化工基礎(chǔ)-1-緒論-0課件3

1、化工基礎(chǔ)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院孫 婷教材：上海師范大學(xué)，福建師范大學(xué)合編的化工基礎(chǔ)第四版化工基礎(chǔ)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教材：上海師范大學(xué)，福建師范大學(xué)合化工基礎(chǔ)課程介紹化工（專業(yè)必修課）：化工原理：材料，環(huán)境和生物化工基礎(chǔ)：化學(xué)基礎(chǔ)：物理化學(xué)公式多，計(jì)算多，過程復(fù)雜考試：半開卷不允許帶書，只允許帶“一張”A4的紙，正反面都可以寫成績作業(yè)+提問+出勤=平時(shí)成績（30%）期末考試占70%基本要求：不遲到，不講話，按時(shí)交作業(yè)化工基礎(chǔ)課程介紹化工（專業(yè)必修課）：第一章 緒 論第一節(jié) 化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程概述第二節(jié) 化工過程與單元操作第三節(jié) 化工中應(yīng)用的幾個(gè)基本規(guī)律第四節(jié) 化工數(shù)據(jù)及單位第一章 緒 論第一節(jié) 化學(xué)

2、工業(yè)與化學(xué)工程概述2022/10/11第一章 緒 論42022/10/10第一章 緒 論42022/10/11第一章 緒 論5 化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是工業(yè)經(jīng)濟(jì)中最具活力，有待開發(fā)且競(jìng)爭(zhēng)力極強(qiáng)的一個(gè)部門。其重要性可歸納為：（1）為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜等農(nóng)用生產(chǎn)資料；（2）為輕紡、建材、冶金、國防、軍工以及其他工業(yè)提 供各種配套原材料；（3）為微電子、信息、生物、航天技術(shù)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提 供新型化工材料和新產(chǎn)品；（4）為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。2022/10/10第一章 緒 論5 化學(xué)2022/10/11第一章 緒 論6化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)：（1）增長速度快；（2）化工

3、科研和新產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用高；（3）大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)和技術(shù)的復(fù)雜性促使化學(xué)工業(yè)投資加大；（4）化工產(chǎn)品、工藝路線、技術(shù)創(chuàng)造性上競(jìng)爭(zhēng)激烈；（5）新工藝的投入、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及設(shè)備的腐蝕，致使化學(xué)工業(yè)的工廠壽命縮短、報(bào)廢快；（6）在資金足夠的條件下，化工產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的自由度大；（7）運(yùn)輸便利、均相及價(jià)值高的化工產(chǎn)品貿(mào)易有國際性；（8）化學(xué)工業(yè)與整個(gè)工業(yè)相輔相存，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起支柱作用。2022/10/10第一章 緒 論6化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)：（12022/10/11第一章 緒 論7化學(xué)工程的研究內(nèi)容：2022/10/10第一章 緒 論7化學(xué)工程的研究內(nèi)容：2022/10/11第一章 緒 論8化學(xué)工程的發(fā)展階

4、段： 在20世紀(jì)前的幾百年時(shí)間里，出現(xiàn)了不少化學(xué)工業(yè)，如制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每一種工業(yè)從原料到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識(shí)講解，這是最早的化學(xué)工程學(xué)。化學(xué)工藝學(xué)階段2. 單元操作階段 20世紀(jì)初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學(xué)工業(yè)中存在共同的操作原理。例如，無論是制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)得到固體糖和固體堿的原理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早提出的單元操作之一。經(jīng)不斷總結(jié)，被稱為單元操作的有：流體流動(dòng)與輸送、沉降與過濾、固體流態(tài)化、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。2022/10/10第一章 緒 論8化學(xué)工程的發(fā)展階段：2022/10/11第一章 緒 論

