本书主要是为理工科院校化工类及其相关专业的学生学习和了解现代化工概貌及其工程与技术基础知识编写的入门教材。全书共13章,包括化工概述与发展史、无机化工、石油炼制与石油化工、高分子化工、天然气化工与煤化工、化学工程与工艺的科学基础、精细化工、生物化工、环境化工、化工安全工程基础、绿色化学与化工、高新技术与现代化工和面向21世纪的化工高等教育。书中对化工各领域的基础知识、典型生产过程及发展的方向等作了介绍;同时结合新世纪化工面临的挑战阐述了绿色化学与化工在全球的兴起,以及传统化工向绿色化、精细化、高科技化的现代化工的发展趋势。
本书可作为化工及相关专业(如化工、炼油、制药、能源、材料、轻工、环境化工、生物化工等)大学一年级必修课程教材,也可作为化工及相关企业在职人员教育的参考教材。同时还可作为非化工专业人员了解现代化工概貌的参考书。
第1章化工概述与发展史1
11化工的含义 1
12化学工业1
121分类方法1
122化工原料1
123化工的特点2
13化工学科体系2
131化学与化工2
132化工学科的划分3
133化学工程与化学工艺3
14化工在国民经济中的地位4
141化工与农业4
142化工与医药5
143化工与能源7
144化工与人类生活9
145化工与国防10
15化学工业发展史11
151世界化学工业发展史11
152中国化学工业发展史13
第2章无机化工16
21无机化工的特点16
22无机化工原料16
23无机化工产品17
231硫酸、硝酸和盐酸17
232纯碱与烧碱18
233氨与尿素18
234无机盐工业19
235无机非金属材料19
236稀土材料20
237工业气体20
24典型无机产品的生产工艺20
241接触法生产硫酸工艺20
242纯碱生产工艺21
243氨的合成23
244溶胶凝胶法制备多孔陶瓷膜24
25无机化工的发展25
第3章石油炼制与石油化工27
31石油与石油炼制27
311石油27
312油品的分类与利用27
313石油炼制28
32石油烃类裂解制烯烃30
321烃类裂解过程的一次反应31
322烃类裂解过程的二次反应31
323裂解方法和裂解炉32
324裂解产物的急冷操作33
325裂解气的净化与分离33
33芳烃的生产34
331重整芳烃35
332乙烯装置副产芳烃36
333芳烃转化36
34石油化工系列产品37
341烯烃的系列产品和用途37
342芳烃的主要产品和用途40
35典型产品的生产工艺40
351乙烯制环氧乙烷和乙二醇40
352由乙烯生产二氯乙烷和氯乙烯41
353由乙烯生产乙苯和苯乙烯43
354丙烯合成丙烯腈44
355异丙苯法合成苯酚和丙酮45
356对二甲苯氧化生产对苯二甲酸46
36石油化工发展展望46
361大型化、综合化46
362原料的重质化、石油的深加工47
363采用节约原料、能源的生产工艺47
364采用对环境友好的石油化工技术47
第4章高分子化工48
41通用高分子材料的分类、特性及用途48
411塑料48
412合成橡胶49
413合成纤维49
42合成聚合物的原料51
421合成聚合物的原料51
422聚合物单体52
423引发剂和催化剂53
43聚合生产过程53
431聚合物生产的特点53
432聚合反应与设备54
433聚合产物的分离与后处理55
44高分子材料典型生产工艺56
441聚乙烯56
442聚丁二烯橡胶57
443聚酰胺纤维58
45功能高分子材料58
451分离性功能高分子材料59
452导电性功能高分子材料60
453高分子液晶60
454医药用功能高分子材料61
455其他功能高分子材料61
46高分子化工的发展前景62
461通用高分子生产品种62
462工程塑料和特种橡胶62
463功能高分子材料的发展方向63
464精细化工高分子材料63
第5章天然气化工与煤化工64
51天然气与煤64
511天然气资源与组成64
512煤资源与组成65
513天然气与煤的能源利用67
52天然气化工67
521概述67
522甲烷经合成气的化学转化与系列产品69
523甲烷的直接化学转化70
53煤化工72
531煤的干馏72
532煤的气化74
533由煤生产电石75
54煤化工的发展方向76
541煤的拔头工艺生产液体燃料77
542煤的液化77
543煤制氢77
544合成气用于合成液体燃料和发电的联合工艺77
55温室气体的化学利用78
551CO2的收集和贮存78
552CO2的化学利用79
第6章化学工程与工艺的科学基础83
