化工基础(张四方)绪论
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化工基础(张四方),传热
四.传热中的一些基本物理量和单位
热量Q：是能量的一种形式， J 传热速率 常用q表示 是指单位时间传递的热量， W 传热速率也称为热流量，或热负荷
热流密度q：单位面积上的传热速率，W· m 潜热：单位质量的物质在发生相变化时伴随的热量变化J/kg 比定压热容cp：压力恒定时，单位质量的物质温度升高1K时 所需的热量，J· -1· -1 K kg
均值。
二. 平面壁的稳定热传导 1）单层平壁的稳定热传导
对于稳定传热，导热速率q不随时间而变。
t2
t1
q dt
A 0 d
q t 2 t1 A
t1 t2
q
A
t1 t 2
t1 t 2 t 推动力 (A) R 热阻
R——导热热阻，传导距离δ越大，传热面 积和导热系数越小，传导热阻越大。
3 间壁式传热
在多数情况下，化工工艺上不允许冷热流体直接接触，故直接接触式 传热和蓄热式传热在工业上并不很多，工业上应用最多的是间壁式传热过 程。这类换热器的特点是在冷、热两种流体之间用一金属壁(或石墨等导热 性能好的非金属壁)隔开，以便使两种流体在不相混合的情况下进行热量传 递。这类换热器中以套管式换热器和列管式换热器为典型设备。
液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，绝大多数液体 的导热系数随温度的升高而略有减小。
气体的导热系数
气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于保温。 气体的导热系数随温度升高而加大 。 在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强变化极小 注意：在传热过程中，物质内不同位置的温度可能不相同， 因而导热系数也不同，在工程计算中常取导热系数的算术平
对数平均半径
2rm l t1 t 2 2l (t1 t 2 ) r2 r2 r1 ln r1
化工基础第一章
1.5 热量衡算
化工生产中所需的能量以热为主，用于改变物料的温度与聚集状 态，提供反应所需热量等。若操作中有几种能量相互转化，则其 间的关系用能量衡算来定，若只牵涉到热，能量衡算便简化为热 量衡算。 能量衡算的基础是能量守恒定律。 输入 输出 累积 消耗 输入=输出 累积/消耗 输出+累积 若为稳定过程，输入 输出 输入=输出 输入
SI中能量和热量都是以J(焦尔)或kJ(千焦尔)为单位。1 J=1N·m。工
程制的能量单位是[千克(力)·米]，热量单位是[千卡]。它们之间的换 算关系如下： 1kcal=427kgf·m=4.187kJ 热量衡算计算方法与物料衡算相同 返回
1千克（力）指的是质量为1kg的物体在地面上的重量，即：
1kgf = 9.81kg ⋅ m / s = 9.81N
2
则： 1kg =
1 kgf ⋅ s 2 / m 9.81
各种单位之间的换算详见教材P441附录一。 *注：在以后所进行的计算中，需将所有单位转换成同一单位制。 如题目无特别说明，均采用SI制 Example：
化学工程学科的发展 1923年美国麻省理工学院的著名教授W. 1923年美国麻省理工学院的著名教授W. H. 华克尔等人编写出版的 年美国麻省理工学院的著名教授 第一部关于单元操作的著作――化工原理（ ――化工原理 第一部关于单元操作的著作――化工原理（Principles of ），从而奠定了化学工程作为一门独立工 Chemical Engineering ），从而奠定了化学工程作为一门独立工 程学科的基础，完成了从化工生产工艺到单元操作的发展， 程学科的基础，完成了从化工生产工艺到单元操作的发展，推进认 识上的一个飞跃。 识上的一个飞跃。对于化学工程学科的形成和发展起到了推动作用 我国于20世纪 年代创办了化学工程系，开设了化工原理课程。 世纪20年代创办了化学工程系 。我国于 世纪 年代创办了化学工程系，开设了化工原理课程。 解放之后，我国先后出版了以单元操作为主线的《化工原理》 解放之后，我国先后出版了以单元操作为主线的《化工原理》、《 化工过程及设备》 化工操作原理及设备》等教科书。 化工过程及设备》、《化工操作原理及设备》等教科书。 随着对化学品需求的增长，引起了从手工业向大工业的过渡。 随着对化学品需求的增长，引起了从手工业向大工业的过渡。化学 家分为纯化学家和工业化学家（或称应用化学家）。 ）。纯化学家主要 家分为纯化学家和工业化学家（或称应用化学家）。纯化学家主要 对合成新物质，发现新的化学反应，测定物质的化学结构和性质， 对合成新物质，发现新的化学反应，测定物质的化学结构和性质， 以及新的机理、规律、理论感兴趣。 以及新的机理、规律、理论感兴趣。工业化学家则着眼于将该化学 物质或化学反应在工业上的运用和实现。 物质或化学反应在工业上的运用和实现。要求工业化学家具备较多 的物理和机械知识。英国工程师G.E.戴维斯 戴维斯(George Edwards 的物理和机械知识。英国工程师 戴维斯 Davis,1850-1907年)最早提出“化学工程”这一概念。1915年麻省 最早提出“ 年 最早提出 化学工程”这一概念。 年麻省 理工学院A.D.Little首次提出“化工单元操作”的概念。 首次提出“ 理工学院 首次提出 化工单元操作”的概念。
