1、1化學(xué)工程基礎(chǔ)化學(xué)工程基礎(chǔ)主講人：劉勇2主要參考書主要參考書n楊祖榮編，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社楊祖榮編，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社n黃少烈編，化工原理，高教出版社黃少烈編，化工原理，高教出版社n陳敏恒編，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社陳敏恒編，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社3教學(xué)目的與任務(wù)教學(xué)目的與任務(wù) 隨著經(jīng)濟的發(fā)展隨著經(jīng)濟的發(fā)展, ,要求化學(xué)系化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)專要求化學(xué)系化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生也應(yīng)具有一定的化學(xué)工程知識業(yè)的學(xué)生也應(yīng)具有一定的化學(xué)工程知識, ,改善專業(yè)知改善專業(yè)知識結(jié)構(gòu)識結(jié)構(gòu), , 以適應(yīng)科技發(fā)展以適應(yīng)科技發(fā)展, , 經(jīng)濟建設(shè)的需要經(jīng)濟建設(shè)的需要, , 提高提高學(xué)生聯(lián)系實際分析問題、解決

2、問題的能力。學(xué)生聯(lián)系實際分析問題、解決問題的能力。 本課程的任務(wù)是本課程的任務(wù)是研究化工單元操作的基本原理研究化工單元操作的基本原理, , 了解典型設(shè)備的構(gòu)造，了解典型設(shè)備的構(gòu)造，掌握單元操作中各工藝參數(shù)掌握單元操作中各工藝參數(shù)的計算方法，的計算方法，進行單元操作實驗，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)進行單元操作實驗，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程的工程概念。通過學(xué)習(xí)本課程工業(yè)生產(chǎn)過程的工程概念。通過學(xué)習(xí)本課程訓(xùn)練學(xué)訓(xùn)練學(xué)生分析和解決有關(guān)工藝單元操作問題的能力。生分析和解決有關(guān)工藝單元操作問題的能力。 4課程考查課程考查n閉卷考試：基本內(nèi)容，占閉卷考試：基本內(nèi)容，占80n平時作業(yè)、考勤、實驗等占平時作業(yè)、考勤、實驗

3、等占20%，其，其中無故曠課一次扣中無故曠課一次扣10% 。5第一章第一章 化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程1.1 化學(xué)工業(yè)概述化學(xué)工業(yè)概述一、化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況一、化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況1、化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)：綜合運用化學(xué)和物理方法將原料加工成產(chǎn)品的 加工工業(yè)。化工產(chǎn)品通用化工產(chǎn)品精細化工產(chǎn)品無差別產(chǎn)品：酸、堿、有機物等。有差別產(chǎn)品：三大合成材料。精細化學(xué)品：中間體、醫(yī)藥原料等。專用化學(xué)品：醫(yī)藥成藥、水處理劑等。 通常化學(xué)工業(yè)可分為無機化學(xué)工業(yè)和有機化學(xué)工業(yè)即無機化工和有機化工。62、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展概況化學(xué)工業(yè)始于18世紀世紀生產(chǎn)生產(chǎn)酸、堿、鹽的無機化學(xué)工業(yè)；18 世紀以前世紀以前， 作坊式手工

4、冶煉、陶瓷、釀造；1746年英國人羅巴克首創(chuàng)鉛室法制硫酸第一個化工廠；1791 年工業(yè)化 ：法國人路布蘭采用食鹽、石灰石、硫酸和煤 炭為原料的法制堿法，成為化工發(fā)展的里程碑；洗滌、結(jié)晶、過濾、干燥、煅燒等單元過程1861年比利時人索爾維用食鹽、石灰石和氨為原料制堿；1941年我國化學(xué)家侯德榜發(fā)明侯式制堿法；71828年德國化學(xué)家韋勒利用氰酸銨首次合成了尿素，標志 著人工合成有機化合物的開始；進入20世紀世紀30年代年代，石油和天然氣的開發(fā)，極大地促進了有 機化學(xué)工業(yè)的發(fā)展；1920年 丙烯水合生產(chǎn)異丙醇工業(yè)化 石油化工興起1940年 管式爐裂解制乙烯，臨氫重整生產(chǎn)芳烴 石油化工發(fā)展 壯大。有機