61化学工程的产生与发展83
611化学工程的产生83
612化工学科体系的形成84
62化工单元操作原理及设备84
621单元操作的概念84
622典型化工单元操作的原理及设备84
63化学反应工程91
631化学反应工程的任务和内容91
632化学反应的操作方式92
633反应器的型式92
634研究化学反应工程的基本方法93
64化工过程控制94
641化工过程控制的目的94
642化工过程控制的原理94
643计算机控制系统的应用95
65化工技术与经济96
651技术经济的评价原则96
652经济效益分析96
第7章精细化工98
71精细化工的发展与经济地位98
711精细化工的发展98
712精细化工在国民经济中的作用98
72精细化工品的分类、特点及原料99
721精细化工的定义、分类99
722精细化工的特点100
723精细化工的原料100
73传统精细化工101
731染料101
732涂料105
733香料及香精108
734胶黏剂112
735农药115
74新型精细化工116
741电子化学品116
742纳米材料118
743智能材料121
744储氢合金121
第8章生物化工123
81生物化工的特点与发展状况123
811生物化工的特点123
812生物化工的发展123
82生物化工的主要应用领域125
821现代生物制药125
822农业生物技术与生物农药126
823精细化工中的生物技术127
824生物石油化工129
83生物化工品的生产工艺技术130
831原材料的选择与预处理130
832工业用微生物的培养130
833生物催化剂131
834生化反应器132
835生物化工产品的分离与提纯132
84典型生物化工品的生产工艺举例134
841有机化工品——丙烯酰胺134
842食品添加剂——柠檬酸135
843生物农药——苏云金杆菌137
844抗肿瘤药——天冬酰胺酶137
85生物化工的发展趋势138
851高技术的生物医学与医药138
852农业生物技术138
853洁净新能源138
854可再生资源的生物加工技术与环境139
第9章环境化工140
91概述140
911环境与健康140
912环境与化学141
913环境工程与环境化学工程141
914环境工程和环境化学工程的研究内容142
92大气污染的防治143
921大气的污染143
922烟尘治理技术144
923有害气体的治理技术145
93水污染的防治146
931水体污染与污染物146
932水体污染治理技术148
94固体废物的处理150
941固体废物的来源150
942固体废物的一般处置方法151
943固体废物的处理与利用151
944城市垃圾的回收与利用152
95清洁生产153
951清洁生产的提出背景153
952清洁生产的定义及内容154
953清洁生产的发展概况154
954发展清洁生产的意义157
955清洁生产的基本理论基础157
956清洁生产原则158
957清洁生产的主要内容158
958清洁生产的评价方法158
959生命周期评估159
9510污染预防经济学161
第10章化工安全工程基础164
101危险化学品和化学工业危险性164
1011危险化学品164
1012化学物质危险性165
1013化学物质爆炸性165
1014化学工业危险因素167
102化工安全操作的技术措施169
1021爆炸性物质的储存和销毁169
1022火灾爆炸危险与防火防爆措施170
1023防火防爆措施172
1024防止职业毒害的技术措施173
103火灾爆炸危险指数评价方法174
1031物质系数175
1032单元工艺危险系数176
1033安全设施补偿系数176
1034单元危险与损失评价180
第11章绿色化学与化工183
111传统化工面临的挑战183
1111化工资源与能源的危机183
1112传统化工对生态环境的污染183
1113科技发展的基本思考——可持续性发展184
112绿色化学的兴起与发展185
1121环境保护治理的三个发展阶段185
1122绿色化学的12条基本原则的提出186
1123绿色化学化工的推动与发展186
113绿色化学与化工的研究内容188
1131绿色化学与化工的定义188
1132绿色化学与化工的核心——原子经济性反应189
1133使用无毒无害原料及可再生资源190
1134采用无毒无害催化剂192
1135采用无毒无害溶剂/助剂193
1136环境无害的绿色化学产品195