化工基础 第一章 绪论
第一章 绪 论§1.1 课程的性质与任务1 课程的性质化工生产由各种各样的化工过程组成，化工产品的生产与应用都离不开化工的基础知识。
《化工基础》课程是讲述化工生产过程中的单元操作的课程，是化工类各专业都需要开设的专业基础课，属工程学科，具有工程性和应用性。
2 课程的任务通过本课程的学习，使学生初步掌握化学工程学中关于动量传递、热量传递和质量传递以及反应器的基本原理；初步掌握一些主要化工产品的生产过程的一般原则；了解一些典型化工设备的结构、性能和工作原理以及生产中涉及的一些实际问题和解决问题的基本方法，并把这些认识用于化工生产和研究之中，使生产技术不断改进。
借以逐步树立辩证唯物主义观点、技术经济观点、使学生具有初步的研究化工生产实际问题的能力和分析处理中学化学有关教材、联系化工实际开展课外活动的能力。
§1.2课程内容和学习目的1 课程内容化学工业包括各种各样的化工生产过程，各个生产过程又有多个环节组成。
尽管如此，任何化工生产过程总涉及两个基本内容：化学工程和化学工艺。
它们又都包含多个基本单元操作。
因此，本课程的内容包括三个方面：单元操作部分内容、化学反应工程部分内容和化学工艺学部分内容。
其中单元操作部分是我们本书学习的重点。
（1）单元操作部分内容化工过程是指化学工业的生产过程，特点之一是操作步骤多，原料在各步骤中依次通过若干个或若干组设备，经历各种方式的处理之后才能成为产品。
由于不同的化学工业所用的原料与所得的产品不同，所以各种化工过程的差别很大。
一个化工过程所包含的操作步骤可分为两大类。
一类以进行化学反应为主，通常是在反应器中进行；另一类则为不进行化学反应的物理过程，包括原料预处理过程和反应产物后处理过程。
尽管从生产某种产品的意义上说，反应过程是生产过程的核心，但它在工厂的设备投资和操作费用中通常并不占据主要比例，实际上起决定作用的往往是众多的物理过程，它们决定了整个生产的经济效益。
化工基础(张四方) 第四章精馏
2、α =1，pA*=pB*，yA=xA，即蒸气组成与液相组成相同，
故用普遍精馏方法分不开A、B。说明此溶液有恒沸点。
21
4-2 连续精馏
4-2.1 精馏原理
根据气液相平衡相图，混合液中 A组分的挥发度较大，在发生部 分气化和部分冷凝时，平衡的气 相浓度要比液相浓度大。这在tx-y图上看得很清楚，这就是分 离混合液的根据。 如右图，一次部分气化和部分冷 凝后：y1>xF>x1 y1——加热原料液时产生的第一 个 气泡的组成。 x1——经过一次气化后原料剩下 的液体的组成。
1
第四章 精馏
本章重点及难点
掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式； 掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响； 掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法； 掌握回流比对精馏过程的影响及回流比的选择；
了解简捷法求理论板层数的方法；
2
3
4
概述
蒸馏基本概念
液体都具有挥发而变成蒸气的能力，这种能力称为物 质的挥发性。蒸馏是分离均相液体混合物的一种单元操 作。蒸馏分离的依据是，利用溶液中各组分挥发度（或
A
对理想溶液，因
pA pB ， B xA xB
A A B B
p , p PA P x PB P x A A B B 易挥发组分PA大则νA大，故挥发度可描述组分的挥发物
故
性。
相对挥发度：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组 分的挥发度为分子。
吸收
16
4-1.2 相平衡相图
t -x （或 y）图（温度-组成图）
气相区 露点
两相区
t-x(y) 图表示在总压 P 一定的条件 下，相平衡时气（液）相组成与温 度的关系。 在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点 tA，产 生第一个气泡的组成为 yA。 继续加热，随温度升高，物系变为 互成平衡的汽液两相，两相温度相 同组成分别为 yA 和 xA
化工基础(张四方),吸收
吸收尾气 (A+B)
溶剂S和溶质A。
气体B和少量的溶质A。
吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性
吸收液(A+S)
吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意
图如右所示。
吸收是一种典型传质过程
物质从一相转移到另一相的过程叫传质。传质是在不同的 相态间进行的。
按相态划分
液-固相传质过程
气-固 液-液 气-液
NH3
方平衡分压低；
溶解度 g溶质/1000gH2O
PSO2 =780Hg PO2 =8000Hg ，表明难溶气体，溶液上
方平衡分压高。
溶液上方分压越大的物质越难溶。
