化学工业与化学工程.pptx

2024/3/29 周五 第一章第一章 化学工业与化学工程化学工业与化学工程4、20世世纪纪初初，合合成成氨氨技技术术的的问问世世，标标志志着着化化学学工工业业发发展展到到一一个新阶段。个新阶段。1 化学工业发展概况化学工业发展概况1、公公元元前前2000多多年年前前，最最早早化化学学工工艺艺为为制制陶陶、冶冶炼炼、酿酿造造、漂染、揉革等，规模小、技术简单，作坊式生产。漂染、揉革等，规模小、技术简单，作坊式生产。2、18世世纪纪中中期期，纺纺织织业业实实现现机机械械化化，出出现现以以食食盐盐和和硫硫酸酸为为原料制纯碱的路布兰法原料制纯碱的路布兰法-里程碑里程碑1-1 化学工业概述化学工业概述3、19世世纪纪中中叶叶，出出现现了了氨氨碱碱法法制制碱碱的的索索尔尔维维法法。随随后后，电电解法制碱问世，解法制碱问世，5、20世世纪纪初初汽汽油油的的需需求求量量增增大大，促促进进了了炼炼油油技技术术发发展展，重重整、裂解等工艺的开发，提供了丰富的基本有机化工原料。整、裂解等工艺的开发，提供了丰富的基本有机化工原料。2024/3/29 周五7、20世世纪纪80年年代代以以来来，化化工工产产品品品品种种多多样样化化、功功能能化化、精精细细化化成成为为化化学学工工业业的的起起点点，化化学学工工业业由由发发展展基基础础化化工工转转向向重重点点发展精细化工。发展精细化工。1 化学工业发展概况化学工业发展概况6、20世世纪纪中中叶叶，塑塑料料、合合成成纤纤维维、合合成成橡橡胶胶三三大大合合成成材材料料的的原原料料几几乎乎全全部部来来自自石石油油化化工工。引引发发了了化化工工产产业业结结构构的的变变革革，带动了精细化工的发展。带动了精细化工的发展。1-2 我国化学工业的发展与进步我国化学工业的发展与进步1-3 化学工业分类化学工业分类产物组成：无机化学工业、有机化学工业产物组成：无机化学工业、有机化学工业原料资源：原料资源：煤炭化学工业、石油化学工业、农产化学工业煤炭化学工业、石油化学工业、农产化学工业世界上：产品的性质、用途及加工过程相似原则世界上：产品的性质、用途及加工过程相似原则我国：行业划分、产品划分我国：行业划分、产品划分 P42024/3/29 周五1、特点、特点 1 化学工业发展概况化学工业发展概况1-4 化学工业的特点与发展趋势化学工业的特点与发展趋势2、现代化学工业的发展趋势、现代化学工业的发展趋势A、生产规模大型化、生产规模大型化B、原料的生产方法的多样化、原料的生产方法的多样化C、产品的精细化和专业化、产品的精细化和专业化A、与人类的生存和发展息息相关与人类的生存和发展息息相关人口增长、环境污染和能源短缺三大挑战人口增长、环境污染和能源短缺三大挑战B、原料路线、工艺路线和产品品种的多样性原料路线、工艺路线和产品品种的多样性C、技术密集型和能源密集型技术密集型和能源密集型D、生产过程的节能与绿色化、生产过程的节能与绿色化2024/3/29 周五 2 化学工程基础课程简介化学工程基础课程简介 化学反应和若干个单元操作串联而成 化学工程基础化学工程基础研究各个独立的单元操作研究各个独立的单元操作1.化学工程的研究对象化学工程的研究对象 单元操作（单元操作（Unit Operations）(1)单元操作的概念单元操作的概念化工生产过程 原料的预处理 进行化学反应 反应产物的分离与提纯单元操作单元操作 原料的预处理 反应产物的分离与提纯化工生产中共有的物理操作2024/3/29 周五2）单元操作的特点）单元操作的特点所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。2024/3/29 周五3）单元操作的分类）单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类（三传）流体动力过程 遵循流体动力基本规律，用遵循流体动力基本规律，用 动量动量 传传 递理论研究递理论研究如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化热过程 遵循传热基本规律，用遵循传热基本规律，用热量热量传递理论研究传递理论研究如：传热、冷凝、蒸发等传质过程 遵循传质基本规律，用遵循传质基本规律，用 质量质量 传递理论研究传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等2024/3/29 周五2.化学工程原理学科性质与研究方法化学工程原理学科性质与研究方法 1）学科性质）学科性质工程学科工程学科 用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程 2）研究方法）研究方法工程方法工程方法 因次分析法 数学模型法 参数综合法 当量法 类比法直管湍流阻力双膜模型的建立过滤常数当量直径、当量长度等动量、热量、质量传递的类似律2024/3/29 周五3.化学工程原理的学习方法化学工程原理的学习方法 发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本求源。选择：为了达到或实现某一工程目的，能否对过程和设备作合理的选择和组合。设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。2024/3/29 周五 3 化学工程处理问题的方法化学工程处理问题的方法1.1.物料衡算物料衡算 依据质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。物料衡算的通式物料衡算的通式2024/3/29 周五定态过程，积累为零。