中山大學(xué)化工原理課件第0章緒論

化工原理緒論化工原理是化學(xué)工程的核心課程。它以化學(xué)工程的基本理論和實踐為基礎(chǔ)，研究化學(xué)反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)過程的原理和規(guī)律。課程簡介課程名稱化工原理課程代碼0801012學(xué)分3學(xué)分授課教師中山大學(xué)化工學(xué)院教師化工原理課程目標理解化工原理掌握化學(xué)工程的基本原理和應(yīng)用解決化工問題應(yīng)用化工原理解決實際問題設(shè)計化工過程培養(yǎng)設(shè)計和優(yōu)化化工生產(chǎn)過程的能力安全和環(huán)境保護了解化工安全和環(huán)境保護的重要性化工原理課程內(nèi)容安排1緒論課程概述、化工原理的重要性和學(xué)習(xí)目的。2流體流動流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、管道流動、流體輸送和攪拌。3熱量傳遞熱傳導(dǎo)、對流、輻射、傳熱過程和換熱器設(shè)計。4質(zhì)量傳遞擴散、對流傳質(zhì)、吸收、蒸餾、萃取和干燥。5化學(xué)反應(yīng)工程反應(yīng)速率理論、反應(yīng)器設(shè)計、催化劑和反應(yīng)過程控制。6化工分離操作蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、過濾、離心和沉降等。7化工過程模擬與控制過程模擬、控制系統(tǒng)、儀表和自動化技術(shù)。8化工過程安全和環(huán)境保護化工安全管理、環(huán)境污染防治、可持續(xù)發(fā)展理念。化工的基本概念和定義1物質(zhì)轉(zhuǎn)化化工涉及物質(zhì)的物理和化學(xué)轉(zhuǎn)化，通過各種操作和過程，將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。2能量轉(zhuǎn)換化工過程通常伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，包括熱量、機械能、電能等，以驅(qū)動反應(yīng)和分離。3過程控制化工過程需要嚴格的控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全，并優(yōu)化生產(chǎn)效率。4環(huán)境保護化工生產(chǎn)過程需要關(guān)注環(huán)境保護，減少污染排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?；ぴ诂F(xiàn)代生活中的重要性化工產(chǎn)業(yè)為現(xiàn)代生活提供了各種必需品，如燃料、醫(yī)藥、化肥、塑料、合成纖維等?；ぎa(chǎn)品已滲透到衣食住行各個方面，改善了人們的生活質(zhì)量，推動了社會進步?；ぎa(chǎn)業(yè)的發(fā)展與社會進步息息相關(guān)，化工技術(shù)不斷進步，為人們的生活提供了更多便利和保障?；ぎa(chǎn)品也推動了新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，例如新能源、新材料、生物技術(shù)等?；W(xué)科的發(fā)展歷程萌芽階段古代人類對物質(zhì)的加工和轉(zhuǎn)化，如釀酒、冶金等，奠定了化工的基礎(chǔ)。近代發(fā)展18世紀工業(yè)革命推動了化工的快速發(fā)展，出現(xiàn)了硫酸、堿、染料等重要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。現(xiàn)代化工20世紀以來，化工技術(shù)不斷革新，催化劑、高分子材料等新興領(lǐng)域涌現(xiàn)，化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。未來趨勢綠色化工、智能化工、生物化工等新興領(lǐng)域?qū)⒁I(lǐng)未來化工學(xué)科的發(fā)展方向。化工單元操作基本原理和應(yīng)用基本概念和定義化工單元操作是化工生產(chǎn)中常用的基本操作，例如分離、混合、傳熱、傳質(zhì)等?；驹磉@些操作基于物理化學(xué)原理，如熱力學(xué)、動力學(xué)、質(zhì)量傳遞等。應(yīng)用范圍化工單元操作廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制藥、食品、能源等多個領(lǐng)域。重要性單元操作的選擇和優(yōu)化對提高生產(chǎn)效率、降低成本、減少污染至關(guān)重要?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的基本原理反應(yīng)器類型反應(yīng)器是化學(xué)反應(yīng)進行的場所，不同類型反應(yīng)器適用于不同反應(yīng)和操作條件。反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究反應(yīng)速率和影響速率的因素，是設(shè)計和優(yōu)化反應(yīng)過程的關(guān)鍵。反應(yīng)過程分析化學(xué)反應(yīng)工程涉及對反應(yīng)過程的分析，包括熱力學(xué)、動力學(xué)和傳質(zhì)等因素。化工過程模擬與控制的基本方法過程模擬模擬化工過程需要使用軟件工具。常用的模擬軟件可以模擬化工過程的各個方面。模擬有助于了解化工過程的特性，預(yù)測過程行為，優(yōu)化工藝參數(shù)。過程控制過程控制是指使用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化化工過程參數(shù)。過程控制系統(tǒng)通過測量和反饋來確保過程穩(wěn)定性和高效運行?；み^程設(shè)計的基本思路需求分析首先要明確生產(chǎn)目標和技術(shù)要求，并進行可行性分析，確定工藝路線和設(shè)備選擇。工藝流程設(shè)計根據(jù)需求分析結(jié)果，繪制工藝流程圖，并進行物料平衡和能量平衡計算，確保工藝過程的合理性和可操作性。設(shè)備選型與設(shè)計根據(jù)工藝流程和物料特性，選擇合適的設(shè)備，并進行設(shè)備設(shè)計，確保設(shè)備能滿足工藝要求并安全可靠地運行。