由图看出： P*↑溶解度↑；T↓ 溶解度↑ 对于同一种气体，分压一定时， 温度T越高，溶解度越小。
对于同一种气体，温度一定时，
如：气相中有A、B两种组分，A 为吸收质，B 为惰性组分， 则它们的摩尔分率为：y a=n a/n，（n=na+nb）
y b=n b/n
比摩尔分率：指每摩尔惰性组分中所带有吸收质的摩尔数。气 液两相中惰性组分（或溶剂）的量可认为不变。通常以Y代 表气相比摩尔分率,以X代表液相比摩尔分率。
x 1 x 气相中溶质的摩尔数 y Y 气相中惰性组分的摩尔数 1 y X Y x , y 1 X 1Y
气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在 气相和液相内由浓度差推动的传质过程。
吸收质或溶质：混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分为
混合尾气 (A+B) 吸收剂(S)
吸 收 塔
化工基础张四方绪论9231
∑M入
系统
积累或
损失 M
∑M出
物料衡算式： ∑M入 ＝ ∑M出 ＋ M累或损 对连续稳定流动：∑M入 ＝ ∑M出
进行物料衡算时，必须明确下面几点：
1. 首先要确定衡算的系统，即衡算对象包括的范围。 2. 其次要确定衡算的基准。 3. 然后确定衡算的对象（指标、参数）。 4. 最后还要确定衡算对象的物理量及单位。
化工生产过程实例
湿法磷酸生产工艺流程
磷矿石
破碎
硫酸
HF气体 （回收）
磷酸（化肥、
加工成盐
饲料用）
球磨
酸解反应
过滤
浓缩
洗液
水
过滤
精制
磷酸（医药、 食品用）
滤渣石膏
3.化学工业的特点
(1)化学工业与人类的生存和发展息息相关 当今世界面临的三大挑战：
A.人口增长：1804年10亿人→1927年20亿人→1960年30亿人→1974年 40亿人→1987年50亿人→1999年60亿人，每年7800万人的增长速度， 预计2013年70亿，实际2010年64.64亿人。→吃饭大问题！ B.环境污染：人口增长→工业发展→大气和水污染。每年流入海洋的石 油达1000多万吨，排入大气的CO2达230亿吨，水土流失240亿吨。 C.能源短缺：以现有速度，全世界的石油只够用60年，煤炭300年左右。
技术密集表现在工艺流程长，从原料到产品，涉及化学、 机械、电子、仪表等诸多领域，有很高的知识密集度和很强的 技术综合性。若以机械工业的技术密集指数为100，则化学工 业达到2480。
(5)化学工业是能耗大户 化学工业以煤、石油、天然气等能源为原料，也作为生
产的动力和燃料。能源中约40％作为生产原料，60％作为 动力和燃料，原料消耗费占产品成本的60%-70%。 (6)化学工业是易污染、重污染的工业部门
化工基础(张四方),化学反应工程与反应器
5-3均相等温等容反应的动力学方程式
一、不可逆反应 1、一级反应：反应速率与反应物浓度的一次方成正比。
A k1 P
dcA r k 1cA dt
1 cA0 1 1 t ln ln k 1 cA k 1 1 xA
2、二级反应：反应速率与反应物浓度的平方（或两物 质浓度的乘积）成正比。
dcS rS k 2cP dt
5-4 均相反应器
理想置换
理想流动模型 物料在反应器 内的流动模型 非理想流动模型 多级理想混合模型 一、理想流动模型 1、理想置换：又称为活塞流或理想排挤，反应物料以一致 的方向向前移动，截面上各点的流速完全相等。 特点： ①在垂直流动方向的截面上，所有的物性都是均匀一致，即 截面上各点的温度、浓度、压力、速度均分别相同。 ②反应器内所有物料粒子的停留时间相同，物料在反应器内 的停留时间是管长的函数。 理想混合 扩散模型
③数学模型的应用
大设备的设计
放大的依据：相似论 (相似准数Re、Pr、Nu、Pe、Sc等)
研究的方法：
（1）经验归纳法：将实验数据用因次分析法和相似方法整 理而获得经验关联式。 （2）数学模拟法：将复杂对象合理简化成一个与原过程近 似等效的模型，然后对简化模型进行数学描述。
在化学工程中，数学模型主要包括以下内容：
c A 0 cA t k0
二、可逆反应 反应正向和逆向都可以进行的反应，也称对峙反应。
k1, P k A
rA r1 r 2 k1cA k cP
三、复杂反应 A k1 P 1、平行反应：反应物能同时进行两个或以上的反应。
rA k1cA k 2cA (k1 k 2)cA
① ② ③ ④
对于间歇反应器：①、②项为零。 对于定态操作的连续反应器：不存在累积，④项为零。 对于半连续操作和非定态操作的连续流动反应器:四项均需考虑. 2、热量衡算
化 工 基 础
化工教案课程名称化工基础学时学分学时专业班级1503化工技术类授课教师王蕊兰-本课程教学总体安排课程名称：化工基础课程性质与类型：专业必修课总学时：106学时教学目的与要求：化工基础是以定性阐述基本概念和基础理论为主，进行少量必要的定量计算，通过有关化学工程基本原理和设备的感性认识，进一步加深对基本概念和基础知识的理解，物理化学上的热力学和动力学的运用使学生对化工生产实际有一定的印象。
本课程通过理论教学及实验教学、课程实习等实践性环节相结合，使学生牢固建立起”单元操作”的概念，培养学生工程分析方法及独立分析问题和解决问题的能力。
