现代化工导论

《现代化工导论》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新时代化工人才需求与培养。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；同时结合新时代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、高科技化转变的发展趋势。

《现代化工导论》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培训用书。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。

王成扬，天津大学 化工学院，教授，自2001年以来连续讲授本科生课程《现代化工导论》。并主持或参加了863青年基金项目“多环芳烃超强酸催化法制备中间相沥青的研究”；国家自然科学基金项目“碳质中间相结构缺陷的形成与控制”、“基于双碳电极的离子插层电池/电容器体系基础研究”；国家863计划项目“基于软碳负极材料的锂离子储能电池系统关键技术及示范”（2014AA052300）等国家科技项目。

2015年获得第十一届中国炭素杰出成就奖；2016年获得中国产学研合作促进会颁发的中国产学研合作创新一等奖；2018年与南开大学合作的“面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究”项目获得国家自然科学二等奖（2018-Z-103-2-05-R05）。

第1章化工概述与发展史/ 1

1.1化工的含义1

1.2化学工业1

1.2.1分类方法1

1.2.2化工原料2

1.2.3化工的特点2

1.3化工学科体系3

1.3.1化学与化工3

1.3.2化工学科的划分4

1.3.3化学工程与化学工艺4

1.4化工在国民经济中的地位5

1.4.1化工与农业5

1.4.2化工与医药6

1.4.3化工与能源7

1.4.4化工与人类生活10

1.4.5化工与国防11

1.5化学工业发展史12

1.5.1世界化学工业发展史12

1.5.2中国化学工业发展史16

第2章无机化工/ 19

2.1无机化工的特点19

2.2无机化工原料20

2.3无机化工产品20

2.3.1硫酸、硝酸和盐酸20

2.3.2纯碱与烧碱21

2.3.3氨与尿素21

2.3.4无机盐工业22

2.3.5无机非金属材料22

2.3.6稀土材料23

2.3.7工业气体24

2.4典型无机产品的生产工艺24

2.4.1接触法生产硫酸工艺24

2.4.2纯碱生产工艺25

2.4.3氨的合成26

2.4.4溶胶-凝胶法制备多孔陶瓷膜28

2.5无机化工的发展29

第3章石油炼制与石油化工/ 31

3.1石油与石油炼制31

3.1.1石油31

3.1.2油品的分类与利用32

3.1.3石油炼制32

3.2石油烃类裂解制烯烃35

3.2.1烃类裂解过程的一次反应35

3.2.2烃类裂解过程的二次反应36

3.2.3裂解方法和裂解炉37

3.2.4裂解产物的急冷操作38

3.2.5裂解气的净化与分离38

3.3芳烃的生产39

3.3.1重整芳烃39

3.3.2乙烯装置副产芳烃40

3.3.3芳烃转化41

3.4石油化工系列产品42

3.4.1烯烃的系列产品和用途42

3.4.2芳烃的主要产品和用途45

3.5典型产品的生产工艺45

3.5.1乙烯制环氧乙烷和乙二醇45

3.5.2由乙烯生产二氯乙烷和氯乙烯47

3.5.3由乙烯生产乙苯和苯乙烯48

3.5.4丙烯合成丙烯腈49

3.5.5异丙苯法合成苯酚和丙酮50

3.5.6对二甲苯氧化生产对苯二甲酸51

3.6石油化工发展展望51

3.6.1大型化、综合化51

3.6.2原料的重质化、石油的深加工52

3.6.3采用节约原料、能源的生产工艺52

3.6.4采用对环境友好的石油化工技术53

第4章高分子化工/ 54

4.1高分子的基本概念54

4.2通用高分子材料55

4.2.1塑料55

4.2.2合成橡胶56

4.2.3合成纤维57

4.3合成聚合物的原料59

4.3.1合成聚合物的原料59

4.3.2聚合物单体59

4.3.3引发剂和催化剂60

4.4聚合生产过程60

4.4.1聚合物生产的特点60

4.4.2聚合反应与设备61

4.4.3聚合产物的分离与后处理62

4.5高分子材料典型生产工艺63

4.5.1聚乙烯63

4.5.2聚丁二烯橡胶65

4.5.3聚酰胺纤维65

