化工节能原理课程1
《化工热力学》课程教学大纲.
《化工热力学》课程教学大纲课程代码：040310课程名称：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics学时/学分：48/3先修课程：物理化学适用专业：化学工程与工艺本科开课院系：化学化工学院化学工程与工艺系教材：陈钟秀，顾飞燕，胡望明编. 化工热力学. 北京：化学工业出版社．2004主要参考书：1．金克新，赵传钧，马沛生．化工热力学. 天津：天津大学出版社．20032．陈新志，蔡振云，胡望明．化工热力学. 北京：化学工业出版社．20013 ．Smith J M and Van Ness H C. Introduction to ChemicalEngineering ．Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York．1996一、课程的性质和任务化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，也是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
本课程将热力学的理论应用于化工生产中的真实流体和混合体系，解决化工过程中的热力学问题，培养学生从热力学的基本定律和定义出发，利用有限的资料解决工程问题的能力。
它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
要求通过本课程的学习，要求掌握常用的几种气体状态方程，掌握流体热力学性质的计算方法，熟悉化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握汽液平衡的计算方法，熟悉化学反应平衡的计算，了解物性数据估算等关键内容。
二、课程的内容和基本要求绪言要求：了解课程性质、任务、要求、学习注意点。
第一章真实流体的PVT关系流体的PVT关系是化工工艺设计计算和研究热力学问题的基础，重点讲解加压下真实气体及其混合物的PVT关系的计算方法。
《化工原理》教案
《化工原理》教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释化工原理的概念和重要性概述课程的目标和内容1.2 化工过程的基本类型介绍化工过程的四个基本类型：单元操作、单元过程、化学反应和物理变化解释每种类型的特点和应用1.3 化工工艺流程图介绍化工工艺流程图的符号和表示方法分析一个简单的化工工艺流程图1.4 化工生产中的安全和环保强调化工生产中的安全措施和注意事项讨论环保在化工生产中的重要性第二章：流体力学基础2.1 流体的性质介绍流体的定义和分类解释流体的密度、粘度和表面张力等基本性质2.2 流体力学方程介绍流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程解释这些方程在化工中的应用2.3 流体的流动讨论流体的层流和湍流流动分析流速、流量和流阻等概念2.4 泵与风机的原理及应用介绍泵和风机的分类和工作原理讨论泵和风机在化工生产中的应用和选择第三章：热力学基础3.1 热力学基本概念介绍热力学的定义和基本术语，如系统、状态、过程和能量解释热力学第一定律和第二定律3.2 热力学方程介绍热力学方程，如状态方程、焓方程和熵方程分析这些方程在化工中的应用3.3 相平衡讨论相平衡的基本原理和相图解释单组分系统和多组分系统的相平衡条件3.4 热传递介绍热传递的类型和方式，如导热、对流和辐射分析热传递的数学表达式和计算方法第四章：化学平衡与反应工程4.1 化学平衡的基本概念介绍化学平衡的定义和基本原理解释化学平衡常数和勒夏特列原理4.2 化学平衡的计算介绍化学平衡的计算方法和步骤分析化学平衡计算中的限制条件和优化问题4.3 反应动力学介绍反应动力学的定义和基本方程解释零级反应、一级反应和二级反应的特点和计算方法4.4 反应器设计介绍反应器的类型和设计原则分析反应器的操作条件、效率和优化问题第五章：分离工程5.1 分离方法概述介绍分离工程的概念和重要性概述常见的分离方法，如过滤、离心、吸附和蒸馏5.2 过滤原理与设备介绍过滤原理和过滤介质的选择分析过滤设备的设计和操作条件5.3 离心分离原理与设备解释离心力产生的原理和离心分离的适用范围讨论离心分离设备的设计和操作条件5.4 蒸馏原理与设备介绍蒸馏原理和蒸馏塔的设计分析蒸馏操作的条件和蒸馏效率的优化第六章：膜分离技术6.1 