则：衡算的系统整个生产过程某一设备系统中的所有物料某一个组分衡算的对象例例2024/3/29 周五 例：例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12（质量）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；（2）第一蒸发器送出的溶液浓度。解：解：首先画一个流程图表示进行的过程首先画一个流程图表示进行的过程 用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。划定衡算的范围划定衡算的范围 为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭的虚线画出。2024/3/29 周五 选选择择衡衡算算基基准准（连连续续操操作作以以单单位位时时间间为为基基准准，间间歇歇操操作作以一批操作为基准）以一批操作为基准）由于连续操作，以1小时为基准。蒸发器1蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.32024/3/29 周五 确定衡算对象确定衡算对象 此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的NaOH溶液量B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。对盐作物料衡算：对总物料作衡算：代入已知数据，得：由题意知2024/3/29 周五 求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。对盐作物料衡算：对总物料作衡算：代入已知数据，得：解得：2024/3/29 周五2 热量衡算热量衡算依据：能量守恒定律依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系 统输出的总热量与损失的热量之和。热量衡算通式热量衡算通式或写成2024/3/29 周五 热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先划定衡算范围及衡算基准。此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0为基准温度，并规定0时液态的焓值为零。3.3.过程的平衡和速率过程的平衡和速率 平衡问题平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。平衡是一个动态的过程。例例2024/3/29 周五 速率速率 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：过程所处的状态与平衡状态的距离，阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。2024/3/29 周五 例例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）的某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。解：解：根据题意画出流程图 换热器120饱 和 水 蒸气0.095kg/s120饱 和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/s2024/3/29 周五基准：1s在图中虚线范围内作热量衡算从附录查出120饱和水蒸气的焓值为278.9kJ/kg，120饱和水的焓值为503.67kJ/kg。在此系统中输入的热量：蒸气带入的热量：溶液带入的热量：输出的热量：2024/3/29 周五冷凝水带出的热量：溶液带出的热量：根据能量衡算式，有：热量损失的百分数=2024/3/29 周五三、单位及单位制三、单位及单位制1.1.单位及单位单位及单位 基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相乘、除而构成的。单位制：单位制：基本单位与导出单位的总和。2024/3/29 周五物理单位制：基本单位：长度cm/m 质量g/kg 时间s工程单位制：基本单位：长度cm 力 kgf 时间s SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个：长度m、质量kg、时间s、温度K、物质量mol2 2单位衡算单位衡算 已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。按题意需将kgf/cm2中的单位换算成N，cm2换算成m2,查附录1：换算关系为：2024/3/29 周五1 1kgf=9.81=9.81N，1 1cm=0.01=0.01m上述关系代入，得：3单位的正确运用单位的正确运用 理论公式理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间 的关系，又叫物理方程。具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位 来表示各物理量即可。2024/3/29 周五 经验公式经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量 的数字之间的关系，又叫数字公式数字公式。公式中所用的单位一般都是指定的，在计算 中只要将数字代入，算出结果，然后加上规 定的单位就行了。