化工基礎(chǔ)第一章緒論

化工基礎(chǔ)Elementary

Chemical

Engineeringyarun3/4/20231化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!章緒論Introduction3/4/20232化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

§1－1本課程的性質(zhì)與內(nèi)容一、本課程的性質(zhì)

化工基礎(chǔ)是是高師化學專業(yè)唯一的一門工程技術(shù)類課程，這是一門緊密聯(lián)系化工生產(chǎn)實際的技術(shù)基礎(chǔ)課。是一門探討化工類型生產(chǎn)過程的基本規(guī)律，并應用這些規(guī)律來分析和解決化工類型生產(chǎn)實際問題的學科。

3/4/20233化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!二、本課程的主要內(nèi)容（“三傳一反一工”）

本課程包括“化工原理（“三傳”）”、“化學反應工程（基本反應器）”及“化工工藝學”三大部分內(nèi)容。習慣上稱為“三傳一反一工”。共八章的內(nèi)容。

用化工手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過程統(tǒng)稱為化工生產(chǎn)過程?；瘜W工業(yè)是一個多行業(yè)多品種的生產(chǎn)部門，各種產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和工藝方法可能千差萬別，但是任何化工生產(chǎn)過程都可以分解和歸納為兩類過程，即化學反應過程和物理處理過程，這也就是核心部分和輔助部分兩大部分。3/4/20234化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

例如，高壓法生產(chǎn)聚乙烯，上述過程可圖示如下：壓縮機加熱器聚合反應器分離器?；?/p>

聚乙烯

乙烯回收乙烯

粒狀聚乙烯乙烯的壓縮與預熱為預處理過程；聚合反應后，物料的分離與聚乙烯的?；?，則為產(chǎn)物的后處理過程。3/4/20235化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

（一）單元操作（UnitOperation）1、單元操作概念：不同化工行業(yè)生產(chǎn)過程中所共有的基本的物理操作過程稱為單元操作。

任何一個化工生產(chǎn)過程都是由若干個單元操作經(jīng)過合理地組合，再與化學反應串聯(lián)而成。

所有單元操作的綜合就構(gòu)成了化學工程的基礎(chǔ)學科——化學工程原理，簡稱化工原理。3/4/20236化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!（二）本課程的主要內(nèi)容（“三傳一反一工”）

1、化工原理部分內(nèi)容：

（三傳）

盡管各單元操作多種多樣，但就它們發(fā)生的過程和所遵循的物理規(guī)律的共性而言，可以將它們從物理本質(zhì)上歸納為三類基本傳遞過程，即：動量傳遞過程、熱量傳遞過程、質(zhì)量傳遞過程，簡稱“三傳”。（1）動量傳遞過程：主要討論流體動力學過程的基本規(guī)律，即研究流體的流動及流體和與之接觸的固體壁面間發(fā)生相對運動時的基本規(guī)律，以及受這些規(guī)律支配的若干單元操作，如：流體的流動與輸送、沉降、過濾等。

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3/4/20237化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!化學反應器是化工生產(chǎn)中用于進行化學反應的設(shè)備，是整個生產(chǎn)過程的心臟。

這一部分內(nèi)容討論的不深，參考書也很少，只是討論化學反應工程的某些基本概念和基本反應器的基本原理。

3/4/20238化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!§1－2學習本課程的目的

課程的學習目的和要求是由專業(yè)的培訓規(guī)格和目標決定的，對于化學專業(yè)的學生，學習一定的化工基礎(chǔ)知識，其主要目的有以下幾個方面：

3/4/20239化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!三、中等教育結(jié)構(gòu)改革的需要高等師范化學專業(yè)將會有更多的畢業(yè)生從事中等職業(yè)技術(shù)教育。為適應這一新的需要，很有必要對化學專業(yè)學生和在職中學教師加強化工方面的教育，使他們不僅有堅實的基礎(chǔ)理論知識，較寬的知識視野，還要有一定的解決實際問題的能力。四、對科研起到一定的指導作用學習本課程，將有助于指導化學科研工作。學習化工基礎(chǔ)，有助于改進實驗室的裝置及組合，改進實驗的操作方式、方法和條件，或者對實驗的優(yōu)化提供指導性建議，使科研取得更好的成果。3/4/202310化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!