膜分离原理介绍膜分离技术的定义和基本原理解释膜的筛选作用和选择性分离机制6.2 膜材料的类型及选择讨论膜材料的种类，如聚合物膜、陶瓷膜和生物膜分析膜材料的选择依据和应用领域6.3 膜分离过程及设备介绍常见的膜分离过程，如微滤、超滤、纳滤和反渗透分析膜分离设备的设计和操作条件6.4 膜污染与清洗讨论膜污染的类型和影响因素介绍膜清洗的方法和技术第七章：吸附工程7.1 吸附原理介绍吸附的概念和吸附等温线解释吸附剂的选择和吸附过程的类型7.2 吸附平衡与动力学分析吸附平衡的数学表达式和影响因素讨论吸附动力学的基本方程和特点7.3 吸附塔的设计与操作介绍吸附塔的类型和设计原则分析吸附塔的操作条件、效率和优化7.4 吸附应用实例探讨吸附技术在化工、环境保护等领域的应用实例第八章：离子交换与电解8.1 离子交换原理介绍离子交换的定义和基本原理解释离子交换树脂的选择和离子交换过程的类型8.2 离子交换设备及操作介绍离子交换设备的类型和操作条件分析离子交换效率和优化问题8.3 电解原理与设备解释电解的概念和电解池的类型讨论电解设备的设计和操作条件8.4 电解应用实例探讨电解技术在化工、能源等领域的应用实例第九章：热泵与制冷工程9.1 热泵原理与分类介绍热泵的概念和分类，如空气源热泵、水源热泵和地源热泵解释热泵的工作原理和性能评价指标9.2 热泵系统的设计与运行介绍热泵系统的设计方法和运行条件分析热泵系统的能效比和优化问题9.3 制冷原理与设备解释制冷的概念和制冷循环的类型讨论制冷设备的设计和操作条件9.4 制冷应用实例探讨制冷技术在空调、食品保鲜等领域的应用实例第十章：化工过程控制与优化10.1 过程控制的基本概念介绍过程控制的目标和基本原理解释控制器、传感器和执行机构等基本组成部分10.2 常用过程控制策略讨论常用的过程控制策略，如比例-积分-微分控制（PID控制）和模糊控制分析这些策略在化工过程中的应用10.3 过程优化方法介绍过程优化的基本方法和算法，如线性规划、非线性规划和小肠曲线法解释这些方法在化工过程中的应用和效果10.4 过程控制与优化的案例分析探讨实际化工过程中过程控制与优化的案例，分析其效果和经济效益第十一章：化工过程强化的途径11.1 过程强化的意义强调过程强化在提高化工生产效率和降低成本中的重要性讨论过程强化的目标和方法11.2 反应工程强化技术介绍反应工程中常用的强化技术，如微反应器、固定床反应器和流动床反应器分析这些技术在提高反应速率和选择性方面的应用11.3 分离工程强化技术讨论分离工程中常用的强化技术，如膜分离、吸附和离子交换分析这些技术在提高分离效率和降低能耗方面的应用11.4 能量工程强化技术介绍能量工程中常用的强化技术，如热泵、热交换器和制冷循环分析这些技术在提高能源利用效率和降低运行成本方面的应用第十二章：化工过程中的节能与减排12.1 节能的意义与途径强调节能对于化工生产的重要性讨论节能的途径和方法，如过程优化、设备改进和能源管理12.2 减排的意义与途径强调减排对于环境保护的重要性讨论减排的途径和方法，如废物利用、污染物控制和清洁生产12.3 节能减排技术的应用介绍节能减排技术在化工生产中的应用实例分析这些技术的经济效益和环境效益12.4 节能减排的政策与法规讨论国家和地方关于节能减排的政策和法规分析遵守这些政策和法规的重要性及应对措施第十三章：化工过程中的危险与防护13.1 危险源识别与风险评价介绍危险源识别和风险评价的方法和步骤分析化工过程中可能遇到的危险和风险13.2 安全技术与措施介绍化工过程中常用的安全技术和措施，如泄压装置、防火防爆设施和紧急停车系统分析这些技术和措施在防止事故发生和减轻事故损失方面的作用13.3 职业健康与防护强调职业健康在化工生产中的重要性讨论化工过程中职业病的类型和防护方法13.4 应急预案与救援介绍应急预案的编制和实施分析化工事故应急救援的方法和措施第十四章：化工企业的管理与组织14.1 企业管理的基本原理介绍企业管理的基本原理和方法，如目标管理、绩效评价和组织结构设计分析这些原理在化工企业中的应用和效果14.2 企业战略与规划强调企业战略和规划在化工企业发展中的重要性讨论企业战略的类型和制定方法14.3 企业技术创新与管理介绍企业技术创新的途径和方法分析企业技术创新在提高竞争优势和适应市场需求方面的作用14.4 企业文化建设与员工培训强调企业文化建设在提高员工凝聚力和促进企业发展中的重要性讨论员工培训的方法和内容第十五章：化工行业的现状与展望15.1 化工行业的现状分析全球化工行业的总体状况和发展趋势讨论我国化工行业的发展现状和存在问题15.2 化工行业的挑战与机遇强调化工行业面临的挑战和机遇分析应对这些挑战和机遇的方法和策略15.3 化工行业的发展方向介绍化工行业未来发展的趋势和方向分析低碳经济、绿色化学和可持续发展在化工行业发展中的重要性15.4 化工行业的技术创新与人才培养强调技术创新和人才培养在推动化工行业发展中的重要性讨论技术创新和人才培养的途径和方法重点和难点解析重点：1. 