化工基礎(chǔ)緒論

1、精選課件化工基礎(chǔ)化工基礎(chǔ)化工基礎(chǔ)化工基礎(chǔ)第三版第三版精選課件化工基礎(chǔ)課程介紹化工基礎(chǔ)課程介紹o 化工（專業(yè)必修課）：化工（專業(yè)必修課）：n 化工原理：材料，環(huán)境和生物n 化工基礎(chǔ)：化學(xué)o 類似：物理化學(xué)類似：物理化學(xué)n 公式多，計算多，過程復(fù)雜o 考試：半開卷考試：半開卷n 不允許帶書，只允許帶“一張”A4的紙，正反面都可以寫o 成績成績n 作業(yè)+提問+出勤=平時成績（30%）n 期末考試占70%o 基本要求：基本要求：n 不遲到，不講話，按時交作業(yè)精選課件第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程概述化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程概述第二節(jié)第二節(jié) 化工過程與單元操作化工過程與單元操作第三節(jié)第三節(jié) 化工中應(yīng)用的幾個

2、基本規(guī)律化工中應(yīng)用的幾個基本規(guī)律第四節(jié)第四節(jié) 化工數(shù)據(jù)及單位化工數(shù)據(jù)及單位2022-2-21精選課件42022-2-21精選課件5 化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)工業(yè)，化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是工業(yè)經(jīng)濟中最具活力，有待開發(fā)且競爭力是工業(yè)經(jīng)濟中最具活力，有待開發(fā)且競爭力極強的一個部門。極強的一個部門。其重要性可歸納為：其重要性可歸納為：（1）為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜等農(nóng)用生產(chǎn)資料；）為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜等農(nóng)用生產(chǎn)資料；（2）為輕紡、建材、冶金、國防、軍工以及其他工業(yè)提）為輕紡、建材、冶金、國防、軍工以及其他工業(yè)提 供各種配套原材料；供各種配套原材料；（3）為微電子、信息、

3、生物、航天技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提）為微電子、信息、生物、航天技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提 供新型化工材料和新產(chǎn)品；供新型化工材料和新產(chǎn)品；（4）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。2022-2-21精選課件6化學(xué)工業(yè)的特點：化學(xué)工業(yè)的特點：（1）增長速度快；）增長速度快；（2）化工科研和新產(chǎn)品開發(fā)費用高；）化工科研和新產(chǎn)品開發(fā)費用高；（3）大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)和技術(shù)的復(fù)雜性促使化學(xué)工業(yè)投資加大；）大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)和技術(shù)的復(fù)雜性促使化學(xué)工業(yè)投資加大；（4）化工產(chǎn)品、工藝路線、技術(shù)創(chuàng)造性上競爭激烈；）化工產(chǎn)品、工藝路線、技術(shù)創(chuàng)造性上競爭激烈；（5）新工藝的投入、生產(chǎn)規(guī)模

4、的擴大以及設(shè)備的腐蝕，致使化學(xué)）新工藝的投入、生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及設(shè)備的腐蝕，致使化學(xué)工業(yè)的工廠壽命縮短、報廢快；工業(yè)的工廠壽命縮短、報廢快；（6）在資金足夠的條件下，化工產(chǎn)品進(jìn)入市場的自由度大；）在資金足夠的條件下，化工產(chǎn)品進(jìn)入市場的自由度大；（7）運輸便利、均相及價值高的化工產(chǎn)品貿(mào)易有國際性；）運輸便利、均相及價值高的化工產(chǎn)品貿(mào)易有國際性；（8）化學(xué)工業(yè)與整個工業(yè)相輔相存，在經(jīng)濟發(fā)展中起支柱作用。）化學(xué)工業(yè)與整個工業(yè)相輔相存，在經(jīng)濟發(fā)展中起支柱作用。2022-2-21精選課件7化學(xué)工程的研究內(nèi)容化學(xué)工程的研究內(nèi)容：2022-2-21精選課件8化學(xué)工程的發(fā)展階段化學(xué)工程的發(fā)展階段： 在在20世

