(1.5)--化工原理课件绪论.ppt

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1、化工原理化工原理(1)(1)一、化工的含义一、化工的含义化学工程化学工程l研究研究化学工业和其他过程工业化学工业和其他过程工业生产中所进行的生产中所进行的化化化化学过程和物理过程学过程和物理过程学过程和物理过程学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。共同规律的一门工程学科。l这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、食品工业、换热设备的安装工业、造纸料工业、食品工业、换热设备的安装工业、造纸工业等。工业等。化学过程化学过程l l化学过程是指物质发生化学变化的反应过程。化学过程是指物质发生化学变化的反应过程。化学过程是指物质发生化学变化的反应过程

2、。化学过程是指物质发生化学变化的反应过程。l相应研究的学科包括：化学反应工程（研究反应相应研究的学科包括：化学反应工程（研究反应过程中的共性问题），以及一些专业学科，如煤过程中的共性问题），以及一些专业学科，如煤化学、石油裂解等等。化学、石油裂解等等。物理过程物理过程l l物理过程指物质物理过程指物质物理过程指物质物理过程指物质不经明显化学反应不经明显化学反应不经明显化学反应不经明显化学反应而发生的组成、而发生的组成、而发生的组成、而发生的组成、性质、状态、能量变化过程。性质、状态、能量变化过程。性质、状态、能量变化过程。性质、状态、能量变化过程。l化工原理化工原理是研究原料及产物是研究原料及

3、产物物理处理过程物理处理过程的学科。的学科。l特别关注物质的物理性能：温度、压力、密度、特别关注物质的物理性能：温度、压力、密度、黏度、挥发度、传热系数等等。黏度、挥发度、传热系数等等。二、化工发展简史二、化工发展简史1、古代的化学加工、古代的化学加工l 18世纪中叶，人类就能运用化学加工方法制世纪中叶，人类就能运用化学加工方法制作一些生活必需品，如制陶、酿造、染色、冶炼、作一些生活必需品，如制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸以及制造医药、火药和肥皂。制漆、造纸以及制造医药、火药和肥皂。l l炼丹术炼丹术炼丹术炼丹术引领古代化学发展，合成了大量的化学物质。引领古代化学发展，合成了大量的化学物质

4、。2、早期的化学工业、早期的化学工业l从从18世纪中叶至世纪中叶至20世纪初是化学工业的世纪初是化学工业的初级阶段。初级阶段。初级阶段。初级阶段。无机化工已初具规模；无机化工已初具规模；有机化工正在形成；有机化工正在形成；高分子化工处于萌芽时期。高分子化工处于萌芽时期。l18世纪中叶，世纪中叶，工业革命的开端。工业革命的开端。工业革命的开端。工业革命的开端。化学工业是工业革命的助手。化学工业是工业革命的助手。提供其他工业的原料。提供其他工业的原料。在工业革命的推动下，化工工业得到迅速的发展。在工业革命的推动下，化工工业得到迅速的发展。到到20世纪初世纪初，已经建立了，已经建立了完整的化学工业体

5、系完整的化学工业体系。3、近代化学工业、近代化学工业(20C初初战后战后6070年代年代)l这是化学工业真正成为这是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段大规模生产的主要阶段大规模生产的主要阶段大规模生产的主要阶段，一些主要领域都是在这一时期形成的。一些主要领域都是在这一时期形成的。合成氨、石油化工、高分子化工、精细化工合成氨、石油化工、高分子化工、精细化工4、现代化学工业、现代化学工业(20C6070年代以来年代以来)l化学工业各企业间竞争激烈，一方面由于对反应化学工业各企业间竞争激烈，一方面由于对反应过程的深入了解，可以使一些传统的基本化工产过程的深入了解，可以使一些传统的基本化工产品的生产

6、装置，品的生产装置，日趋大型化，以降低成本日趋大型化，以降低成本。l与此同时，由于新技术革命的兴起，对化学工业与此同时，由于新技术革命的兴起，对化学工业提出了新的要求，推动了化学工业的技术进步，提出了新的要求，推动了化学工业的技术进步，发展了精细化工，超纯物质发展了精细化工，超纯物质，新型结构材料和功，新型结构材料和功能材料。能材料。三、化学工程与化工原理的由来三、化学工程与化工原理的由来化学工程的提出化学工程的提出l戴维斯戴维斯 英国曼彻斯特地区的英国曼彻斯特地区的制碱业污染检查员制碱业污染检查员 l指出：化学工业发展中所面临的许多问题往往是指出：化学工业发展中所面临的许多问题往往是工程问题

