第1章化工概述與發展史/ 1

1.1化工的含義1

1.2化學工業1

1.2.1分類方法1

1.2.2化工原料2

1.2.3化工的特點2

1.3化工學科體繫3

1.3.1化學與化工3

1.3.2化工學科的劃分4

1.3.3化學工程與化學工藝4

1.4化工在國民經濟中的地位5

1.4.1化工與農業5

1.4.2化工與醫藥6

1.4.3化工與能源7

1.4.4化工與人類生活10

1.4.5化工與國防11

1.5化學工業發展史12

1.5.1世界化學工業發展史12

1.5.2中國化學工業發展史16



第2章無機化工/ 19

2.1無機化工的特點19

2.2無機化工原料20

2.3無機化工產品20

2.3.1硫酸、硝酸和鹽酸20

2.3.2純堿與燒堿21

2.3.3氨與尿素21

2.3.4無機鹽工業22

2.3.5無機非金屬材料22

2.3.6稀土材料23

2.3.7工業氣體24

2.4典型無機產品的生產工藝24

2.4.1接觸法生產硫酸工藝24

2.4.2純堿生產工藝25

2.4.3氨的合成26

2.4.4溶膠-凝膠法制備多孔陶瓷膜28

2.5無機化工的發展29



第3章石油煉制與石油化工/ 31

3.1石油與石油煉制31

3.1.1石油31

3.1.2油品的分類與利用32

3.1.3石油煉制32

3.2石油烴類裂解制烯烴35

3.2.1烴類裂解過程的一次反應35

3.2.2烴類裂解過程的二次反應36

3.2.3裂解方法和裂解爐37

3.2.4裂解產物的急冷操作38

3.2.5裂解氣的淨化與分離38

3.3芳烴的生產39

3.3.1重整芳烴39

3.3.2乙烯裝置副產芳烴40

3.3.3芳烴轉化41

3.4石油化工繫列產品42

3.4.1烯烴的繫列產品和用途42

3.4.2芳烴的主要產品和用途45

3.5典型產品的生產工藝45

3.5.1乙烯制環氧乙烷和乙二醇45

3.5.2由乙烯生產二氯乙烷和氯乙烯47

3.5.3由乙烯生產乙苯和苯乙烯48

3.5.4丙烯合成丙烯腈49

3.5.5異丙苯法合成苯酚和丙酮50

3.5.6對二甲苯氧化生產對苯二甲酸51

3.6石油化工發展展望51

3.6.1大型化、綜合化51

3.6.2原料的重質化、石油的深加工52

3.6.3采用節約原料、能源的生產工藝52

3.6.4采用對環境友好的石油化工技術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合成橡膠56

4.2.3合成纖維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聚合物單體59

4.3.3引發劑和催化劑60

4.4聚合生產過程60

4.4.1聚合物生產的特點60

4.4.2聚合反應與設備61

4.4.3聚合產物的分離與後處理62

4.5高分子材料典型生產工藝63

4.5.1聚乙烯63

4.5.2聚丁二烯橡膠65

4.5.3聚酰胺纖維65

4.6功能高分子材料66

4.6.1分離性功能高分子材料67

4.6.2導電性功能高分子材料67

4.6.3高分子液晶68

4.6.4醫藥用功能高分子材料68

4.6.5其他功能高分子材料69

4.7高分子化工的發展前景70

4.7.1通用高分子生產品種70

4.7.2工程塑料和特種橡膠70

4.7.3功能高分子材料的發展方向71

4.7.4精細化工高分子材料71



第5章天然氣化工與煤化工/ 72

5.1天然氣與煤72

5.1.1天然氣資源與組成72

5.1.2煤資源與組成74

5.1.3天然氣與煤的能源利用75

5.2天然氣化工76

5.2.1概述76

5.2.2甲烷經合成氣的化學轉化與繫列產品77

5.2.3甲烷的直接化學轉化79

5.3煤化工80

5.3.1煤的干餾81

5.3.2煤的氣化83

5.3.3由煤生產電石83

5.4煤化工的發展方向84

5.4.1煤的撥頭工藝生產液體燃料85

5.4.2煤的液化85

5.4.3煤制氫85

5.4.4合成氣用於合成液體燃料和發電的聯合工藝85

5.5溫室氣體的化學利用86

5.5.1CO2的收集和儲存86

5.5.2CO2的化學利用87



第6章化學工程與工藝的科學基礎/ 90

6.1化學工程的產生與發展90

6.1.1化學工程的產生90

6.1.2化工學科體繫的形成91

6.2操作原理及設備91

6.2操作的概念91

6.2.2典型操作的原理及設備92

6.3化學反應工程99

6.3.1化學反應工程的任務和內容99

6.3.2化學反應的操作方式99

6.3.3反應器的型式99

6.3.4研究化學反應工程的基本方法101

6.4化工過程控制與智能化工101

6.4.1化工過程控制原理101