通过系统的理论学习与实践，使学生具有一定的工程设计能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。
教材及参考书目:教材：《化工基础》化学工业出版社章节题目：绪论，第一章流体流动与输送学时分配：24学时本章教学目的与要求:本课程的研究对象和内容；学科发展史;主要研究方法；单元操作；单位和单位换算.和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题,诸如:流体输送:流速的选择，管径的计算，输送机械选型.流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。
其它：课堂教学方案课题名称、授课时数：绪论,第一章流体流动（1.1概述）（4学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求:掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。
教学重点、难点：流体静力学基本方程及其应用；连续性方程式;伯努利方程式及其应用;流体在管内的流动阻力；能量守衡控制体的选取边界层概念等。
第一章流体流动第一节概述流体:包括液体和气体特点：（a）具有流动性（b）受外力作用时内部产生相对运动流体流动基本原理的应用一、流体的输送（1）确定输送管路的直径,选择适宜的流动速度（2）选用输送设备，需要确定流体在流动过程中应加入的外功二、压力、流速和流量的测量三、为强化设备提供适宜的流动条件教学反思:课堂教学方案课题名称、授课时数：1.2流体静力学（4学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题.教学重点、难点：一、流体的压强及其特性二、流体静力学基本方程式.第二节流体静力学——-静止流体内部压力变化的规律一、流体的压缩性液体的形状与容器相同,其体积几乎不随压强和温度而改变.气体的形状与容器完全相同，完全充满整个容器,其体积随压强和温度的变化而有明显改变。
化工基础第一章绪论
15.02.2021
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前后处理工序中所进行的过程多数是纯物理过 程。同样，其它各种化工生产过程，除化学反应外， 其余操作步骤都可归纳为若干种基本的物理过程， 如流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、 结晶、吸收、蒸馏、萃取、冷冻等。
人们在长期从事化工生产实践中，自然而然地 把组成不同化工行业生产过程所共有的基本的物理 操作过程抽提出来，研究其各自内在的规律性，并 在理论上加以总结和提高，再应用到生产实践中去， 这些基本的物理操作过程就称为单元操作。
尽管各单元操作多种多样，但就它们发生的过程
和所遵循的物理规律的共性而言，可以将它们从物理
本质上归纳为三类基本传递过程，即：动量传递过程、
热量传递过程、质量传递过程，简称“三传”。
（1）动量传递过程：主要讨论流体动力学过程的
基本规律，即研究流体的流动及流体和与之接触的固
体壁面间发生相对运动时的基本规律，以及受这些规
后处理过程：化学反应后，对产物或中间产物需要进
行必要的后处理，以便获得合格的最终产品或中间产
物。 15.02.2021
7
例如，高压法生产聚乙烯，上述过程可图示如 下：
回收乙烯
乙烯 压缩机
加热器
聚合 反应器
分离器
粒状聚乙烯 粒化器
聚乙烯
乙烯的压缩与预热为预处理过程；聚合反应后， 物料的分离与聚乙烯的粒化，则为产物的后处理过程。
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基本单位、导出单位再加上一些辅助单位及有 关的规则，即可构成一种单位制。
基本量（基本单位）
单位制
导出量（导出单位） 辅助单位
有关规则
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一、过去常用的单位制
化工基础---第一章+绪论 共35页
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3、化工工艺学部分内容：（一工）
化工工艺学是研究如何利用天然原料或半成品 通过适当的化学和物理的方法加工成化工产品的生产 过程的学科。
它的任务是依据化学、物理化学、化学工程原理 ，寻求技术上先进、经济上合理的生产方法、工艺流 程、最佳操作条件和适宜的设备构型。
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基本单位、导出单位再加上一些辅助单位及有 关的规则，即可构成一种单位制。
基本量（基本单位）
单位制
导出量（导出单位） 辅助单位
有关规则
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一、过去常用的单位制
常用单位制
cgs制（物理单位制）
长度
cm
时间
s
质量
g
重量
（力）
MKS制 重力制（工程制）
物理方程又称量纲一致性方程。