化工过程的基本类型和特点2. 流体力学、热力学和化学平衡的基础知识3. 常见单元操作和单元过程的原理和应用4. 泵与风机、膜分离技术、吸附工程、离子交换与电解、热泵与制冷工程的基本原理和设备设计5. 过程控制与优化的基本概念和方法6. 化工过程强化的途径、节能与减排的措施和技术7. 化工过程中的危险与防护、管理与组织、行业的现状与展望难点：1. 流体力学方程在复杂情况下的应用2. 热力学第二定律和熵的概念理解3. 化学平衡的计算和反应工程的优化4. 分离工程中膜污染和清洗的技术5. 吸附工程中吸附等温线和动力学的分析6. 离子交换与电解设备的设计和操作7. 过程控制中的PID控制和优化算法8. 化工过程强化、节能减排技术的实际应用和效果评估9. 化工企业管理和组织结构的优化10. 化工行业面临的挑战和机遇，以及低碳经济和可持续发展的实践这些重点和难点涵盖了教案《化工原理》的主要内容，学生在学习和理解这些知识点时，需要充分的实践和老师的指导。
《化工热力学》课程标准
《化工热力学》课程标准英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics 课程编号：适用专业：应用化学本科学分数：2一、课程性质所属一级学科——化学工程，二级学科——化学工程基础学科。
《化工热力学》是应用化学专业的重要专业方向课程。
该课程包括化工基础理论，热力学案例分析、化工节能创新等化工技能，是化工类专业教学体系和人才培养体系中比较重要的专业课。
先修课程为《高等数学》、《物理化学》、《化工原理》等。
二、课程理念1、该课程是化学工程的精髓《化工热力学》课程属于工学学科门类下化学工程学科，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，在科研和生产领域具有不可缺少的地位。
它是从化学工程的角度，分析并给出化工过程经历的实质性变化，在原理和计算方法上指导各种化工过程的进行和优化。
该课程是应用化学专业的重要专业方向课程，是化学工程的精髓，是所有单元操作的基础，是《化工原理》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。
该课程在化学化工类人才培养中起着重要的承前启后、由基础到专业的桥梁作用，是化工类人才持续深造和研究开发必须打好的知识功底。
2、理论与工程应用相结合，培养学生的工程与开发能力该课程定位为工程学科专业方向课，故在培养学生科学素质的同时，始终强调工程能力的培养，将化工热力学理论，模型与工程应用融为一体，旨在培养学生能够应用和建立热力学模型解决化学工程和工艺开发中的问题。
3、砸实热力学知识，培养学生扎实的学习能力和创造能力该课程是以化工热力学、工程热力学和统计热力学为学科基础，以计算机及其技术为工具，培养学生从热力学角度分析解决现代化工技术的复杂工程问题。
为了培养创新型高素质人才，既要给学生以干粮——扎实的热力学知识，又要给学生以猎枪——获取和创造知识的能力。
4、重视过程与动态评价采用平时表现与考试成绩相结合的评价理念。
学生在完成课后作业、课堂讨论、口试等内容和环节后，获得参加考试资格。
化工节能技术第五章第一讲
蒸气进入冷凝器中被全部冷
凝，因此塔顶馏出液组成及
回流液组或均与第1层板的上
升蒸气组成相同，即
y1=xD=已知值 由于离开每层理论板的
气液两相是互成平衡的，故
可由y1用气液平衡方程求得x1。 由于从下一层(策2层)板的上
升蒸气组成y2与x1符合精馏段 操作关系，故用精馏段操作
线方程可
y2
R R 1
x1
(1)热量充分回收利用：据调查炼化企业，小于1000C的余 热占57%，1200C-2000C的占37%，大于2000C的占6%。一般 1500C以下的低温余热占一半以上，如何加以利用是值得 研究的。
(2)减少蒸馏过程所需能耗：在很大程度上取决于回流比 大小，可能的条件下，尽量减少操作回流比。
(3)严格控制产品的质量规格：不盲目的追求高纯度。
5.1 蒸馏过程能量消耗及节能
