导论重点

一、学科与大型炼化生产流程及装置之间的联系炼油行业：原油一次加工、原油二次加工、原油三次加工化工行业:基本有机化工精细化工高分子化工（树脂、纤维、橡胶）石化公司的加工装置、加工流程以及原料产品介绍二、本科及硕士课程与化工装置生产的联系（2）原料/产品原料:大庆原油及沈北原油产品：石油类汽油、煤油、柴油、燃料油、溶剂油、石蜡、原料油（化工轻油、润滑油基础油）、石油焦、液态烃、混合瓦斯、其它产品（丙烷、丙烯、顺反丁烯、甲基叔丁基醚）产品：化工类乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、环氧乙烷、乙二醇、二乙二醇、1-丁烯、2-丁烯、丁二烯、裂解碳五、裂解碳九、重质燃料油、甲基叔丁基醚、混合石油苯、粗氢、烷基苯、重烷基苯、烷基苯磺酸、驱油用烷基苯、苯乙烯连续重整催化剂：R-234/134、PS-Ⅵ/PS-Ⅴ工艺：在催化剂作用下，在临氢条件下，把石脑油转化为苯、甲苯、二甲苯等芳烃产品，同时副产优质氢气。重要作用：1/3汽油;70％以上芳烃;50％以上氢气加氢精制催化剂：FHUDS-2/FHUDS-5、RS-1000、HDN-1目的是脱除油品中的硫、氮（氧）杂原子，重质油品中同时脱除金属杂质。1、脱硫反应，如硫醇RSH+H2→RH+H2S2、脱氮反应，如R-NH2→RH+NH3(条件为氢气)3、脱金属反应，如加氢裂化催化剂：FC-14/32、DHC-32LT原料广泛，实质是催化加氢与催化裂化这两种反应的有机结合，生产柴油、航空煤油、汽油甚至液化气1、烷烃加氢裂化反应2、环烷烃加氢裂化反应3、芳香烃加氢裂化反应催化剂在当今炼油及石油化工生产中的作用+•催化剂改变了人们的日常生活（解决有无问题）•催化剂不断的导致新工艺的产生•催化剂在不断的改善工艺过程（安全高效）•催化剂在不断地改变生产格局提高竞争力•催化剂实践着节能减排、低碳生活、绿色发展•催化剂时刻在影响着炼油与石油化工的生产与发展，进而影响着世界的发展进程4.所学的课程在实际中的应用与联系（1）无机化学（2）有机化学（3）分析化学（4）物理化学（5）化工原理（6）化工热力学（7）传递原理（8）化工系统过程分析与综合（9）高等有机（10）仪器分析（11）金属腐蚀（12）反应工程（13）爆炸原理（14）压力容器断裂理论与缺陷评估（15）化工机械设备与制造（16）高分子化学（17）高分子物理（18）化工仪表与自动化二、本科及硕士课程与化工装置生产的联系5.一个典型生产装置从设计到生产与我们所学知识的联系以乙烯装置的建设为例策划----设计-----施工建设-----开工生产设计的步骤基础设计（单元设计、过程计算）详细设计（各种过程设备如：塔、加热炉、压缩机、泵、反应器等，工艺管线，土建结构、框架布置等）。开工生产后生产运行（操作、调度、分析等），设备保障（机械电器仪表），生产管理（计划统计等），设备管理。技术创新与管理技术管理：就是把工程、科学和管理学科连接起来。通过计划、发展和技术能力的利用来影响并实现组织的战略和运营目标把技术管理作为一般管理的普通组成部分把技术和创新管理集成到一般管理中政策层战略层运营层技术是科学与技巧的女儿科学技巧：通过人的活动积累的经验诀窍，也就是边干活边慢慢积累的实践经验。包括：技能、操作步骤、生产方法和规程执行技术：技术诀窍和科学知识，能够为实现社会经济目标服务创新：发挥实际作用的创意从研发/技术管理到知识产权/智力资本管理亲专利时代的出现专门化阻挡与周边发明地毯式（blanketing)与洪水式(Flooding)栅栏式包围式战略联盟：新的竞争武器快速的技术变革全球化变化的竞争前景化工与制药类导论化学工程学科的发展1、工程原理与技术(1)过程强化原理与技术：滴状冷凝、微尺度过程、微胶囊技术：(2)资源和能源利用领域的化学工程技术：吸收式热泵技术、海水淡化技术、压力能量回收与气波制冷、炼厂气综合回收工艺和技术(3)生物医学领域的化学工程技术生物反应器与干细胞扩增、干细胞冷冻保存与食品保鲜冷藏、来自人体的过程工程(4)航天领域的化学工程技术航天飞行器中化学工程（发射返回、飞