化工原理一

1、1,化学工程基础 主讲人：曹俊 2011.8.29,2,3,绪论,一、学习本课程的目的 二、本课程的内容 三、本课程的特点和学习方法,4,一、学习本课程的目的,1 掌握化工单元操作过程的基本原理,(1) 感性认识直观了解,(2) 理性认识深入了解,原料 物理加工 化学加工 物理加工 产品, 化工原理 化工原理,化学反应工程,5,例如： 甲醇的生产： 合成气（CO，H2，CO2）输送管式反应器粗甲醇冷却精馏精甲醇（99.8599.95%）苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2输送加热反应器减压蒸馏塔精馏苯（99.99299.999%）可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。,6,2。指导生产，进行过程和设备设计,（1）工艺操作和工艺、设备设计,（2）分析、解决问题和技术改进,3。为从事相关领域的研究打基础,化学工程所研究的操作原理在工程领域具有普遍意义,二、本课程的内容,7,三、本课程的特点和学习方法,特点：理论性、工程性均很强，内容多,学习方法： （1）理论学习基本原理、概念、专 用名称 （2）具体问题分析与计算 （3）实际操作方法（实验学习） （4）工业实践,8,参考书：

2、化工原理，化学工业出版社， 王志魁主编。化工原理，化学工业出版社， 谭天恩主编。化工原理，科学出版社， 何潮洪、冯霄主编。考核方式：平时作业、期末考试（闭卷）试卷中，理论课内容约占90%，实验内容约占10%。,9,第一章 化学工业与化学工程,第一节 化学工业概述 第二节 化学工程学 第三节 物料衡算与能量衡算,10,化学工业:是综合利用化学和物理方法将原料加工成化学产品的加工工业。广泛应用于轻工、食品、农业、工业与国防以及各种高新技术产业。 化学工程：研究化工产品生产过程的基本规律，并应用这些规律解决化工生产中的实际问题。,11,第一节 化学工业概述,一 化学工业发展概述 1 公元前2000多年前，最早化学工艺为制陶，冶炼，酿造，漂染，揉革等，规模小，技术简单，作坊式生产。 2 18 世纪中期，纺织业实现机械化，出现以食盐和硫酸为原料制纯碱的路布兰法里程碑 3 19世纪中叶，出现了氨碱法制碱的索尔维法随后，电解法制碱问世。 4 20世纪初，合成氨技术的问世，标志着化学工业发展到一个新阶段。,12,5 20世纪初汽油的需求量增大，促进看炼油技术发展，重整，裂解等工艺的开发，提供了丰富的基

3、本有机化工原料。 6 20世纪中叶，塑料，合成纤维，合成橡胶三大合成材料的原料几乎全部来自石油化工。引发了化工产业结构的变革，带动了精细化工的发展。 7 20世纪80年代以来，化工产品品种多样化，功能化，精细化成为化学工业的起点，化学工业有发展基础化工转向重点发展精细化工。,13,二 我国化学工业的发展与进步 三 化学工业分类 产物组成：无机化学工业，有机化学工业 原料资源：煤炭化学工业，石油化学工业，农产化学工业 世界上：产品的性质，用途及加工过程相似原则 我国：行业划分，产品划分,14,1.1 化学工业发展概述,四 化学工业的特点与发展趋势1 特点 A 与人类的生存和发展息息相关人口增长，环境污染和能源短缺三大挑战B 原料路线，工艺路线和产品品种的多样性C 技术密集型和能源密集型2 现代化学工业的发展趋势A 生产规模大型化,15,B 原料的生产方法的多样化 C 产品的精细化和专业化 D 生产过程的节能与绿色化,16,五 化工生产工艺及流程 反应前对原料进行前处理+化学反应+对反应产物进行后处理 分离提纯操作（单元操作）单元操作主要包括：固体和流体物料输送，液体混合物料的蒸发，蒸馏，

4、萃取，物料的加热和冷却，气体的吸收，非均相混合物料的分离，干燥，冷冻。 单元操作的结果只改变物料的物理性质 各种化工产品的生产过程各不相同，但都是由若干单元操作和反应过程组成的，只是单元操作和反应过程的类型，数目及其组合方式各不相同。,17,六 实验室研究与化工过程开发 （1）实验室研究与工业生产的差别A 设备大小，结构和材质的差异B 热量和质量传递过程的差异C 操作手段和条件的差异 （2）化工过程开发,18,一 化学工程学的形成与发展 A 萌芽时期现代化工业生产始于18世纪的法国 特点：仅仅表现为专有技术，以研究某一产品的生 产技术为对象，形成了各种工艺学。 例如：纯碱工艺学，硫酸工艺学等 B 奠基时期化学工程作为一门新兴的科学始于19世纪末二十世纪初的美国，基于大规模的石油炼制。,第二节 化学工程学,19,特点:明确提出了单元操作的概念，开设了化学工程与设备课程。该时期的化学工程仍以实验和经验为主例如：蒸馏，吸收，萃取，蒸发，干燥。传热等。 C 化学工程学时期50年代，随着各类单元操作之间内在本质规律的揭示，从传递学水平上研究单元操作，建立了“三传一反”的概念。特点：系统地研究传递

5、现象，建立了传递过程的基本概念，揭示了传递过程的本质，从技术走向科学。,20,D 现代化学工程计算机的应用，系统工程学的应用，使化学工程学进入全新时期。特点：利用系统工程学的观点全面研究原料，能源，环保等诸方面的合理利用及其相互影响，化学工业可持续发展的战略，推动化学工程向更高阶段发展。现代化学工业面临的三大挑战：原料，能源，环境保护。,21,二 化学工程学研究特点，内容和对象-单元操作 1 单元操作的基本概念-化工生产中共有的物理操作化工生产过程,原料预处理,进行化学反应,产物提纯分离,化学反应和若干个 单元操作串联而成,化学工程基础研究各个独立的单元操作,22,2 单元操作的特点 A 所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。 B 单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目，名称与排列顺序不同。 C 单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。,23,3 单元操作的分类 根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类（三传） A 流体动力过程-遵循流体动力基本规律，用动量传递理论研究。 如：流体输送

6、，沉降，过滤，固体流态化 B 热过程-遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热，冷凝，蒸发等 C 传质过程-遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏，吸收，萃取，结晶，干燥等,24,三 化学工程领域发展趋势 1 化学工程学的多尺度化 2 化工过程的绿色化 3 化工过程的逐步微型化 4 过程参数极限化,25,第三节 物料衡算与能量衡算,一 物料衡算 依据：质量守恒定律 输入物料量=输出物料量+积累物料量定常态：无物料积累 输入物料量=输出物料量确定设备大小，判断原料利用率，拟定物料综合利用方案和生产工艺流程。,26,二 能量衡算 依据：能量守恒定律 输入能量=输出能量+系统中积累的能量 若系统伴有反应的热效应 输入能量+反应放出（+）或者吸收（-）的能量=输出能量+系统中积累的能量 定常态：无积累能量,27,三 单位制与单位换算 1 单位与单位制基本量：任意选定的几个独立的物理量。基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。导出量: 根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。导出单位：导出量的单位称为导出单位，均有基本单位相乘，除而构成。单位制：基本单位与导出单位的总和。,28,2 单位换算 （1）物理量的单位换算 （2）经验公式的单位换算,29,

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