精馏过程能耗较大，如原油精馏燃料消耗占全厂的15%40%。
精馏系统能量利用率低，95%左右被塔顶冷凝器的冷却水 带走，能量利用率仅5%左右。
涉及的能量项：原料带入；加热热源输入；塔顶回流带 入；塔顶产品带出；冷却水带出；塔底产品带出；热损 失，七项。
5.1 蒸馏过程能量消耗及节能
在精馏系统中，塔顶蒸汽用热泵提高它的温位，并作为再沸 器的热源，有效的回收蒸汽的冷凝潜热，用于过程本身，提 高了热效率。因此，热泵精馏是一种很有前途的有效节能技 术。
用于化工生产中的热泵，主要是蒸汽压缩式热泵，低温蒸汽 借助于压缩装置来提高其温位。
分为两类：机械压缩式热泵，螺杆式压缩机或离心式透平压 缩机。由于压缩比大，余热温位提高较大，热泵精馏多采用 此种型式；蒸汽喷射式热泵，利用0.8MPa以上的较高压蒸汽 从喷嘴处高速喷出，所产生的卷带抽吸作用，降低温位的蒸 汽吸入，混合后以0.4MPa以下的低蒸汽从喷射器中喷出，作 为热原使用，设备简单，但节能效果不如压缩式热泵。
《绿色化学化工技术》课件
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
《化工原理》教学大纲
化工原理》教学大纲一、课程目标1．课程性质《化工原理》是化学工程与工艺类及相近专业的一门主干课，是学生在具备了必要的《高等数学》、《线性代数》、《物理》、《机械制图》、《算法语言》、《物理化学》等基础知识之后必修的技术基础课，也是学生学习《化工原理实验》、《化工原理课程设计》、《化工传递过程》、《化工分离工程》、《化工系统工程》等课程的先修课程。
《化工原理》是研究和探讨化工生产中大规模改变物质物理性质的工程技术学科，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究物理加工过程的基本规律，应用这些规律解决化工生产中的实际问题，并将这些规律按其操作原理的共性归纳成若干单元操作。
《化工原理》是化学工程这一学科中最早形成、基础性最强、应用面最广的学科分支。
2．教学方法以课堂讲授为主，讨论、自学、设备实物或模型现场教学、计算机辅助教学为辅。
3．课程学习目标与基本要求（1）单元操作的理论基础是流体力学（动量传递）、热量传递和质量传递理论。
通过课程教学，应使学生掌握流体力学、热量传递和质量传递的基本理论知识；掌握主要单元操作的基本原理、工艺计算和典型设备结构与设计；掌握本课程的主要研究方法，如数学模型方法和实验研究方法。
（2）通过课程教学，培养学生具备根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“单元过程和设备”选择的能力、过程的计算和设备设计的能力；具备进行单元过程的操作和调节以适应不同生产要求的能力；具备单元过程在操作中发生故障时如何寻找故障的原因并加以解决的能力；具备应用计算机进行单元操作辅助计算的能力；具备通过自学获取新知识的能力等。
（3）通过课程教学，应着重培养学生具备以下两方面的良好素质。
一是针对现有生产过程单元操作中存在的问题，能够善于运用所学的基本理论和知识动脑分析、动手解决；二是针对现有单元操作中技术上不合理的地方，能够发现并提出改进措施，达到节能、降耗、提高效率的目的。
4．课程总学时：化学工程与工艺及制药类专业110学时，其中化工原理（一）A55学时，化工原理（一）B55学时。
李崇祥主编_节能原理与技术_第1章
3）促使技术进步、降低生产成本、提高经济效益。 4）减少污染物排放，减轻环境污染，保护环境。
第 1章
1.4.1 节能的途径
绪论
“加大产业结构调整力度，推进技术进步，发挥市场作用，促 进提高能源利用效率”
1、结构节能 2、管理节能 3、技术节能
第 1章
绪论
第1章 结束
第 1章
绪论
要求: 1、理解什么是能量，掌握能量的分类。 3、了解我国能源对策，节能的意义和节能的途径。 1.1 能源 1.1.1 能量及其分类
2、了解世界能源的消费和资源状况，及我国能源资源状况。
恩格斯说过：“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从 而最终把人同动物界分开。” 1、定义：所谓能量，广义上讲，就是产生某种效果的能力，而产 生某种效果的过程必然伴随着能量的消耗和转化。 2、分类：能量的分类主要有六种： （1）机械能；（2）热能； （3）电能； （4）辐射能；（5）化学能；（6）核能。
1.2.2 我国能源的消费和资源状况
