【大学课件】化工的历史与发展PPT

1998年，宝碱占有30.6%的洗发乳市场，品牌包括「飞柔」（Pert Plus）
旗下品牌还包括帮宝适尿片
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最早的单元操作(unit operation)概念
❖1915年美国学者利特尔(A.D.Little)，明确 指出 : “任何化工生产过程不论规模如何, 皆可分解成几个单元操作的过程,例如粉 碎、蒸馏、萃取、蒸发、吸收、冷凝、 沉降、结晶和过滤等。
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塑料工业 (plastic industry)
二十世纪石化工业最大的成就
塑胶特性
重量轻、着色性佳、成型容易、电绝 缘性好、耐化学药品
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塑料工业 (plastic industry)
塑料依其物理与化学性质可分
❖ 热塑性树脂或塑料((thermoplastic resin and plastics)
2. 化学工程师在制程的重要性转入以产品 做为导向全方位工程师
3. 从强调如何将实验结果放大(scale up)到工
厂的理论，转到如何运到过去化工理论
进行缩小(scale down)理论
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化工传统产业
表2.1化学工业之发展与特色：
名称 起迄年份(民国)
特色
草创期
2~32
仅肥料及碱氯工业较具规模
物质被加热至玻璃转移点温度(glass transition temperature)以上，树脂即软化，呈可塑性(plasticity)， 冷却后失去可塑性而再变为固态
❖ 热固性树脂或塑料 (thermosetting resin and plastics)
在塑制前为简单之低分子量化合物，但加热后即起
了贡献。
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具有压电效应之新型智慧型材料
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智能型纺织品机能类型
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制药工业
Ehrlich(1845-1915)发现了第一种抗病毒的 合成药剂后，化学治疗便成为现代医疗 的主角。 未来制药工业将与生技(生物芯片)结合成 为一股中兴工业，而中药与西药也将互 相结合各取所长一同发展 。
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第二章
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第二章 化工的历史与发展
2.1 化 工 的 起 源
2.2 化 工 的 发 展 历 程
2.3 化 工 传 统 产 业
2.4 化 工 的 未 来 的 趋 势
2.5 结 语
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化工的起源
化工或化学的始祖:亚里斯多德 (Aristotle, 公 元前384-322年) or 老子? 中国古代炼丹术
化学变化，在某阶段呈热塑性状态，最后失去其塑
性成为不溶不熔融的刚体。其分子互相链接成网状
结构(network structure)
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硅酸盐工业
水泥:卜特兰水泥 陶瓷制品:陶瓷器、磁砖、耐火砖、珐 琅器等 玻璃及玻璃制品
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卜特兰水泥的由来
1824年，一个英国石匠Joseph Aspdin，因他在厨房发明 的水泥，获得了专利权。他把石灰石和厨房火炉里的 灰土混合后加热并磨成粉，就创造出加水就会变硬的 水泥。Aspdin把水泥命名为卜特兰(portland)，是因为它 长得像英国海岸外的卜特兰岛上所采来的一块石头。 由于这个发明，Aspdin建立起今天卜特兰水泥工业的基 础。
进口替代 期
33~42
第一期经建计划开始，设厂增产以取代进口
发展期
43~56
侨外投资兴起，纸业、味精、染整、制药等业蓬勃发展
出口扩张 期
成熟期
57~64 65~74
一、二轻完成，上、中、下游成一完整体系，带动纺织品 出口旺盛 三、四轻完成，石化规模达空前高峰
转型期
75~85
下游产业外移产品结构改变，面临「量」与「质」的危机
追求欲望的本能，带领人类迈向更进步的时 代。
世界最早的化学工程师 猴子(利用发酵储存水果) 历史的演进: ------16世纪 炼金术工业化学医药化学 ------工业革命 1800(瓦特发明蒸汽机提高工业生产力)
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第一个化工工业产品--硫酸(sulfuric acid)奠
定化工概念