5、紀(jì)前的幾百年時間里，出現(xiàn)了不少化學(xué)工業(yè)，如世紀(jì)前的幾百年時間里，出現(xiàn)了不少化學(xué)工業(yè)，如制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每一種工業(yè)從原料制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每一種工業(yè)從原料到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識講解，這是最早的到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識講解，這是最早的化學(xué)工程學(xué)?；瘜W(xué)工程學(xué)?；瘜W(xué)工藝學(xué)階段化學(xué)工藝學(xué)階段2. 單元操作階段單元操作階段 20世紀(jì)初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學(xué)工業(yè)中存在共同世紀(jì)初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學(xué)工業(yè)中存在共同的操作原理。例如，無論是制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)的操作原理。例如，無論是制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)得到固體糖和固體堿的原

6、理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早得到固體糖和固體堿的原理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早提出的單元操作之一。經(jīng)不斷總結(jié)，被稱為單元操作的有：提出的單元操作之一。經(jīng)不斷總結(jié)，被稱為單元操作的有：流體流動與輸送、沉降與過濾、固體流態(tài)化、傳熱、蒸發(fā)、流體流動與輸送、沉降與過濾、固體流態(tài)化、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。2022-2-21精選課件9 到到20世紀(jì)世紀(jì)50年代，人們又發(fā)現(xiàn)，各單元操作之間還存年代，人們又發(fā)現(xiàn)，各單元操作之間還存在著共性。例如，傳熱和蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式，蒸餾、在著共性。例如，傳熱和蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式

7、，蒸餾、吸附、吸收、萃取都是質(zhì)量傳遞的形式。于是，把單元操吸附、吸收、萃取都是質(zhì)量傳遞的形式。于是，把單元操作歸納為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。作歸納為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。3. 傳遞過程階段傳遞過程階段4. “三傳一反三傳一反”階段階段 20世紀(jì)世紀(jì)50年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了“化學(xué)反應(yīng)工化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)程學(xué)”這一新的分支。對化學(xué)反應(yīng)器的研究，不僅要運用這一新的分支。對化學(xué)反應(yīng)器的研究，不僅要運用化學(xué)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運用動量、熱量和質(zhì)量化學(xué)動力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運用動量、熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是傳遞原理。于是 “傳遞過程傳遞過程” 與與 “反

8、應(yīng)工程反應(yīng)工程” 成為當(dāng)今成為當(dāng)今化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡稱化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡稱 “三傳一反三傳一反” 階段。階段。2022-2-21精選課件10 化工過程化工過程：有目的的使原料經(jīng)過一系列的化學(xué)或物理變化，以獲得產(chǎn)品的工業(yè)過程，也稱為化工生產(chǎn)，或化工生產(chǎn)過程。圖圖1-1 基本化工生產(chǎn)過程基本化工生產(chǎn)過程原原料料 （1）預(yù)處理預(yù)處理 （2） 反反 應(yīng)應(yīng) （3）后處理后處理產(chǎn)產(chǎn)品品2022-2-21精選課件11化工生產(chǎn)過程化學(xué)反應(yīng)過程物理處理過程 化工生產(chǎn)的核心 原料的預(yù)處理 產(chǎn)品的加工(單元操作單元操作)2022-2-21精選課件12 單元操作單元操作：化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的所有

9、物理性操作。 在當(dāng)今化工及其相近工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的單元操作有幾十種之多，而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步還會不斷地開發(fā)出一些新型的單元操作。2022-2-21精選課件13單元操作的分類單元操作的分類：1）按操作目的分：）按操作目的分：p 流體輸送：p 物料的混合：氣體和液體的輸送主要指通過攪拌達(dá)到物料混合或分散的目的p 物料的加熱或冷卻：利用物料和環(huán)境之間的溫度差輸入或輸出熱量p 均相混合物的分離：氣體吸收、液體蒸餾、萃取等p 非均相混合物的分離：過濾和沉降2022-2-21精選課件142）按單元操作遵循的基本規(guī)律分：）按單元操作遵循的基本規(guī)律分：p 動量傳遞過程：動量傳遞過程：p 熱量傳遞過程：