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例1－1 SI中，质量为1kg的物体在重力场的作用 下受到多大的力？
解：F=mg=1×9.81=9.81N
质量为1kg的物体在重力场的作用下受到的力，定 义为重力单位制中的基本量重量（力）的单位kgf,
工程观点－－理论上的正确性、技术上的可行性、 操作上的安全性、经济上的合理性。
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二、本课程的主要内容（“三传一反一工”）
本课程包括“化工原理（“三传”）”、“化学反 应工程（基本反应器）”及“化工工艺学”三大部分 内容。习惯上称为“三传一反一工”。共八章的内容 。
用化工手段将原料加工成产品的生产过程统称为化
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（一）单元操作（Unit Operation） 1、单元操作概念：不同化工行业生产过程中所共
第一章绪论
如：工业、农业、天然产品、生活用品等
d．按技术密集程度和附加值大小分类：
① 通用化学品：以煤、石油、天然气、农副产品 为原料经简单加工而成的三烯三苯一炔一萘、三酸 二碱等。 ② 精细化工品：以通用化学品为原料，深加工， 高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品。
3．化学工业的原料及选择原则
根据物质来源分，有无机原料和有机原料两大类。
气或液
利用温差传入 或移出热量
热量传递
液
供热汽化溶剂
热量传递
2．化工生产过程的工业特征
(1)化工过程是大规模的工业生产，物料处理量大， 与实验研究相差悬殊。 (2)化工生产多为连续化生产过程。 (3)化工生产处理的物料从原料的纯度到产品的收率
都与化学实验研究不尽相同。
(4)化工生产需要设置专用供水、供电、动力、贮存、 运输等设施。 (5)化工生产涉及经济问题。如原料供应、设备投资、 能耗、销售、投入、工时及生产管理等。经济效益 是评价化工生产过程是否能实施的重要指标。
19世纪，钢铁工业的发展促进了炼焦工业，从
炼焦副产品煤焦油中提取多种有机芳香族化合物， 并以其为原料制染料、医药、香料、炸药等产品， 形成了以煤焦油为基础的有机合成工业。 20世纪初，美国标准石油公司采用裂化方法将
重质油加热转化为相当汽油馏分的轻质油。促进了
石油化工的发展。 20世纪中叶，有机化工产品80%-90%是以石油或 天然气为原料生产的，三大合成材料的原料几乎全部 来自石油化工。由于化工原料的变化，引发了化学工
化学工业的作用：
• 机械工业
• 电子工业
• 国防工业
• 农业
• 日用品
机械工业
切割用的电石、成型剂、粘合剂、表面处理、
化学镀、防锈涂料、合成纤维、合成树脂、橡胶、
d．按技术密集程度和附加值大小分类：
① 通用化学品：以煤、石油、天然气、农副产品 为原料经简单加工而成的三烯三苯一炔一萘、三酸 二碱等。 ② 精细化工品：以通用化学品为原料，深加工， 高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品。
3．化学工业的原料及选择原则
根据物质来源分，有无机原料和有机原料两大类。
气或液
利用温差传入 或移出热量
热量传递
液
供热汽化溶剂
热量传递
2．化工生产过程的工业特征
(1)化工过程是大规模的工业生产，物料处理量大， 与实验研究相差悬殊。 (2)化工生产多为连续化生产过程。 (3)化工生产处理的物料从原料的纯度到产品的收率
都与化学实验研究不尽相同。
(4)化工生产需要设置专用供水、供电、动力、贮存、 运输等设施。 (5)化工生产涉及经济问题。如原料供应、设备投资、 能耗、销售、投入、工时及生产管理等。经济效益 是评价化工生产过程是否能实施的重要指标。
19世纪，钢铁工业的发展促进了炼焦工业，从
炼焦副产品煤焦油中提取多种有机芳香族化合物， 并以其为原料制染料、医药、香料、炸药等产品， 形成了以煤焦油为基础的有机合成工业。 20世纪初，美国标准石油公司采用裂化方法将
重质油加热转化为相当汽油馏分的轻质油。促进了
石油化工的发展。 20世纪中叶，有机化工产品80%-90%是以石油或 天然气为原料生产的，三大合成材料的原料几乎全部 来自石油化工。由于化工原料的变化，引发了化学工
化学工业的作用：
• 机械工业
• 电子工业
• 国防工业
• 农业
• 日用品
机械工业
切割用的电石、成型剂、粘合剂、表面处理、
化学镀、防锈涂料、合成纤维、合成树脂、橡胶、
化工基础大纲
化工基础一、说明（一）课程性质《化工基础》是化学专业的一门重要的专业基础必修课程。
（二）教学目的通过教学使学生熟悉化工生产中所涉及的基本原理和典型设备，以及它们在化工生产中的应用；认识化工生产中分析和解决问题的途径。
（三）教学内容及学时数本课程主要包括化学工程和化学工艺两部分。
化学工程研究和探讨的是化学生产过程中共同性操作规律及其工程性质的问题；化学工艺主要是产品生产的物理化学原理，结合技术经济原则，选用可取的原料和技术线路，确定最优的工艺条件制定合理的生产流程，以达到充分利用物料和能量，降低基本建设投资和生产费用，获得高的劳动生产率，生产尽可能多的合格产品，并且避免对环境的污染。
