化工基礎-1-緒論-0課件3

1、化工基礎化學與材料科學學院孫 婷教材：上海師范大學，福建師范大學合編的化工基礎第四版化工基礎化學與材料科學學院教材：上海師范大學，福建師范大學合化工基礎課程介紹化工（專業(yè)必修課）：化工原理：材料，環(huán)境和生物化工基礎：化學基礎：物理化學公式多，計算多，過程復雜考試：半開卷不允許帶書，只允許帶“一張”A4的紙，正反面都可以寫成績作業(yè)+提問+出勤=平時成績（30%）期末考試占70%基本要求：不遲到，不講話，按時交作業(yè)化工基礎課程介紹化工（專業(yè)必修課）：第一章 緒 論第一節(jié) 化學工業(yè)與化學工程概述第二節(jié) 化工過程與單元操作第三節(jié) 化工中應用的幾個基本規(guī)律第四節(jié) 化工數(shù)據(jù)及單位第一章 緒 論第一節(jié) 化學

2、工業(yè)與化學工程概述2022/10/11第一章 緒 論42022/10/10第一章 緒 論42022/10/11第一章 緒 論5 化學工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎工業(yè)，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。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；（2）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；（3）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；（4）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。2022/10/10第一章 緒 論5 化學2022/10/11第一章 緒 論6化學工業(yè)的特點：（1）增長速度快；（2）化工

3、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)的復雜性促使化學工業(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；（5）新工藝的投入、生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及設備的腐蝕，致使化學工業(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；（8）化學工業(yè)與整個工業(yè)相輔相存，在經(jīng)濟發(fā)展中起支柱作用。2022/10/10第一章 緒 論6化學工業(yè)的特點：（12022/10/11第一章 緒 論7化學工程的研究內(nèi)容：2022/10/10第一章 緒 論7化學工程的研究內(nèi)容：2022/10/11第一章 緒 論8化學工程的發(fā)展階

4、段： 在20世紀前的幾百年時間里，出現(xiàn)了不少化學工業(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，這是最早的化學工程學?；瘜W工藝學階段2. 單元操作階段 20世紀初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學工業(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)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：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。2022/10/10第一章 緒 論8化學工程的發(fā)展階段：2022/10/11第一章 緒 論

5、9 到20世紀50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、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。3. 傳遞過程階段4. “三傳一反”階段 20世紀50年代中期，化學工程中出現(xiàn)了“化學反應工程學”這一新的分支。對化學反應器的研究，不僅要運用化學動力學和熱力學原理，而且要運用動量、熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是 “傳遞過程” 與 “反應工程” 成為當今化學工程學的兩大支柱。簡稱 “三傳一反” 階段。返回2022/10/10第一章 緒 論9 2022/10/11第一章 緒 論10 化工過程：有目的的使原料經(jīng)過

6、一系列的化學或物理變化，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1-1 基本化工生產(chǎn)過程原料 （1）預處理 （2） 反 應 （3）后處理產(chǎn)品2022/10/10第一章 緒 論10 化工過程：有2022/10/11第一章 緒 論11化工生產(chǎn)過程化學反應過程物理處理過程 化工生產(chǎn)的核心 原料的預處理 產(chǎn)品的加工(單元操作)2022/10/10第一章 緒 論11化工生產(chǎn)過程化學反2022/10/11第一章 緒 論12 單元操作：化工生產(chǎn)中除化學反應單元以外的所有物理性操作。 在當今化工及其相近工業(yè)生產(chǎn)中應用的單元操作有幾十種之多，而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進步還會不斷地開發(fā)出一些新型

7、的單元操作。2022/10/10第一章 緒 論12 單元操作：化2022/10/11第一章 緒 論13單元操作的分類：1）按操作目的分： 流體輸送： 物料的混合：氣體和液體的輸送主要指通過攪拌達到物料混合或分散的目的 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 均相混合物的分離：氣體吸收、液體蒸餾、萃取等 非均相混合物的分離：過濾和沉降2022/10/10第一章 緒 論13單元操作的分類：12022/10/11第一章 緒 論142）按單元操作遵循的基本規(guī)律分： 動量傳遞過程： 熱量傳遞過程：遵循流體力學基本規(guī)律的單元操作：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