1、我国能源的消费情况： 工业部门(能源消耗约占30%)：主要耗能大户为钢铁，有色 冶金，石油化工，非金属；居民生活(能源消耗约占25%) ：主要 耗能大户为供暖、空调、照明、生活热水等；交通运输(能源消耗 约占7%)。 我国6大高耗能行业：电力50%、钢铁10%、有色冶金5%、 石化15%、建筑30%、交通10%。
总消费量
第 1章
1.3 能源对策
绪论
2011年7月我国政府制定了详细“十二五”节能减排工作方案， 指出节能减排工作主要从六个方面开展：
(1)推进重点领域节能减排。(2)进一步调整优化产业结构。 (3)实施节能减排重点工程。(4)推广使用先进制造技术。 (5)加强节能减排管理。 (6)完善节能减排长效机制。 1.4 节能的意义和途径 1.4.1 节能的意义 1）经济和社会可持续、健康发展。 2）节省了煤、石油和天然气等宝贵的化工原料。
化工原理课程设计-列管式换热器
XXX学院本科课程设计题目：列管式换热器的设计专业： XXXXXXXX学院： XXXXXXXXXX学院班级：XXXXXXX姓名：XXXX学号：XXXXXXXXXX指导教师：XXXXXX浮头式换热器设计说明说书1概述1.1课程设计学习目的及其重要性设计是一项创造劳动，是设计者对许多构思加以综合，应用基础知识和专业知识去实现设计目标的一个过程。
化工原理课程设计是化工类相关专业的本科生运用化工原理及有关先修课程的基本知识去完成某一设计任务的一次较为全面的化工设计训练，可以增强我们独立学习，独立思考，独立分析的能力。
在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程实践是培养学生解决实际工程问题能力的有益实践。
通过课程设计，我们应该注重以下几个能力的训练和培养：1.初步掌握化工单元操作设计的基本方法和程序。
2.查阅资料，选用公式和搜集数据的能力。
3.树立既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。
4.提高运用工程语言表达设计思想的能力。
5.提高正确的进行工程计算和利用Auto CAD画图的能力。
6.提高用简洁明了的文字，清晰的图表来表达自己设计思想和撰写设计报告的能力。
1.2列管式换热器设计的重要性及其步骤1.2.1重要性：换热设备是化工工业应用典型的工艺设备，主要用于实现热量传递，使热量由高温流体传给低温物体。
一般来说，换热设备在化工厂装置中所占的比例在建设费用方面高达10%~40%。
因此从能源节省以及工厂投资的角度来讲，合理地选择和使用换热设备，可节省投资，降低能耗，具有重要意义。
随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。
为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。
化工原理 传热
精品课件
2、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
✓自然对流 ✓强制对流
3、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。 能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介 Ea∝T4
三种传热方式一般不单独存精在品课，件往往相互伴随，同时出现。
精品课件
三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 1、间壁式换热器
试计算该管路每米长的散热量。
水蒸气管 保温层
解:
Q
dt
dt
q ll 2rd r 2(0 .5 0 .00 t)rd 0r19 r =0.213m
ql r1 r2d r r2
t2(0.50.00t)0 d9 t
t1
r2=0.613m
t1=150oC
t2=40oC
0.4m
q llr r n 1 2 2 ( 0 .5 t 0 .0 2t 0 2 )t t 1 2 0 2 [ 9 0 .5 ( t 1 t2 ) 9 1 2 4 ( 0 t 1 2 t2 2 )]
dx
分离变量后积分
t2 dt Q
b
dx
t1
A 0
得导热速率方程式
Q b A(t1 t2)
或
Q
t1
t2 b
t R
传热推动力 热阻A来自qQ Ab
(t1
t2 )
精品课件
例:平壁A=20m2，b=0.37m，t1=1650oC，t2=300oC，材料导热系 数=0.815+0.00076t (t:oC，:W/(moC))。试求平壁Q和q。
