化学工业与应用化学.ppt

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1、现代化学工业与应用化学,张光华 教授应用化学教研室,陕西科技大学 化学与化工学院,化学工业与人类生活息息相关,化学工业在国民经济中的地位与作用,交通运输,化学工业,应用化学,化肥,沥 青,橡胶轮胎,农药杀虫剂,化学工业在国民经济中的地位与作用,乳化炸药生产设备,现代化学工业的分类,按产品应用可分为：化学肥料工业、染料工业、农药工业等；按原料可分为：煤化工、天然气化工、石油化工、无机盐化工、生物化工等；按生产规模或加工深度又可分为：大化工、精细化工等。在我国，按照国家统计局对工业部门的分类，将化学工业分为：基本化学原料、化学肥料、化学农药、有机化工、日用化学品、合成化学材料、医药工业、化学纤维、

2、橡胶制品、塑料制品、化学试剂等。,原料路线、生产方法和产品品种的多方案性用同一种原料可以制造多种不同的化工产品；同一种产品可采用不同原料、不同方法和工艺路线来生产；同一种原料可通过不同生产方法和技术路线生产同一产品；一种产品可以有不同用途，而不同的产品又可有相同用途。,现代化学工业的特点,生产过程综合化、装置规模大型化、化工产品精细化生产过程的综合化既可以使资源和能源得到充分合理的利用，就地将副产物和“废料”转化成有用产品，做到没有废物排放或排放最少；又可以表现为不同化工厂的联合及其与其他产业部门的有机联合。装置规模增大，其单位容积、单位时间的产出率随之显著增大，有利于降低产品成本和能量综合利

3、用。精细化不仅指生产小批量的化工产品，更主要的是指生产技术含量高、附加产值高的具有优异性能或功能并能适应快速变化的市场需求的产品,现代化学工业的特点,技术和资金密集，经济效益好 高度自动化和机械化的现代化学工业，正朝着智能化方向发展。化学工业是技术和资金密集型行业，它需要高水平、有创造性和开拓能力的多种学科不同专业的技术专家，以及受过良好教育及训练、懂得生产技术的操作和管理人员。化学工业的产值是国民经济总产值指标的重要组成部分。,现代化学工业的特点,注重能量合理利用，积极采用节能技术 化工生产是由原料主要经化学反应转化为产品的过程，同时伴随有能量的传递和转换，必须消耗能量。化工生产部门是耗能大

4、户，许多生产过程的先进性体现在采用了低能耗工艺或节能工艺。安全生产要求严格 化工生产具有易燃、易爆、有毒、高温、高压、腐蚀性强等特点，工艺过程多变，不安全因素很多，不严格按工艺规程生产，就容易发生事故。,现代化学工业的特点,化学工业发展历史,20世纪是化学工业飞速发展时期，至60年代是化学工 业真正成为大规模生产的主要阶段。在此阶段合成氨（包括化肥）和石油化工得到了飞速 发展。高分子化工从无到有，品种基本配齐，形成了大规模化。精细化工也逐渐兴起。,现代化学工业-合成氨、石油化学品,1913年德国哈柏法合成氨投产，该工艺在高温、高压、气体循环下实现。1916年实现了氨氧化制硝酸。1920年美国建

5、立了用炼厂气中丙烯水合制异丙醇-第一个石油化学品。1923年，美国联合碳化学公司在查尔斯顿建立了第一个以乙烷和丙烷裂解生产乙烯的石油化工厂，打开乙烯为原料石油化工生产的序幕。,现代化学工业-石油化工兴起,1941年：开始了从石油轻质馏分催化重整制取芳烃的新工艺。同年，从烃类裂解气体中分离出合成橡胶的重要中间体丁二烯。20世纪30年代炼油工业发展迅速，热裂化和催化裂化分别工业化，同时生产出更多的烯烃。生产乙烯的同时，联产丙烯、C4烃、芳烃（苯、甲苯、二甲苯。石油化学工业：由乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯等加工为一系列下游产品。,现代化学工业-合成树脂与纤维工业,1928年：生产了第一个无色树

