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化学工艺学


1925 年、美国联合碳化物公司开始进行乙烷、丙烷 高温裂解制造乙烯、丙烯的工业生产,为石油化工独立 发展奠定了基础。标志着石油化工进入了独立发展阶 段。 石油裂解制乙烯以及一系列以乙烯为原料的有机合 成工艺的开发成功,极大地促进了石油化工的发展,因 为以乙烯、丙烯等为原料可以很方便地合成出从低分子 到高分子的大量化工产品,而乙烯、丙烯可以很方便地 以石油为原料通过裂解工艺得到。
N2-H2
合成
氨、尿素等
汽油、煤油、柴油等液体燃料 羰基合成 氧化 醋酸 甲醛 酚醛树脂、合成原料 甲基叔丁基醚(MTBE) 甲酸甲酯 草酸二甲酯 甲酸 乙二醇 草酸 同系化 转化 乙醇 脱水 C2-C4烯烃 汽油 柴油机燃料 乙烯
合成气 (CO+H2)
合成
甲醇
与异丁烯合成 与CO合成 加CO、O2
化学工艺学: 化学工艺(chemical technology)即化工生产技术, 是指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过 程,包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。 化学工艺学是根据化学、物理和其他科学的成就,来 研究综合利用各种原料生产化工产品的方法原理、操作条 件、流程和设备,以创立技术上先进、经济上合理、生产 上安全的化工生产工艺的学科,内容包括生产方法、原 理、流程和设备。
注意:原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从上游看 是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所不同。
产品生产过程的顺序:
化工产品
起始原料
基础有机原料
基本有机化学品
三大合成材料
起始原料:石油、天然气、煤、农林产品(副产品)。
无机化工主要产品: 酸类:硫酸、硝酸、盐酸等三大酸类 碱类:纯碱、烧碱、氯碱、金属的氢氧化物等 盐类:
中海惠州炼油厂远眺
项目总投资将达540多亿元包括1000万吨/年炼油和100 万吨/年乙烯。
预计到2010年,惠 州市石化产业实现 总产值1200亿元以 上;到2020年,大 亚湾将成为以4000 万吨炼油、300万 吨乙烯为龙头,年 产值超过3000亿元 的世界级石化基 地。
与丙烯共聚
乙丙橡胶 缩合
石油化学工业于50、60年代从美国迅速扩展到欧 洲、日本,60年代后逐渐扩展到世界各国。因而乙烯产 量也就成了一个国家有机化工发展水平的标志。乙烯装 置的规模也就越来越大,由四十年代的1万吨/年,五十 年代5万吨/年到六、七十年代发展到45万吨/年。 许多过去以煤为原料的有机化学品,大多由石油、 天然气所取代。目前发达国家以石油、天然气为原料生 产的有机化工产品已占总量的93%以上。
氯丙烯
丙烯醇 水解
甘油
环氧氯丙烷
环氧树脂
与苯乙烯共聚 与丙烯腈共聚 聚合 与苯乙烯、丙烯腈共聚 氯化 2-氯丁二烯 四氢邻苯二甲酸酐 己二腈
丁苯橡胶 丁腈橡胶 顺丁橡胶 ABS塑料 氯丁橡胶
丁 二 烯
与顺酐反应 与HCN反应
己二胺
尼龙66
十二碳内酰胺(尼龙12的单体) 三聚环化 1,5,9-环十二碳三烯 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
生产工艺: 是生产某样物质产品所具备的方法、技艺,也就 是生产的工序和艺术(通俗说来就是生产方法,但要 比方法高一层次?)。简单的说,生产工艺就是工业 批量生产产品的标准化生产过程,制定和执行生产工 艺的目的就是为了规范生产过程中的各个环节,避免 因为人员、工具、环境、材料等的不同造成批量产品 的不同。 工艺学:研究由原料制取产品的科学 。
电缆、电线材料 酯化 丁酯 溶剂、 增塑剂 2-羟基丁醛 丁醇 溶剂 药物、酯类、醋酸乙烯纤维(维尼龙) 增塑剂 合成洗涤剂
氧化
乙醛
醋酸
辛醇、季戊四醇 齐聚、水合 乙醇 水合 加氢脱水 高碳直链醇(C11~C18) 酯化 溶剂及合成原 丁二烯 丙酸 氢甲酰化 丙醛 还原 正丙醇
乙 烯
乙酸乙酯、其它酯类
2、煤化工的兴起与发展阶段 煤化工主要包括三个方面:煤焦油、乙炔及合成气化工。
十九世纪后半叶,钢铁工业的大发展促进了煤炭炼焦业的兴起与 发展。炼焦过程副产大量煤焦油。从煤焦油中提取的芳烃、含氮、含 氧及含硫有机物可制造出多种有机化学品如药物、染料等。因此,与 煤焦油有关的化学工业非常活跃。煤焦油工业的发展奠定了有机化学 工业的基础,对有机化学工业的发展起了极大地促进作用。 1892年加拿大人Thomas Lovel Willson发明了用焦炭和石灰石熔炼 出电石。由电石可方便地得到乙炔。随着对乙炔化学利用的开发,由 乙炔可以合成出许多种有机化学品,如乙醛、丙酮、醋酐、乙醇、正 丁醇等,从而使电石工业迅速发展起来。此后,由于高分子材料的发 展,使乙炔制丁二烯、氯乙烯、丙烯睛、丁二醇、丙烯酸等的生产技 术和生产规模,达到了一个新水平。由此乙炔被称为“有机合成工业 之母”。
煤炭气化可以制取合成气。 1880 年开始的煤炭气化最初 只是作为城市煤气, 1913 年德国开始合成氨, 20 ~ 30 年代开 始合成甲醇,之后各国开发出了大量有机化学品。合成气是 不同比例的一氧化碳和氢气的混合气。与以合成气为原料有 关的化学合成称为“一碳化学”。石油危机以来,“一碳化学”研 究领域异常活跃。 二十世纪六十年代以前,以煤为原料,通过电石乙炔、 煤焦油和合成气制取有机化工产品,是有机化学工业的主 体。欧洲有一套完整的煤化工体系,尤其是德国,二次大战 前,德国的发迹,煤化工是起了很重要的作用,当今世界著 名的化工公司中就有三家靠煤化工起家的德国公司 (Hoechst、Bayer、和BASF)。