化学工业 的起始---以德国和英国为代表 “化学工程技师社会”(society of chemical engineers)的概念1880英国学者Davis提出, 1887在
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制纸工业
蔡伦是第一个纸的发明者 ，也是第一 个说服汉和帝接受纸类的人 。
纸的一般定义是：任何一种纤维的物质， 利用机器或天然的方法打散其纤维，浸 入水中，再用可排水的模子将纤维滤集 起来,即成为一张纸。
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制纸工业
造纸生产企业分为四种基本类型：
一、生产纸浆、纸的制浆造纸综合厂
宝碱原有16个市值达10亿美元以上的品牌，并购吉列后将新增5个。 其中，宝碱素来在女性个人用品类称冠，拥有如欧蕾、蜜斯佛陀、 Always、Cover Girl等品牌
1879年，「宝碱」推出最成功的产品「象牙肥皂」（化妆用的肥 皂）。
宝碱收购「潘婷」（Pantene）洗发乳品牌之后，「潘婷」成了美 国市场上最畅销的洗发乳
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化学工业产品的工业化
➢ 造就了「化学工程就是单元操作」的刻板印 象
➢ 单元程序:归纳氧化,氢化,碱化,氯化,聚合等 ➢ 可行性的化工热力学, 探讨反应速率的反应
工程 「化学工程科学」的萌芽 ➢ 「自动化」的观念和设备:应用数学及仪器 控制
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化工的发展历程
化工的基础理论 --Bird输送现象
天然纤维：取自于植物或动物
人造纤维：又称化学纤维，系经化学制 造程序人工造成的纤维。
• 可分成四大类：再生纤维、半合成纤维、合成纤维、 及无机质纤维等。
真正的人造纤维是在1938年美国DuPont 公司发明的尼龙66开始。
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科学家们开始试着利用高分子、纤维等 材料，模仿人类的中枢神经或是计算机 的自控系统，试图借着智能材料来让纺 织品与通讯、信息处理、医疗、侦测等 功能做结合。
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食品工业
为利用物理、化学或生物学等的工 业技术方法，对农产、畜产、水产 等原料进行加工以制取食品的工业。 在整个工业中，食品工业的产值仅 次于机械工业、纺织工业，而居第 三位。
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化工的未来的趋势
近年来化工领域的发展走向多元化，
举凡新的化工程序工业的反应途径，
新的分子结构，如何藉由反应的过程
妆品, OLAY保养品,帮宝适纸尿裤,飞柔洗发精, 好自在卫生棉.市值1392亿美元
娇生(1886)是美国一家护理、个人卫生产品、医疗器材的制造商，成立于
1885年，在超过90个国家设有分公司，其产品销售遍及170多个国家。
奇异(1892)
1908美国化学工程学会
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宝碱(P&G)
宝碱系于1837年由蜡烛制造者William Procter与肥皂制造者James Gamble创办，而成为今日的家用品巨擘
Glass fiber-reinforced plastics
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纺织工业
世界纺织工业可分为四大地区：
欧洲为第一，占全球纺织工业百分
之三十三，其中以德国、英国、意
大利和法国为主，次为美国占百分
之三十，俄罗斯第三占百分之十四，
远东第四也占百分之十四，以印度
和日本为主。
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纺织工业
绿色化学的基本原则
1. 提倡在污染源头防止污染产生。
2. 化学反应的设计应尽可能将所有反应物都转化成 产物。
3. 反应之原料可能改用无毒性或者低毒性物质。
4. 产物应该是无毒、低毒、对环境亲和的化学品。
5. 制程能源利用率应达到最高，且制程设计应以常
温常压、高安全性为优先考虑。
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化工的未来的趋势
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化工的未来的趋势
绿色化学 (green chemistry)
是一种对于环境友好的化学制程，希望
在提高生产效率或优化产品效果的同时，
能够提高资源和能源的利用率，减少有
毒物质的使用与废弃，注重可回收与重
复使用的设计，减轻对于环境的污染负
荷以及对于环境的冲击。
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化工的未来的趋势
制革工业
以前制革家都凭着古人累积的经验， 艺术的成分大于科学，自从有了温度 计、比重计，制革业便逐渐科学化。
由于工业仪器的进步，更能有效的控
