第一章化学工业与化学工程

1、1化学工程基础化学工程基础主讲人：刘勇2主要参考书主要参考书n杨祖荣编，化工原理，化学工业出版社杨祖荣编，化工原理，化学工业出版社n黄少烈编，化工原理，高教出版社黄少烈编，化工原理，高教出版社n陈敏恒编，化工原理，化学工业出版社陈敏恒编，化工原理，化学工业出版社3教学目的与任务教学目的与任务 随着经济的发展随着经济的发展, ,要求化学系化学、应用化学专要求化学系化学、应用化学专业的学生也应具有一定的化学工程知识业的学生也应具有一定的化学工程知识, ,改善专业知改善专业知识结构识结构, , 以适应科技发展以适应科技发展, , 经济建设的需要经济建设的需要, , 提高提高学生联系实际分析问题、解决

2、问题的能力。学生联系实际分析问题、解决问题的能力。 本课程的任务是本课程的任务是研究化工单元操作的基本原理研究化工单元操作的基本原理, , 了解典型设备的构造，了解典型设备的构造，掌握单元操作中各工艺参数掌握单元操作中各工艺参数的计算方法，的计算方法，进行单元操作实验，培养学生对化学进行单元操作实验，培养学生对化学工业生产过程的工程概念。通过学习本课程工业生产过程的工程概念。通过学习本课程训练学训练学生分析和解决有关工艺单元操作问题的能力。生分析和解决有关工艺单元操作问题的能力。 4课程考查课程考查n闭卷考试：基本内容，占闭卷考试：基本内容，占80n平时作业、考勤、实验等占平时作业、考勤、实验

3、等占20%，其，其中无故旷课一次扣中无故旷课一次扣10% 。5第一章第一章 化学工业与化学工程化学工业与化学工程1.1 化学工业概述化学工业概述一、化学工业发展概况一、化学工业发展概况1、化学工业化学工业：综合运用化学和物理方法将原料加工成产品的 加工工业。化工产品通用化工产品精细化工产品无差别产品：酸、碱、有机物等。有差别产品：三大合成材料。精细化学品：中间体、医药原料等。专用化学品：医药成药、水处理剂等。 通常化学工业可分为无机化学工业和有机化学工业即无机化工和有机化工。62、化学工业的发展概况化学工业始于18世纪世纪生产生产酸、碱、盐的无机化学工业；18 世纪以前世纪以前， 作坊式手工

4、冶炼、陶瓷、酿造；1746年英国人罗巴克首创铅室法制硫酸第一个化工厂；1791 年工业化 ：法国人路布兰采用食盐、石灰石、硫酸和煤 炭为原料的法制碱法，成为化工发展的里程碑；洗涤、结晶、过滤、干燥、煅烧等单元过程1861年比利时人索尔维用食盐、石灰石和氨为原料制碱；1941年我国化学家侯德榜发明侯式制碱法；71828年德国化学家韦勒利用氰酸铵首次合成了尿素，标志 着人工合成有机化合物的开始；进入20世纪世纪30年代年代，石油和天然气的开发，极大地促进了有 机化学工业的发展；1920年 丙烯水合生产异丙醇工业化 石油化工兴起1940年 管式炉裂解制乙烯，临氢重整生产芳烃 石油化工发展 壮大。有机

5、合成化学的发展又推动了人工合成高分子材料的兴起。8二、化学工业的特点和发展趋势二、化学工业的特点和发展趋势1、化学工业的特点化学工业与人类的生存和发展息息相关；原料路线、工艺路线和产品品种的多样性；化学工业属于技术密集型和能源密集型产业。2、化学工业的发展趋势9产品精细化；发展煤化工；研究和开发新型材料 1）高分子功能材料； 2）高分子结构材料； 3）无机非金属材料； 4）其他新型材料。10三、化学工业的分类三、化学工业的分类1、按照产品用途：农药、化肥、合成材料、涂料、化学试剂。2、按照原料来源：煤化工、石油化工、农副产品化工。3、我国化学工业的分类 1）、按行业分：20类； 2）、按产品分

6、：19类。111.2 化工生产过程化工生产过程一、化工生产过程：将一种或几种物质经过物理和化学方法 加工处理后，制成一种或几种化工产品的生产过程。 包含三步骤：原料处理、反应过程 、产品精制。 原料预处理化学反应产物后处理物理过程单元操作化学反应过程 反应器物理过程单元操作12例如：例如：甲醇的生产：甲醇的生产：合成气（合成气（CO，H2，CO2）输送输送管式反应器管式反应器粗甲醇粗甲醇冷却冷却精馏精馏精甲醇（精甲醇（99.8599.95%）苯的生产：苯的生产：原料油（甲苯、二甲苯）、原料油（甲苯、二甲苯）、H H2 2输送输送加热加热反应器反应器减压蒸减压蒸馏塔馏塔精馏精馏苯（苯（99.99

7、299.99299.999%）可见，一个化工过程往往包含几个或几十个物理加工过程。可见，一个化工过程往往包含几个或几十个物理加工过程。 131415二、化工生产过程的组成：二、化工生产过程的组成： 1、反应过程反应过程：使物质的结构、组成和性质发生变革； 2、单元操作单元操作：物理操作，只改变物料的物理性质。 三、化学工艺（化工工艺）：三、化学工艺（化工工艺）： 即化工生产技术,系指将原料物质主要经过化学反应转变为产 品的方法和过程,包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。 单元操作按操作目的分类 （1）流体的输送；（2）物料的混合；（3）物料的加热或冷却；（4）非均相混合物的分离；（5）均

