N2和变换,N2-H2,合成,氨、尿素等,改良的F-T合成,汽油、煤油、柴油等液体燃料,合成,甲醇,羰基合成,醋酸,氧化,甲醛,酚醛树脂、合成原料,与异丁烯合成,甲基叔丁基醚（MTBE）,与CO合成,甲酸甲酯,甲酸,加CO、O2,草酸二甲酯,乙二醇,草酸,同系化,乙醇,脱水,乙烯,合成,二甲醚,转化,转化,C2-C4烯烃,汽油,柴油机燃料,END!,
