《化工基础绪论》PPT课件.ppt

化工基础 第一章 绪论 l一、课程的性质和任务 l二、课程的教学目标 l三、化学工业概况 l四、化工生产过程 l五、基本概念 l六、单元操作的基本规律 l七、 化学工程学的研究方法 l八、单位制和单位换算 一、课程的性质和任务 l1、课程的性质 l 化工生产由各种各样的化工过程 组成，化工产品的生产与应用都离不 开化工的基础知识。化工基础课 程是以“如何实现化学反应工业化”为 主线，系统地分析有代表性的化工产 品工艺，涉及化工生产过程中的单元 操作、化学反应工程、工艺过程优化 、经济技术分析、环保与三废处理的 课程，是化学教育专业需要开设的专 业课。 l2、课程的任务 l 学习本课程的任务是掌握典型 产品的化工生产工艺，单元操作、 工业化学反应过程，熟悉化学工程 学基本知识、基础理论，使生产技 术不断改进，了解化学工程的新进 展。课程还要注重学生的自学能力 的提高。 二、课程的教学目标 通识教学目标 l 树立正确的科学观和方法论 l 具有创新意识和敬业精神 专业教学目标 掌握典型产品的化工工艺，熟 悉化工单元操作 了解化学工业的新发展 掌握必要的化工计算 培养独立思考及自学能力 三、化学工业概况 l1、化学工业在国民经济中的地位与作用 l2、化学工业行业范畴与产品分类 l3、化学工业的原料及选择原则 l4、化学工业的特点 l5、化学工业的发展与现状 1、化学工业在国民经济中的地位与作用 l工业方面：机械工业 汽车制造业 、 l 冶金工业 电子工业 l 国防工业 建筑行业 l农业方面: 替代天然物质 节省耕地 l （合成纤维 合成橡胶） l 化学肥料 l 各种农业设施建设 l生活各领域：医、食、住、行 2、化学工业行业范畴与产品分类 l通用化学品：以煤、石油、天然气、农副 产品为原料 l精细化学品(专用化学品)：以通用化学品 为 原料 3、化学工业的原料及选择原则 l原料：无机化工原料 有机化工原料 l选择原则： （1）原料的品位能否满足生产的要求 （2）原料的经济性 （3）原料使用的合理性 4、化学工业的特点 l（1）化学工业是独特的、不可取代的部 门 l（2）化工产品种类繁多、工艺复杂 l（3）装置型工业，具有规模经济性 l（4）资金密集、技术密集 l（5）能源消耗大 l（6）易污染、重污染 5、化学工业的发展与现状 l（1）化学工业发展史 l（2）我国的化学工业 l（3）世界化学工业 四、化工生产过程 l1、化工生产过程分析 l2、化工生产过程的工业特征 l3、化工生产过程的检测与控制 l4、化工生产过程的研究与开发 l5、化工生产过程的技术经济分析 l6、化工生产过程的资源和能源综合利用 l7、化工生产过程的优化 l8、化工生产过程的流程图 五、基本概念 大庆油田的“ 磕头机” 广东“油荒” 化学工业 将自然界的各种物质，经过化学和 物理方法处理，制造成生产资料和生活 资料的工业。 无机盐 木材 粮食 煤炭 石油 自然界的 各种物质 生 产 资 料 生 活 资 料 l化工过程 l 一种产品的生产过程中，从原 料到成品，往往需要几个或几十 个加工过程。其中除了化学反应 过程外，还有大量的物理加工过 程。这些过程就是化学工业的生 产过程，常称作化工过程。 l化工单元操作 l化工单元操作是组成各种化工过程、 完成一定加工目的的基本过程。 l常见的化工单元操作有 ： l流体输送、搅拌 l传热 l沉降、过滤、离心分离 l溶液蒸发 l结晶 l干燥 蒸馏 萃取 吸收 冷冻 六、单元操作的基本规律 l物料衡算 l能量衡算 l平衡关系 l传递过程与速率 l经济核算 1、物料衡算 l定义：进入和离开某一化工过程 的物料质量之差，等于该过程中 累积的物料质量。 l即：输入量输出量累积量 质量守恒定律 物料衡算在化工生产中有何用途 物料衡算应用步骤 画出物料 流程示意图 箭头标流向，标出 已知量未知量 选定计算基准 （如时间等） 列物料衡算式 进行计算 例题1例题2 2、能量衡算 l因为在很多化工过程中，主要涉 及物料温度与热量的变化，所以 热量衡算是化工计算中最常用的 能量衡算。 l在本课程中能量衡算主要指的就 是热量的衡算。热量衡算的基础 是能量守恒定律。 l注意事项: l1、与物料衡算类似，但是计算基准 较为复杂，除了时间基准外，还有选 定物态和温度基准。 l2、热量除了可以通过物料进出系统 外，还可以通过热量传递的方式进出 系统。 3、平衡关系 l任何过程都是在变化的，在一定条件 下由不平衡到平衡，平衡状态是过程 变化的极限。一个过程在一定条件下 能否进行，以及进行的程度如何，都 要通过平衡关系来判断，平衡关系是 讨论许多过程的基本规律之一。 