6、脂（脲醛树脂）30年代：本体聚合法生产苯乙烯成功；有机玻璃，聚氯乙烯；低密度聚乙烯。高分子合成纤维发展要晚一些。1922年人造纤维产量已超过真丝纤维。1939年美国杜邦公司实现聚酰胺66纤维的工业化。1941、1946年德国分别进行聚酰胺6纤维、聚氨乙烯纤维的工业化生产。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工业化。基本上也配齐了合成纤维的品种。,现代化学工业-合成橡胶工业,1931年美国杜邦公司小批量生产了氯丁橡胶，苏联建成了万吨级丁纳橡胶生产装置，同一时期德国也生产了丁纳橡胶，1935年德国法本公司开始生产丁晴橡胶，1937年又建成了丁苯橡胶装置。第二次世界大战

7、中，由于战争的急需及天然橡胶产地被封，促进了合成橡胶，不但产量飞速增加，还使气密性极好的丁基橡胶工业化，促成了多种特殊橡胶（硅橡胶、聚氨酯橡胶）的生产。至此合成橡胶的品种也基本齐备。,现代化学工业-精细化学品工业,在石油化学工业发展大吨位产品后，人们也开始注意发展产量小加附加值的精细化学品发明了活性染料，增强了染料与纤维的结合，为对合成纤维染色，发明了专用性的染料，例如用于涤纶的分散染料，用于晴纶的阳离子染料，农药：40年代发明有机氯农药DDT后，又开发出一系列的有机氯、有机磷杀虫剂。医药：1928年发现青霉素，开辟了抗菌素药物新领域。涂料：摆脱天然油漆的传统，改用合成树脂。,现代化学工业-规

8、模大型化,20世纪60年代，化学工业更重视规模的大型化。1963年美国凯洛格公司设计建设第一套日产540t合成氨单系列装置，是化学工业生产装置大型化的标志。现代石油化工装置越来越大型化。,现代化学工业-石油化学工业面临巨大冲击,70年代，国际石油价格发生了两次大幅度上涨，乙烯原料价格骤升，产品生产成本增加，石油化学工业面临巨大冲击。美国、日本和西欧地区主要乙烯生产国，纷纷采取措施：如关闭部分生产装置，节约生产能耗，开展副产品综合利用，进行深度加工，加强代油原料研究，把装置转移到发展中国家等。,现代化学工业-发展精细化学品,发展精细化学品生产也是一个明显的趋势。有些大化学工业联合企业已把重点转移

9、到此类生产部门。精细化学品不但品种多，而且变化快，产品换代周期短，因此需要更大的科研投入，白领（研究）人员多于兰领（生产）人员。精细化率代表精细化学品的产值与整个化学工业产值的比例，发达国家的精细化率已超过50%。目前精细化率也可成为新的化学工业发展标志。,化学工业发展的标志,18-19世纪：人们长时间内把硫酸产量作为一个国家化学工业发展的标志。20世纪：乙烯成为化学工业标志性产品，人们把乙烯作为一个国家化学工业发展的标志。21世纪：目前精细化率成为一个国家的化学工业发展标志。,中国的化学工业发展史,我国的近代化学工业 新中国的化学工业,我国的近代化学工业-发展较晚,1876年 在天津建成我国

10、第一座铅室法硫酸厂，日产硫酸约2t，可作为我国近代化学工业的开始。1889年 在唐山建成我国第一座水泥厂。1905年 在陕西延长兴办了我国第一座石油开采和炼制企业，1907年开钻出油。,我国近代化学工业近代化工奠基人,吴蕴初,范旭东,候德榜,吴蕴初,（18911953）化学工业实业家。生于江苏嘉定（今属上海市）。1913年任汉冶萍公司汉阳钢铁厂化验师及制砖厂厂长。1921年与宋伟臣合作在汉口开设炽昌硝碱公司，生产火柴原料。1923年张逸云投资五万元，在上海开办天厨味精厂。1928年创办中华化学研究所，任董事长，后被举为中华化学工业会副会长。1932年天厨厂增资改组，吴取得对该厂的控制权，又用天