114低碳循环经济下的绿色化学与化工197
1141低碳循环经济理念中的“5R” 概念197
1142生态工业园的建立与发展197
1143绿色化学与化工展望199
第12章高新技术与现代化工200
121信息、微电子技术与化工200
1211信息存储材料200
1212信息显示技术201
1213微电子材料和器件201
1214电子化学品201
122自动化技术与化工202
123新材料技术与化工202
1231高分子材料202
1232金属材料与无机非金属材料203
1233先进复合材料203
124新能源技术与化工204
1241生物质能204
1242氢能206
1243燃料电池207
1244太阳能电池207
1245海水盐差发电208
125国防及空间技术与化工208
1251航天航空功能材料208
1252航天航空上所用的推进剂209
126海洋开发技术与化工209
1261海洋生物资源的开发利用209
1262海水淡化210
1263海洋油气资源的勘探与开发利用210
1264海洋化学资源的提取和应用211
12721世纪化工展望211
1271资源利用多元化211
1272产品结构精细化212
1273技术结构现代化212
1274经营管理全球化213
1275发展方向绿色化213
第13章面向21世纪的化工高等教育215
131中国化工高等教育215
132新世纪我国化工高等教育面临的挑战215
1321现代化工的发展趋势呼唤教育与时俱进216
1322转变教育思想,更新教育观念,改革培养目标和培养模式216
1323遵循教学规律和科技发展规律,改革教学内容217
1324切实改革教学方法,加速革新教学手段217
1325培养新世纪全面发展的创新人才,与世界接轨218
133化工专业人才培养与教学内容体系改革218
1331背景218
1332指导思想218
1333基本思路219
1334培养目标219
1335课程体系与教学内容220
134高等工程教育与专业认证220
1341高等工程教育人才培养目标221
1342国内工程教育专业认证221
1343工程教育专业国际认证222
135化工专业学生的未来与发展223
1351采用双学位、辅修专业等措施培养复合型人才223
1352研究生教育的特点与发展224
1353本科生走向社会的前景225
结束语——希望227
参考文献228
《现代化工导论》主要是为满足国内高等化工教育对教材的需求,依据天津大学《化工导论》课程教研组的教学成果编写,概括地反映现代化工风貌与特点的导论性教科书,面向大专院校化工类及与化工相关专业。本书有助于提高学生对现代化工的全面认识和后续整体课程体系起到引导作用。第一版自2004年由化学工业出版社出版以来至今已有7年,被众多院校认可和选用。为促进本科教学改革工作的深入开展和不断提高本科教学水平和教育质量,借此次再版机会对一版书各章进行了认真的修订。
本次修订中,更正了第一版中的疏漏之处,删除了某些陈旧内容,补充了化工发展中的新数据,并将一版的11章扩展到13章。其中,对一版中的第10章内容进行了增补,分成了“绿色化学工与化工”及“高新技术与现代化工”两章,以便更突出当前现代化工的研究前沿——绿色化学与化工,以及对高新技术与现代化工的关系进行较深入的表述。本次修订还增加了新章节“化工安全工程基础”,以便提高对安全操作与标准的认识。在介绍化工高等教育的第13章中,还专门对近年来我国高等工程教育与专业认证取得的成果进行概述。
本书共13章,包括:化工概述与发展史、无机化工、石油炼制与石油化工、高分子化工、天然气化工与煤化工、化学工程与工艺的科学基础、精细化工、生物化工、环境化工、化工安全工程基础、绿色化学与化工、高新技术与现代化工和面向21世纪的化工高等教育。
本书由天津大学《化工导论》教研组成员编写,由李淑芬、王成扬、张毅民主编。参加修订的教师包括李淑芬(第1、11章)、王成扬(第2章)、郑嘉明(第3章)、刘国柱(第4、7章)、王莅(第5、6章)、唐韶坤(第8、12章)、张毅民(第7、9、10章)、王保国(第13章)。
本书是一本化工入门教材,编写中参考了许多中外专家、学者的文献资料与相关教材、专著等,包括综合性图书和期刊等,主要参考列在书后的参考文献中,并致以深谢。同时,本书是在第一版基础上完成的,在此向为一版教材编写做出贡献的已退休的马沛生、王宁惠、阮湘泉老师表示感谢;也感谢本学科的一些研究生对部分书稿文字、图表加工处理等工作的协助。本书还得到化学工业出版社、天津大学及化工学院的支持、鼓励和帮助,在此一并表示衷心的谢意。