5、合成化學(xué)的發(fā)展又推動了人工合成高分子材料的興起。8二、化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展趨勢二、化學(xué)工業(yè)的特點和發(fā)展趨勢1、化學(xué)工業(yè)的特點化學(xué)工業(yè)與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)；原料路線、工藝路線和產(chǎn)品品種的多樣性；化學(xué)工業(yè)屬于技術(shù)密集型和能源密集型產(chǎn)業(yè)。2、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢9產(chǎn)品精細化；發(fā)展煤化工；研究和開發(fā)新型材料 1）高分子功能材料； 2）高分子結(jié)構(gòu)材料； 3）無機非金屬材料； 4）其他新型材料。10三、化學(xué)工業(yè)的分類三、化學(xué)工業(yè)的分類1、按照產(chǎn)品用途：農(nóng)藥、化肥、合成材料、涂料、化學(xué)試劑。2、按照原料來源：煤化工、石油化工、農(nóng)副產(chǎn)品化工。3、我國化學(xué)工業(yè)的分類 1）、按行業(yè)分：20類； 2）、按產(chǎn)品分

6、：19類。111.2 化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程一、化工生產(chǎn)過程：將一種或幾種物質(zhì)經(jīng)過物理和化學(xué)方法 加工處理后，制成一種或幾種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。 包含三步驟：原料處理、反應(yīng)過程 、產(chǎn)品精制。 原料預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物后處理物理過程單元操作化學(xué)反應(yīng)過程 反應(yīng)器物理過程單元操作12例如：例如：甲醇的生產(chǎn)：甲醇的生產(chǎn)：合成氣（合成氣（CO，H2，CO2）輸送輸送管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器粗甲醇粗甲醇冷卻冷卻精餾精餾精甲醇（精甲醇（99.8599.95%）苯的生產(chǎn)：苯的生產(chǎn)：原料油（甲苯、二甲苯）、原料油（甲苯、二甲苯）、H H2 2輸送輸送加熱加熱反應(yīng)器反應(yīng)器減壓蒸減壓蒸餾塔餾塔精餾精餾苯（苯（99.99

7、299.99299.999%）可見，一個化工過程往往包含幾個或幾十個物理加工過程?？梢?，一個化工過程往往包含幾個或幾十個物理加工過程。 131415二、化工生產(chǎn)過程的組成：二、化工生產(chǎn)過程的組成： 1、反應(yīng)過程反應(yīng)過程：使物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)發(fā)生變革； 2、單元操作單元操作：物理操作，只改變物料的物理性質(zhì)。 三、化學(xué)工藝（化工工藝）：三、化學(xué)工藝（化工工藝）： 即化工生產(chǎn)技術(shù),系指將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn) 品的方法和過程,包括實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施。 單元操作按操作目的分類 （1）流體的輸送；（2）物料的混合；（3）物料的加熱或冷卻；（4）非均相混合物的分離；（5）均

8、相混合物的分離。 16五、化工工藝流程圖化工工藝流程圖：用圖表示的化工工藝流程。 分為工藝流程框圖（簡單）和裝置流程圖。原廢液酸化萃取反萃回收均酸深度處理萃取液反萃液堿液萃取劑循環(huán)萃余水相排液例：廢水中有機酸回收利用工藝流程圖如下四、化工工藝流程化工工藝流程：描述從原料開始，經(jīng)過一系列按一定順序 并相互銜接的單元操作和反應(yīng)過程，生產(chǎn)合格產(chǎn)品的生產(chǎn) 工藝過程。17二、化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容二、化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容1、單元操作：各種物理操作的總稱；2、傳遞過程：包含動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞；3、化學(xué)反應(yīng)工程：研究工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)各種傳遞因素對化學(xué) 反應(yīng)過程影響規(guī)律；4、化工熱力學(xué)：研究化工過程中各種形式能量

9、之間相互轉(zhuǎn) 化規(guī)律和過程趨于平衡的極限條件；5、化工系統(tǒng)工程：研究將系統(tǒng)工程的理論和方法應(yīng)用于化 學(xué)工程領(lǐng)域。化學(xué)工程研究內(nèi)容：三傳一反三傳一反1.3 化學(xué)工程學(xué)科化學(xué)工程學(xué)科一、化學(xué)工程學(xué)一、化學(xué)工程學(xué)：研究化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中有關(guān)化學(xué)過程和物理過程 規(guī)律的一門學(xué)科。18三、單位制與單位換算三、單位制與單位換算 1、單位制度、單位制度 任何物理量都是用數(shù)字數(shù)字和單位單位聯(lián)合表達的?；締挝换締挝唬阂话阆冗x幾個獨立的物理量，以使用方便為原則規(guī)定出它們的單位。（mkgsAKmolcd)導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位：根據(jù)其本身的物理意義，由有關(guān)基本單位組合構(gòu)成。 基本單位和導(dǎo)出單位構(gòu)成一個完整的體系，稱為單位制基

