化学工程基础课件
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生产基本化工产品的企业 以化学方法为主进行产品加工的企业
➢中国：
化学工业 包括：
2020/8/5
基本化学工业
化肥工业
石油化学工业
其他化学工业
13
1-5 化工生产工艺及流程
化工生产过程：
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）
预处理
单元操作的结果只改变物料的物理性质
化工生产过程就是由若干单元操作和反应过程按一定顺 序组合而成
2020/8/5
17
流程图
描述从物料开始，经过一系列按一定顺序并相互 衔接的单元操作和反应过程，生产合格产品的生 产工艺过程称为化工工艺流程。用图表示的化工 工艺流程称为化工工艺流程图。
类型有：工艺流程框图、装置流程图、 管线图、带控制点的流程图等。
烷
直接氧化法: C2 H 4 0.5O2 EO
2020/8/5
10
➢ 生物工程
生物化学
生物学 生化
工程
化学
工程学Biblioteka 生物技术化学工程e.g. 将淀粉酶基因克隆到酵母菌中发酵生产乙醇， 时间缩短了十分之九，能量消耗减少了60％。
2020/8/5
11
1-3 化学工业的特点
与人类的生存和发展息息相关
供新型化工材料和新产品； ➢ 为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品；
➢ …………
2020/8/5
5
化学工业
人类生存密切相关
—— 衣食住行 —— 能源
开源节流
—— 国防和科技现代化
—— 环保
2020/8/5
6
1-2 化学工业的发展
昨天（始于18 世纪工业革命）
无机化 学工业
1746 年 英国人罗巴克 铅室法制硫酸 1791 年 法国人路布兰 制碱 1861 年 比利时人索尔维 氨碱法 1905 年 德国人哈伯 合成氨 1941 年 中国人侯德榜 联碱法
2020/8/5
18
2020/8/5
尿素生产工艺流程框图
19
2020/8/5
尿素生产流程简图
20
E103
E104
V102
催化剂
R101
填料
乙烯
E101
苯
V101 V101
T101
T102
2020/8/5
P101
E102
苯乙烯气相烷基化生产流程简图
V103
产品 塔板
副产物
21
1-5 实验室研究与化工过程开发
➢ 材料工程
高分子功能材料、陶瓷、纳米材料、富勒碳
➢ 能源化工
发展煤化工（洁净煤技术）
➢ 环境化工
氯乙
CO2 化学 环境工程 清洁生产
醇法
环 C2 H4 H 2O Cl2 CH 2ClCH 2OH HCl
氧
乙 2CH 2ClCH 2OH Ca(OH )2 2EO CaCl2 2H2O
密控制反应条件，无物料返回 作控制难度大，杂质易积累，中间
利用问题
检测多
以玻璃器皿为主，防腐，易清 要求设备强度高、耐腐蚀，结构复
洗
杂，清洗、操作难
量少，易采集，通常无需分离 量大，需专门的分离与精制过程
公用工程 简单易行，无需专门设施
需供水、供气、供电、动力等设施
环境保护 三废排放量少，易于处理，无 三废排放量大，必须通过专用设施
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。
7.1% 6.9%
86%
其他工业 石油天然气 化学工业
2020/8/5
4
触及现代生活的各个角落：
➢ 为农业提供化肥、农药等农用生产资料； ➢ 为轻纺、建材、冶金、国防、军工及其他行
业提供各种配套原材料； ➢ 为微电子、信息、生物工程等高科技产业提
有机化 学工业
1826 年 从氰酸铵合成尿素 19 C 中叶、20 C 初利用煤、农副产品 20 C 30 年代开始石油、天然气的开发
2020/8/5
7
今天（2011年我国）
产品名称 化肥 染料 农药
合成橡胶 乙烯
产量（万吨） 7000 76 265 380 1850
世界排名 1 1 2 1 2
需专用设施
（2）
反应
（3）
后处理
产品
基本化工生产过程
2020/8/5
14
例如:
甲醇的生产：
合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→ 冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）
苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压 蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
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15