本课程总学时数为45学时。
序号内容学时数（45）课堂学时数实践学时数1 第一章绪论 22 第二章典型化工产品工艺学77 第三章流体的流动和输送88 第四章传热过程及换热器99 第五章传质过程及塔设备88 第六章工业化学反应过程及反应器 66 第七章化工过程开发与评价 33 第八章化学工业发展趋势和化学工程学 22 45（四）教学方式本课程采用课堂讲授、多媒体教学、习题讨论、实验验证相结合的多种手段、方法开展教学。
（五）考核要求1.考核的方式及成绩评定本课程采取过程与结果相结合的综合考核方式，总成绩=平时成绩50%+考试成绩50%。
2.考题设计概念题约占30％，简答题约占30％，计算题约占40％.二、本文第一章绪论教学要点：化学工程的主要内容是传递过程和化学反应过程，传递过程包括动量传递、热量传递和质量传递三种过程。
化学工艺的主要内容是选择典型的和在国民经济中具有重要意义的化工产品，按照化学工艺学的体系，着重讲授其生产原理、工艺流程、最适宜操作条件及主要设备机械等。
教学时数：2学时教学内容：第一节化学工业概况（0.5学时）第二节化工生产过程概述（1学时）第三节化学工程学简介（0.5学时）教学要求：本章要求了解化学工业的形成、发展、分类及其在国民经济中的地位和作用；化工生产过程的基本特点、生产过程的分析和过程优化；理解并掌握化学工程学学科的基本情况、化工基础课程的基本内容、主要研究方法和重要概念。
化工基础(讲义)
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二、物质转换与能量转换
化工生产过程都是物料和能量转换相伴过程
物料衡算 根据质量守恒定律，在一个稳定的化工生产过程中向系统 或设备所投入的物料量必等于所得产品量及过程损失量之 和，即：W投＝W产＋W损。 按照这一规律对总物料或其中某一组分进行的计算，称为 物料衡算。 物料衡算可以了解化工生产的原料量、产量、损耗量、 确定设备的生产能力及其主要尺寸；判定操作过程进行的 好坏和经济效益的评价等。
工业上，传热基本上稳定传热过 程，由于可得： Q=KA△t K—比例系数，称为总传热系数； Q--单位时间内的传热量，即传热速 率；
△t--两流体的平均温度差。
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第三节 化工传热设备
二、提高传热效率途径
由传热速率方程可知，通过改变总传热系数K、平均温
差、传热面积，可提高传热速速率，但提高哪一个因素有 利，需综合考虑，得到节能与经济的合理值。 传热平均温度差 当两种流体的进、出口温度一定时，采用逆流操作可 以得到较大的平均温度差。如：用水蒸气作加热剂时，增 大蒸气压力可以提高热流体的温度；用水作冷却剂时，降
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第一章
一、化工生产特点
化工生产概述
第一节 化工生产特点 化学反应是人类生产、生活的组成部份。 化工生产是以煤、石油、天然气、矿石、水、空气等天然资源或
农副产品为原料，经过一系列化学变化或化学处理为主要生产手
段，改变物质原来的性质、状态和组成，制成所需的产品。 化工产品化工产品数以万计，有生产资料、生活资料，与人类活 动密切相关。 化学工业是国民经济中一个十分重要组成部分，在实现农业、工
1.11化工基础第一章绪论课件
液
供热汽化溶剂
溶质的分离
传递过程
动量传递 动量传递
动量传递 动量传递
热量传递
热量传递
而化学反应，也类似于单元操作，我们 按其反应的特点，寻求共性，提炼出诸多单 元操作。
“动量传递、热量传递、质量传递”， 这三种传递过程和化学反应工程，即“三传 一反”，构成化学工程学研究的一条主线。 也就是我们这门课程的主要内容。
三、本课程的学习目标
1、了解化学工业的发展史。 2、具备化工设计的初步能力。 3、具备用工程技术语言进行沟通和交流的能 力。 4、具有绿色发展、节能降耗的理念，具有严 谨治学、环境保护的意识，具有爱国主义情怀。
一、化学工业在国民经济中 的地位与作用
化学工业是国民经济的重要部门之一，在各国经 济发展中占据举足轻重的地位。一般占工业产值的710%甚至更高。
过去几十年，世界化学工业以高于世界经济增长率 20%-30％的速度发展。
在我国，化工产业大约占GDP的12-15%左右。
因此说： 化学工业的发展，反映了人类对化
常见的单元操作
单元操作 目的
物态
原理
流体输送
输送液或气输入Fra bibliotek械能搅拌
混合或分离
气-液
输入机械能
液-液,固-液
过滤 非均相混合物分离 气-固,固-液 尺度不同的截留
沉降 非均相混合物分离 气-固,固-液 密度差引起的
沉降运动
加热,冷却 升温,降温,改变 气或液 利用温差传入
相态
或移出热量
蒸发
溶剂与不挥发性
工产品日益增加的需求，显示出它在人 类社会生活中的作用越来越重要。
二、化工生产过程分析
化工生产过程，可看做是：物理过程和化学过 程的组成。
《化工基础》教案解析
m
P•M 1000 • R • T