10、本單位和導(dǎo)出單位構(gòu)成一個完整的體系，稱為單位制。不同的單位制：歷史、地域、科學(xué)領(lǐng)域主要有：國際單位制國際單位制 、物理單位制、實用單位制、工程單位制、物理單位制、實用單位制、工程單位制法定計量單位法定計量單位：以國際單位制（International System of Units） （SI）為基礎(chǔ)。 19基本單位：7個，化工中常用有5個，即長度（米），質(zhì)量（千克），時間（秒），溫度（K），物質(zhì)的量（摩爾）國際單位制 SI制基本單位：長度（厘米cm），質(zhì)量（克g），時間（秒s）物理單位制 CGS制基本單位：長度（米），重量或力（千克力），時間（秒）工程單位制我國法定單位制為國際單位制（即我國法

11、定單位制為國際單位制（即SI制）制）CGS制：Centimeter-Gram-Second (system of units) 厘米厘米,克克,秒單位制秒單位制，通常在重力學(xué)科及相關(guān)力學(xué)科目中使用 20量量 的的 名名 稱稱 單單 位位 名名 稱稱 單單 位位 符符 號號長長 度度 米米 m質(zhì)質(zhì) 量量 千千 克克 kg時時 間間 秒秒 s電電 流流 安安 培培 A熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 開爾文開爾文K物質(zhì)的量物質(zhì)的量 摩摩 爾爾mol發(fā)光強度發(fā)光強度 坎德拉坎德拉cd國際單位制的基本單位國際單位制的基本單位 2122232、單位換算、單位換算物理量的單位換算密度單位：g/cm3=10-3kg/1

12、0-6m3=103kg/m3流量單位：150L/min=15010-3m3/60s=0.0025m3/s壓強單位：1atm=1.033kgf/cm2=1.033kgf/10-4m2 =1.013105N/m2 24四、單元操作中幾個常用基本概念原理原理: :質(zhì)量守衡定律,由過程中已知量求未知量衡算要點衡算要點:1、確定衡算范圍、確定衡算范圍 2、確定衡算基準、確定衡算基準 3、確定衡算對象、確定衡算對象衡算關(guān)系衡算關(guān)系: 一般式：一般式： GI = Go + GA 穩(wěn)定過程：穩(wěn)定過程： GI = Go GI - 輸入物料總和輸入物料總和 ， Go - 輸出物料總和輸出物料總和 GA - 積累物

13、料量積累物料量 1 1、物料衡算、物料衡算25物料衡算例題物料衡算例題第二蒸發(fā)器第一蒸發(fā)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 溶液的質(zhì)量流量溶液的質(zhì)量流量 Kg/hW 蒸出水量蒸出水量 Kg/hX 溶液中鹽的質(zhì)量分率溶液中鹽的質(zhì)量分率26物料衡算例題解物料衡算例題解(1) 鹽：50000.12=0.3F2 , F2=2000kg/h總：5000=W1+W2+2000, W=3000Kg/h W1 =1463.4Kg/h, W2=1536.6Kg/h(2)鹽：50000.1

14、2=F1x1 總：5000=1463.4+F1解得 ：F1=3536.6Kg/h; x1 =16.97% W1+W2= W1+1.05W1=2.05 W1 =3000Kg/h27 機械能、熱量、電能、磁能、化學(xué)能、原子能等統(tǒng)稱能量，化工生產(chǎn)中常以熱量為主，下面以熱量衡算為例說明能量衡算過程 Qi = Qo+ Q l Qi輸入該過程的各物料帶入的總熱量,J Qo輸出該過程的各物料帶出的總熱量,J Q l該過程與環(huán)境交換的總熱量，當(dāng)系統(tǒng)向環(huán)境散熱時為 正，稱為熱損,J 通過熱量衡算，可以了解在生產(chǎn)操作中熱量的利用和損失情況，而在生產(chǎn)過程與設(shè)備設(shè)計時，利用熱量衡算可以確定是需要從外界引入熱量或向外界輸出熱量的問題。衡算過程如物料衡算。2、能量衡算、能量衡算2