5、9 到20世紀(jì)50年代，人們又發(fā)現(xiàn)，各單元操作之間還存在著共性。例如，傳熱和蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式，蒸餾、吸附、吸收、萃取都是質(zhì)量傳遞的形式。于是，把單元操作歸納為動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。3. 傳遞過程階段4. “三傳一反”階段 20世紀(jì)50年代中期，化學(xué)工程中出現(xiàn)了“化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)”這一新的分支。對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的研究，不僅要運(yùn)用化學(xué)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，而且要運(yùn)用動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞原理。于是 “傳遞過程” 與 “反應(yīng)工程” 成為當(dāng)今化學(xué)工程學(xué)的兩大支柱。簡(jiǎn)稱 “三傳一反” 階段。返回2022/10/10第一章 緒 論9 2022/10/11第一章 緒 論10 化工過程：有目的的使原料經(jīng)過

6、一系列的化學(xué)或物理變化，以獲得產(chǎn)品的工業(yè)過程，也稱為化工生產(chǎn)，或化工生產(chǎn)過程。圖1-1 基本化工生產(chǎn)過程原料 （1）預(yù)處理 （2） 反 應(yīng) （3）后處理產(chǎn)品2022/10/10第一章 緒 論10 化工過程：有2022/10/11第一章 緒 論11化工生產(chǎn)過程化學(xué)反應(yīng)過程物理處理過程 化工生產(chǎn)的核心 原料的預(yù)處理 產(chǎn)品的加工(單元操作)2022/10/10第一章 緒 論11化工生產(chǎn)過程化學(xué)反2022/10/11第一章 緒 論12 單元操作：化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的所有物理性操作。 在當(dāng)今化工及其相近工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的單元操作有幾十種之多，而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步還會(huì)不斷地開發(fā)出一些新型

7、的單元操作。2022/10/10第一章 緒 論12 單元操作：化2022/10/11第一章 緒 論13單元操作的分類：1）按操作目的分： 流體輸送： 物料的混合：氣體和液體的輸送主要指通過攪拌達(dá)到物料混合或分散的目的 物料的加熱或冷卻：利用物料和環(huán)境之間的溫度差輸入或輸出熱量 均相混合物的分離：氣體吸收、液體蒸餾、萃取等 非均相混合物的分離：過濾和沉降2022/10/10第一章 緒 論13單元操作的分類：12022/10/11第一章 緒 論142）按單元操作遵循的基本規(guī)律分： 動(dòng)量傳遞過程： 熱量傳遞過程：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：流體輸送、沉降、過濾和離心分離等遵循熱交換基本規(guī)律的單元

8、操作：如傳熱、蒸發(fā)等 質(zhì)量傳遞過程：遵循通過擴(kuò)散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程：吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等2022/10/10第一章 緒 論142）按單元操作遵循尿素生產(chǎn)流程生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳。合成反應(yīng)分兩步： （1）氨與二氧化碳生產(chǎn)氨基甲酸銨；2NH3（氣）+CO2（氣）=NH4COONH2（固） （2）甲酸銨脫水生成尿素；NH4COONH2= NH2CONH2+H2O尿素生產(chǎn)流程生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳。尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程圖尿素生產(chǎn)流程尿素生產(chǎn)流程圖2022/10/11第一章 緒 論17第三節(jié) 化工中應(yīng)用的幾個(gè)基本規(guī)律 物料衡算 熱量衡算 平衡關(guān)系 過程速率

9、2022/10/10第一章 緒 論17第三節(jié) 化工中應(yīng)2022/10/11第一章 緒 論181、物料衡算： 物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。它反映一個(gè)過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系。 進(jìn)入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量：輸入物料量 排出物料量過程積累量2022/10/10第一章 緒 論181、物料衡算： 2022/10/11第一章 緒 論19積累 MM入M出系 統(tǒng)圖1-2 物料衡算示意圖物料衡算式： M入 M出 M(1-1)連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)：M入 M出 (1-2)2022/10/10第一章 緒 論19積累 MM入M2022/10/11第一章 緒 論20進(jìn)行物料衡算時(shí)