7、。各种化工生产工艺，都是由为数不多工程问题。各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤组成的，的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤组成的，可以对它们进行可以对它们进行综合的研究和分析综合的研究和分析。l18871888年，他在曼彻斯特工学院作了年，他在曼彻斯特工学院作了12次演次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出象。这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的版的化工贸易杂志化工贸易杂志上，并在此基础上写成了，上，并在此基础上写成了，于于1901年出版。这是世界上年出版。这是世界上

8、第一本阐述各种化工第一本阐述各种化工生产过程共性规律的著作生产过程共性规律的著作，出版后很受欢迎。，出版后很受欢迎。2、化学工程专业的建立、化学工程专业的建立l1888年，根据年，根据L.M.诺顿教授的提议，麻省理工学诺顿教授的提议，麻省理工学院院开设开设了世界上了世界上第一个第一个定名为定名为化学工程化学工程的四年制的四年制学士学位课程学士学位课程，即著名的第十号课程。，即著名的第十号课程。l随后，宾夕法尼亚大学随后，宾夕法尼亚大学(1892)，戴伦大学，戴伦大学(1894)、密歇根大学密歇根大学(1898)也相继开设了类似的课程。这也相继开设了类似的课程。这些课程的开设标志着培养化学工程师

9、的最初尝试。些课程的开设标志着培养化学工程师的最初尝试。l但这些课程的主要内容是由但这些课程的主要内容是由机械工程和化学机械工程和化学构成构成的，还的，还未具有今天化学工程专业的特点未具有今天化学工程专业的特点。这样培。这样培养出来的化学工程师虽然具有制造各种化工产品养出来的化学工程师虽然具有制造各种化工产品的工艺知识，但仍不懂得化工生产的内在规律，的工艺知识，但仍不懂得化工生产的内在规律，因此还不能满足化学工业发展的需要。因此还不能满足化学工业发展的需要。3、单元操作概念的提出、单元操作概念的提出l利特尔利特尔，1915年，他在给麻省理工学院的一份报年，他在给麻省理工学院的一份报告中，提出了

10、告中，提出了单元操作单元操作的概念的概念。他指出：他指出：任何化工生产过程，无论其规模大小都任何化工生产过程，无论其规模大小都可以用一系列称为单元操作的技术来解决。只有可以用一系列称为单元操作的技术来解决。只有将纷杂众多的化工生产过程分解为构成它们的单将纷杂众多的化工生产过程分解为构成它们的单元操作来进行研究，才能使化学工程专业具有广元操作来进行研究，才能使化学工程专业具有广泛的适应能力。泛的适应能力。这些意见对化学工程产生了深远的影响。这些意见对化学工程产生了深远的影响。l前后处理的过程称为操作。通常将目的、原理、前后处理的过程称为操作。通常将目的、原理、相态相同的处理过程归纳在一起，成为相

11、态相同的处理过程归纳在一起，成为单元操作单元操作单元操作单元操作。l（1）特点）特点l 过程的物理性过程的物理性l 原理相同原理相同l 设备具有通用性设备具有通用性（2）举例）举例名称名称原原 理理设设 备备传递原理传递原理流体流体输送输送依据外力的作用将流体从一个设备依据外力的作用将流体从一个设备输送到另一个设备输送到另一个设备泵泵风机风机动量传递动量传递传热传热使冷热物料间由于温度差而发生热使冷热物料间由于温度差而发生热量传递，以改变物料的温度或相态量传递，以改变物料的温度或相态的操作的操作换热器换热器热量传递热量传递吸收吸收利用均相气体混合物在液体溶剂中利用均相气体混合物在液体溶剂中溶解

12、度的不同以实现气体混合物的溶解度的不同以实现气体混合物的分离操作分离操作吸收塔吸收塔（填料）（填料）质量传递质量传递精馏精馏利用均相液体混合物中各组分的挥利用均相液体混合物中各组分的挥发度不同使液体混合物分离的操作发度不同使液体混合物分离的操作蒸馏塔蒸馏塔（板式）（板式）质量传递质量传递（3 3）典型设备）典型设备4、化工原理化工原理课程的形成课程的形成1920年，麻省理工学院，年，麻省理工学院，化学工程脱离化学系化学工程脱离化学系成为一个独立的系成为一个独立的系，由，由W.K.刘易斯任系主任。刘易斯任系主任。这年夏天这年夏天，华克尔、刘易斯和华克尔、刘易斯和W.H.麦克亚当麦克亚当斯完成了斯

