【理学论文】浅谈化学工业的技术发展历程

 自有史以来，化学工业在发展生产力、保障人类社会生活、应付战争等方面扮演着重要的角色，它最初是对天然物质进行简单加工以生产化学品，后来是进行深度加工和仿制，以至创造出自然界根本没有的产品。它对于在工业革命和国民经济建设中起着重要的作用。现在一般来说，化学工业，是直利用化学反应改变物质结构、成份、形态来生产化学产品的工业部门。 化学工业是于19世纪初形成，并发展较快的一个工业部门。

1 古代的化学加工

化学加工在形成工业之前的历史，可以追溯到远古时期。据考古发现,至少在10000年以前中国人已掌握了用窑穴烧制陶器的技艺，5000年以前已通过利用日光蒸发海水、结晶制盐;埃及人在5000年以前的第三王朝时期开始酿造葡萄酒，并在生产过程中用布袋对葡萄汁进行过滤。但在相当长的时期里，这些操作都是规模很小的手工作业。这些虽然未形成工业，但是为18世纪的工业形成准备了条件。

2 早期化学工业

作为现代工程学科之一的化学工业，则是在19世纪随着大规模制造化学产品的生产过程的发展而出现的。化学工业是从19世纪初开始形成，并发展较快的一个工业部门。它的内部分类比较复杂，过去把化学工业部门分为无机化学、有机化学和高分子化学工业三大类，无机化学主要有酸、碱、盐、硅盐酸等；有机化学主要有塑料、农药等工业；高分子化学主要有合成橡胶，合成纤维。随着化学工业的发展,跨类的部门层出不穷,逐步形成化肥、农药、有机原料、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料、涂料、医药、炸药、橡胶等门类繁多的化学工业。但是这些萌芽产品，在品种、产量、质量等方面都远不能满足社会的要求。所以，上述基础有机化学品的生产和高分子材料生产，在建立起石油化工以后，都获得很大发展。

3 大发展时期的化学工业

从20世纪初至战后的60年代，这是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段，一些主要领域都是在这一时期形成的。石油化工得到了发展，进行了开发，逐渐兴起。这个时期之初，各国科学家提出的概念和理论，奠定了化学工程的基础。它推动了生产技术的发展，无论是装置规模，或产品产量都增长很快。

合成氨工业 20世纪初期异军突起，用物理化学的反应平衡理论，氮气和氢气直接合成氨的催化方法，以及原料气与产品分离后，经补充再循环的设想，进一步解决了设备问题。合成氨原用焦炭为原料，40年代以后改为石油或天然气，使化学工业与石油工业两大部门更密切地联系起来，合理地利用原料和能量。

石油化工 1920年美国用生产，这是大规模发展石油化工的开端。在第二次世界大战以后，由于化工产品市场不断扩大，石油可提供大量廉价有机化工原料，同时由于化工生产技术的发展，逐步形成石油化工。西欧、日本等也以原油为原料，发展石油化工。同一原料或同一产品，各化工企业却有不同的工艺路线或不同催化剂。由于基本有机原料及高分子材料单体都以石油化工为原料，所以人们以乙烯的产量作为衡量有机化工的标志。80年代，90％以上的有机化工产品，来自石油化工

高分子化工 高分子材料在战时用于军事，战后转为民用，获得极大的发展，成为新的材料工业。例如天然橡胶，天然橡胶产于热带，受阻于海运，各国皆研究。1937年德国法本公司开发获得成功。1937年美国 成功地合成尼龙 66。塑料方面，继酚醛树脂后，又生产了、醇酸树脂等热固性树脂。30年代后,低压聚乙烯、等规聚丙烯的开发成功。第二次世界大战后，一些也陆续用于汽车工业，还作为建筑材料、包装材料等，并逐渐成为塑料的大品种。

精细化工 40年代瑞士P.H.米勒发明第一个有机氯农药之后，又开发一系列有机氯、有机磷，后者具有胃杀、触杀、内吸等特殊作用。60年代，出现了一些性能很好的品种，如吡啶类除草剂、苯并咪唑杀菌剂等。第二次世界大战后，丁苯胶乳制成水性涂料，成为建筑涂料的大品种。采用高压无空气喷涂、静电喷涂、电泳涂装、阴极电沉积涂装、光固化等新技术（见），可节省劳力和材料，并从而发展了相应的涂料品种。