行控制）、地面模拟系统2、3.3化学工程与日常生活保温与服装、暖气片的发展、建筑节能节电与节水体育运动与过程原理：足球弧圈球室内空气加湿表面润湿：超疏水、超亲水油水分离第4讲过程装备、控制与防腐化学工程装备的特点与发展趋势过程工程与控制设备腐蚀与防护化学工程学科的产生与内涵化学工程的起源（1880-1910）1880年4月在Manchester的Owens学院的会议上提出：化学工程师学会188l年改为：化学工业协会1888年西苏格兰学院“化学工程讲座”；同年，MIT开设课程1908年AIChE美国化学工程师学会新职业的定位（1910-1945）1919年Little在MIT为校长准备的报告中，首次拟定了“单元操作”。1923年Walker，Lewis和McAdames合著的首版《化工原理》持续发展期（1945-1970）1960年Bird，Stewart，Lightfoot在Wisconsin合著《传递现象》，里程碑。新挑战（1970-）1960年Bird，Stewart，Lightfoot在Wisconsin合著《传递现象》，里程碑。化学工程（分离工程、传递工程、反应工程）主要学科：数学、物理、化学、生物辅助学科：环境科学、材料科学、信息科学应用：电子信息、农药、医学、化学、材料、生物、能源、环境、石化、航天郭慕逊：三传一反+X发展趋势：简单物系----------------------复杂物系复杂工艺路线----------------简单工艺路线单一过程----------------------耦合过程有参数的单项测量----------过程的集散系统控制有探索试验--------------------有效预测非生命体系--------------------有活体体系理想溶液（平衡态）--------非理想溶液（非平衡态现象描述-----------------------机理阐述宏观------------------------------微观挑战和知识体系：•多尺度化•微型化•绿色化•过程参数极限化•工具：工程数学、流体力学、数值方法、非平衡热力学、分子动力学模拟……在社会和国民经济中的作用石化能源：核能，贫铀矿的富集，高纯水，高纯氩气和氦气；新能源、燃料电池、风能和水能资源材料高新技术空天计划生物工程分子水平太阳能转换-太阳能电池与太阳能燃料MolecularSolarCells&SolarFuelsArtificialPhotosynthesis人工光合作用为了加快我国能源结构的调整，实现节能减排的国家目标，国家在“十二五”规划纲要中提出：到“十二五”末，我国非化石能源的比例要占到一次能源的11.4%，到2020年，太阳能、风能等非化石能源的比例要达到15%。光-热能源化工←太阳能转换光-电光-化学太阳能转换的两条主要途径：太阳能电池以及太阳能燃料染料敏化太阳能电池的工作原理及发展趋势Dyesensitizedsolarcell(DSC)关键组成部分:纳米材料、染料、电解质及对电极研究特色及标志性研究结果：太阳能电池双有机染料叠层太阳能电池基于无碘有机电解质的太阳能电池腐蚀电极、升华结晶、吸收可见光！ArtificialPhotosynthesis人工光合作用寻找可再生能源，比如将太阳能直接转换成化学能已成为全世界科技竞争的焦点，为此西方国家纷纷投入巨额基金进行科技攻关。其中一个核心科技难题是如何构建分子器件利用太阳能将水分解成氢气和氧气，这一难题被称为是人工光合作用的圣杯”HolyGrail”。人工光合作用（人造树叶）国际动态为了从源头创新、抢占高科技领域的制高点及基于国家能源安全和战略考虑，最近几年西方发达国家以政府预算方式投入大量资金用以研发人造树叶。美国政府一次性投入几十亿美金成立了以东海岸(CalTech,UCBerkeley)和西海岸(MIT)为领头羊的科研阵营;英国(ImperialCollegeLondon)成立了人造树叶研究中心;德国成立了SolarFuels研究所;除此之外，荷兰、法国、瑞典、日本、新加坡、澳大利亚等国也已建立或正在建立与SolarFuels相关的研发机构。