(2.6)--绪论化工原理化工原理.ppt

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1、成师院化生院成师院化生院化工原理 Unit Operations of Chemical Engineering尚尚书书勇勇干红葡萄酒酿造工艺流程示意图干红葡萄酒酿造工艺流程示意图红红葡萄葡萄品种品种除梗破碎除梗破碎压榨分离压榨分离橡木桶贮存橡木桶贮存精心挑选精心挑选葡萄原酒葡萄原酒成品调配成品调配稳定处理稳定处理灌装灌装瓶贮瓶贮贴标贴标成品成品带皮发酵带皮发酵尚尚书书勇勇尚尚书书勇勇与白酒工艺比较与白酒工艺比较尚尚书书勇勇白兰地白兰地(Brandy)威士忌威士忌(Whisky)伏特加伏特加(Vodka)金酒金酒(Gin)朗姆酒朗姆酒(Rum)中国白酒中国白酒(Spirit)尚尚书书勇勇关于课

2、程考核关于课程考核 总总评评=平平时时20%+泵泵设设计计25%+换换热热器器设设计计25%+期期末末30%每每次次设设计计完完成成后后将将有有一一次次Seminar，根根据据同同学学们们设设计计作作品挑选品挑选2-3名同学上台讲解（名同学上台讲解（有加分有加分）。）。平平时时成成绩绩包包括括作作业业、上上课课回回答答问问题题和和一一些些有有意意思思的的要要求求，比比如如英英语语学学习习（20单单词词/天天,150单单词词/周周）、体体力力锻锻炼（平板支撑：炼（平板支撑：女生女生1.5分钟、男生分钟、男生3分钟分钟/天天）等。）等。期期末末考考试试包包括括：选选择择题题；判判断断题题；简简答答

3、题题；读读图图题题；计算题。计算题。尚尚书书勇勇关于学科素养关于学科素养如果能够说出国内外：如果能够说出国内外：20个化工大型生产基地个化工大型生产基地20个国内外的研究基地个国内外的研究基地50个国内外的专家学者；个国内外的专家学者；能能够够对对所所学学的的每每一一门门课课在在整整体体人人才才培培养养中中的的作作用用说说个个大大概概；对对整整个个学学科科在在社社会会上上的的地地位位和和能能解解决决什什么么问问题题说个大概！说个大概！到到了了研研究究生生阶阶段段，则则要要求求对对本本研研究究方方向向的的至至少少了了解解20个相关专家。个相关专家。这这就就表表明明具具备备了了初初步步的的学学科科

4、素素养养，毕毕竟竟你你见见了了别别人人不不能能总总是是用用专专业业术术语语，能能够够使使用用简简洁洁通通俗俗的的语语言言和和朋朋友友交交流流或或者者介介绍绍你你的的专专业业问问题题，那那就就说说明明具具有有了了一一定定的的学科素养！学科素养！尚尚书书勇勇化化学学工工程程与与技技术术化化学学工工程程化化学学工工艺艺工工业业催催化化应应用用化化工工生生物物工工程程制制药药工工程程高高分分子子科科学学与与工工程程化化工工机机械械（过过程程装装备备与与控控制制工工程程）安安全全工工程程材材料料工工程程环环境境工工程程能能源源工工程程Chemical Engineering is What?化化学学n有

5、有机机化化学学n无无机机化化学学n物物理理化化学学n分分析析化化学学n应应用用化化学学n高高分分子子化化学学n材材料料化化学学n环环境境化化学学n生生物物化化学学n制制药药化化学学nChemistry is What?Chem is try尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程化工原理的位置化工原理的位置第一阶段：古代的化学生产（第一阶段：古代的化学生产（1717世纪以前）世纪以前）实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等。实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等。第二阶段：近代化学工业第二阶段：近代化学工业十十八八世世纪纪末末始始，以以硫硫酸酸，硝硝酸酸，纯纯碱碱的的工工业业生