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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16
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。
• 固体和流体物料输送 • 物料的加热和冷却 • 非均相混合物料的分离 • 液体混合物料的蒸发、蒸馏和萃取 • 气体物料的吸收 • 物料的干燥和冷却
e.g. a. 搅拌 b. 放大效应 D →10 D V（容积）? S（传热器壁面积）? c. 加料
化学实验与化工生产过程比较
2020/8/5
22
项目
原料 工艺
设备 产品
化学实验
化工生产
数量少、纯度高、配比严格、 量大，因来源不同、价格不一、纯
易储存、无需预处理
度不同，故使用前需预处理
操作简单、变更容易、可以精 操作复杂，不易随意变更，单元操
三废
占排放总量份额 排名
废渣
8-10％
9
废水
20-30％
2
2020/8/5
废气
5-7％
3
8
明天（发展趋势）
以信息技术为先导 以新材料技术为基础 以新能源技术为支柱 微观尺度向生物技术开拓 宏观尺度向空间和海洋扩展
化学工业不再局限于传统的化工领域，与这 六大技术渗透结合。
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9
发展趋势
化学工程基础
主讲章节
第一章 化学工业与化学工程 第二章 流体流动与输送 第三章 传热过程 第四章 传质分离基础 第五章 吸收 第六章 精馏
2020/8/5
2
第一章 化学工业与化学工程
§1.1 化学工业概述 §1.2 化学工程学 §1.3 物料衡算与能量衡算
§1.1 化学工业概述
1-1 化学工业的重要性
世界面临着三大挑战：人口增长、环境污染和能源 短缺。
原料路线、工艺路线和产品品种的多样性 化学工业属于技术密集型和能源密集型产业
e.g. N 2 H 2 cat NH 3
提倡采用新工艺、新设备，提高物料的综合 利用，降低能耗。
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1-4 化学工业的分类
➢美国：
按照美国标准工业分类手册（SIC）确定的分 类法，化学工业包括：
➢中国：
化学工业 包括：
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基本化学工业
化肥工业
石油化学工业
其他化学工业
13
1-5 化工生产工艺及流程
化工生产过程：
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）
预处理
单元操作的结果只改变物料的物理性质
化工生产过程就是由若干单元操作和反应过程按一定顺 序组合而成
2020/8/5
17
流程图
描述从物料开始，经过一系列按一定顺序并相互 衔接的单元操作和反应过程，生产合格产品的生 产工艺过程称为化工工艺流程。用图表示的化工 工艺流程称为化工工艺流程图。
类型有：工艺流程框图、装置流程图、 管线图、带控制点的流程图等。
烷
直接氧化法: C2 H 4 0.5O2 EO
2020/8/5
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➢ 生物工程
生物化学
生物学 生化
工程
化学
工程学Biblioteka 生物技术化学工程e.g. 将淀粉酶基因克隆到酵母菌中发酵生产乙醇， 时间缩短了十分之九，能量消耗减少了60％。
2020/8/5
11
1-3 化学工业的特点
与人类的生存和发展息息相关
供新型化工材料和新产品； ➢ 为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品；
➢ …………
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化学工业
人类生存密切相关
—— 衣食住行 —— 能源
开源节流
—— 国防和科技现代化
—— 环保
2020/8/5
6
1-2 化学工业的发展
昨天（始于18 世纪工业革命）
无机化 学工业
1746 年 英国人罗巴克 铅室法制硫酸 1791 年 法国人路布兰 制碱 1861 年 比利时人索尔维 氨碱法 1905 年 德国人哈伯 合成氨 1941 年 中国人侯德榜 联碱法
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尿素生产工艺流程框图
19
2020/8/5
尿素生产流程简图
20