lnr2
1 lnr2 R
r1
2l r1
精品课件
注：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度q
《化工热力学》课程教学大纲
《化工热力学》课程教学大纲制定人：曹俭教学团队审核人：门勇开课学院审核人：饶品华课程名称：：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics课程代码：043021适用层次（本/专科）：本科学时：48学分：3 考核方式：考试先修课程：物理化学适用专业：化学工程与工艺教材：陈钟秀，顾飞燕编，化工热力学，化学工业出版社，2012主要参考书：1、马沛生，《化工热力学》，北京：化学工业出版社，20052、陈新志，蔡振云，胡望明，《化工热力学》第二版，北京：化学工业出版社，20083、施云海,《化工热力学》，上海：华东理工大学出版社，20074、Smith J M，Van Ness H C，Abbott M M . 《Introduction to Chemical EngineeringThermodynamics》7th ed.，McGraw-Hill. New York，2005（中译本：《化工热力学导论》，化学工业出版社，2008）5、Stanley I. Sandler，《Chemical and Engineering Thermodynamics》3th ed.，北京：化学工业出版社，2002一、本课程在课程体系中的定位化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域。
二、教学目标1.通过本课程的学习，使学生利用真实体系（纯气体、气体混合物、液体）的PVT关系解决实际体系的相关参数的计算问题，如摩尔体积、比容等的计算；2.通过本课程的学习，使学生利用剩余焓和剩余熵概念解决实际体系的热力学函数，包括内能、焓、熵、自由能、自由焓等的计算；3.通过本课程的学习，使学生学会压缩过程参数的计算方法，学会压缩制冷循环参数计算及制冷剂选择等方法；4.通过本课程的学习，使学生学会逸度及逸度系数、活度及活度系数的计算原理及方法，学会根据实际平衡体系的条件选择相平衡的计算方法，学会热力学资料的热力学一致性校核。
化工节能原理与技术1
化工节能原理与技术1. 引言化工行业是能源消耗量较大的行业之一，为了降低能源成本、减少环境污染，化工节能成为了一个重要的研究方向。
化工节能技术通过改进工艺流程、改进设备和工艺条件等方式，有效减少能源的消耗，提高生产效率。
本文将介绍化工节能的原理与技术，从能源的角度探讨如何在化工生产中实现节能。
2. 化工节能原理化工节能的原理是通过优化流程、提高能源利用率，降低能源消耗。
以下是几个常见的化工节能原理：2.1. 余热回收化工生产过程中产生的废热可以通过余热回收技术进行回收利用。
常见的余热回收技术包括热交换、热泵、余热利用系统等。
通过余热回收，可以将废热转化为热能或电能，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗。
2.2. 能源优化设计化工生产过程中，合理设计工艺流程和设备是实现节能的关键。
能源优化设计通过优化工艺流程、改进设备和工艺条件等方式，提高能源利用效率，降低能源消耗。
例如，在化学反应过程中，可以通过合理选择催化剂、优化反应条件等方式，提高反应的转化率和选择性，实现节能。
2.3. 节约能源节约能源是实现化工节能的基本原则，通过降低能源消耗实现节能目标。
常见的节约能源措施包括合理设置设备运行参数、优化设备控制方式、改进设备设计等。
通过节约能源措施，可以在不影响生产质量和产量的前提下，降低能源消耗，实现节能。
3. 化工节能技术化工节能技术是实现化工节能的关键手段，包括工艺技术、设备技术等多方面内容。
下面介绍几种常见的化工节能技术：3.1. 低能耗反应技术低能耗反应技术是通过改进反应过程和反应设备，降低能源消耗的技术。
常见的低能耗反应技术包括催化反应、非催化反应、微波辅助反应等。
通过优化反应条件、选择合适的催化剂等方式，实现反应过程的节能。
3.2. 先进传质技术传质是化工生产中的一个重要环节，优化传质过程可以降低能源消耗。
先进传质技术包括膜分离技术、吸附技术等。
通过使用高效传质设备和材料，降低传质过程中的能量损失，实现节能。