6、生产产为为开开端端，至至2020世纪初，出现了载入史册的世纪初，出现了载入史册的合成氨合成氨工业生产。工业生产。第第一一次次综综合合：2020世世纪纪初初，英英国国的的Davis,Davis,美美Walker,LewisWalker,Lewis等等提提出出了了“化化学学工工程程”的的概概念念，发发展展成成为为以以“单单元元操操作作”（unit operationsunit operations）为基本研究内容的化学工程学。）为基本研究内容的化学工程学。第三阶段：现代化学工业（二战前后）第三阶段：现代化学工业（二战前后）“三传一反三传一反”。第第二二次次综综合合：动动量量传传递递、热热量量传传递

7、递、质质量量传传递递的的角角度度深深入入研研究究化化工工生生产产的的物物理理变变化化过过程程，以以及及从从“化化学学反反应应工工程程”的角度来研究化工生产的化学过程。的角度来研究化工生产的化学过程。尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程1894年起，他在卡尔斯鲁厄工业大学任教，年起，他在卡尔斯鲁厄工业大学任教，1906年化学教授；年化学教授；1911年改任在柏林近郊的威廉物理化学及电化学研究所所长，年改任在柏林近郊的威廉物理化学及电化学研究所所长，同时兼任柏林大学教授。同时兼任柏林大学教授。1913年实现一个日产年实现一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。吨的合成氨工厂建成并投产。1

8、914年世界大战爆发，哈伯承担了战争所需的材料的供应和年世界大战爆发，哈伯承担了战争所需的材料的供应和研制工作，特别在研制战争毒气方面。他曾错误地认为，毒研制工作，特别在研制战争毒气方面。他曾错误地认为，毒气进攻乃是一种结束战争、缩短战争时间的好办法。气进攻乃是一种结束战争、缩短战争时间的好办法。n哈哈伯伯，1868年年12月月出出生生于于德德国国的的布布雷雷斯斯劳劳，大大学学毕毕业业后后，由由于于所所发发表表的的论论文文有有独独到到的的见见解解，使使德德国国化化学学界界为为之之轰轰动动，德德国国皇皇家家科科学学院院破破格格授予化学博士学位，年仅授予化学博士学位，年仅23岁。岁。n1909年年

9、在在600的的高高温温、200个个大大气气压压和和锇锇为为催化剂的条件下，得到产率约为催化剂的条件下，得到产率约为8的合成氨。的合成氨。尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程化工原理的位置化工原理的位置u1880年年，化化学学工工程程概概念念的的提提出出者者，英英国国曼曼彻彻斯斯特特地地区区的的制制碱碱业业污污染染检检查查员员G.E.戴戴维维斯斯指指出出：化化学学工工业业发发展展中中所所面面临临的的许多问题往往是工程问题许多问题往往是工程问题。u1888年年，根根据据L.M.诺诺顿顿提提议议，MIT开开设设世世界界上上第第一一个个定定名名为为化学工程的四年制学士学位课程化学工程的四年

10、制学士学位课程，即著名的第十号课程。，即著名的第十号课程。u化化学学工工程程将将成成为为继继土土木木工工程程、机机械械工工程程、电电气气工工程程之之后后的的第第四门工程学科。四门工程学科。u随随后后,宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学(1892)、戴戴伦伦大大学学(1894)、密密歇歇根根大大学学(1898)也相继开设了类似的课程。也相继开设了类似的课程。u1902年年W.H.华华克克尔尔受受命命彻彻底底改改造造麻麻省省理理工工学学院院化化学学工工程程的的实实验教育，验教育，1915年，提出年，提出“单元操作单元操作”概念。概念。u1920年年，在在麻麻省省理理工工学学院院，化化学学工工程程脱脱离离

11、化化学学系系而而成成为为一一个个独立的系，由独立的系，由W.K.刘易斯任系主任。刘易斯任系主任。尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程化工原理的位置化工原理的位置u1920年年，华华克克尔尔、刘刘易易斯斯和和W.H.麦麦克克亚亚当当斯斯完完成成化化工工原原理理初稿。油印后立即用于化工系的教育，后于初稿。油印后立即用于化工系的教育，后于1923年正式出版。年正式出版。u1939年年韦韦伯伯写写出出了了第第一一本本化化工工热热力力学学教教科科书书化化学学工工程程师师用用热热力力学学。1944年年耶耶鲁鲁大大学学的的B.F.道道奇奇教教授授写写的的第第一一本本取取名名为为化化工工热热力力学