10、，必須明確下面幾點(diǎn)： 首先要確定衡算的范圍。 其次要確定衡算的基準(zhǔn)。 然后確定衡算的對(duì)象。 最后還要確定衡算對(duì)象的物理量及單位。2022/10/10第一章 緒 論20進(jìn)行物料衡算時(shí)，必2022/10/11第一章 緒 論212、熱量衡算： 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。 熱量衡算的目的是： 計(jì)算單位產(chǎn)品的能耗 了解過程中能量的利用和損失情況 確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量 設(shè)計(jì)換熱設(shè)備2022/10/10第一章 緒 論212、熱量衡算： 2022/10/11第一章 緒 論22積累 QQ入Q出系 統(tǒng)圖1-3 熱量衡算示意圖熱量衡算式： Q入 Q出 Q穩(wěn)定的連續(xù)性操作：Q入 Q出 (1-3)(1

11、-4)2022/10/10第一章 緒 論22積累 QQ入Q2022/10/11第一章 緒 論233、平衡關(guān)系： 平衡關(guān)系可以確定過程進(jìn)行的方向、程度，平衡狀態(tài)是過程進(jìn)行的極限。 平衡關(guān)系的形式：傳熱：高溫低溫，溫差為0時(shí)平衡。傳質(zhì)：吸收，精餾等，傳質(zhì)推動(dòng)力為0時(shí)平衡。流體流動(dòng)：高液位低液位，液面位置相同時(shí)平衡?；瘜W(xué)反應(yīng)：由不平衡向平衡移動(dòng)，直到平衡。 確定過程的極限，確定能量利用和物料利用方案。 考察外界條件對(duì)平衡的影響，找出最大利用物料、能 量的條件2022/10/10第一章 緒 論233、平衡關(guān)系： 2022/10/11第一章 緒 論244、過程速率（動(dòng)力學(xué)過程）： 確定所需設(shè)備大?。焊鶕?jù)

12、過程需處理的物料量。 確定提高過程速率的方法：過程速率（）=過程推動(dòng)力（ ）過程阻力（R）根據(jù)過程速率大小。增加過程推動(dòng)力 ：壓強(qiáng)差、溫度差、濃度差。降低過程阻力R：傳熱中提高、等。2022/10/10第一章 緒 論244、過程速率（動(dòng)力2022/10/11第一章 緒 論25單位制：英制單位：質(zhì)量：“磅”1 lb 0.4536 kg長度：“英尺”1 ft 0.3048 m表1-2 我國幾種舊單位制的基本量和基本單位kgf (千克力)s (秒)m (米)米千克力秒制 MKfSs (秒) kg (千克) m (米)米千克秒制 MKSs (秒) g (克)cm (厘米)厘米克秒制 CGS 力時(shí) 間

13、質(zhì) 量長 度單位制基本量2022/10/10第一章 緒 論25單位制：英制單位：2022/10/11第一章 緒 論26表1-3 SI 基本單位和輔助單位2022/10/10第一章 緒 論26表1-3 SI 2022/10/11第一章 緒 論27表1-4 化工中常用的SI 導(dǎo)出單位舉例2022/10/10第一章 緒 論27表1-4 化工中2022/10/11第一章 緒 論28 續(xù)表1-4 化工中常用的SI 導(dǎo)出單位舉例2022/10/10第一章 緒 論28 續(xù)表1-4 化2022/10/11第一章 緒 論29表1-5 SI 詞頭2022/10/10第一章 緒 論29表1-5 SI2022/10/11第一章 緒 論30例1-1 通用氣體常數(shù) R82.06 atmcm3/(molK)，將其換算成國際單位：kJ/(kmolK) 表示。方法：將復(fù)合單位所包含的簡(jiǎn)單單位逐一按要求替換，最后化成所要求的單位形式。2022/10/10第一章 緒 論30例1-1 通用氣2022/10/11第一章 緒 論311、 化工基礎(chǔ) ，上海師范