11、厨厂的盈利，先后开办天原电化厂、天厨第二和第三分厂、天盛陶器厂、天利氮气厂等。,范旭东,1883年出生于湖南湘阴县。1900年东渡日本留学，1910年以优异成绩毕业于京都帝国大学理科化学系。1911年回国，在北洋政府北京铸币厂负责化验分析。于1914年在天津塘沽创办久大精盐公司。1917年开始创建永利碱厂。于1926年实现了正常运转，生产出优质纯碱。于1933月着手创办永利碱厂。在办厂过程中，范旭东积极支持侯德榜等人革新苏尔维制碱工艺，于1934年研究开发成功了联合制碱新工艺。1945年10月4日突然身患急性肝炎，经医治无效，与世长辞。,候德榜中国近代化学史上的第一颗明星,1890年8月9日生

12、于福建省闽候县。1907年以优异成绩毕业于美国教会办的福州英华书院，1910年考取清华留学预备学堂高等科，1913年以全部功课十科均满分完成预科学业并公费派往美国留学，1917年获美国麻省理工学院化工专业、1919年获哥伦比亚大学硕士学位，1921年获该校博士学位。1921年10月回国后出任中国化工工业开拓者范旭东开办的天津塘沽碱厂总工程师。候德榜是中国近代化工工业的奠基人，世界制碱权威。,我国的近代化学工业,直到1949年，旧中国的化学工业还是很弱的，在世界上毫无地位。当年全国化学工业总产值仅占全国工业总产值的1.6%，化肥仅2.7万t，硫酸4万t，有机化学工业几乎还是空白，除少量电木外尚无

13、高分子产品。1949年全国化工总产值仅占全国总产值的1.6%。,新中国的化学工业,第一个五年计划：新建了一些大型化工企业，并扩建了大连、南京、天津、锦西等几个老化工企业。组建了一批化工研究、设计、施工队伍，开始了几个塑料（聚氯乙烯）及合成纤维（聚酰胺-6）品种的生产，开创了高分子化工产品的生产。1961年，我国在兰州建成了用炼厂气为原料裂解生产乙烯装置，开始了我国石油化学工业的生产。,新中国的化学工业,虽然我国石油化学工业起步较晚，但发展迅速。从50年代开始从国外引进了炼油装置和石油化工设备，60年代开发了大庆油田，从此我国的石油炼制工业有了大规模的发展。70年代，随着我国石油工业的迅速发展，

14、集中力量建设了十几个以油气为原料的大型合成氨厂，并在北京、上海、辽宁、四川、吉林、黑龙江、山东、江苏等地建设了一大批大型石油化工企业.,1983年，中国成立了石油化工总公司，使我国的炼油、石化、化纤和化肥企业集中领导，统筹规划。至80年代，更组建了一批大型石油化工联合企业，这些企业在全国500强企业中许多是占前列的。新工艺、新产品不断补入，使石化工业有了很大的发展，生产能力和产品质量持续稳定增长，基本形成了一个完整的具有相当规模的工业体系，与国外先进水平逐步接近。,新中国的化学工业,随着改革开放政策的实施，化学工业飞速发展，不但石油化学工业在世界地位飞速上升，精细化学品生产也从无到有。十五规划

15、确定，全国炼油综合能力将达到每年2.7亿t，乙烯生产能力达到900万t，建成广东、上海、福建3个近百万吨级乙烯基地，准备建其它几个大型乙烯石化基地，其中上海石化投资将达1500亿元。,新中国的化学工业,新中国的化学工业,从我国化学工业当前情况看，还有很大发展潜力。例如塑钢比（塑料与钢的质量比）在1999年仅为2674，虽与1980年1189有很大进步，但与世界平均水平（约各一半）还有很大差距，与世界先进水平（约60704030）差距更大；我国的合成纤维在三大合成材料之中是比较强，但我国人均合成纤维产量或消费量均还低于世界平均水平，若考虑合成树脂，我国人均消费量与世界人均消费相比差距更大。,新中