无论是科学家还是政治家都有一种共识，人造树叶可能会引发一次能源革命，即使拥有少量的知识产权也会在未来的能源市场得到巨大汇报。人工光合作用（人造树叶）核心问题2H2O→(可见光)O2+4e-+4H+实现绿色化学及绿色工艺绿色氧化反应工艺人工固氮合成氨收集利用温室气体（二氧化碳→甲醇）制氢分子催化染料化学纳米材料界面化学器件组装光驱动分解水制氢分子器件-重点研究内容及前期工作基础（还原）半反应：Fe2S2分子催化还原质子制氢仿氢酶催化与可见光驱动制氢设计不含贵金属催化剂的催化制氢体系可见光驱动均相催化制氢首次实现利用铁铁氢化酶活性中心模型配合物作催化剂光驱动均相催化制氢超分子自组装体系的光驱动均相催化制氢实现了利用既不含贵金属催化剂也不含贵金属光敏剂的超分子体系光驱动均相催化制氢人类面临的重大挑战：能源环境生命（氧化）半反应：分子催化光驱动水氧化化学驱动均相催化水氧化制氧------合成了世界上效率最高的水氧化催化剂！高分子科学与工程导论何为高分子？分子量大（=10000）有重复单元链接而成长径比：103~105无处不在的高分子服装、面料玩具、生活用品电气产品外壳、绝缘体包装、装饰材料涂料、粘合剂隐形眼镜……衣食住行，无处不在！信息技术生物技术←先进材料→三大材料（高分子、陶瓷、金属）材料是人类进化史的里程碑，现代文明的重要支柱，发展高新技术的基础和先导。高分子材料扮演着极为重要的角色基础支柱先导高分子时代（20世纪下半叶）三大合成材料：塑料、橡胶、纤维其他合成材料：涂料、胶粘剂复合材料功能高分子材料在人类历史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。在二十世纪初，可靠的聚合方法的发现，加上有关高分子理论，物理和工程的巨大进展，导致并推动了一场材料革命，这场材料革命至今仍在继续地进行着。以塑代钢---在一定程度上，工程塑料的强度已经超过了钢铁价廉食品的生产和储存轻便健康、医疗能源环境、结构材料、军事、航天…强度高建筑易于加工成型→能源开发和利用性能易于控制娱乐、体育使用安全军事、航空、航天废弃物易于处理有机化学→高分子化学(合成、改性、分子设计)→←物理化学交叉渗透融合↓物理学↓数学↓电子学↓各种工程学↓生物学↓医药学↓其他化学↓化工↓机械等高分子物理链结构溶液性质聚集态结构性能等高分子工程成型加工高分子科学（基础科学技术科学）高分子科学的更高、更新阶段应用需求→物理性质→结构→（通过分子设计）合成与改性高分子化学的重任：通过建立结构与性能、功能之间的关系，合成具有指定结构及性能与功能的聚合物，或者通过改性提高性能，通过修饰等手段赋予聚合物新的功能。实现聚合物的分子设计和材料设计的目标合成高分子----由单体聚合而成单体→（通过不同聚合反应）→高分子根据材料的性能和用途分类树脂树脂纤维橡胶产量最大，与国民经济、人民生活密切相关，橡胶故称为“三大合成材料”纤维涂料胶粘剂功能高分子涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料功能高分子是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子胶粘剂是指具有良好的粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料根据高分子的主链结构分类碳链聚合物：大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类如：PE，PP，PS，PVC杂链聚合物：大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚元素有机聚合物：大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P等原子组成，侧基则由有机基团组成如：硅橡胶命名以单体名称为基础，在前面加“聚”字乙烯丙烯氯乙烯甲基丙烯酸甲酯聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