10、熱量傳遞過程：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：流體輸送、沉降、過濾和離心分離等流體輸送、沉降、過濾和離心分離等遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作：遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作：如傳熱、蒸發(fā)等如傳熱、蒸發(fā)等p 質(zhì)量傳遞過程：質(zhì)量傳遞過程：遵循通過擴散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程：遵循通過擴散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程：吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等精選課件尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程生產(chǎn)尿素的原料是生產(chǎn)尿素的原料是氨氨和和二氧化碳二氧化碳。合成反應(yīng)分兩步合成反應(yīng)分兩步： （1）氨與二氧化碳生產(chǎn)氨基甲酸銨；氨與二氧化碳生產(chǎn)氨

11、基甲酸銨；2NH3（氣）+CO2（氣）=NH4COONH2（固） （2）甲酸銨脫水生成尿素；甲酸銨脫水生成尿素；NH4COONH2= NH2CONH2+H2O精選課件尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程圖2022-2-21精選課件17第三節(jié)第三節(jié) 化工中應(yīng)用的幾個基本規(guī)律化工中應(yīng)用的幾個基本規(guī)律p 物料衡算p 熱量衡算p 平衡關(guān)系p 過程速率2022-2-21精選課件181、物料衡算：、物料衡算： 物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副守恒定律。它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系。產(chǎn)物等之間的關(guān)系。 進(jìn)入的物

12、料量必等于排出的物料量和過程進(jìn)入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量：中的積累量：輸入物料量輸入物料量 排出物料量過程積累量排出物料量過程積累量2022-2-21精選課件19積累 MM入M出系 統(tǒng)圖1-2 物料衡算示意圖物料衡算式： M入 M出 M(1-1)連續(xù)穩(wěn)定流動：M入 M出 (1-2)2022-2-21精選課件20進(jìn)行物料衡算時，必須明確下面幾點：進(jìn)行物料衡算時，必須明確下面幾點：p 首先要確定衡算的范圍。首先要確定衡算的范圍。p 其次要確定衡算的基準(zhǔn)。其次要確定衡算的基準(zhǔn)。p 然后確定衡算的對象。然后確定衡算的對象。p 最后還要確定衡算對象的物理量及單位。最后還要確定衡算對象的

13、物理量及單位。2022-2-21精選課件212、熱量衡算：、熱量衡算： 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。 熱量衡算的目的是：熱量衡算的目的是：p 計算單位產(chǎn)品的能耗計算單位產(chǎn)品的能耗p 了解過程中能量的利用和損失情況了解過程中能量的利用和損失情況p 確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量p 設(shè)計換熱設(shè)備設(shè)計換熱設(shè)備2022-2-21精選課件22積累積累 QQ入入Q出出系系 統(tǒng)統(tǒng)圖圖1-3 熱量衡算示意圖熱量衡算示意圖熱量衡算式：熱量衡算式： Q入入 Q出出 Q穩(wěn)定的連續(xù)性操作：穩(wěn)定的連續(xù)性操作：Q入入 Q出出 (1-3)(1-4)202