13、完成了化工原理化工原理一书的初稿一书的初稿，此书油印后此书油印后立即用于化工系的教育立即用于化工系的教育，后于后于1923年正式出版年正式出版。例：味精的生产过程例：味精的生产过程化学或糖化变化化学或糖化变化在发酵罐中进行在发酵罐中进行 原料原料发酵发酵预热预热蒸发蒸发味精味精 结晶结晶干燥干燥中和中和生化反应生化反应化学反应化学反应流体输送流体输送传热传热（物理变化过程）（物理变化过程）传质传质传质、传热传质、传热化工过程与单元操作化工过程与单元操作化工过程与单元操作化工过程与单元操作高压聚乙烯高压聚乙烯生产流程示意图生产流程示意图四、化工原理的两条主线四、化工原理的两条主线统一的研究对象统

14、一的研究对象传递理论传递理论传递理论传递理论 动量传递，热量传递，质量传递动量传递，热量传递，质量传递统一的研究方法统一的研究方法数学模型法数学模型法数学模型法数学模型法 方法之一是试验法方法之一是试验法-经验法；经验法；方法之二是数学模型法。方法之二是数学模型法。五、化工原理课程研究内容和任务五、化工原理课程研究内容和任务单元操作的基本原理单元操作的基本原理 典型设备的结构和工作原理典型设备的结构和工作原理 设备的设计及操作性能的计算设备的设计及操作性能的计算六、单元操作计算基础六、单元操作计算基础1、物料衡算、物料衡算 依据依据质量守恒定律质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出的物

15、料质量输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量与系统中积累的物料质量之和。与系统中积累的物料质量之和。物料衡算的通式物料衡算的通式定态过程，积累为零。则定态过程，积累为零。则：衡算的系统衡算的系统整个生产过程整个生产过程某一设备或者设备的一个微元某一设备或者设备的一个微元系统中的所有物料系统中的所有物料某一个组分某一个组分衡算的对象衡算的对象2 热量衡算热量衡算依据：能量守恒定律依据：能量守恒定律即即任任何何时时间间内内输输入入系系统统的的总总热热量量等等于于系系统统输输出出的的总热量与损失的热量之和。总热量与损失的热量之和。热量衡算通式热量衡算通式3.过程的平衡和速率过程的平衡和速率 平衡

16、问题平衡问题 过过程程的的平平衡衡问问题题是是说说明明过过程程进进行行的的方方向向和和所所能达到的能达到的极限。极限。平衡是一个平衡是一个动态的过程动态的过程。速率速率 过程的速率表示为：过程的速率表示为：过程的速率推动力阻力过程的速率推动力阻力推动力推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离：过程所处的状态与平衡状态的距离阻阻力力：过过程程的的阻阻力力是是各各种种因因素素对对速速率率影影响响的的总总的的体现。体现。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。4.经济核算经济核算 在在设设计计具具有有一一定定生生产产能能力力的的设设备备时时，选选用用不不

17、同同的的材材料料，不不同同的的设设备备及及操操作作条条件件，可可以以提提出出多多种种不不同同的的设设计计方方案案。但但最最终终应应从从技技术术经经济济的的观观点点出出发发进进行行比比较较，从从设设备备的的造造价价、操操作作的的难难易易、人人力力、水水电电和和燃燃料料的的消消耗耗、耐耐用用年年限限等等多多方方面面进进行行综综合合评评价价，从中选择经济上最有利的方案。从中选择经济上最有利的方案。七、单位制及单位换算七、单位制及单位换算任何物理量的大小都是由任何物理量的大小都是由数字和单位数字和单位联合联合来表达的，二者缺一不可。来表达的，二者缺一不可。单位制：单位制：基本单位与导出单位的总和。基本单位与导出单位的总和。物理单位制：基本单位：长度物理单位制：基本单位：长度cm 质量质量g 时间时间s工程单位制：基本单位：长度工程单位制：基本单位：长度cm 力力 kgf 时间时间s SI单位制：单位制：基本单位有基本单位有7个，化工中常用的有个，化工中常用的有5个：个：长度长度m、质量、质量kg、时间、时间s、温度、温度K、物质的量物质的量mol