《清華大學(xué)化工原理》課件

《清華大學(xué)化工原理》課程簡介歡迎來到《清華大學(xué)化工原理》課程！本課程將帶您深入了解化工過程的基本原理和應(yīng)用，為您的未來學(xué)習(xí)和工作打下堅實基礎(chǔ)。化工原理的基本概念定義化工原理是一門研究化工過程的基本原理和規(guī)律的學(xué)科，它以物理化學(xué)、化學(xué)工程等學(xué)科為基礎(chǔ)，研究化工過程中的物質(zhì)傳遞、能量傳遞和化學(xué)反應(yīng)等基本問題。重要性化工原理是化工、材料、能源、環(huán)保等領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課，掌握化工原理知識是從事相關(guān)工作的必備基礎(chǔ)?；卧僮骱喗榉蛛x操作蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附、干燥等，用于分離不同組分。反應(yīng)操作反應(yīng)器設(shè)計，用于進行化學(xué)反應(yīng)。傳遞操作傳質(zhì)、傳熱、流體流動，用于物質(zhì)和能量的傳遞。化工反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率研究化學(xué)反應(yīng)進行的快慢程度，影響因素包括溫度、濃度、催化劑等。反應(yīng)機理研究化學(xué)反應(yīng)的具體過程，包括反應(yīng)步驟、中間產(chǎn)物等。反應(yīng)器設(shè)計根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)，設(shè)計合適的反應(yīng)器，提高反應(yīng)效率。熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律：能量守恒。熱力學(xué)第二定律：熵增原理。熱力學(xué)第三定律：絕對零度熵值。傳質(zhì)理論1分子擴散由于濃度梯度導(dǎo)致的分子運動，較慢。2對流傳質(zhì)由于流體流動導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞，較快。3傳質(zhì)速率方程描述傳質(zhì)速率與驅(qū)動力和傳質(zhì)阻力之間的關(guān)系。傳熱理論熱傳導(dǎo)通過靜止介質(zhì)傳遞熱量，如金屬棒。對流傳熱通過流體流動傳遞熱量，如風(fēng)扇散熱。輻射傳熱通過電磁波傳遞熱量，如太陽輻射。流體流動流體性質(zhì)密度、粘度、表面張力等。1流體動力學(xué)研究流體運動規(guī)律，如伯努利方程。2流動類型層流、湍流。3流動阻力管道摩擦阻力、局部阻力。4常見化工設(shè)備簡介1反應(yīng)器進行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，如釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器。2分離設(shè)備分離不同組分的設(shè)備，如蒸餾塔、吸收塔、萃取塔。3傳遞設(shè)備用于傳遞物質(zhì)和能量的設(shè)備，如換熱器、泵、壓縮機?；すに嚵鞒淘O(shè)計概述1原料選擇根據(jù)產(chǎn)品要求，選擇合適的原料。2工藝流程設(shè)計確定生產(chǎn)步驟、設(shè)備選型、參數(shù)計算。3安全環(huán)保評估評估工藝流程的安全性和環(huán)境影響。4經(jīng)濟效益分析分析工藝流程的經(jīng)濟效益，選擇最佳方案。分離操作單元蒸餾吸收萃取結(jié)晶吸附干燥蒸餾原理與設(shè)計原理利用不同組分沸點差異，通過加熱和冷卻，將混合物分離成不同餾分。設(shè)計根據(jù)物料性質(zhì)、分離要求，選擇合適的蒸餾塔類型、塔板或填料、操作條件等。吸收與吸附原理與設(shè)計吸收利用溶劑吸收氣體中的目標組分，如氨水的吸收。吸附利用吸附劑吸附氣體或液體中的目標組分，如活性炭吸附VOCs。設(shè)計根據(jù)物料性質(zhì)、分離要求，選擇合適的吸收塔或吸附塔類型、填料、操作條件等。干燥操作原理與設(shè)計自然干燥：利用太陽能干燥物料，如曬衣服。人工干燥：利用熱源干燥物料，如烘干機。真空干燥：利用真空降低水的沸點，如真空干燥箱。提取與膜分離操作1提取利用溶劑從混合物中選擇性地提取目標組分。2膜分離利用膜的選擇透過性，將不同組分分離。3應(yīng)用提取廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域，膜分離應(yīng)用于水處理、生物制藥等領(lǐng)域。結(jié)晶操作原理與設(shè)計原理通過降低溶液的溶解度，使溶質(zhì)以晶體形式析出。設(shè)計根據(jù)物料性質(zhì)、結(jié)晶要求，選擇合適的結(jié)晶器類型、操作條件、冷卻方式等。反應(yīng)操作單元釜式反應(yīng)器適合液相反應(yīng)，攪拌均勻，反應(yīng)效率高。管式反應(yīng)器適合氣相反應(yīng)，傳熱效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)器設(shè)計時間濃度化工過程控制基礎(chǔ)1反饋控制根據(jù)輸出信號，調(diào)整輸入信號，使輸出信號保持在設(shè)定值。2前饋控制根據(jù)擾動信號，提前調(diào)整輸入信號，減少擾動對輸出信號的影響。