化工原理课件_

化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
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单元操作过程进行的方式
连续操作
原料不断地从设备一端送入，产品不断从另一端送出。 特点：物料的组成、温度、压强等参数仅随位置的不同 而不同，不随时间的变化而变化 U=U(x,y,z) 化工生产过程多数为连续稳定过程
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志于道， 据于德， 依于仁， 游于艺。
----论语
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化工原理教学安排及要求
• 1．本学期化工原理讲课学时安排
《化工原理》上册，教学大纲共计48学时。 – 绪论 – 第一章 流体流动 – 第二章 流体输送机械 – 第四章 流体通过颗粒层的流动 – 第五章 颗粒的沉降和流态化 – 第六章 传热 2学时 14学时 8学时 6学时 4学时 14学时
一个化工产品生产要经过很多步骤
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乙炔法制聚氯乙烯
C2 H 2 HCl C2 H 3Cl C2 H 3Cl n
合成 聚合
乙炔 氯化氢 原料提纯
间歇操作
每次操作之初向设备内投入一批物料，经过一番处理 后，排除全部产物，再重新投料。 特点：不稳定操作 U=U(x,y,z,θ)
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2、三传:《化工原理》的共同规律和联系
动量传递：流体内部由于动量、密度的空间分布不均 而引起动量在时空中的传递过程。
工
石油化工
制糖业
应用化学
高分子化学 化学教育
实
生
制漆业
验
化 学 家
产
化 工 专 家
电镀业
水泥、玻 璃制造业
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3、化学工程的发展史
近几百年，化学工程经历了孕育时期、奠基时期、 飞跃时期和现代时期等四个发展阶段 1）、孕育时期 1915年里特尔(A.D.Little) 提出建立“单元操作” （Unit Operations）的概念 化学工程史上的第一块里程碑 2）、奠基时期 第一本系统阐述单元操作原理和计算方法的著作： “Principles of Chemical Engineering” 于1923由 MIT的 著名教授 W.D.Walker、W.H.Lewis和W.H.Mcadams等 人完成。
另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分 级、流态化）等单元操作。
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单元操作之特点
共同的研究对象——传递过程 1、物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改 变化学性质；
热量传递：内能在时空中的传递过程，是由温度在空 间的非均匀分布造成。
质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。
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三传 = 动量传递 + 热量传递 + 质量传递
化工生产 = 单元操作 + 化学反应（单元过程）
2、它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化 工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；
3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 4、某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无 不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也 要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化 性质，生产规模等。
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本课程，不是教大家如何合成得到新物质？如何
提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。 化学工程研究的是：如何把化学家们的小试研究
成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学
反应热 单体合成
单体精制 压缩冷凝
产品
脱水干燥
聚合
反应热
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高压聚乙烯生产过程示意图
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（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体输送、 沉降、过滤、物料混合（搅拌）。
（2）遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、 冷凝、蒸发等。 （3）遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、 萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看，这些操作都可 将混合物进行分离，故又称之为分离操作。 （4）同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体的增湿 与减湿、结晶、干燥等。
阻力 与此同时，化学反应过程经过了由“单元过程”到“化学 反应工程学”的发展。至此，化学工程学科发展到了“三传一 反”的较完整阶段。
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物理量的传递速率
传递过程的推动力
ห้องสมุดไป่ตู้
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4）、现代时期：70年代以后。 能源有效利用问题、操作优化问题逐渐突现起来 系统分析、系统综合和系统优化 最优设计、最优控制和最优管理 计算机应用的快速发展，并推向了“过程优化集成”、 “分子模拟”的新阶段 随着科学技术的高速发展，化学工程与相邻学科相融 合逐渐形成了若干新的分支与生长点，诸如：生物化学工 程、分子化学工程、环境化学工程、能源化学工程、计算 化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。同时，上述 新兴产业与学科的发展，也推动了特殊领域化学工程的进 步。
