化工基础 绪论

类似：物理化学
公式多，计算多，过程复杂
考试：半开卷
不允许带书，只允许带“一张”A4的纸，正反面都可以写
成绩
作业+提问+出勤=平时成绩（30%） 期末考试占70%
基本要求：
不迟到，不讲话，按时交作业
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4. “三传一反”阶段
20世纪50年代中期，化学工程中出现了“化学反应工 程学”这一新的分支。对化学反应器的研究，不仅要运用 化学动力学和热力学原理，而且要运用动量、热量和质量 传递原理。于是 “传递过程” 与 “反应工程” 成为当今 化学工程学的两大支柱。简称 “三传一反” 阶段。
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进行物料衡算时，必须明确下面几点：
首先要确定衡算的范围。 其次要确定衡算的基准。 然后确定衡算的对象。
最后还要确定衡算对象的物理量及单位。
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2、热量衡算：
热量衡算的依据是能量守恒定律。
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化工基础
化学与材料科学学院
孙婷
教材：上海师范大学，福建师范大学合编的《化工基础》第三版
化工基础课程介绍
化工（专业必修课）：
化工原理：材料，环境和生物 化工基础：化学
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4、过程速率（动力学过程）：
过程速率（γ）= 确定所需设备大小：
根据过程需处理的物料量。 根据过程速率大小。 确定提高过程速率的方法： 增加过程推动力Δ ：压强差、温度差、浓度差。 降低过程阻力R：传热中提高λ、α等。
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过程推动力（ Δ ） 过程阻力（R）
（4）为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。
2013-3-4 第一章 绪 论 5
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化学工业的特点：
（1）增长速度快；
（2）化工科研和新产品开发费用高；
（3）大规模连续化生产和技术的复杂性促使化学工业投资加大； （4）化工产品、工艺路线、技术创造性上竞争激烈；
2. 单元操作阶段
20世纪初，人们逐渐发现，许多门化学工业中存在共同 的操作原理。例如，无论是制糖业还是制碱业，从溶液蒸发 得到固体糖和固体碱的原理是相同的，于是，蒸发成为最早 提出的单元操作之一。经不断总结，被称为单元操作的有： 流体流动与输送、沉降与过滤、固体流态化、传热、蒸发、 蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等。
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系 统 ∑M入
积累 M
∑M出
图1-2 物料衡算示意图
物料衡算式： ∑M入 ＝ ∑M出 ＋ M
连续稳定流动：∑M入 ＝ ∑M出
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(1-1)
(1-2)
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化工过程：有目的的使原料经过一系列的化
学或物理变化，以获得产品的工业过程，也 称为化工生产，或化工生产过程。
原 料
（1）
（2）
（3）
预处理
反ห้องสมุดไป่ตู้应
后处理
产 品
图1-1 基本化工生产过程
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在当今化工及其相近工业生产中应用的 单元操作有几十种之多，而且随着生产的发展 和科技的进步还会不断地开发出一些新型的单 元操作。
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单元操作的分类：
1）按操作目的分：
气体和液体的输送 流体输送： 主要指通过搅拌达到物料混合 物料的混合： 或分散的目的 利用物料和环境之间的 物料的加热或冷却： 温度差输入或输出热量 气体吸收、液体蒸馏、萃取等 均相混合物的分离： 过滤和沉降 非均相混合物的分离：
厘米· 秒制 克· CGS 米· 千克· 秒制 MKS 米· 千克力· 秒制 MKfS
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cm (厘 米)
g (克)
s (秒) s (秒) s (秒)
m (米) kg (千克) m ( 米) ——
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表1-3 SI 基本单位和辅助单位
传质：吸收，精馏等，传质推动力为0时平衡。 流体流动：高液位→低液位，液面位置相同时平衡。 化学反应：由不平衡向平衡移动，直到平衡。
确定过程的极限，确定能量利用和物料利用方案。 考察外界条件对平衡的影响，找出最大利用物料、能 量的条件
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化学工业是国民经济重要的基础工业， 是工业经济中最具活力，有待开发且竞争力 极强的一个部门。
其重要性可归纳为：
（1）为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料；
（2）为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提
供各种配套原材料； （3）为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提 供新型化工材料和新产品；
遵循通过扩散，从一相转移到另一相的过程： 吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等
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尿素生产流程
生产尿素的原料是氨和二氧化碳。 合成反应分两步： （1）氨与二氧化碳生产氨基甲酸铵；
2NH3（气）+CO2（气）=NH4COONH2（固）
化学工程的研究内容：
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化学工程的发展阶段：
1. 化学工艺学阶段