4.6功能高分子材料66

4.6.1分离性功能高分子材料67

4.6.2导电性功能高分子材料67

4.6.3高分子液晶68

4.6.4医药用功能高分子材料68

4.6.5其他功能高分子材料69

4.7高分子化工的发展前景70

4.7.1通用高分子生产品种70

4.7.2工程塑料和特种橡胶70

4.7.3功能高分子材料的发展方向71

4.7.4精细化工高分子材料71

第5章天然气化工与煤化工/ 72

5.1天然气与煤72

5.1.1天然气资源与组成72

5.1.2煤资源与组成74

5.1.3天然气与煤的能源利用75

5.2天然气化工76

5.2.1概述76

5.2.2甲烷经合成气的化学转化与系列产品77

5.2.3甲烷的直接化学转化79

5.3煤化工80

5.3.1煤的干馏81

5.3.2煤的气化83

5.3.3由煤生产电石83

5.4煤化工的发展方向84

5.4.1煤的拔头工艺生产液体燃料85

5.4.2煤的液化85

5.4.3煤制氢85

5.4.4合成气用于合成液体燃料和发电的联合工艺85

5.5温室气体的化学利用86

5.5.1CO2的收集和储存86

5.5.2CO2的化学利用87

第6章化学工程与工艺的科学基础/ 90

6.1化学工程的产生与发展90

6.1.1化学工程的产生90

6.1.2化工学科体系的形成91

6.2化工单元操作原理及设备91

6.2.1单元操作的概念91

6.2.2典型化工单元操作的原理及设备92

6.3化学反应工程99

6.3.1化学反应工程的任务和内容99

6.3.2化学反应的操作方式99

6.3.3反应器的型式99

6.3.4研究化学反应工程的基本方法101

6.4化工过程控制与智能化工101

6.4.1化工过程控制原理101

6.4.2智能化工103

6.5化工技术与经济103

6.5.1技术经济的评价原则103

6.5.2经济效益分析103

第7章精细化工/ 105

7.1精细化工的发展与经济地位105

7.1.1精细化工的发展105

7.1.2精细化工在国民经济中的作用106

7.2精细化工品的分类、特点及原料106

7.2.1精细化工的定义、分类106

7.2.2精细化工的特点107

7.2.3精细化工的原料107

7.3传统精细化工108

7.3.1染料108

7.3.2涂料112

7.3.3香料及香精116

7.3.4胶黏剂119

7.3.5农药122

7.4新型精细化工124

7.4.1电子化学品124

7.4.2纳米材料127

7.4.3智能材料129

7.4.4储氢合金129

第8章生物化工/ 130

8.1生物化工的特点与发展状况130

8.1.1生物化工的特点130

8.1.2生物化工的发展131

8.2生物化工的主要应用领域132

8.2.1现代生物制药132

8.2.2农业生物技术与生物农药133

8.2.3精细化工中的生物技术134

8.2.4生物石油化工136

8.3生物化工品的生产工艺技术137

8.3.1原材料的选择与预处理137

8.3.2工业用微生物的培养138

8.3.3生物催化剂139

8.3.4生化反应器139

8.3.5生物化工产品的分离与提纯140

8.4典型生物化工品的生产工艺举例142

8.4.1有机化工品――丙烯酰胺142

8.4.2食品添加剂――柠檬酸143

8.4.3生物农药――苏云金杆菌144

8.4.4抗肿瘤药――天冬酰胺酶145

8.5生物化工的发展趋势145

8.5.1高技术的生物医学与医药145

8.5.2农业生物技术146

8.5.3洁净新能源146

8.5.4可再生资源的生物加工技术与环境146

8.5.5合成生物技术147

第9章环境化工/ 148

9.1概述148

9.1.1环境与健康148

9.1.2环境与化学148

9.1.3环境工程与环境化学工程149

9.1.4环境工程和环境化学工程的研究内容150

9.2大气污染的防治151

9.2.1大气的污染151

9.2.2烟尘治理技术152

9.2.3有害气体的治理技术153

9.2.4PM2.5控制技术154

9.3水污染的防治156

9.3.1水体污染与污染物156

9.3.2水体污染治理技术158

9.4固体废物的处理159

9.4.1固体废物的来源160

9.4.2固体废物的一般处置方法160

9.4.3固体废物的处理与利用161

9.4.4城市垃圾的回收与利用162

9.5清洁生产163

9.5.1清洁生产的提出背景163

9.5.2清洁生产的定义及内容164