12、学的的著著作作出出版版了了，于于是是化化学学工工程程的的一一个个新新的的分分支支学科学科化工热力学诞生了。化工热力学诞生了。u1940年年代代，碳碳四四馏馏分分分分离离和和丁丁苯苯橡橡胶胶的的乳乳液液聚聚合合、粗粗柴柴油油的的流流态态化化催催化化裂裂化化以以及及曼曼哈哈顿顿原原子子弹弹工工程程计计划划等等，化化学学工工程程都都发发挥了重要作用（曼哈顿工程中放大倍数高达挥了重要作用（曼哈顿工程中放大倍数高达1000）u1950年年代代，石石油油化化工工引引发发连连续续反反应应过过程程研研究究，提提出出返返混混、停停留时间分布、宏留时间分布、宏/微观混合、反应器参数敏感性、反应器稳定性微观混合、反

13、应器参数敏感性、反应器稳定性。u1957年年。阿阿姆姆斯斯特特丹丹举举行行第第一一届届欧欧洲洲化化学学反反应应工工程程大大会会，标标志着化学反应工程这一学科的诞生。志着化学反应工程这一学科的诞生。尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程化工原理的位置化工原理的位置u1957年年在在普普渡渡大大学学召召开开美美国国工工程程学学科科的的系系主主任任会会议议，传传递递过过程程和和力力学学、热热力力学学、电电磁磁学学等等一一起起被被列列为为基基础础工工程程学学科科，并并制制订订了了这这一一课课程程的的详详细细计计划划。在在这这种种背背景景下下，威威斯斯康康星星大大学学教教授授R.B.博博德德、

14、W.E.斯斯图图尔尔德德和和E.N.莱莱特特富富特特着着手手编编写写传传递递现现象象，先在威斯康星大学试用，经修订后于，先在威斯康星大学试用，经修订后于1960年正式出版。年正式出版。尚尚书书勇勇化学工业的发展历程化学工业的发展历程化工原理的位置化工原理的位置u18801880年，提出化学工程概念年，提出化学工程概念u18881888年，年，MITMIT设置化学工程专业设置化学工程专业u19151915年，年，“单元操作单元操作”概念提出概念提出u19201920年，年，MITMIT独立设置化学工程系独立设置化学工程系u19231923年年，华华 克克 尔尔 等等 著著 首首 部部 Princ

15、iples Principles of of Chemical Chemical EngineeringEngineeringu19391939年，化学工程分支年，化学工程分支化工热力学诞生化工热力学诞生u19571957年，化学工程分支年，化学工程分支化学反应工程诞生化学反应工程诞生u19601960年，化学工程分支年，化学工程分支传递现象诞生，三传一反形成传递现象诞生，三传一反形成u18951895年，北洋大学（天津大学）设矿务学涉及化学工艺内容。年，北洋大学（天津大学）设矿务学涉及化学工艺内容。u能能源源化化学学工工程程，环环境境化化学学工工程程，计计算算化化学学工工程程，生生物物化化学

16、学工工程，分子化学工程，微电子化学工程等。程，分子化学工程，微电子化学工程等。u现代化学工业的三大挑战：原料、能源与环境。现代化学工业的三大挑战：原料、能源与环境。尚尚书书勇勇化工原理课程内容化工原理课程内容 通通过过什什么么样样的的工工程程方方法法和和设设备来实现其工艺过程？备来实现其工艺过程？反反应应物物如如何何供供给给、产产物物又又如如何分离？何分离？如如何何提提供供反反应应所所需需的的热热量量及及使用反应放出的热量？使用反应放出的热量？怎怎样样才才能能从从工工业业规规模模生生产产中中获得最佳的经济效益？获得最佳的经济效益？热力学和反应工程热力学和反应工程化工原理化工原理在在什什么么条条