实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创 造价值的劳动。
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绪
1、化学工程和单元操作
论
一、“化工原理”课程的任务
化学工程 ：是研究大规模地改变物料的化学组成和
物理性质而得到合乎要求的产品的工程技术学科。 化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的 工业。其核心是化学反应过程及其设备。
• 2．教学环节与要求
– – – – 课堂教学（思路和概念为主）：认真听讲、记笔记，不迟到、早退，保证出勤率 预习、复习、练习 作业 ：严谨，独立完成，及时答疑， 平时成绩30%。 期末考试(闭卷)70%
我的联系方式 E-mail: zhongyuli70@
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单元操作举例----精馏
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列管式换热器
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单元操作分类 ：
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教材： 《化工原理》（上），陈敏恒等，化学工业出版社
参考教材： 1.《化工原理》（上），姚玉英等，天津大学出版社 2.《化工流体流动与传热》，柴诚敬等，化学工业出版社 3.《化工原理》（上），蒋维钧等，清华大学出版社
辅助教学资料： 1.《化工原理学习指导》， 马江权等 ，华东理工大学出版社 2.《化工原理学习指南》，柴诚敬等，高等教育出版社 3.《化工原理学习指导》-----疑难解析 例题详解 习题精选， 丁忠伟，化学工业出版社 4.《化工原理800例》，王 湛等，国防工业出版社
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从以产品来划分的化工生产工艺中，抽象出各种单元 操作，即从特殊性中总结出普遍性，是认识上的一个飞跃， 对化学工程学的形成和发展起了重要的推动作用。 3）、飞跃时期 “三传”理论的发现与发展。1960年，美国威斯康新 大学的Bird等人把“三传”的内容组织在一起写成了 《Transport phenomena》 一书。 并得出 “三传”遵循的“唯象方程”——又一块里程 碑。
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强调三点：
1、重要性：化学工程技术人员必修之课，重要的专业 技术基础课，应用性课程；理论与工程实际相联系的桥 梁。 2、复杂性：难学。是在高等数学、物理学及物理化学 等课程的基础上开设的较综合的课程。方法与前不同， 公式多，知识比较零散。
l 、g
g、l、s~l
输入机械能 输入机械能
Δρ引起沉降 尺度不同的截留
利用ΔT传入、移出热量
g、l～s g、l～s g、l l g l l s g、l
供热汽化溶剂 溶解度不同 挥发度不同 溶解度不同 供热汽化 吸附能力不同
热量 传递 质量 传递
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化工生产的两大部分 核心部分 化学反应过程 辅助部分 前、后处理过程 化工生产所不可缺少
单元操作（Unit Operations）
一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外， 其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称 为“单元操作”。
蒸发：制糖工业——糖水的浓缩； 制碱工业——苛性钠溶液的浓缩； 甘油和生物胶水溶液的浓缩； 牛奶和橘汁的浓缩。 精馏：酿酒，石油精制。 膜分离：海水淡化，血液透析，食盐电解，水的净化。
近年来，主持中国博士后科学基金一项，承担国家973项目和 国家自然基金各一项，其他项目多项。在国内外发表研究论文 50余篇，其中被SCI收录30篇，EI收录10余篇，发明日本专利 一项。 2009年，获首批吉林省高校百名科技领军人才和吉林 市第四批优秀青年科技专家称号。
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化工原理
Principles of Chemical Engineering
吉林化工学院化工原理教学与实验中心
李忠玉 （博士，教授）
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个人简介 李忠玉，博士，教授。2005年 9月于日本山口大学获工学博 士学位，2006年2月至2008年1 月曾在清华大学化学系从事博 士后研究工作。现主要研究方 向为非线性光学材料、材料光 化学与光物理性能研究等。
化学工程 = 化工原理 + 反应工程 = 三传 + 一反
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无机化学 分析化学 有机化学 物理化学
合成氨
科
化工原理
化
硫酸制造
氯碱工业
学
传递过程 反应工程 （还有：分 离工程、化 工热力学、 系统工程）
3、严谨性：要求树立严谨的态度。
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目的和要求
通过本课程的学习，应树立起工程观点（安全适用、经 济合理），掌握解决工程实际的方法，培养下列两种基本 能力： （1）以工程技术观点和经济观点来分析和处理实际问 题的能力； （2）熟练的进行化工基本运算。以便在化工生产、科 研和设计工作中达到强化生产过程，提高产品质量，提高 设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗， 防止污染以及加速新技术开发等方面的目的。
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化工常见单元操作见下表：
单元操作 目的 物态 原理 传递 动量 传递
流体输送 搅拌
沉降 过滤 换热 蒸发 气体吸收 液体精馏 萃取 干燥 吸附
输送 混合、分散
非均相混合物分离 同上 升、降T，or改变相态 溶剂与不挥发性溶质分离 均相混合物分离 均相混合物分离 均相混合物分离 去湿 均相混合物分离