在20世纪前的几百年时间里，出现了不少化学工业，如 制糖工业、制碱工业、造纸工业等。介绍每一种工业从原料 到成品的生产过程，作为一种特殊的知识讲解，这是最早的 化学工程学。
量的名称 长 质
基 本 单 位 时 电
单 位 名 称 米 metre
国际符号 m kg
s A K Cd mol rad sr
备
注
度 量
间 流
千克 (公斤) kilogram
秒 安 [培] 开 [尔文] 坎 [德拉] 摩 [尔] 弧 度 second Ampere Kelvin Candela mole radian steradian
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
绪
论
化学工业与化学工程概述 化工过程与单元操作
化工中应用的几个基本规律
化工数据及单位
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（1） 圆括号中 的名称与前面的 名称是同义词； （2）去掉方括号 后为全称，去掉 方括号和其中的 字后为简称。
热力学温度 发光强度 物质的量
辅 助 单 位
平 面 角 立 体 角
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球面角
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表1-4 化工中常用的SI 导出单位举例
（2）甲酸铵脱水生成尿素；
NH4COONH2= NH2CONH2+H2O
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尿素生产流程
尿素生产流程图
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第三节 化工中应用的几个基本规律
物料衡算
热量衡算
帕 [斯卡]秒 平方米/秒 焦 [耳]每开[尔文] 瓦 [特]每米开[尔文]
W (=J/s)
Pa· s m2/s J/K W/(m· K)
kg· 2/s3 m
kg/(m· s) m2/s kg· 2/(s2· m K) kg· m/(s3· K)
扩散系数 热容，熵 导热系数
传热系数
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瓦 [特]每平方米开[尔文] W/(m2· K)
压强，应力
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续表1-4 化工中常用的SI 导出单位举例
量的名称 能，功，热量 单 位 名 称 焦 [耳] 单位符号 J (=N· m)
用SI 基本单位表 示的单位
kg· 2/s2 m
功
粘
率
度
瓦 [特]
稳定的连续性操作：∑Q入 ＝ ∑Q出
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(1-3) (1-4)
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3、平衡关系：
平衡关系可以确定过程进行的方向、程度， 平衡状态是过程进行的极限。
平衡关系的形式：
传热：高温 低温，温差为0时平衡。
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化学反应过程
化工生产的核心
化工生产过程
物理处理过程 (单元操作)
原料的预处理
产品的加工
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单元操作：化工生产中除化学反应单
元以外的所有物理性操作。
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单位制：
英制单位： 质量： “磅”
1 lb ＝ 0.4536 kg 长度： “英尺” 1 ft ＝ 0.3048 m 表1-2 我国几种旧单位制的基本量和基本单位
单位制 基本量
长
度
质
量
时
间
力 —— —— kgf (千克力)
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量的名称 单 位 名 称 单位符号 用SI 基本单位表示的单位
面 体
速 密 浓 力
积 积
度 度 度
平方米 立方米
米每秒 千克每立方米 摩尔每立方米 牛[顿] 帕 [斯卡]
m2 m3
m/s kg/m3 mol/m3 N Pa (=N/m2)
m2 m3
m/s kg/m3 mol/m3 kg· 2 m/s kg/(m· 2) s
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3. 传递过程阶段
到20世纪50年代，人们又发现，各单元操作之间还存 在着共性。例如，传热和蒸发都是热量传递的形式，蒸馏、 吸附、吸收、萃取都是质量传递的形式。于是，把单元操 作归纳为动量传递、热量传递和质量传递。
（5）新工艺的投入、生产规模的扩大以及设备的腐蚀，致使化学 工业的工厂寿命缩短、报废快；
（6）在资金足够的条件下，化工产品进入市场的自由度大；
（7）运输便利、均相及价值高的化工产品贸易有国际性；
（8）化学工业与整个工业相辅相存，在经济发展中起支柱作用。
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kg/(s3· K)
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2）按单元操作遵循的基本规律分：
动量传递过程：
遵循流体力学基本规律的单元操作： 流体输送、沉降、过滤和离心分离等
热量传递过程：
遵循热交换基本规律的单元操作： 如传热、蒸发等
质量传递过程：
平衡关系 过程速率
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1、物料衡算：
物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量 守恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副 产物等之间的关系。 进入的物料量必等于排出的物料量和过程 中的积累量：
输入物料量 ＝ 排出物料量＋过程积累量
热量衡算的目的是：
计算单位产品的能耗 了解过程中能量的利用和损失情况 确定生产过程中需要输入、输出的热量 设计换热设备
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系 统 ∑Q入
积累 Q
∑Q出
图1-3 热量衡算示意图
热量衡算式： ∑Q入 ＝ ∑Q出 ＋ Q