8、操作：如傳熱、蒸發(fā)等 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：吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等2022/10/10第一章 緒 論142）按單元操作遵循尿素生產(chǎn)流程生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳。合成反應分兩步： （1）氨與二氧化碳生產(chǎn)氨基甲酸銨；2NH3（氣）+CO2（氣）=NH4COONH2（固） （2）甲酸銨脫水生成尿素；NH4COONH2= NH2CONH2+H2O尿素生產(chǎn)流程生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳。尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程圖尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程圖2022/10/11第一章 緒 論17第三節(jié) 化工中應用的幾個基本規(guī)律 物料衡算 熱量衡算 平衡關系 過程速率

9、2022/10/10第一章 緒 論17第三節(jié) 化工中應2022/10/11第一章 緒 論181、物料衡算： 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、副產(chǎn)物等之間的關系。 進入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量：輸入物料量 排出物料量過程積累量2022/10/10第一章 緒 論181、物料衡算： 2022/10/11第一章 緒 論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)2022/10/10第一章 緒 論19積累 MM入M2022/10/11第一章 緒 論20進行物料衡算時

10、，必須明確下面幾點： 首先要確定衡算的范圍。 其次要確定衡算的基準。 然后確定衡算的對象。 最后還要確定衡算對象的物理量及單位。2022/10/10第一章 緒 論20進行物料衡算時，必2022/10/11第一章 緒 論212、熱量衡算： 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。 熱量衡算的目的是： 計算單位產(chǎn)品的能耗 了解過程中能量的利用和損失情況 確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量 設計換熱設備2022/10/10第一章 緒 論212、熱量衡算： 2022/10/11第一章 緒 論22積累 QQ入Q出系 統(tǒng)圖1-3 熱量衡算示意圖熱量衡算式： Q入 Q出 Q穩(wěn)定的連續(xù)性操作：Q入 Q出 (1-3)(1

11、-4)2022/10/10第一章 緒 論22積累 QQ入Q2022/10/11第一章 緒 論233、平衡關系： 平衡關系可以確定過程進行的方向、程度，平衡狀態(tài)是過程進行的極限。 平衡關系的形式：傳熱：高溫低溫，溫差為0時平衡。傳質(zhì)：吸收，精餾等，傳質(zhì)推動力為0時平衡。流體流動：高液位低液位，液面位置相同時平衡。化學反應：由不平衡向平衡移動，直到平衡。 確定過程的極限，確定能量利用和物料利用方案。 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2022/10/10第一章 緒 論233、平衡關系： 2022/10/11第一章 緒 論244、過程速率（動力學過程）： 確定所需設備大?。焊鶕?jù)

12、過程需處理的物料量。 確定提高過程速率的方法：過程速率（）=過程推動力（ ）過程阻力（R）根據(jù)過程速率大小。增加過程推動力 ：壓強差、溫度差、濃度差。降低過程阻力R：傳熱中提高、等。2022/10/10第一章 緒 論244、過程速率（動力2022/10/11第一章 緒 論25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1-2 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

13、質(zhì) 量長 度單位制基本量2022/10/10第一章 緒 論25單位制：英制單位：2022/10/11第一章 緒 論26表1-3 SI 基本單位和輔助單位2022/10/10第一章 緒 論26表1-3 SI 2022/10/11第一章 緒 論27表1-4 化工中常用的SI 導出單位舉例2022/10/10第一章 緒 論27表1-4 化工中2022/10/11第一章 緒 論28 續(xù)表1-4 化工中常用的SI 導出單位舉例2022/10/10第一章 緒 論28 續(xù)表1-4 化2022/10/11第一章 緒 論29表1-5 SI 詞頭2022/10/10第一章 緒 論29表1-5 SI2022/10/11第一章 緒 論30例1-1 通用氣體常數(shù) R82.06 atmcm3/(molK)，將其換算成國際單位：kJ/(kmolK) 表示。方法：將復合單位所包含的簡單單位逐一按要求替換，最后化成所要求的單位形式。2022/10/10第一章 緒 論30例1-1 通用氣2022/10/11第一章 緒 論311、 化工基礎 ，上海師范