9.5.3清洁生产的发展概况164

9.5.4发展清洁生产的意义167

9.5.5清洁生产的基本理论基础168

9.5.6清洁生产原则168

9.5.7清洁生产的主要内容168

9.5.8清洁生产的评价方法169

9.5.9生命周期评估170

9.5.10污染预防经济学171

第10章化工安全工程基础/ 174

10.1危险化学品和化学工业危险性174

10.1.1危险化学品174

10.1.2化学物质危险性175

10.1.3化学物质爆炸性175

10.1.4化学工业危险因素177

10.2化工安全操作的技术措施179

10.2.1爆炸性物质的储存和销毁179

10.2.2火灾爆炸危险与防火防爆措施180

10.2.3防火防爆措施182

10.2.4防止职业毒害的技术措施184

10.3火灾爆炸危险指数评价方法185

10.3.1物质系数186

10.3.2单元工艺危险系数187

10.3.3安全设施补偿系数188

10.3.4单元危险与损失评价191

第11章绿色化学与化工/ 194

11.1传统化工面临的挑战194

11.1.1化工资源与能源的危机194

11.1.2传统化工对生态环境的污染195

11.1.3科技发展的基本思考――可持续发展195

11.2绿色化学的兴起与发展197

11.2.1环境保护治理的三个发展阶段197

11.2.2绿色化学的12条基本原则的提出197

11.2.3绿色化学化工的推动与发展198

11.3绿色化学与化工的研究内容200

11.3.1绿色化学与化工的定义200

11.3.2绿色化学与化工的核心――原子经济性反应200

11.3.3使用无毒无害原料及可再生资源202

11.3.4采用无毒无害催化剂204

11.3.5采用无毒无害溶剂/助剂205

11.3.6环境无害的绿色化学产品207

11.4低碳循环经济下的绿色化学与化工209

11.4.1低碳循环经济209

11.4.2绿色化学与化工在发展低碳循环经济中的作用210

11.4.3低碳循环经济理念中的“5R”概念211

11.4.4生态工业园的建立与发展211

11.4.5低碳循环经济下的绿色化学与化工展望212

第12章高新技术与现代化工/ 214

12.1信息、微电子技术与化工214

12.1.1信息存储材料214

12.1.2信息显示技术215

12.1.3微电子材料和器件215

12.1.4电子化学品215

12.2自动化技术与化工216

12.3新材料技术与化工216

12.3.1高分子材料217

12.3.2金属材料与无机非金属材料217

12.3.3纳米材料218

12.3.4先进复合材料219

12.4新能源技术与化工219

12.4.1生物质能220

12.4.2氢能222

12.4.3燃料电池223

12.4.4太阳能电池223

12.4.5海水盐差发电224

12.5国防及空间技术与化工224

12.5.1航天航空功能材料224

12.5.2航天航空上所用的推进剂225

12.6海洋开发技术与化工225

12.6.1海洋生物资源的开发利用225

12.6.2海水淡化226

12.6.3海洋油气资源的勘探与开发利用226

12.6.4海洋化学资源的提取和应用227

12.721世纪化工展望227

12.7.1资源利用多元化227

12.7.2产品结构精细化228

12.7.3技术结构现代化229

12.7.4经营管理全球化229

12.7.5发展方向绿色化230

第13章新时代化工人才需求与培养/ 231

13.1中国化工高等教育231

13.2新时代中国化工高等教育面临的变革232

13.2.1化学工业发展需要知识面宽、综合素质高的创新型人才232

13.2.2改变理念，通专融合，五育并举232

13.2.3更新教学内容、改革育人方式，与时俱进，与世界接轨233

13.3面对中国化工高等教育改革实践，提升综合能力234

13.3.1建立完善的知识体系，注重学科交叉和学科前沿的学习234

13.3.2结合多种方式，培养家国情怀和全球视野235

13.3.3适应新的培养模式，参与协同育人平台，培养实践和创新创业能力235

13.3.4使用现代化信息手段，虚实结合学习，提高学习效率236

13.4化工专业学生的未来与发展236

13.4.1攻读双学位、辅修专业，成长为化工专业复合型人才236

13.4.2通过研究生教育，成长为研究型创新人才237

13.4.3化工类专业毕业生就业领域宽广238

结束语――希望/ 239

参考文献/ 240