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END 5
国家 世界平均 美国 欧盟 日本 中国
能耗 270
250 180 90
836
/Article_Show.asp?ArticleID=109 2009.04
1.2 化学工业节能的特点与潜力
z 化学工业节能的潜力
9 从提高能源利用率看节能潜力
9 全国能源利用效率约为32％，比发达国家低约10％。
风能
生物质
天然气 煤 石油
太阳能
未来>40年世界能源结极变化预测
z 石油 z 天然气 z 煤炭 z 核能 z 水能 z 太阳能 z 生物质能 z 风能 z 地热能 z 海洋能
世界能源现状
中国所占份额
2.3% 11位 0.9% 18位 11.6% 3位
z 《BP世界能源统计2007》公布的世界 能源消费结构，指出石油、天然气两 种能源占全球能源消费的60%，美国 为64%，俄罗斯为73%。
¾ 参考书：（1）化工节能技术手册，中国化工节能技术协会，化 学工业出版社，2006；（2）石油化工过程节能方法与技术，陈 安民，北京：中国石化出版社，1995；（3）能源科学导论，黄 素逸，北京：中国电力出版社，1998
教学安排、作业、考试
z 总论，1 －2 学时 z 节能的热力学原理，2－3 学时 z 化工单元过程与设备节能，4－5 学时 z 新型节能设备与方法，5－6 学时 z 化工系统的能量分析与集成， 6－7 学时 z 作业：阅读课外书、思考题、少量的习题（30％） z 考试：开卷考试（70％）
z 能源的消费结构是根据各国的资源条 件的情况而确定的，中国、印度等国 家由于煤炭资源相对丰富，仍维持以 煤炭为主。
我国能源发展形势
z 我国能源结构：多煤、贫油、少气；在很长一段时间是以 煤炭能源为主。
水电 天然气 7.8% 3.1%
石油 20.9% 煤
68.2%
水电 天然气 9%
7%
石油 20%
煤 64％
化工节能 原理与技术
Chemical Process Energy Conservation
吴卫泽 教授
北京化工大学
化学工程学院 化工资源有效利用国家重点实验室
课程内容
z 总论 z 节能的热力学原理 z 化工单元过程与设备的节能 z 新型节能设备与原理 z 化工系统的能量分析与集成
¾ 参考教材：《化工节能原理与技术》冯霄，化学工业出版社， 2008、2012
1.4 节能的途径
9 结构节能
¾ 产业节能 Æ 能耗低的行业，如电子 ¾ 产品结构 Æ 高附加值产品，如精细化工 ¾ 企业结构 Æ 大企业 ¾ 地区结构 Æ 资源优化
9 管理节能 9 技术节能
技术节能
9 ¾ 工艺方法和设备改进
9 化工单元操作设备节能
流体输送机械、换热设备、蒸发设备、塔设备、干燥 设备等
z 2004 年，欧洲联合研究中心（JRC）根据各种能源技术的发展 潜力及其资源量，对未来100 年的能源需求总量和结构变化做 出预测
z 可再生能源的比重将不断上升，于2020、2030、2040、2050 和2100 年将分别达到20%、30%、50%、62%和86%。
其中，化石能 源消耗总量将 于2030 年出现 拐点，太阳能 在未来能源结 极中的比重将 越来越大。
1.1.3. 按使用状况分类
z 常规能源：指那些开发技术比较成熟、生产成本 比较低、已经大规模生产和广泛利用的能源。如 煤炭、石油、天然气、水力等
z 新能源：指目前尚未得到广泛使用、有待科学技 术的发展以期更经济有效开发的能源。如太阳能、 地热能、潮汐能、风能、生物质能、原子能等
1.1.4.按对环境污染程度的分类
9 能量消耗大、且复杂 9 能源消费以煤为主 9 大宗化学品生产规模太小 9 化学工业内部行业多，能耗差别大
1.2 化学工业节能的特点与潜力
z 化学工业节能的潜力
节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社 会上可以接受的方法来合理有效地利用能源
9 从单位产值能耗估计节能潜力
表1 不同国家百万美元（GDP）消耗的标准油（t）
的能源。如原煤、石油、天然气、天然铀矿、水 能、风能、太阳辐射能、海洋能、地热能、薪柴 等。
分为：可再生能源和非再生能源。 （2）二次能源：为满足生产工艺或生活上的需要，
由一次能源加工转换而成的能源产品。如电、蒸 汽、煤气、焦炭、各种石油制品等。 （3）终端能源：通过用能设备供消费者使用的能源。 二次能源或一次能源一般经过输送、存储和分配 成为终端使用的能源。