由于编者的知识和经验有限,加上内容涉及面广,书中难免仍然有误,诚望专家和读者指教。
编者2011年3月于天津大学
第一版前言
本书是教育部(世行贷款)教改项目《化工类专业创新人才培养模式、教学内容、教学方法和教学技术改革的研究与实施》的研究成果之一。
21世纪高等教育要面向现代化、面向世界、面向未来,其主要任务是培养德、智、美、体全面发展的高素质的人才。 因此,为了培养基础厚、专业宽、能力强、素质高、具有创新精神的化工专业人才,提高学生对现代化工的全面认识是至关重要的。
化工是国民经济的支柱产业,是发展农业的支持,是战胜疾病的武器,是改善生活的手段,是发展最迅速、与人们关系最密切的部门之一。它的重要地位和巨大作用,曾引起人们的广泛兴趣,吸引了成千上万优秀人才为之献出毕生精力。但近年来,一些学生在高考填报志愿时,把化工放在较靠后的位置;进入化工专业后又设法转到其他所谓热门专业。化工专业似乎不被看好,甚至被认为是“夕阳工业”“环境污染”的代名词。鉴于上述情况,对新同学进行专业教育具有重要意义。
20世纪50年代, 天津大学也曾开设像“工业化学”这种具有导论性的课程,由学识经验丰富的教授主讲,并激起学生对化工的热爱和专业的兴趣, 但后来由于课时所限等原因被取消。近年来,为提高学生对化工在国民经济中的地位与作用的认识,天津大学一些专家学者建议开设《化工导论》课程。为此,我们组成专门教学组,于2000年将《化工导论》课程开始作为化工学院一年级本科生的必修课程进行讲授。该课程从一开始就受到学校重视,被列为天津大学“面向21世纪教育振兴行动计划”课程建设项目,最近又被列为天津大学精品课程。虽然本课程的开设至今只有4年多,但作为教学改革设立的新课程受到了新生的普遍欢迎。本课程在2002年又成为天津大学与南开大学校际交流选修课程,以《现代化工与高科技 》课程命名, 这样可以使对化工专业和学科有兴趣的非化工专业学生也能了解现代化工的基本知识。
为满足国内化工高等教育对教材的需求,在上述几年教学实践的基础上,我们对讲义进行了必要的调整和补充,并确定书名为《现代化工导论》,力求使本书能成为一本概括反映现代化工概貌与特点的导论性教材。
全书共11章,包括化工的地位与发展史、无机化工、石油炼制与石油化工、高分子合成材料、天然气化工与煤化工、化学工程与工艺的科学基础、精细化工、生物化工、环境化工、现代化工的发展前景和面向21世纪的化工高等教育等。书中介绍了现代化工各领域有关化学工程与技术的基础知识、典型工艺生产过程及近年发展的新动向、新技术和新成果,同时较深入地介绍了绿色化学与化工在全球的兴起,绿色化学与化工的研究方向,阐述了传统化工向绿色化、精细化、高科技化的现代化工的发展趋势。另外,进入21世纪,我国的高等教育正面临知识经济和新科技革命的挑战。本书也概述了当前我国化工高等教育改革的发展方向。
总之,本书拟作为化工类及相关专业(如化工、炼油、制药、能源、材料、轻工、环境化工、生物化工等)大学一年级入门必修课程的教材,教师可结合专业需求选择书中内讲授的深度与广度,并可将新生的素质教育与专业教育紧密结合。同时,本书内容丰富,深入浅出,亦可作为化工企业在职教育的参考教材;本书还可作为非化工专业人员了解现代化工概貌的窗口和参考书。
本书是天津大学《现代化工导论》课程教学组的共同教学成果。马沛生参编第1章、第10章、第11章;李淑芬参编第1章、第3章、第5章、第6章、第10章、第11章;王成扬参编第2章、第3章、第6章,张毅民参编第7章、第8章、第9章。天津理工大学王宁惠应邀参编第2章、第3章、第4章、第7章、第8章、第9章。本书由李淑芬主编,王宁惠参与对全书的统一调整,马沛生对书稿进行了审定。
由于本书是一本化工入门教材,编写中参考了中外专家、学者的文献资料与相关教材、专著,包括综合性图书和期刊等。主要参考资料列在书后的参考文献中,并致以深深的谢意。作者感谢本学科的阮湘泉教授在课程讲授第一年里对课程及教材的贡献;感谢本学科的一些研究生对部分书稿文字、图表加工处理等工作的协助;同时也感谢化学工业出版社对本书的出版给予的大力支持。作者还要特别感谢天津大学将此书作为精品课程教材予以立项支持,使其得以顺利出版。
由于编者的知识和经验有限,书中内容涉及面广,不妥之处诚望专家和读者指教。
编者
2004年6月于天津大学
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