16、国的化学工业,另一推动我国化工发展的压力是我国化工产品的进口量很大，例如1999年我国进口五大通用树脂量为880万t，已超过国内本身产量，至 2001年我国塑料加工量已达2000万t，居世界第二位，但其中约一半塑料是进口的。合成纤维情况相同，生产涤纶纤维需要对苯二甲酸作为原料，中国大陆在2000年生产能力为216万t，当年进口量高达250万t，预计2005年生产能力为250万t，需求是580万t，仍需大量进口。,新中国的化学工业-差距与方向,以人均计的产品产量仍比较低，大都还低于世界人均水平；化学工业结构仍不够合理，抵挡产品多，高产值产品、专用产品少，低档产品生产能力过剩，高档产品仍需进口；化

17、学工业产品进口量大大高于产品出口量；,新中国的化学工业-差距与方向,企业组织规模小而散，专业化水平低，以炼油厂为例，国外最大的规模已达4000万t，而国内最大的仅1600万t，还有一些100万t规模的小厂；经济效益差，成本高，效益差；技术水平与装备水平落后，能耗高，劳动生产率低；由于化学工业所产生的环境问题严重。,中国在20世纪下半叶才开始工业化进程，比欧洲晚了200年。但新中国成立后的近60年来中国还是取得了举世瞩目的成就。但那只是拉开了序幕，可以预见，中国化工事业在21世纪会有更飞速的发展。,应用化学,应用化学产生 应用化学教育 应用化学的意义 应用化学教育在我国的发展 化学品与化学工业

18、应用化学与其他学科的关系,应用化学特点及定义,应用化学是根据化学的基本理论和方法对与化学有关的实际问题进行应用基础理论和方法研究以及实验开发的一门科学。应用化学的研究范围涵盖了整个化学领域，熔化学理论和实践于一体，并与多门学科相互渗透，在推动科学技术的进步中显示出生机勃勃的活力。应用化学研究的方向按研究的对象来分可包括无机化学品化学、冶金化学、石油化学、煤化学、天然气化学等。,衣纤维助剂、染料。食 食品添加剂（色素、香精、防腐剂）、化肥、农药。住装饰材料助剂、涂料、颜料、油漆、塑料。行橡胶助剂、油料添加剂、防冻剂。健药品、保健品、除臭剂。美化妆品、洗涤剂、美容美发品、空气清新剂。,1.与人民生

19、活相关,2.社会发展相关：,工业煤、石油、天然气的各种加工助剂和催化剂，电子材料，矿产品加工剂等。农业农药、饲料添加剂、除草剂、植物生长剂、农副产品加工药剂等。国防化学武器、防化武器、导弹材料、航空航天材料等。高新科技信息材料、功能材料、人造器官、基因工程材料等。,应用化学的产生,1661年,波义耳提出的元素可作为近代化学奠基的标志.公元前7000年人们已开始制陶。公元前3500年已有冶铜,公元前2500年开始制造玻璃。公元前2000年左右已有染色、酿酒和炼铁的工艺。公元前二世纪出现炼金术、炼丹术以及煤、石油的应用。18世纪后期以纺织工业的出现为发端的工业革命促使了漂白和染色技术的发展，推动了

20、近代硫酸工业的出现。19世纪末，工业发展的要求、科技的进步、特别是电机在工业中的应用为大批量化工产品的生产提供了动力。人们从规模化生产中总结基本过程和生产要素。,应用化学教育,19世纪中叶，欧美国家在完成工业革命后建立了近代教育制度。化学工业的发展迫切要求大量的化学专业人才，化学系纷纷建立，并保持着与医药、矿冶、染料、香料、炸药等化工生产的密切联系。1888年，麻省理工学院开设了世界上第一个化学工程四年制学士学位课，即著名的“第十号课程”。1886年日本首次将“应用化学”作为工业专门学校中工艺科的一门专业。我国鸦片战争后，1865年江南制造总局附设的机器学校开始设有化学课。,应用化学教育在我国