8、相混合物的分离。 16五、化工工艺流程图化工工艺流程图：用图表示的化工工艺流程。 分为工艺流程框图（简单）和装置流程图。原废液酸化萃取反萃回收均酸深度处理萃取液反萃液碱液萃取剂循环萃余水相排液例：废水中有机酸回收利用工艺流程图如下四、化工工艺流程化工工艺流程：描述从原料开始，经过一系列按一定顺序 并相互衔接的单元操作和反应过程，生产合格产品的生产 工艺过程。17二、化学工程学的内容二、化学工程学的内容1、单元操作：各种物理操作的总称；2、传递过程：包含动量传递、热量传递、质量传递；3、化学反应工程：研究工业反应器内各种传递因素对化学 反应过程影响规律；4、化工热力学：研究化工过程中各种形式能量

9、之间相互转 化规律和过程趋于平衡的极限条件；5、化工系统工程：研究将系统工程的理论和方法应用于化 学工程领域。化学工程研究内容：三传一反三传一反1.3 化学工程学科化学工程学科一、化学工程学一、化学工程学：研究化学工业生产中有关化学过程和物理过程 规律的一门学科。18三、单位制与单位换算三、单位制与单位换算 1、单位制度、单位制度 任何物理量都是用数字数字和单位单位联合表达的。基本单位基本单位：一般先选几个独立的物理量，以使用方便为原则规定出它们的单位。（mkgsAKmolcd)导出单位导出单位：根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合构成。 基本单位和导出单位构成一个完整的体系，称为单位制基

10、本单位和导出单位构成一个完整的体系，称为单位制。不同的单位制：历史、地域、科学领域主要有：国际单位制国际单位制 、物理单位制、实用单位制、工程单位制、物理单位制、实用单位制、工程单位制法定计量单位法定计量单位：以国际单位制（International System of Units） （SI）为基础。 19基本单位：7个，化工中常用有5个，即长度（米），质量（千克），时间（秒），温度（K），物质的量（摩尔）国际单位制 SI制基本单位：长度（厘米cm），质量（克g），时间（秒s）物理单位制 CGS制基本单位：长度（米），重量或力（千克力），时间（秒）工程单位制我国法定单位制为国际单位制（即我国法

11、定单位制为国际单位制（即SI制）制）CGS制：Centimeter-Gram-Second (system of units) 厘米厘米,克克,秒单位制秒单位制，通常在重力学科及相关力学科目中使用 20量量 的的 名名 称称 单单 位位 名名 称称 单单 位位 符符 号号长长 度度 米米 m质质 量量 千千 克克 kg时时 间间 秒秒 s电电 流流 安安 培培 A热力学温度热力学温度 开尔文开尔文K物质的量物质的量 摩摩 尔尔mol发光强度发光强度 坎德拉坎德拉cd国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位 2122232、单位换算、单位换算物理量的单位换算密度单位：g/cm3=10-3kg/1

12、0-6m3=103kg/m3流量单位：150L/min=15010-3m3/60s=0.0025m3/s压强单位：1atm=1.033kgf/cm2=1.033kgf/10-4m2 =1.013105N/m2 24四、单元操作中几个常用基本概念原理原理: :质量守衡定律,由过程中已知量求未知量衡算要点衡算要点:1、确定衡算范围、确定衡算范围 2、确定衡算基准、确定衡算基准 3、确定衡算对象、确定衡算对象衡算关系衡算关系: 一般式：一般式： GI = Go + GA 稳定过程：稳定过程： GI = Go GI - 输入物料总和输入物料总和 ， Go - 输出物料总和输出物料总和 GA - 积累物

13、料量积累物料量 1 1、物料衡算、物料衡算25物料衡算例题物料衡算例题第二蒸发器第一蒸发器W1W2F0F1F2 已知：已知： F0=5000Kg/h,x0=0.12,x2=0.3, w2=105w1;.求：求：(1)w1,w2=? (2)x1=?F 溶液的质量流量溶液的质量流量 Kg/hW 蒸出水量蒸出水量 Kg/hX 溶液中盐的质量分率溶液中盐的质量分率26物料衡算例题解物料衡算例题解(1) 盐：50000.12=0.3F2 , F2=2000kg/h总：5000=W1+W2+2000, W=3000Kg/h W1 =1463.4Kg/h, W2=1536.6Kg/h(2)盐：50000.1

14、2=F1x1 总：5000=1463.4+F1解得 ：F1=3536.6Kg/h; x1 =16.97% W1+W2= W1+1.05W1=2.05 W1 =3000Kg/h27 机械能、热量、电能、磁能、化学能、原子能等统称能量，化工生产中常以热量为主，下面以热量衡算为例说明能量衡算过程 Qi = Qo+ Q l Qi输入该过程的各物料带入的总热量,J Qo输出该过程的各物料带出的总热量,J Q l该过程与环境交换的总热量，当系统向环境散热时为 正，称为热损,J 通过热量衡算，可以了解在生产操作中热量的利用和损失情况，而在生产过程与设备设计时，利用热量衡算可以确定是需要从外界引入热量或向外界输出热量的问题。衡算过程如物料衡算。2、能量衡算、能量衡算2