E103
E104
V102
催化剂
R101
填料
乙烯
E101
苯
V101 V101
T101
T102
2020/8/5
P101
E102
苯乙烯气相烷基化生产流程简图
V103
产品 塔板
副产物
21
1-5 实验室研究与化工过程开发
➢ 材料工程
高分子功能材料、陶瓷、纳米材料、富勒碳
➢ 能源化工
发展煤化工（洁净煤技术）
➢ 环境化工
氯乙
CO2 化学 环境工程 清洁生产
醇法
环 C2 H4 H 2O Cl2 CH 2ClCH 2OH HCl
氧
乙 2CH 2ClCH 2OH Ca(OH )2 2EO CaCl2 2H2O
密控制反应条件，无物料返回 作控制难度大，杂质易积累，中间
利用问题
检测多
以玻璃器皿为主，防腐，易清 要求设备强度高、耐腐蚀，结构复
洗
杂，清洗、操作难
量少，易采集，通常无需分离 量大，需专门的分离与精制过程
公用工程 简单易行，无需专门设施
需供水、供气、供电、动力等设施
环境保护 三废排放量少，易于处理，无 三废排放量大，必须通过专用设施
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。
7.1% 6.9%
86%
其他工业 石油天然气 化学工业
2020/8/5
4
触及现代生活的各个角落：
➢ 为农业提供化肥、农药等农用生产资料； ➢ 为轻纺、建材、冶金、国防、军工及其他行
业提供各种配套原材料； ➢ 为微电子、信息、生物工程等高科技产业提
有机化 学工业
1826 年 从氰酸铵合成尿素 19 C 中叶、20 C 初利用煤、农副产品 20 C 30 年代开始石油、天然气的开发
2020/8/5
7
今天（2011年我国）
产品名称 化肥 染料 农药
合成橡胶 乙烯
产量（万吨） 7000 76 265 380 1850
世界排名 1 1 2 1 2
需专用设施
（2）
反应
（3）
后处理
产品
基本化工生产过程
2020/8/5
14
例如:
甲醇的生产：
合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→ 冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）
苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压 蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
2020/8/5
15
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
2020/8/5
16
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。
• 固体和流体物料输送 • 物料的加热和冷却 • 非均相混合物料的分离 • 液体混合物料的蒸发、蒸馏和萃取 • 气体物料的吸收 • 物料的干燥和冷却
e.g. a. 搅拌 b. 放大效应 D →10 D V（容积）? S（传热器壁面积）? c. 加料
化学实验与化工生产过程比较
2020/8/5
22
项目
原料 工艺
设备 产品
化学实验
化工生产
数量少、纯度高、配比严格、 量大，因来源不同、价格不一、纯
易储存、无需预处理
度不同，故使用前需预处理
操作简单、变更容易、可以精 操作复杂，不易随意变更，单元操
三废
占排放总量份额 排名
废渣
8-10％
9
废水
20-30％
2
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废气
5-7％
3
8
明天（发展趋势）
以信息技术为先导 以新材料技术为基础 以新能源技术为支柱 微观尺度向生物技术开拓 宏观尺度向空间和海洋扩展
化学工业不再局限于传统的化工领域，与这 六大技术渗透结合。
2020/8/5
9
发展趋势
化学工程基础
主讲章节
第一章 化学工业与化学工程 第二章 流体流动与输送 第三章 传热过程 第四章 传质分离基础 第五章 吸收 第六章 精馏
2020/8/5
2
第一章 化学工业与化学工程
§1.1 化学工业概述 §1.2 化学工程学 §1.3 物料衡算与能量衡算
§1.1 化学工业概述
1-1 化学工业的重要性
世界面临着三大挑战：人口增长、环境污染和能源 短缺。
原料路线、工艺路线和产品品种的多样性 化学工业属于技术密集型和能源密集型产业
e.g. N 2 H 2 cat NH 3
提倡采用新工艺、新设备，提高物料的综合 利用，降低能耗。
2020/8/5
12
1-4 化学工业的分类
➢美国：
按照美国标准工业分类手册（SIC）确定的分 类法，化学工业包括：