3自適應(yīng)控制根據(jù)系統(tǒng)變化，自動調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)始終處于最佳控制狀態(tài)。化工安全與環(huán)保安全生產(chǎn)遵守安全操作規(guī)程，預(yù)防事故發(fā)生，保障人身安全和財產(chǎn)安全。環(huán)境保護減少污染物排放，保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。案例分析:甲醇合成工藝案例分析:乙烯生產(chǎn)工藝1原料氣制備從天然氣或石油裂解制備原料氣。2乙烯裂解在高溫下將原料氣裂解生成乙烯。3乙烯分離利用不同組分沸點差異，將乙烯分離出來。案例分析:石油化工工藝石油煉制將原油加工成汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。石油化工以石油煉制產(chǎn)品為原料，生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品?？沙掷m(xù)發(fā)展減少污染物排放，提高能源利用效率。案例分析:制藥工藝原料藥合成制劑生產(chǎn)質(zhì)量控制案例分析:食品加工工藝原料預(yù)處理清洗、切碎、粉碎等。加工過程蒸煮、烘烤、發(fā)酵等。包裝與儲存包裝、密封、冷藏等。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)1實驗?zāi)康尿炞C理論知識，培養(yǎng)實驗技能。2實驗內(nèi)容蒸餾、吸收、干燥、化工反應(yīng)、流體流動、傳熱等。3實驗要求獨立操作，記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)果，撰寫報告。實驗一:蒸餾實驗實驗?zāi)康恼莆照麴s操作的原理和方法，學(xué)習(xí)蒸餾塔的設(shè)計和操作。實驗內(nèi)容將乙醇和水的混合物進行蒸餾，測定餾分的組成和產(chǎn)量。實驗二:吸收實驗實驗?zāi)康恼莆瘴詹僮鞯脑砗头椒?，學(xué)習(xí)吸收塔的設(shè)計和操作。實驗內(nèi)容利用水吸收空氣中的二氧化碳，測定吸收效率。實驗三:干燥實驗自然干燥實驗人工干燥實驗實驗四:化工反應(yīng)實驗1實驗?zāi)康恼莆栈し磻?yīng)操作的原理和方法，學(xué)習(xí)反應(yīng)器設(shè)計和操作。2實驗內(nèi)容進行酯化反應(yīng)，測定反應(yīng)速率和產(chǎn)率。實驗五:流體流動實驗實驗?zāi)康恼莆樟黧w流動的基本原理和規(guī)律，學(xué)習(xí)管道設(shè)計和操作。實驗內(nèi)容測量不同流體在管道中的流動阻力。實驗六:傳熱實驗實驗?zāi)康恼莆諅鳠岵僮鞯脑砗头椒ǎ瑢W(xué)習(xí)換熱器設(shè)計和操作。1實驗內(nèi)容測量不同介質(zhì)之間的熱量傳遞速率。2實驗教學(xué)目標與要求1獨立操作熟練掌握實驗操作步驟，能夠獨立完成實驗。2記錄數(shù)據(jù)準確記錄實驗數(shù)據(jù)，并進行整理和分析。3撰寫報告規(guī)范撰寫實驗報告，內(nèi)容完整、邏輯清晰、圖表規(guī)范。實驗報告撰寫規(guī)范1標題簡潔明了，反映實驗內(nèi)容。2實驗?zāi)康暮喴f明實驗的目的和意義。3實驗原理闡述實驗所依據(jù)的理論知識。4實驗步驟詳細記錄實驗操作步驟，并附上實驗裝置圖。5實驗結(jié)果整理實驗數(shù)據(jù)，并進行分析和討論。6結(jié)論總結(jié)實驗結(jié)果，得出結(jié)論。綜合實驗設(shè)計分離操作反應(yīng)操作傳質(zhì)操作傳熱操作流體流動課程總結(jié)知識點化工原理的基本概念、單元操作、工藝流程設(shè)計等。實驗技能掌握各種實驗操作技能，能夠獨立完成實驗。安全環(huán)保樹立安全環(huán)保意識，遵守相關(guān)法規(guī)?？己诵问浇榻B平時成績課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實驗成績。期末考試閉卷考試，涵蓋課程所有內(nèi)容?？己艘笳f明平時成績占總成績的30%，注重課堂參與和實驗操作。期末考試占總成績的70%，注重理論知識掌握和應(yīng)用能力。復(fù)習(xí)重點總結(jié)化工原理基本概念物質(zhì)傳遞、能量傳遞、化學(xué)反應(yīng)等。常見化工單元操作蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附、干燥等?；み^程控制反饋控制、前饋控制、自適應(yīng)控制等。化工安全與環(huán)保安全操作規(guī)程、污染物排放控制等。答疑交流歡迎同學(xué)們積極提問，老師會耐心解答。鼓勵同學(xué)們相互交流，共同進步。課程資源推薦1教材《化工原理》第五版，劉天西主編。2參考書《化工原理》習(xí)題解答，劉天西主編。3網(wǎng)絡(luò)資源清華大學(xué)化工系網(wǎng)站、MOOC平臺。課程師資介紹主講教師教授，博士生導(dǎo)師，長期從事化工原理教學(xué)和研究工作。助教團隊研究生，協(xié)助老師進行教學(xué)和答疑工作。課程教學(xué)團隊教授負責(zé)課程教學(xué)和學(xué)術(shù)指導(dǎo)。助教協(xié)助教師進行教學(xué)和答疑工作。課程教學(xué)反饋學(xué)生滿意度通過問卷調(diào)查、課堂反饋等方式，了解學(xué)生對課程的滿意度。教學(xué)改進根據(jù)學(xué)生反饋，不