6.4.2智能化工103

6.5化工技術與經濟103

6.5.1技術經濟的評價原則103

6.5.2經濟效益分析103



第7章精細化工/ 105

7.1精細化工的發展與經濟地位105

7.1.1精細化工的發展105

7.1.2精細化工在國民經濟中的作用106

7.2精細化工品的分類、特點及原料106

7.2.1精細化工的定義、分類106

7.2.2精細化工的特點107

7.2.3精細化工的原料107

7.3傳統精細化工108

7.3.1染料108

7.3.2塗料112

7.3.3香料及香精116

7.3.4膠黏劑119

7.3.5農藥122

7.4新型精細化工124

7.4.1電子化學品124

7.4.2納米材料127

7.4.3智能材料129

7.4.4儲氫合金129



第8章生物化工/ 130

8.1生物化工的特點與發展狀況130

8.1.1生物化工的特點130

8.1.2生物化工的發展131

8.2生物化工的主要應用領域132

8.2.1現代生物制藥132

8.2.2農業生物技術與生物農藥133

8.2.3精細化工中的生物技術134

8.2.4生物石油化工136

8.3生物化工品的生產工藝技術137

8.3.1原材料的選擇與預處理137

8.3.2工業用微生物的培養138

8.3.3生物催化劑139

8.3.4生化反應器139

8.3.5生物化工產品的分離與提純140

8.4典型生物化工品的生產工藝舉例142

8.4.1有機化工品——丙烯酰胺142

8.4.2食品添加劑——檸檬酸143

8.4.3生物農藥——蘇雲金杆菌144

8.4.4抗腫瘤藥——天鼕酰胺酶145

8.5生物化工的發展趨勢145

8.5.1高技術的生物醫學與醫藥145

8.5.2農業生物技術146

8.5.3潔淨新能源146

8.5.4可再生資源的生物加工技術與環境146

8.5.5合成生物技術147



第9章環境化工/ 148

9.1概述148

9.1.1環境與健康148

9.1.2環境與化學148

9.1.3環境工程與環境化學工程149

9.1.4環境工程和環境化學工程的研究內容150

9.2大氣污染的防治151

9.2.1大氣的污染151

9.2.2煙塵治理技術152

9.2.3有害氣體的治理技術153

9.2.4PM2.5控制技術154

9.3水污染的防治156

9.3.1水體污染與污染物156

9.3.2水體污染治理技術158

9.4固體廢物的處理159

9.4.1固體廢物的來源160

9.4.2固體廢物的一般處置方法160

9.4.3固體廢物的處理與利用161

9.4.4城市垃圾的回收與利用162

9.5清潔生產163

9.5.1清潔生產的提出背景163

9.5.2清潔生產的定義及內容164

9.5.3清潔生產的發展概況164

9.5.4發展清潔生產的意義167

9.5.5清潔生產的基本理論基礎168

9.5.6清潔生產原則168

9.5.7清潔生產的主要內容168

9.5.8清潔生產的評價方法169

9.5.9生命周期評估170

9.5.10污染預防經濟學171



第10章化工安全工程基礎/ 174

10.1危險化學品和化學工業危險性174

10.1.1危險化學品174

10.1.2化學物質危險性175

10.1.3化學物質爆炸性175

10.1.4化學工業危險因素177

10.2化工安全操作的技術措施179

10.2.1爆炸性物質的儲存和銷毀179

10.2.2火災爆炸危險與防火防爆措施180

10.2.3防火防爆措施182

10.2.4防止職業毒害的技術措施184

10.3火災爆炸危險指數評價方法185

10.3.1物質繫數186

10.3工藝危險繫數187

10.3.3安全設施補償繫數188

10.3危險與損失評價191



第11章綠色化學與化工/ 194

11.1傳統化工面臨的挑戰194

11.1.1化工資源與能源的危機194

11.1.2傳統化工對生態環境的污染195

11.1.3科技發展的基本思考——可持續發展195

11.2綠色化學的興起與發展197

11.2.1環境保護治理的三個發展階段197

11.2.2綠色化學的12條基本原則的提出197

11.2.3綠色化學化工的推動與發展198

11.3綠色化學與化工的研究內容200

11.3.1綠色化學與化工的定義200

11.3.2綠色化學與化工的核心——原子經濟性反應200

11.3.3使用無毒無害原料及可再生資源202

11.3.4采用無毒無害催化劑204

11.3.5采用無毒無害溶劑/助劑205

11.3.6環境無害的綠色化學產品207

11.4低碳循環經濟下的綠色化學與化工209

11.4.1低碳循環經濟209

11.4.2綠色化學與化工在發展低碳循環經濟中的作用210