4 现代化学工业

20世纪60～70年代以来，化学工业各企业间竞争激烈，一方面由于对反应过程的深入了解，可以使一些传统的基本化工产品的生产装置，日趋大型化，以降低成本。与此同时,由于新技术革命的兴起,对化学工业提出了新的要求，推动了化学工业的技术进步，发展了精细化工、超纯物质、新型结构材料和功能材料。

信息技术用化学品 60年代以来，大规模集成电路和电子工业迅速发展，所需电子计算机的器件材料和信息记录材料得到发展。60年代以后，多晶硅和单晶硅的产量以每年20％的速度增长。随着半导体器件的发展,气态源如磷化氢 (PH )等日趋重要。在大规模集成电路制备过程中,需用多种，其杂质含量小于1ppm,对水分及尘埃含量也有严格要求。大规模集成电路的另一种基材为，其质量和稳定性直接影响其集成度和成品率。此外，对基质材料、密封材料、焊剂等也有严格要求。1963年，荷兰菲利浦公司研制盒式录音成功后,日益普及。它不仅用于音频记录、视频记录等,更重要的是用于计算器作为外存储器及内存储器，有磁带、磁盘、磁鼓、磁泡、磁卡等多种类型。为重要的信息材料，不仅用于光纤通信，且在工业上、医疗上作为内窥镜材料。

高性能合成材料 60年代以后，出现聚苯并噻唑和聚苯并咪唑为耐高温树脂,耐热性高,可作烧蚀材料，用于火箭。共聚、共混和复合使结构材料改性，例如多元醇预聚物与经催化反应，为尼龙聚醚嵌段共聚物，具有高冲击强度和耐热性能，用于农业和建筑机械。另一种是以纤维增强树脂的高分子复合材料。所用树脂主要为环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰胺 聚酰亚胺等 这些复合材料比重轻、比强高、韧性好，特别适用于航天、航空及其他交通运输工具的结构件,以代替金属,节省能量。和含氟材料也发展迅速，由于它们具有突出的耐高低温性能、优良电性能、耐老化、耐辐射，广泛用于电子与电器工业、原子能工业和航天工业。又由于它们具有生理相容性，可作人造器官和生物医疗器材。

能源材料和节能材料 50年代原子能工业开始发展，要求化工企业生产重水、吸收中子材料和传热材料以满足需要。航天事业需要高能固体推进剂由胶粘剂、增塑剂、氧化剂和添加剂所组成。液体高能燃料有液氢、煤油、偏二甲肼、无水肼等，氧化剂有液氧、发烟硝酸、四氧化二氮。这些产品都有严格的性能要求，已形成一个专门的生产行业。为了满足节能和环保的要求，1960年美国试制成可以实用的膜，以淡化、处理工业污水，以后又扩展用于医药、食品工业。但这种膜易于生物降解，也易水解，使用寿命短。1970年，开发了芳香族聚酰胺反渗透膜，它能够抗生物降解,但不能抗游离氯。1977年,改进后的复合膜用于海水淡化,每立方米淡水仅耗电大大减少 此外，还开发聚砜中空纤维气体分离膜，用于合成氨尾气的氢氮分离及其他多种气体分离。这种技术比其他工业分离方法可以节能。1971年，美国福特汽车公司及威斯汀豪斯电气公司以β-氮化硅 (β-Si N )为燃汽透平的结构材料,运行温度曾高达1370℃,提高功效，节省燃料，减少污染，为良好的节能材料。现主要用作陶瓷发动机、透平叶片、导电陶瓷、人造骨等。陶瓷的主要物系有氧化物系,如氧化铝(Al O )、氧化锆(ZrO )等，和非氧化物系,如碳化物(SiC)、氮化物(BN)、氮化硅(Si N )等。80年代,为改进陶瓷的脆性，又在开发硅碳纤维增强陶瓷。

在现代化学工业过程中，化学工业呈现规模化，大型化。规模大型化 1963年，美国凯洛格公司设计建设第一套日产540t合成氨单系列装置,是化工生产装置大型化的标志。从70年代起，合成氨单系列生产能力已发展到日产 900～1350t，80 年代出现了日产1800～2700t合成氨的设计,其吨氨总能量消耗大幅度下降。乙烯单系列生产规模，从50年代年产50kt发展到70年代年产100～300kt，80年代初新建的乙烯装置最大生产能力达年产 680kt。其他化工生产装置如硫酸、烧碱、基本有机原料、合成材料等均向大型化发展。这样，减少了对环境的污染，提高了长期运行的可靠性，促进了安全、环保的预测和防护技术的迅速发展。