14、2-2-21精選課件233、平衡關(guān)系：、平衡關(guān)系： 平衡關(guān)系可以確定過程進(jìn)行的方向、程度，平衡關(guān)系可以確定過程進(jìn)行的方向、程度，平衡狀態(tài)是過程進(jìn)行的極限。平衡狀態(tài)是過程進(jìn)行的極限。p 平衡關(guān)系的形式：平衡關(guān)系的形式：傳熱：高溫傳熱：高溫低溫，溫差為低溫，溫差為0時平衡。時平衡。傳質(zhì)：吸收，精餾等，傳質(zhì)推動力為傳質(zhì)：吸收，精餾等，傳質(zhì)推動力為0時平衡。時平衡。流體流動：高液位流體流動：高液位低液位，液面位置相同時平衡。低液位，液面位置相同時平衡。化學(xué)反應(yīng)：由不平衡向平衡移動，直到平衡?；瘜W(xué)反應(yīng)：由不平衡向平衡移動，直到平衡。p 確定過程的極限，確定能量利用和物料利用方案。確定過程的極限，確定能量

15、利用和物料利用方案。p 考察外界條件對平衡的影響，找出最大利用物料、能考察外界條件對平衡的影響，找出最大利用物料、能 量的條件量的條件2022-2-21精選課件244、過程速率（動力學(xué)過程）：、過程速率（動力學(xué)過程）：p 確定所需設(shè)備大?。捍_定所需設(shè)備大?。焊鶕?jù)過程需處理的物料量。根據(jù)過程需處理的物料量。p 確定提高過程速率的方法：確定提高過程速率的方法：過程速率（過程速率（）=過程推動力（過程推動力（ ）過程阻力（過程阻力（R）根據(jù)過程速率大小。根據(jù)過程速率大小。增加過程推動力增加過程推動力 ：壓強差、溫度差、濃度差。：壓強差、溫度差、濃度差。降低過程阻力降低過程阻力R：傳熱中提高：傳熱中提

16、高、等等。2022-2-21精選課件25單位制：單位制：英制單位：質(zhì)量： “磅”1 lb 0.4536 kg長度： “英尺” 1 ft 0.3048 m表表1-2 我國幾種舊單位制的基本量和基本單位我國幾種舊單位制的基本量和基本單位kgf (千克力)s (秒)m (米)米千克力秒制 MKfSs (秒) kg (千克) m (米)米千克秒制 MKSs (秒) g (克)cm (厘米)厘米克秒制 CGS 力時 間 質(zhì) 量長 度單位制基本量2022-2-21精選課件26表表1-3 SI 基本單位和輔助單位基本單位和輔助單位量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱國際符號國際符號備備 注注基 本單位長

17、度米metrem（1） 圓括號中的名稱與前面的名稱是同義詞；（2）去掉方括號后為全稱，去掉方括號和其中的字后為簡稱。質(zhì) 量千克 (公斤)kilogramkg時 間秒seconds電 流安 培AmpereA熱力學(xué)溫度開 爾文KelvinK發(fā)光強度坎 德拉CandelaCd物質(zhì)的量摩 爾molemol輔助單位平 面 角弧 度radianrad立 體 角球 面 角steradiansr2022-2-21精選課件27表表1-4 化工中常用的化工中常用的SI 導(dǎo)出單位舉例導(dǎo)出單位舉例量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱單位符號單位符號用用SI 基本單位表示的單位基本單位表示的單位面 積平方米m2m2體

18、 積立方米m3m3速 度米每秒m/sm/s密 度千克每立方米kg/m3kg/m3濃 度摩爾每立方米mol/m3mol/m3力牛頓Nkgm/s2壓強，應(yīng)力帕 斯卡Pa (=N/m2)kg/(ms2)2022-2-21精選課件28 續(xù)表續(xù)表1-4 化工中常用的化工中常用的SI 導(dǎo)出單位舉例導(dǎo)出單位舉例量的名稱量的名稱單單 位位 名名 稱稱單位符號單位符號用用SI 基本單位表基本單位表示的單位示的單位能，功，熱量焦 耳J (=Nm)kgm2/s2功 率瓦 特W (=J/s)kgm2/s3粘 度帕 斯卡秒Paskg/(ms)擴散系數(shù)平方米/秒m2/sm2/s熱容，熵焦 耳每開爾文J/Kkgm2/(s2K)導(dǎo)熱系數(shù)瓦 特每米開