11.4.3低碳循環經濟理念中的“5R”概念211

11.4.4生態工業園的建立與發展211

11.4.5低碳循環經濟下的綠色化學與化工展望212



第12章高新技術與現代化工/ 214

12.1信息、微電子技術與化工214

12.1.1信息存儲材料214

12.1.2信息顯示技術215

12.1.3微電子材料和器件215

12.1.4電子化學品215

12.2自動化技術與化工216

12.3新材料技術與化工216

12.3.1高分子材料217

12.3.2金屬材料與無機非金屬材料217

12.3.3納米材料218

12.3.4先進復合材料219

12.4新能源技術與化工219

12.4.1生物質能220

12.4.2氫能222

12.4.3燃料電池223

12.4.4太陽能電池223

12.4.5海水鹽差發電224

12.5國防及空間技術與化工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進劑225

12.6海洋開發技術與化工225

12.6.1海洋生物資源的開發利用225

12.6.2海水淡化226

12.6.3海洋油氣資源的勘探與開發利用226

12.6.4海洋化學資源的提取和應用227

12.721世紀化工展望227

12.7.1資源化227

12.7.2產品結構精細化228

12.7.3技術結構現代化229

12.7.4經營管理全球化229

12.7.5發展方向綠色化230



第13章新時代化工人纔需求與培養/ 231

13.1中國化工高等教育231

13.2新時代中國化工高等教育面臨的變革232

13.2.1化學工業發展需要知識面寬、綜合素質高的創新型人纔232

13.2.2改變理念，通專融合，五育並舉232

13.2.3更新教學內容、改革育人方式，與時俱進，與世界接軌233

13.3面對中國化工高等教育改革實踐，提升綜合能力234

13.3.1建立完善的知識體繫，注重學科交叉和學科前沿的學習234

13.3.2結合多種方式，培養家國情懷和全球視野235

13.3.3適應新的培養模式，參與協同育人平臺，培養實踐和創新創業能力235

13.3.4使用現代化信息手段，虛實結合學習，提高學習效率236

13.4化工專業學生的未來與發展236

13.4.1攻讀雙學位、輔修專業，成長為化工專業復合型人纔236

13.4.2通過研究生教育，成長為研究型創新人纔237

13.4.3化工類專業畢業生就業領域寬廣238



結束語——希望/ 239



參考文獻/ 240

《現代化工導論》於2004年由化學工業出版社出版，此後該教材被國內多所院校選作化工和制藥類專業本科生教材。為進一步滿足國家新時期創新發展中化工人纔培養的需要，配合工程學科高等教育的“新工科”改革，促進教學水平的持續提高，編者決定在2015年出版的第三版基礎上對全書再次進行修訂，出版《現代化工導論》第四版。

此次修訂在第三版各章內容的基礎上， 更新了化學工業發展中的相關數據，擴展了新的化工技術和新時代化工發展理念，增加了“科學殿堂”和“科技強國”等內容。例如，第1章化工概述與發展史中補充了進入21世紀近二十年來中國與世界化學工業的新發展；第3章石油煉制與石油化工中補充了世界石油化工生產技術向大型化和綜合化發展的實例；第8章生物化工中新增了合成生物技術；第10章化工安全工程基礎中補充了國內近年來發生的典型化工安全事故案例；第11章綠色化學與化工中增加了綠色化工在節能、環保、石油化工、煤化工等傳統化學工業中的應用實例；第12章高新技術與現代化工中補充了有關新能源材料、新型建築材料、生態環境材料、3D打印材料等內容；第13章將標題改為“新時代化工人纔需求與培養”，在教育觀念轉變方面更加突出了通專融合、理論結合實踐、因材施教和個性化培養等教育思想，進一步強調了在新時代化工人纔培養和教育中培養學生終身學習能力、提高學生綜合素質和創新能力的重要性。

本書第四版仍由天津大學化工導論課程組集體編寫，由王成揚、張毅民、唐韶坤主編，李淑芬主審。參加此次修訂的教師有唐韶坤（第1、8、11、12章）、王成揚（第2章）、李國柱（第3章）、劉國柱（第4、7章）、王蒞（第5、6章）、張毅民（第9、10章）、夏淑倩（第13章）。

此次修訂是在本書至三版基礎上完成的，在此謹向為前三版教材編寫做出貢獻的馬沛生、王寧惠、阮湘泉、王保國、鄭嘉明老師表示感謝；本書還得到化學工業出版社、天津大學化工學院的支持和幫助，在此表示衷心的感謝。本書出版以來承蒙各院校與有關部門的支持和褒獎，第二版曾獲得中國石油和化學工業優秀教材一等獎，並獲選“十二五”普通高等教育本科規劃教材，我們對此深表感謝。

由於本書內容涉及諸多學科，加之編者的知識和編寫水平所限，雖經幾次修訂書中仍會存在不妥之處，敬請專家和讀者指正。



編者

2021年1月於天津大學