第一章化学工业与化学工程1
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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 C、 技术密集型和能源密集型 2、现代化学工业的发展趋势 A、生产规模大型化 B、原料的生产方法的多样化 C、产品的精细化和专业化 D、生产过程的节能与绿色化
2020/5/26
2 化学工程基础课程简介
1. 化学工程的研究对象
2020/5/26
GIG0GL
——物料衡算的通式
衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2020/5/26
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。
由于连续操作，以1小时为基准。
2020/5/26
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： F0x0 F2x2
对总物料作衡算： 500F 02W 1W2 代入已知数据，得： 5000.1 02 0.3F2
F2 200k0g/h
2020/5/26
1 化学工业发展概况
6、 20世纪中叶，塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料 的原料几乎全部来自石油化工。引发了化工产业结构的变 革，带动了精细化工的发展。 7、20世纪80年代以来，化工产品品种多样化、功能化、精细 化成为化学工业的起点，化学工业由发展基础化工转向重点 发展精细化工。
物理性质，并不改变化学性质。
②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。
③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。
2020/5/26
3）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 动量 传
(wH)0QL
或
(mH) I
(mH)0QL
2020/5/26
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。
50 000 .12F1x1
解得：
500104.643F1
F1353 .6k 6g /h
x10.161 9.9 6 7% 7
2020/5/26
2． 热量衡算
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。
Q IQ 0Q L
或写成
——热量衡算通式
(wH) I
1-2 我国化学工业的发展与进步 1-3 化学工业分类 产物组成：无机化学工业、有机化学工业
原料资源：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
我国：行业划分、产品划分
P4
2020/5/26
1 化学工业发展概况
1-4 化学工业的特点与发展趋势 1、特点 A、 与人类的生存和发展息息相关
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，用热量传递理论研究
如：传热、冷凝、蒸发等
•传质过程 ——遵循传质基本规律，用 质量 传递理论研究
如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
2020/5/26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 化学工程原理学科性质与研究方法
1）学科性质——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
解：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 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。
2020/5/26
W1
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
W2
蒸发器2
F2 x2=0.3
选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作 以一批操作为基准）
W 1W230k0g/0h
由题意知 W2 1.05W1 W 1 14 .4 k6 /h g3W 2 15 .6 k3 /h g6
2020/5/26
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： F0x0 F1x1
对总物料作衡算： F0 W1 F1
代入已知数据，得：
2）研究方法——工程方法
因次分析法 ——直管湍流阻力
数学模型法 ——双膜模型的建立
参数综合法 ——过滤常数
当量法
——当量直径、当量长度等
类比法
——动量、热量、质量传递的类似律
2020/5/26
3. 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。
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3 化学工程处理问题的方法
1. 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。
2.
— — 单 元 操 作 （ Unit
Operations） ——化工生产中共有的物理操作
(1) 单元操作的概念
原料的预处理 化工生产过程 进行化学反应
单元操作
反应产物的分离与提纯
化学反应和若干个单元操作串联而成 化学工程基础——研究各个独立的单元操作
2020/5/26
2）单元操作的特点 ①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或
绪
2020/5/26
论
第一章 化学工业与化学工程
1 化学工业发展概况
1-1 化学工业概述 1、公元前2000多年前，最早化学工艺为制陶、冶炼、酿造、 漂染、揉革等，规模小、技术简单，作坊式生产。 2、18世纪中期，纺织业实现机械化 ，出现以食盐和硫酸为 原料制纯碱的路布兰法-----里程碑 3、19世纪中叶，出现了氨碱法制碱的索尔维法。随后，电 解法制碱问世， 4、20世纪初，合成氨技术的问世，标志着化学工业发展到一 个新阶段。 5、20世纪初汽油的需求量增大，促进了炼油技术发展，重 整、裂解等工艺的开发，提供了丰富的基本有机化工原料。
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2 化学工程基础课程简介
1. 化学工程的研究对象
2020/5/26
GIG0GL
——物料衡算的通式
衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2020/5/26
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。
由于连续操作，以1小时为基准。
2020/5/26
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： F0x0 F2x2
对总物料作衡算： 500F 02W 1W2 代入已知数据，得： 5000.1 02 0.3F2
F2 200k0g/h
2020/5/26
1 化学工业发展概况
6、 20世纪中叶，塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料 的原料几乎全部来自石油化工。引发了化工产业结构的变 革，带动了精细化工的发展。 7、20世纪80年代以来，化工产品品种多样化、功能化、精细 化成为化学工业的起点，化学工业由发展基础化工转向重点 发展精细化工。
物理性质，并不改变化学性质。
②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。
③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。
2020/5/26
3）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 动量 传
(wH)0QL
或
(mH) I
(mH)0QL
2020/5/26
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。
50 000 .12F1x1
解得：
500104.643F1
F1353 .6k 6g /h
x10.161 9.9 6 7% 7
2020/5/26
2． 热量衡算
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。
Q IQ 0Q L
或写成
——热量衡算通式
(wH) I
1-2 我国化学工业的发展与进步 1-3 化学工业分类 产物组成：无机化学工业、有机化学工业
原料资源：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
我国：行业划分、产品划分
P4
2020/5/26
1 化学工业发展概况
1-4 化学工业的特点与发展趋势 1、特点 A、 与人类的生存和发展息息相关
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，用热量传递理论研究
如：传热、冷凝、蒸发等
•传质过程 ——遵循传质基本规律，用 质量 传递理论研究
如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
2020/5/26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 化学工程原理学科性质与研究方法
1）学科性质——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
解：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 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。
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W1
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
W2
蒸发器2
F2 x2=0.3
选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作 以一批操作为基准）
W 1W230k0g/0h
由题意知 W2 1.05W1 W 1 14 .4 k6 /h g3W 2 15 .6 k3 /h g6
2020/5/26
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： F0x0 F1x1
对总物料作衡算： F0 W1 F1
代入已知数据，得：
2）研究方法——工程方法
因次分析法 ——直管湍流阻力
数学模型法 ——双膜模型的建立
参数综合法 ——过滤常数
当量法
——当量直径、当量长度等
类比法
——动量、热量、质量传递的类似律
2020/5/26
3. 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。
2020/5/26
3 化学工程处理问题的方法
1. 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。
2.
— — 单 元 操 作 （ Unit
Operations） ——化工生产中共有的物理操作
(1) 单元操作的概念
原料的预处理 化工生产过程 进行化学反应
单元操作
反应产物的分离与提纯
化学反应和若干个单元操作串联而成 化学工程基础——研究各个独立的单元操作
2020/5/26
2）单元操作的特点 ①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或
绪
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论
第一章 化学工业与化学工程
1 化学工业发展概况
1-1 化学工业概述 1、公元前2000多年前，最早化学工艺为制陶、冶炼、酿造、 漂染、揉革等，规模小、技术简单，作坊式生产。 2、18世纪中期，纺织业实现机械化 ，出现以食盐和硫酸为 原料制纯碱的路布兰法-----里程碑 3、19世纪中叶，出现了氨碱法制碱的索尔维法。随后，电 解法制碱问世， 4、20世纪初，合成氨技术的问世，标志着化学工业发展到一 个新阶段。 5、20世纪初汽油的需求量增大，促进了炼油技术发展，重 整、裂解等工艺的开发，提供了丰富的基本有机化工原料。