z 因此，提高能源利用效率、调整能源结构、开发和利用可 再生能源将是能源发展的必然选择。
能源发展与科技
z 纵观能源发展史和经济发展史，英国和美国先后抓住了从 柴薪时代到煤炭时代、从煤炭时代再到油气时代能源变迁 的历史机遇，并通过不断创新取得了显著的技术领先地位， 促进了生产力的飞跃，推动了经济社会的快速发展展。
1.1.1. 按其来源分类
（1）来自地球以外天体的能量，主要是太阳辐 射能。（煤炭、石油、天然气等矿物燃料； 水能、风能、海洋能、生物质等）
（2）地球本身蕴藏的能量,主要地热能和原子核 能。
（3）地球和他相互作用产生的能量，如潮汐能。
1.1.2. 按能源的转化和利用层次分类
按有无加工转换，可将能源分为三类： （1）一次能源：自然界中存在的、未经加工或转换
z 目前，世界能源发展已进入新一轮战略调整期，发达国家 和新兴国家通过能源技术路线图的引导，纷纷制定能源发 展战略，在大力开发可再生能源的同时，提高化石能源开 采和利用率，减少有害物质和温室气体排放，以实现低碳、 清洁发展。
第一章 总论
z 能量：“产生某种效果（变化）的能力”。包括 机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。
z 能源概念：是指可以直接或通过转换为人类生产 与生活提供能量和动力的物质资源。例如： z 煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地 热能、核能、生物质等。 z 煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。
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1.1能源的分类
z 按其来源分类； z 按能源的转化和利用层次分类； z 按使用状况分类； z 按对环境污染程度的分类。
1999年
2010年
其他 煤 <50％ >50％
2050年
能源发展与科技
z 能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展 的主要因素。
z 随着经济社会的发展，人们使用能源特别是化石能源越来 越多，能源对经济社会发展的制约日益突出，对赖以生存 的自然环境的影响也越来越大，而化石能源最终将消耗殆 尽。
过去100 多年能源结构变化
过去100 多年能源消费量变化
世界能源发展形势
z 2004 年，欧洲联合研究中心（JRC）根据各种能源技术的发展 潜力及其资源量，对未来100 年的能源需求总量和结构变化做 出预测
可
再
太阳能
生
风能
生物质
能
天然气
源
煤 石油
未来>40年世界能源结极变化预测
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世界能源发展形势
9 从主要产品单位能耗的差距
9 我国合成氨平均单耗比国际先进水平高了近一倍 9 乙烯平均单耗比国外搞出大约一倍多 9 烧碱的吨产品能耗比国际先进水平高40％ 9 每吨电石的耗电量比国外高20％
9 主要耗能设备技术水平
9 工业锅炉的平均热效率为55～60％；发达国家80％以 上
1.3 节能的意义
9 节约能源和开发新能源同等重要 9 保护环境 9 节省化工原料 9 促进生产、提高效率 9 降低成本，增加利润 9 促进管理水平提高和技术的进步
（1）清洁能源：无污染或污染小的能源。太阳能、 风能、水力、海洋能、氢能、气体燃料等。
（2）非清洁能源：污染大的能源，如煤炭、石油等。
新旧分类
z 新能源？ z 旧（传统）能源？
z 你的分类方法？远近、成熟度、、、（要 有意义地分类）
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1.2 化学工业节能的特点与潜力
z 我国化学工业的特点：
9 煤炭、石油、天然气等既是化学工业的能源， 又是化学工业的原料
该课的目的
z 拓展所学的化学工程专业知识 z 认识能源和可持续发展对化学工业的意义 z 了解过程工业的能源利用技术方向 z 学习化工过程节能的热力学基本原理 z 掌握化工过程节能的原理和方法 z 了解化工节能的新技术、新设备
第一章 总论
z 过去100 多年间，人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤 炭时代，再到油气时代的演变，在能源利用总量不断增长 的同时，能源结构也在不断变化