4、传递过程速率 l传递过程速率的大小决定过程进行的 快慢，其通用表示式如下： 传递过程速率 设备工艺尺寸 设备操作性能 5、经济核算 l化工生产要考虑生产成本的问题。 操作费用设备费用 原料成本 生产成本 要用最低的成本生 产出定量的产品 七、化学工程学的研究方法 l实验研究方法 l数学模型方法 八、单位制和单位换算 基本量：人为选定、彼此独立 导出量：通过物理量之间的定义 或定律从基本量导出来。 物理量 （一）单位制 国际单位制的基本单位 量的 名称 单单位 名称 单单位 符号 量的 名称 单单位 名称 单单位 符号 长长度米m热热力学 温度 开尔文 K 质质量千克kg物质质的 量 摩尔mol 时间时间秒S发发光强 度 坎德拉 cd 电电流安培A 国际单位制中具有专门名称的导出单位 量的名称单单位名称单单位符号表示式例 频频率赫兹兹HzS-1 力，重力牛顿顿Nkgm/s2 能量，功， 热热 焦耳JNm 压压强，应应力帕斯卡PaN/m2 功率瓦特WJ/s 摄摄氏温度摄摄氏度 （二）单位换算 l同一物理量若用不同单位度量时，其 数值需相应的改变。这种换算称为单 位换算。 l单位换算时，需要换算因数。化工中 常用的换算因数见课本附录二。（ p341） l单位制和单位换算 重点是不同单位制之间的换算。 例题 l通用气体常熟R0.08206Latm/（molK ），试用法定单位J/（ molK）表示。 九、小结 l课程的性质、任务教学目标 l两个概念：化学工业化工过程 l单元操作的基本规律（五个常用的概 念） l化学工程学的研究方法 饮用水 燃料 日用化学品 食品 衣服 生活资料 化肥、农药添加剂 化工原料 能源 生产资料 l例题：将5（质量）乙醇水溶液以 10t/h送入精馏塔，从塔顶蒸出的产 品含95乙醇，从塔底放出的废水中 含0.1乙醇，求塔顶乙醇的产量。 若全部废水排放掉，每年（按7200小 时计）损失乙醇多少吨？ 非稳态过程： l例题2：一车间体积为30108m3，车间 内生产一种有害气体，按安全标准规定它 在空气中的体积分数不得超过0.002，因 此它的含量达到0.002时就自动通风，通 风量为120m3/min，问通风20分钟后，有 害气体含量为多少？（假设车间内的空气 始终混和均匀，在通风这段时间内新产生 的有害气体可以忽略不计）。 质量守恒定律 l参加化学反应的各物质的质量总和， 等于反应后生成的各物质的质量总和 。 l通过实验研究建立经验关系式的方法 在化工中非常常用，其基本步骤为： 试验结 果 系统分析 找出主要 影响因素 组成 无因次数群 建立数群关联式 利用实验结果回归 得到待定系数 因次分析法 相似理论 l主要在化工工程放大中应用。 例子：雷诺准数Re与流体的流动状况和流体的流 速u、流体的密度、流体粘度流道的几何尺 寸（如圆形管道的管径d）有关。 如果所有量都采用相同 的单位制，则Re是无 因次的。Re就是无因 次数群或准数。 数学模型方法 分析过程机理物理模型 数学模型模型参 数 合理简化 数学方 法描述 数学方 法求解 实验 数学模型方 法的用途 过程的设计计算 设备的设计计算 属于半理论半经验的研究方法， 已逐步成为主要的研究方法。 能量守恒定律 l能量既不可会消灭，也不会创生，它 只会从一种形式转化为其他形式，或 者从一个物体转移到另一个物体，而 在转化和转移过程中，能量的总量保 持不变 第三章流体流动过程及流体输送设备 l流体的基本性质 l流体流动的基本规律 l流体压力和流量的测量 l管内流体流动的阻力 l流体输送设备 研究流体的流动与输送要解决以下问题 l流体输送所需管径尺寸的选择 l输送流体所需能量和设备的确定 l流体性能参数的测量和控制 l研究流体的流动形态 l了解流体输送设备的工作原理和操作性能 3.1 流体的基本性质 l1.密度:单位体积流体所具有的质量称为流 体的密度. l2.比体积: 单位质量流体所具有的体积 l3.压力: 流体垂直作用于单位面积上的力 (1)绝对压力：以绝对零压为起点而计量 （2）表压：以大气压力为基准而计量的 压力。大气压 为表压 大气压 为真空度 l表压=绝对压力-大气压力 l真空度=大气压力-绝对压力 l4.流量和流速 l（1）流量：单位时间内流体经过管道任 一截面的流体的量。若用流体的体积量来 表示，称为体积流量。 （2）流速：单位时间内，流体在管道内 沿流动方向所流过的距离 。用u表示 l u =qv/S lS：与流体流动方向相垂直的管道截面积 l5.粘度：衡量流体粘性大小的物理量。 l牛顿粘性定律 式中：流体的粘度，Pa.s（N.s/m2 ）; 法向速度梯度，1/s。 牛顿粘性定律 l（3