§1－3－1單位制基本量：任何單位制的建立，都是首先選擇幾個獨立的物理量，如長度、時間、質(zhì)量等，并以使用方便為原則規(guī)定出它們的單位，這些物理量稱為基本物理量，簡稱基本量，其單位稱為基本單位；導出量：其它的物理量，如速度、加速度等的單位則根據(jù)有關(guān)的物理定義或定律，由有關(guān)的基本單位推導而出，這些物理量稱為導出量，對應的單位稱為導出單位。3/4/202311化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!常用單位制長度時間質(zhì)量重量（力）cgs制（物理單位制）cmsgMKS制mskg重力制（工程制）mskgf千克力一、過去常用的單位制重力單位制是工程學科常用的單位制，因此又稱工程單位制。3/4/202312化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!基本量的名稱基本單位名稱基本單位符號長度米m質(zhì)量千克kg時間秒s電流安培A熱力學溫度開爾文K物質(zhì)的量摩爾mol發(fā)光強度坎德拉cd表1.國際單位制的基本量與基本單位（7個）其他物理量的單位，都可以由這七個基本單位中的某幾個單位根據(jù)物理定義或規(guī)律組合而成。3/4/202313化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!2、SI的優(yōu)越性（1）通用性：SI具有高度的通用性或者統(tǒng)一性。它包括了所有領(lǐng)域中的計量單位，從而使科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟貿(mào)易甚至日常生活等都只使用SI一種單位制。（2）一貫性：使用SI在導出單位時，不需引入比例系數(shù)，而且SI中任何一個物理量只有一個單位。熱、功、能是本質(zhì)相同的物理量，計算或比較時由于單位不同必須采用“熱功當量”進行換算：1kcal=427kgf.m,1kcal=4.18kJ。在SI中，既然三者本質(zhì)相同，則其單位統(tǒng)一，統(tǒng)一使用kJ為單位，這樣使得計算或比較非常方便。3/4/202314化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!

非國際單位制是指，如時間的單位除了用秒外，還可以用分（min）、小時（h），天（d）；質(zhì)量的單位除了用kg外，還可以用噸（t），體積的單位除了用m3外，還可以用升（l）等。3/4/202315化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!§1－3－2單位換算

單位換算包括物理量的單位換算和經(jīng)驗公式的單位換算。1、物理量的單位換算

物理量由一種單位制換算成另一種單位制時，換算時需要引用換算因數(shù)。如：1m=100cm，換算因數(shù)為100cm/m。

3/4/202316化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!例1－1SI中，質(zhì)量為1kg的物體在重力場的作用下受到多大的力？解：F=mg=1×9.81=9.81N質(zhì)量為1kg的物體在重力場的作用下受到的力，定義為重力單位制中的基本量重量（力）的單位kgf,1kgf＝9.81N。3/4/202317化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!

2、經(jīng)驗公式的的單位換算

工程中遇到的公式除了物理量方程外，還有另一種公式是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)整理而成的經(jīng)驗公式。式中各物理量只代表數(shù)字部分，而它們的單位必須采用指定的單位，故經(jīng)驗公式又稱數(shù)字公式。若已知物理量的單位與經(jīng)驗公式的單位不符，則應先將已知數(shù)據(jù)換算成經(jīng)驗公式中指定的單位，然后再代入公式進行計算。若經(jīng)驗公式經(jīng)常使用，則應將公式加以換算，使式中各物理量都采用計算者所希望的單位，這就是經(jīng)驗公式的的單位換算。3/4/202318化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!該課程兼有“科學”與“技術(shù)”的特點，它綜合運用數(shù)學、物理、化學等基礎(chǔ)知識，來分析和解決化工類型生產(chǎn)過程中的各種問題，在化學、化工類專業(yè)人才培養(yǎng)中，它承擔著工程科學與工程技術(shù)的雙重教育任務，所以它起到理論學科與應用學科的搭橋作用。本課程強調(diào)工程觀點、定量運算、實驗技能及設(shè)計能力的培養(yǎng)，強調(diào)理論聯(lián)系實際。工程觀點－－理論上的正確性、技術(shù)上的可行性、操作上的安全性、經(jīng)濟上的合理性。3/4/202319化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!核心部分：化學反應過程及其設(shè)備（反應器）是整個化工生產(chǎn)過程的核心。

前處理過程：又稱預處理過程，在進行化學反應之前，對原料進行各種預處理，以便為反應過程創(chuàng)造最適宜的工藝條件，如適宜的物料狀態(tài)、純度以及它應具有的溫度、壓強等。后處理過程：化學反應后，對產(chǎn)物或中間產(chǎn)物需要進行必要的后處理，以便獲得合格的最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)物。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~（核心部分）（輔助部分）3/4/202320化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!