聚氯乙烯 乙酸 醇酸树脂 山梨酸 合成纤维、涂料、粘合剂 1,4-丁二醇 四氢呋喃、γ-丁内酯、聚酯树脂
加醋酸 加甲醛
醋酸乙烯 1,4-丁炔二醇
乙 炔
二聚 乙烯基乙炔 加氢 加HCl 氯化 加HF
粘合剂 丁二烯 2-氯丁二烯 溶剂 聚氟乙烯 氯丁橡胶
三氯乙烯、四氯乙烯 氟乙烯 聚合
补N2和变换 改良的F-T合成
合成橡胶
溶剂
聚合 氨氧化 丙烯腈
聚丙烯
合成纤维、塑料
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 乙丙橡胶 聚氨酯塑料、表面活性剂
Hale Waihona Puke 与乙烯共聚丙 烯次氯酸化
氯丙醇
环氧丙烷
丙二醇
聚酯塑料
过氧化物环氧化
环氧丙烷、苯乙烯或异丁烯 1,4-丁二醇 聚酯 医药、炸药
高温氯化
化学工艺学的发展比化学学科的发展早许多 火的使用使人类第一次制得了地球上没有的东西,在中 国主要制取 “灵丹妙药”,而 西欧则进行“点石成金术”的试 验,虽然都失败。但为化学工艺学提供了许多经验操作技 术和设备的制作及操作方法。 十七世纪时波义尔提出化学作为一门独立学科之前化 学工艺学的发展已比较完善。
高分子化工主要产品: 按材料和产品的用途分: 塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、胶粘剂等。 按功能分: 通用高分子:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚 苯乙烯、涤纶、锦纶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、 异戊橡胶等。 特种高分子:工程塑料,高分子分离膜等。
精细化工产品: 农药、染料、表面活性剂、油漆、清洁剂、食品添加剂 等。
与异戊二烯共聚
丁基橡胶
氧化
甲基丙烯酸
甲基丙烯酸酯 异戊二烯
有机玻璃 异戊橡胶
异 丁 烯
与甲醛反应
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)(汽油添加剂)
聚合
聚异丁烯
粘合剂、密封胶
聚合
聚丁烯
合成塑料
正 丁 烯
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
化学工艺学产生的原因: 在早期,人类进行化工生产仅处于感性认识的水平, 随着生产规模的发展,各种经验的积累,特别是许多化学 定律的发现和各种科学原理的提出,使人们从感性认识提 升到理性认识的水平,利用这些定律和原理来研究和指导 化工生产,从而产生了化学工艺学这门学科。 但由于化学生产中的物质转化的内容复杂,类型繁 多,经验性的生产技术仍然存在。
化学工艺学
CHEMICAL TECHNOLOGY
绪论
一、化学工业及其分类 二、化学工艺学基本概念及研究范畴 三、化学工业的特点 四、化学工业的发展方向
一、化学工业及其分类
化学工业(chemical industry)又称化学加工工业,泛 指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业。 由原料到化学产品的转化要通过化学工艺来实现。 化学工业的分类: 无机化工 基本有机化工 高分子化工 精细化工 生物化工
化学工艺学是研究综合利用各种原料生产出化工产 品的方法原理、操作条件、流程和设备,通常是对一定 的产品或原料提出的,具有个别生产的特殊性。 化学工艺学的研究范畴:
原料的选择和预处理。 生产方法的选择及方法原理。 设备(反应器和其他)的作用、结构和操作。 催化剂的选择和使用。 其他物料的影响。 操作条件的影响和选定。 流程组织。 生产控制。 产品规格和副产品的分离与利用。 能量的回收和利用。 对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。
合成
二甲醚
转化
二、化学工艺学基本概念及研究范畴 Chemical technology 工艺的概念 工艺是将设计转化成产品的方法和过程。 工艺工作,需要做工艺布局,编制工艺规程,选用设 备、工装工具,对员工进行技术培训等等。 做工艺工作,需要多方面的知识,有一定的挑战性, 做工艺一般都是实际生产经验比较丰富的人。
生物化工主要产品: (1)大宗化工产品:乙醇、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等。 (2)精细化工产品:各种氨基酸、酶制剂、核酸、生物农 药、饲料蛋白等。 (3)医药产品:抗生素、维生素 、疫苗等。
有机化工原料发展的三个阶段
1、农林化工阶段 这一阶段主要是以农林副产品(如动物、植物、粮食及 其副产物)为原料生产有机化工产品。如木材干馏制甲醇 (木精)、粮食发酵制酒精、油脂制肥皂与甘油等。但此种 来源的有机化工产品品种有限。此外由于农林副产品特别是 粮食、油脂等主要供人们食用,作为有机化工的原料其数量 有限,发展规模受到限制。因此大部分产品已由煤和石油原 料所取代。但也有一些品种延续至今,这多是由于这类品种 或被食用,或有综合利用价值。如食用酒精、甘油、糠醛、 柠檬酸等。
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