4、密度值一般通过查找（物性数据表或经验公式）来 得到
二、流体的粘度μ 1、粘度的表示：①绝对粘度（又称动力粘度），②运
动粘度，③条件粘度（如：恩氏粘度） 2、绝对粘度的单位换算
1Pa.s(帕.秒)=10P（泊）=1000cP（厘泊） 3、绝对粘度与运动粘度间的关系
的湿分汽化
质
返回本节
接上表
• 2、单元反应过程:化学反应过程是化工生 产过程的核心，如：氧化、硝化等。 • 3、本课程的研究对象：单元操作的基本 原理和设备；化学反应器；化学工艺学。
接上表
思考与提问
• 化工过程的研究对象是什么？ • 本课程的重点研究对象又是什么？
返回本节
二、本课程的性质、内容、任务
2. 掌握U型管压力计的使用
3. 了解液位的测量及液封高度的计 算
4. 掌握压力间的单位换算 返回本节
习题课（分组完成的大型作业）
• 1、首先分组（课前进行），大致7～8人一组，每 组同学围成一圈进行讨论式的学习。（5分钟）
• 2、由学生自己对本组人员进行分工——查阅资料、 出注意、记录、制图、计算及整理完善形成文件。 （大略1学时左右）
能
量
气—液、液—液、
传
固—液
递
液—固、气—固 流体与固
体粒子间
液—固、气—固 作相对运 动 续下表
表1－1（2） 常用的单元操作
单元 操作
传 热
蒸 发
结 晶
目的
物态
依据
加热、冷却、 液体、气体 利用温度
冷凝、保温
差别
不挥发溶质 液体 的分离
供热使溶 剂汽化体
晶形物质 液—固
化工基础(张四方),流体流动
其它常用单位： 其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、 标准大气压） 流体柱高度（ mmHg等 流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。 换算关系为： 1atm(标准大气压)=1.013×105 Pa =760 mmHg 换算关系为： 标准大气压)=1.013× )=1.013 1.033公斤 公斤( )/厘米 =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘米2 2.压强的基准和表示形式 1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。 绝对压强（绝压） 流体体系的真实压强称为绝对压强。 它是以真空为起点的压力 2）表压强（表压）：以当时当地的大气压为起点的压力称为 表压强（表压） 表压。即绝对压强与大气压强之差。 表压。即绝对压强与大气压强之差。
压强 ，
真空度） 真空度）
例题： 例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表
读数为80 读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多 ，在天津操作时， 80 已知兰州地区的平均大气压85.3 85.3kPa，天津地 少？已知兰州地区的平均大气压85.3 ， 区为101.33 区为101.33kPa。 101.33 。 维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压= 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
获得方法： 获得方法 ： （ 1）查物性数据手册 （2）公式计算： ） ）公式计算： 由理想气体方程求得操作条件（ 由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度 m PM ⇒ρ= = PV = nRT V RT 对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 kg) 存在时的体积之和， 存在时的体积之和，即
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◆问题：专科教育与本科教育的差异何在？ ◆专科教育以应用为目的，在理论学习上以够用为度；而本科 教育重在培养学生的理论体系。 ◆例子：虹吸现象。大家都知道水往低处流，但在虹吸中水先 往高处流，越过一个高点后才往低处流。为什么呢？只有用流 体动力学的理论才能作出解释。 ◆经验只能解决现象问题，理论才能解决本质问题。
技术密集表现在工艺流程长，从原料到产品，涉及化学、 机械、电子、仪表等诸多领域，有很高的知识密集度和很强的 技术综合性。若以机械工业的技术密集指数为100，则化学工 业达到2480。
(5)化学工业是能耗大户 化学工业料。能源中约40％作为生产原料，60％作为 动力和燃料，原料消耗费占产品成本的60%-70%。 (6)化学工业是易污染、重污染的工业部门
通过化学工程的研究，认识和阐释这些过程的规律性，并 使之应用于生产过程和装置的开发、设计、操作，以达到 优化和提高效率的目的。
化学过程与化学工程 的区别
化学过程：化学 反应的原理、机 理，过程进行的 可行性。注重能 否进行的问题。
化学工程：如何通 过一系列的设备、 工艺、操作来实现 化学过程。注重过 程、条件、影响因 素。关注操作性、 合理性、经济性。