17、件件下下所所期期望望的的化化学反应才能发生？学反应才能发生？反应的速率将会是多大？反应的速率将会是多大？不不期期望望的的反反应应（副副反反应应）速率又会是多大？速率又会是多大？转化率为多少？转化率为多少？化学工程学科化学工程学科尚尚书书勇勇化工生产过程实例化工生产过程实例 湿法磷酸生产工艺流程湿法磷酸生产工艺流程 磷矿石磷矿石 破碎破碎 球磨球磨 酸解反应酸解反应 过滤过滤 浓缩浓缩 精制精制 磷酸（化肥、磷酸（化肥、饲料用）饲料用）磷酸（医药、磷酸（医药、食品用）食品用）硫酸硫酸HFHF气体气体（回收）（回收）过滤过滤 水水 滤渣石膏滤渣石膏 洗液洗液 加工成盐加工成盐 尚尚书书勇勇化工生产

18、过程实例化工生产过程实例 柠檬酸生产工艺流程柠檬酸生产工艺流程 白薯干白薯干 粉碎粉碎 发酵反应发酵反应 过滤过滤 中和过滤中和过滤 酸解过滤酸解过滤产品产品 石灰乳石灰乳CaCOCaCO3 3 粗盐液粗盐液 净化净化 H H2 2SOSO4 4 废糖液废糖液 浓缩浓缩 结晶结晶 离心离心 干燥干燥 菌体、残渣菌体、残渣 尚尚书书勇勇化工生产装置实例 乙烯厂环氧乙烷、乙二醇装置乙烯厂环氧乙烷、乙二醇装置尚尚书书勇勇化工生产装置实例 甲醇回收装置甲醇回收装置尚尚书书勇勇化工生产装置实例 合成氨装置合成氨装置尚尚书书勇勇化工生产装置实例化工生产装置实例 天然气净化天然气净化尚尚书书勇勇化工单元操作

19、化工单元操作（Unit operations）流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备过滤：液固混合物的分离过滤：液固混合物的分离沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心）沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心）搅拌：液液或液固体系的混合搅拌：液液或液固体系的混合颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触气力输送：固体微粒的管道输送气力输送：固体微粒的管道输送加热冷却：增加或降低特定物质的温度加热冷却：增加或降低特定物质的温度蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产

20、品蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异）蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异）吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金）萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金）干燥：从固体产品中去除湿分干燥：从固体产品中去除湿分结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品尚尚书书勇勇遵循流体动力学基本规律的单元操作遵循流体动力学基本规律的单元操作遵循热量传递基本规律的单元操作

21、遵循热量传递基本规律的单元操作遵循质量传递基本规律的单元操作遵循质量传递基本规律的单元操作遵循热质传递基本规律的单元操作遵循热质传递基本规律的单元操作化工单元操作分类（化工单元操作分类（Unit operationsUnit operations）动量守恒：动量传递动量守恒：动量传递质量守恒：质量传递质量守恒：质量传递热量守恒：热量传递热量守恒：热量传递“三传一反三传一反”中的中的“三传三传”尚尚书书勇勇以以“三传三传”为物理内核的单元操作为物理内核的单元操作 尚尚书书勇勇理论与经验相结合的工程研究方法理论与经验相结合的工程研究方法 动量守恒：动量传递动量守恒：动量传递质量守恒：质量传递质量守恒：质量传递热量守恒：热量传递热量守恒：热量传递“三传一反三传一反”中的中的“三传三传”唯象方程唯象方程尚尚书书勇勇单位制度和单位换算单位制度和单位换算基本物理量换算：基本物理量换算：SI制制：长长度度（m）、质质量量（kg）、时时间间（s）、温温度度（K）、物物质的量（质的量（mol）工程单位制：长度（工程单位制：长度（m）、时间（）、时间（s）、力（）、力（kgf）CGS制：长度（制：长度（cm）、质量（）、质量（g）、时间（）、时间（s）单位重量的能量单位重量的能量单位质量的能量单位质量的能量单位体积的能量单位体积的能量尚尚书书勇勇