制人造制革的化学反应，加上工业装
置的进步，制革业已成为化工产业的
一部门。
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人造皮革 (artificial leather) 又称「合成皮」或 「合成皮革」系指外观﹑手感似皮皮革并可代 替其使用的塑料制品。通常以织物为底基﹐涂 覆由合成树脂添加各种塑料添加剂制成的配混 料制成。 20 世纪初期﹐用硝酸纤维素溶胶涂覆织物所制 成代的﹐的 原聚硝 料氯酸 资乙纤 源烯维﹐素工促漆业进布化人是生造人产皮造为革皮人生革造产的皮的先革发驱开 展。辟 。了30 新年 涂覆层原料除聚氯乙烯外﹐还采用聚酰胺﹑聚 氨酯﹑聚烯烃等。
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现代化玻璃科技
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
染料敏化太阳能电池装置,是以涂布石墨之导电 玻璃为正极
ITO导电玻璃是液晶显示器的上游原料之一 ， ITO是Indium Tin Oxide的缩写,中文是氧化铟锡。 系在原本无法导电的母玻璃(mother glass)基板上, 镀上一层可以导电的氧化铟锡(indium tin oxide,ITO),从而可以扮演电极。
二、主要生产商品纸浆的纸浆厂
三、主要以购入纸浆或废纸生产纸的造纸 厂
四、主要购入纸或纸板生产加工纸的加工
纸厂 a
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电子纸
所谓的电子纸，与我们常见一般纤维纸不同， 是一种包含许多”微小球体”（胶囊）的”导 电””高分子”材料，其外表与特征与一般的 纸一样，具有柔软度又可重复显示数据。 在电子纸技术之中，微小球体的大小代表显示 器像素（Pixel）大小，其中微小球体的特色是 会受到外在电压的驱动而改变其状态。 电子纸导电的特色为可受到外界驱动电压的改 变，因此材料需要是电的导体，最后电子纸使 用高分子材料是强调其可饶性（flexible）的特 色，因此可以像一般纸一样的挠曲。
Manchester Technical School开设化工程序操作, 即今谓 单元操作
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(1880)英学者戴维斯提出,1887开设化工程序操作(即今日 单元操作) ,
(1888)MIT诺顿整理流体输送,吸收,萃取,蒸馏,干燥等, 提出 单元操作观念
(1892)宾大设立四年制化工系
宝碱（Procter & Gamble） (1837) 超大型日用品厂商 生产销售SKII化
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卜特兰水泥的主要成分是氧化钙和氧化硅，也
就是硅酸钙，是一种硅酸盐。用它制成的混凝
土，硬化以后，硬度、外观和颜色，都跟当时
英国波特兰岛上所产的波特兰石材很相近，所 以取名为「波特兰水泥」（Portland cement）。 Aspdin曾用这种水泥建造了英国伦敦泰晤士河 的河底隧道。
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(transport phenomenon) P.20
『高分子材料』纳入化学工程领域
石化业对环境的污染
➢化学工程走入了黑暗期(1980石油
危机解除)
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1995年前后化学工程的新解释--「分 子产品工程」(molecular product engineering)概念 P.21
1. 将化工理论应用到所有发展性科学
蜕变期
85~迄今
传统石化业外移，转型至高科技产业
数据源：公元2000年我国化学工业之展望，a 台经院，78年5月
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石油化学工业 (petroleum industry)
民生工业之母p.24 开始于1920年 成形于20世纪初期 最早的石油化学工业仅为一种石 油工业副产品的利用工业，即利 用炼油废气中的乙烯、丙烯以生 产环氧乙烷、乙二醇、异丙醇、 氯乙烯及丙酮等石油化学品而开 始的
达到能源的节省以及环境的保护，不
论是何种领域的发展，无疑的都需要
深厚的化学基础才能够克服种种的难
题。
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化工的未来的趋势
精密石油化学工业
1. 提升能量使效率，降低二氧化碳排 放量，减轻温室效应。
2. 提供更干净的油品，降低油品中硫 含量，以抑制酸雨形成，降低苯含 量，以减少空气污染物。
3. 使用特殊的生物技术以改善油品。
环璄永续发展
随着人类生活水平的提升、大量消耗物资，产生了不
少废弃物及影响环境的问题，善于解决问题的化学工
程师就从废弃物的减量、再生、及净化等工作发挥了
他的专长，使一度曾因污染而濒临死亡的河流及城市
天空恢复生气。如此化学工程师不仅在研究领域里找
寻控制全球性环境恶化问题的对策，并关心改善工厂
四周的邻居、小区、自然环境，对全球生态之净化做