化学工业已担负起迎接三大挑战的历史重任：可提供充足的化肥、 农药、化学纤维、合成医药及各种新型合成材料，满足人口增长带来的 衣、食、住、行的需要；在化工生产中合理使用能源和开发新能源，可 有效解决能源紧缺问题（如生物能源、核能等）；“三废”的治理更是 化学工业义不容辞的责任，其作用是其他工业无法替代的。
实际上，化学过程往往和物理过程同时发生。例如催 化裂化是一个典型的化学过程，但辅有加热、冷却和分离， 并且在反应进行过程中，伴随有流动、传热和传质。
化学工程学——研究化学工业和其他过程工业生产中所进 行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。
这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、 食品工业、造纸工业等。 它们从石油、煤、天然气、盐、 石灰石、其他矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料 出发，借助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质 和状态，使之成为多种价值较高的产品，如化肥、汽油、 润滑油、合成纤维、合成橡胶、塑料等等。
化工基础
Elementary Chemical Engineering
化工基础——化学工程基础
什么是化学工程？
化学过程——是指物质发生化学变化的反应过程，如 柴油的催化裂化制备高辛烷值汽油是一个化学反应过程。
物理过程——系指物质不经化学反应而发生的组成、 性质、状态、能量变化过程，如原油经过蒸馏的分离而得 到汽油、柴油、煤油等产品。
化学工业是国民经济重要的基础工业，是最具活 力、最具竞争力、可发展前景极强的产业。随着石 油工业的发展，化学工业从50年代起进入高速发展 期，已成为世界经济发展的支柱产业。
2.化学工业的分类
化工生产装置实例 ——70万吨乙烯装置
化工生产装置实例 ——甲醇回收装置
化工生产装置实例 ——合成氨装置
化工生产过程实例
湿法磷酸生产工艺流程
磷矿石
破碎
硫酸
HF气体 （回收）
磷酸（化肥、
加工成盐
饲料用）
球磨
酸解反应
过滤
浓缩
洗液
水
过滤
精制
磷酸（医药、 食品用）
滤渣石膏
3.化学工业的特点
(1)化学工业与人类的生存和发展息息相关 当今世界面临的三大挑战：
A.人口增长：1804年10亿人→1927年20亿人→1960年30亿人→1974年 40亿人→1987年50亿人→1999年60亿人，每年7800万人的增长速度， 预计2013年70亿，实际2010年64.64亿人。→吃饭大问题！ B.环境污染：人口增长→工业发展→大气和水污染。每年流入海洋的石 油达1000多万吨，排入大气的CO2达230亿吨，水土流失240亿吨。 C.能源短缺：以现有速度，全世界的石油只够用60年，煤炭300年左右。
化工产品大多是易燃、易爆、有毒的，在生产、储存、 运输、使用过程中，如果发生泄露，就会严重危害人的健 康，污染环境。例如广西广维集团爆炸事件。2008年8月26 日6时45分，广维化工股份有限公司有机车间发生爆炸事故， 爆炸引发的火灾导致车间内装有甲醇、乙炔、醋酸乙烯等 易燃易爆物品的储罐发生爆炸，共造成20人死亡。事故还 造成周围3公里范围内18个村屯和广维集团生活区的11500 名群众紧急疏散。
T=M0.6~0.7 如： M=10万元/年，则T=40~50万元，4~5倍
M=100万元/年，则T=1600~2500万元，16~25倍 M=1000万元/年，则T=6.3~12.6亿元，63~126倍
(4)化学工业是资金密集型、技术密集型工业 工艺复杂性和装置大型化决定了它的这一特征。如年产值
30万吨合成氨,45万吨尿素的化肥厂，投资达到40-50亿元；年 产30万吨的乙烯厂，需投资60-80亿元。化工技术更新速度快， 化工厂设备的寿命一般不超过15年
流动资金占固定投资的12-20%，每年的设备维修费5-10%。 如：M=100万元/年，T=2000万元，流动资金300-400万元， 维修费100-200万元/年。
◆请珍惜本科教育机会，注重培养自己的理论体系，认真学好 每门基础理论课。
◆化工基础，是化工类各专业课的基础理论课，也是化学工艺 等专业考研的必考专业课。
一.化学工业概述
化学工业（chemical industry）又称化学加 工工业，是综合运用化学和物理方法将原料加工成 化学产品的加工工业。也泛指生产过程中化学方法 占主要地位的过程工业。 1.化学工业的重要性及其发展
(2)化工产品品种繁多，工艺复杂 品种繁多导致生产工艺的多样性。同一原料可生产多种产品，
同一产品又可利用多种原料生产，所以技术难度大。合理的资源配 置和原料路线，恰当工艺技术的选择和组合，产品结构和产业结构 的优化，是化工中要解决的主要问题。 (3)化学工业是装置型工业，具有规模经济性
化工生产的主要设备大多是塔、罐、槽、器及管道，生产能力与 容积（即其线性尺寸的三次方）呈正比，制造费与容器表面积（即 其线性尺寸的二次方）呈正比。装置的投资费用T与其生产能力M的 2/3次方呈正比（所谓的0.6次方法则）：