前后處理工序中所進行的過程多數(shù)是純物理過程。同樣，其它各種化工生產(chǎn)過程，除化學反應外，其余操作步驟都可歸納為若干種基本的物理過程，如流體的輸送與壓縮、沉降、過濾、傳熱、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、蒸餾、萃取、冷凍等。人們在長期從事化工生產(chǎn)實踐中，自然而然地把組成不同化工行業(yè)生產(chǎn)過程所共有的基本的物理操作過程抽提出來，研究其各自內(nèi)在的規(guī)律性，并在理論上加以總結(jié)和提高，再應用到生產(chǎn)實踐中去，這些基本的物理操作過程就稱為單元操作。3/4/202321化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!2、單元操作的特點：

①單元操作都是純物理性操作，這些操作只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，并不改變物料的化學性質(zhì)；②單元操作都是化工生產(chǎn)過程中共有的操作。

單元操作廣泛的應用于石油、化工、輕工、冶金、動力及原子能等多種行業(yè)中。

③某單元操作作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其遵循的原理是相同的，進行該操作的設(shè)備也是相似的、通用的。

當然，同一單元操作在不同的化工生產(chǎn)過程中有以上的共性，但也有其各自的特性，比如各自的工藝條件、操作指標等，是完全不同的。就是同一單元操作，所用設(shè)備的形式、結(jié)構(gòu)也是各種各樣的?；ぴ碇皇怯懻撈涔残?。3/4/202322化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!（2）熱量傳遞過程：主要討論熱量傳遞過程的基本規(guī)律，以及受這些規(guī)律支配的若干單元操作，如：加熱、冷卻、蒸發(fā)等。

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列管式換熱器

（3）質(zhì)量傳遞過程：主要討論物質(zhì)通過相界面的遷移過程的基本規(guī)律，以及受這些規(guī)律支配的若干單元操作，如：液體的蒸餾、氣體的吸收、固體的干燥等。swf/003/3-06.swf

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板式塔2、化學反應工程部分內(nèi)容：（一反）

化學反應工程是以化學動力學、化學熱力學以及“三傳”的原理為基礎(chǔ)，研究工業(yè)規(guī)模的化學反應的規(guī)律，為反應器的設(shè)計、放大、選型及生產(chǎn)控制提供理論依據(jù)。3/4/202323化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!3、化工工藝學部分內(nèi)容：（一工）

化工工藝學是研究如何利用天然原料或半成品通過適當?shù)幕瘜W和物理的方法加工成化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的學科。

它的任務是依據(jù)化學、物理化學、化學工程原理，尋求技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理的生產(chǎn)方法、工藝流程、最佳操作條件和適宜的設(shè)備構(gòu)型。

3/4/202324化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!一、改善專業(yè)知識結(jié)構(gòu)的需要

作為化學專業(yè)的學生，學習一些“三傳”及反應器的基本知識，了解幾個典型的化工工藝，對改善自己的知識結(jié)構(gòu)，拓寬知識面，無疑是有益的。二、科技發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的需要

21世紀的中學教師必須是“全能型”或“完整型”的教師。即21世紀的中學教師既能教學，又會科研，還要懂生產(chǎn)的多面手，否則難以適應科技發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)的需要。因此，化學專業(yè)的學生具備必要的技術(shù)經(jīng)濟觀點和一定的工業(yè)生產(chǎn)知識，就是必須的了。3/4/202325化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!§1－3單位制和單位換算

化學工程和化學工藝中涉及多種物理量，任何一個物理量的大小都是用數(shù)字與單位聯(lián)合表達的，缺一不可。3/4/202326化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!基本單位、導出單位再加上一些輔助單位及有關(guān)的規(guī)則，即可構(gòu)成一種單位制。3/4/202327化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!二、國際單位制

國際單位制是1960年10月第十一界國際計量大會通過的一種優(yōu)越性較大的新單位制，其代號為SI。1、SI的基本量與基本單位

SI是MKS制的引申，除了MKS制中原有的長度、時間和質(zhì)量三個基本量外，又加上了四個基本量：3/4/202328化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!表2.國際單位制的輔助單位（2個）

表3.國際單位制中具有專門名稱的導出單位（共17個）量的名稱單位名稱單位符號平面角弧度rad立體角球面角sr量的名稱單位名稱單位符號其它表示式示例頻率赫茲Hzs－1力；重力牛頓N㎏·m/s2壓力（壓強）應力帕斯卡PaN/m2

能量，功，熱焦耳JN·m功率瓦特WJ/s攝氏溫度攝氏度℃*3/4/202329化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!三、目前我國使用的單位制

1984年國務院發(fā)布命令，確定我國統(tǒng)一使用以SI為基礎(chǔ)，包括由我國指定的若干非國際單位制在內(nèi)的《中華人民共和國法定計量單位制》，簡稱《法定計量單位制》，并且規(guī)定，從1991年起，除個別領(lǐng)域外，不允許使用非《法定計量單位制》。3/4/202330化工基礎(chǔ)章緒論共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!表4.國家選定的非國際單位制單位

量的名稱單位名稱單位符號換算關(guān)系時間分min1min=60s小時h1h=60min=3600s天（日）d1d=24h=86400s平面角秒(")1"=(π/648000)rad分(')1'=60"(π/108000)rad度(°)1°=60'(π/180)rad旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)每分r/min1r/min=(1/60)s-1質(zhì)量噸t1t=103kg原子質(zhì)量單位u1u≈1.6605655×