21、的发展,1958年后同济大学等校相继开办了应用化学专业。1961年开始在综合大学设化学、放射化学、高分子化学、应用化学和海洋化学五种化学类专业。1992年3月颁布了化学和应用化学两种专业的“基本培养规格和教学基本要求”，以有利于将多数理科化学毕业生培养成应用性人才，化学和应用化学正式实行“一级分流”。这一重大改革对促进应用化学教育的发展起到了巨大的推动作用。,1.3 应用化学的意义,从科学分类和社会发展来看,应用化学是化学的一个分支。从教育发展史看应用化学是为工科院校的一个专业出现的。从新产品开发的一般过程来看，大致要经过六个基本过程：,依照上述观点：根据化学的基本原理和方法并结合其它科学技术

22、对人类生产、生活实践中与分子变化有关的问题进行应用基础理论和方法的研究以及实验开发研究的一门技术科学”。,基础研究应用研究设计试制试用定型工业生产,实验室研究应用化学研究工业生产,应用化学与化学（理论化学）的区别,具有明显的目的性和领域性：研究方向基于已知的化学理论和方法去解决实际问题，将理论物化为具体途径以实现对客观世界的改造。具有综合性和边缘性。综合了各类化学知识且吸收非化学学科理论和研究方法.具有很强的功利性。以取得实际社会效益和经济效益为根本目的。研究成果的应用范围较基础科学小，保密，实现快。重视实际效益 特别是经济效益成为其生命力的基本指标。,应用化学与化学工程学的区别,应用化学是化

23、学的一个分支，其基本研究过程是观察、实验和思维加工，具有理学的特点。目前，应用化学特别重视精细化工产品、专用化学品和功能材料的开发。应用化学的成果要经过工程设计才能物化为具体生产过程。其成果形式主要是生产工艺、测试技术和产品理化指标。也与纯化学理论成果一样有论文和专利。化学工程学是一门工程科学，其基本研究的内容可概括为动量传递、热量传递和质量传递及化学反应工程（即三传一反）。,化学品与化学工业,从19世纪下半叶开始，化学工业形成一个重要的经济部门，吸引了大量人才从事应用化学的研究，并由此逐渐形成了工业化学和化学工程学等专门学科。化学工业的特点是：(1)行业多，产品多。(2)国民经济的基础，经济

24、效益显著.(3)原料源广,生产路线多，知识密集，技术密集，资金密集(4)易产生有毒、易燃、易爆等有害物质。目前，低消耗、低污染、高产出、多品种是化学工业发展的主流。化工产品的类型 按基本属性分为无机化学品、有机化学品和高分子化合物三大类。按应用范围分为通用和专用化学品，通用化学品主要包括原料和中间体等。,应用化学与材料科学的关系,材料科学是一门研究材料的结构、组成与其性能的关系，从微观的角度阐明材料性能的本质，探索材料的制备、分析和应用的一门科学。目前，材料科学除了不断开发高强度、高硬度、高韧性、高耐磨以及高弹性等高性能工程材料外，材料科学的研究也特别注意开发兼有结构和功能材料特点的新型材料和

25、复合功能材料以适应更苛刻、更复杂的使用要求。能源材料、信息材料和生物材料受到广泛的重视。材料的应用研究包括应用模拟、性能考察和评价；材料的疲劳、老化、变质、破坏的条件与机理研究；性能的改进；材料的配合与器件的制造技术都离不开广泛、精深的化学知识和技术的支持。从某种意义上讲，应用化学的主要目的是为人类提供更多更好的材料。,应用化学与生命科学的关系,生命科学是研究生命现象的科学。20世纪50年代分子生物学的出现，使人类开始从分子水平上认识到了生命的本质，并在70年代发展出基因体外重组和克隆等震惊世界的生物工程。化学在生命科学中的应用而导致了生物化学和分子生物学的出现，开辟了生命科学新纪元，这不仅说

26、明了化学本身的生命力和在整个科学发展的重要作用，而且进一步证明了化学是介于物理和生物学之间的一门科学，并一之有进一步相互渗透、融合的趋势。目前进行的基因组计划分析和蛋白组计划，实质是一种化学结构分析，而生物工程的核心技术基因重组，其实质也是一种复杂的分子切割与合成技术。,应用化学与环境科学的关系,环境化学是研究化学污染物质在大气圈、水圈、土圈中的发生、分布、迁移、变化的规律及其分析、监测和防治技术的一门科学。环境化学是化学原理和技术在环境状况分析和治理方面的应用，是应用化学的一个分支。应用化学是应用化学专业的主干专业课，其内容涉及到了物理、化学、化工过程与设备以及反应工程、分离工程、生物工程等

27、多种工业过程。,应用化学的研究,1 冲破传统观念，发挥想象力：尿素的合成：冲破了无机物不能合成有机物的传统观念。注意平时培养自己的逆向思维，逆向思维是创造的源泉。2 用独特的眼光看世界：波尔多液的发明：米勒德特发明波尔多液（杀菌剂），果农为防止小偷偷葡萄，在葡萄藤上洒上石灰和硫酸铜的混合液，后来藤叶不长霉而得到启发。青霉素的发明：弗莱明用 类似的方法发明了青霉素。不要轻易放过生 活、生产、实验中任何新奇的化学现象，就抓住了发明的机遇。,应用化学的研究,3 随时扑捉记录新思想、新信息、新现象：电木的发明:老鼠将酚醛树脂碰翻洒到了化学家贝克的早餐奶酪上，奶酪变成了一个硬块,发明了电木。聚四氟乙烯的

28、发明：美国杜邦公司的研究员西埃姆研究制冷剂时,发现将含氟的制冷剂充入气缸,气体排空后,气缸的重量增加了,气缸锯开后缸壁上粘满了白色的蜡状固体,发明了“塑料王”聚四氟乙烯;苯胺染料的发明：英国化学家柏琴18岁研制奎宁时,实验失败后意外得发明了苯胺染料。4 改进产品缺陷，扩展产品功能。,应用化学的发展,1.买资源向自开发技术的转化：原矿的 浮选与矿产品的深加工，太空资源的开发、海洋开发等。2.高新技术的开发应用：纳米材料、钻涂料、玻璃纤维（苏格兰桥）、高档陶瓷、染料等。3.特种食品：ATP、太空食品、保健食品等。4.新药的合成：抗癌、抗爱滋、抗SARS、。5.绿色材料与试剂：无甲醛黏合剂、无辐射装

29、潢材料、太阳能发光涂料、CFC（氟氯烃）替代技术（保护臭氧层）等。6.绿色能源：氢能、生物质能（沼气、生物质发电）、太阳能。,应用化学的发展,7.仿生材料：纳米材料与荷叶、人工固氮和固碳、人造器官、仿生催化剂（酶）、润滑剂，先仿后创。8.模拟光合作用：C1化学、固碳，ATP合成等。9.现代生化技术：DNA重组技术、干扰素（性激素杀虫技术）、生物反应器（多肽合成）、细胞融合、膜催化反应等。10.新分离技术：临界萃取、天然产物的超临界萃取（色素、香油、中草药有效成分）、无机膜分离（超纯水、超纯气）等。11.增效复配技术：表面活性、微胶囊化、薄膜化、高效洗涤技术等。12.超细粉体与纳米化：高档陶瓷、染料、油漆，橡胶、塑料填充剂；13.计算机分子设计，定向嫁接：有机全合成、不对称合成、功能高分子。,基础理论扎实、信息获取全面、实验技能熟练、创造性思维活跃、研究工作踏实。通过应用化学专业的系统学习，在掌握理论化学知识扎实的基础上、掌握应用化学中的基本概念、化工产品的生产原理、重要技术、典型工艺和应用机理等知识，为走向实践，走向社会打下宽厚的基础。祝愿大家在四年大学学习中不但收获知识，更要收获全面能力的提高和创新意识的培养！,结束语,Thank You!,