過程控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動化控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并確保安全生產(chǎn)?；み^程安全和環(huán)境保護的重要性安全生產(chǎn)化工生產(chǎn)過程中，潛在的安全風險很高，需要嚴格遵守安全操作規(guī)程。環(huán)境保護化工生產(chǎn)排放污染物，需要采取措施，減少對環(huán)境的影響。事故預(yù)防加強安全管理，完善應(yīng)急預(yù)案，避免事故發(fā)生?？沙掷m(xù)發(fā)展化工行業(yè)要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要將安全和環(huán)保放在首位?；ぴ砼c化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程1設(shè)計生產(chǎn)工藝設(shè)備選擇2生產(chǎn)原料準備反應(yīng)過程分離提純3控制參數(shù)監(jiān)測質(zhì)量控制安全保障4產(chǎn)品包裝儲存運輸化工原理在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。它指導(dǎo)了從原料選擇到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程，并確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全。化工原理與化學(xué)工藝過程化工原理為化學(xué)工藝過程奠定理論基礎(chǔ)。理解化工原理有助于優(yōu)化化學(xué)工藝過程，提高效率和安全性。1原料選擇確定合適的原料2反應(yīng)器設(shè)計選擇合適的反應(yīng)器類型3分離提純分離目標產(chǎn)物4產(chǎn)品質(zhì)量控制確保產(chǎn)品符合標準例如，化工原理中的傳熱和傳質(zhì)原理可用于優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計，提高反應(yīng)效率。同時，化工原理中的安全知識可用于保障化學(xué)工藝過程的安全性，減少環(huán)境污染。化工原理與反應(yīng)器設(shè)計11.反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型多種多樣，例如釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器等。22.反應(yīng)器設(shè)計化工原理知識可以幫助設(shè)計反應(yīng)器，優(yōu)化反應(yīng)條件，提高反應(yīng)效率。33.反應(yīng)器操作了解反應(yīng)器操作原理，可以控制反應(yīng)過程，確保安全穩(wěn)定運行。44.反應(yīng)器性能化工原理可以分析反應(yīng)器性能，例如轉(zhuǎn)化率、選擇性、產(chǎn)率等，進行優(yōu)化設(shè)計。化工原理與分離過程蒸餾根據(jù)沸點不同分離混合物，廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥制造等領(lǐng)域。過濾利用膜或固體材料分離固體顆粒和液體，例如，水處理、食品加工。結(jié)晶將溶質(zhì)從溶液中分離出來，常用于制備高純度物質(zhì)，例如，食鹽生產(chǎn)。萃取利用溶劑將目標物質(zhì)從混合物中分離出來，例如，從植物中提取有效成分?；ぴ砼c傳質(zhì)操作傳質(zhì)過程傳質(zhì)操作是化工生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)。它包括物質(zhì)在不同相之間的傳遞，例如氣體吸收、液體萃取、固體吸附等。傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率是指物質(zhì)在單位時間內(nèi)通過單位面積的傳遞量，它受多種因素影響，例如濃度差、溫度、流體性質(zhì)等。傳質(zhì)設(shè)備各種傳質(zhì)設(shè)備用于提高傳質(zhì)效率，例如填料塔、吸收器、蒸餾塔、萃取器等，選擇合適的設(shè)備對傳質(zhì)過程至關(guān)重要?；ぴ砼c流體輸送與儲存流體輸送流體輸送是指將流體從一個地方輸送到另一個地方。涉及管道、泵、閥門等。管道類型：鋼管、塑料管、陶瓷管等泵類型：離心泵、往復(fù)泵、螺桿泵等閥門類型：截止閥、球閥、蝶閥等流體儲存流體儲存是指將流體安全可靠地儲存在容器中。涉及儲罐、槽車、管道等。儲罐類型：立式儲罐、臥式儲罐、球形儲罐等槽車類型：罐式貨車、罐式半掛車等管道類型：輸油管道、輸氣管道等化工原理與能量轉(zhuǎn)換1能量守恒能量在化工過程中的轉(zhuǎn)換遵守能量守恒定律，即能量不會憑空產(chǎn)生或消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。2熱力學(xué)基礎(chǔ)化工原理中運用熱力學(xué)原理分析能量轉(zhuǎn)換過程，包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三定律等。3能量利用效率提高能量利用效率是化工過程節(jié)能的重要方向，例如采用熱交換器、余熱回收等技術(shù)。4能量轉(zhuǎn)換設(shè)備常見能量轉(zhuǎn)換設(shè)備包括鍋爐、汽輪機、壓縮機、泵等，它們在化工生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用?；ぴ砼c過程控制反饋控制過程控制系統(tǒng)會監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)，并根據(jù)偏差進行調(diào)整以維持穩(wěn)定性。自動化控制自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)程序或?qū)崟r數(shù)據(jù)進行調(diào)整，提高效率和安全性。優(yōu)化控制通過數(shù)據(jù)分析和建模，優(yōu)化控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率，降低能耗，并實現(xiàn)目標?；ぴ砼c工藝設(shè)計工藝設(shè)計工藝設(shè)計是化工生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及流程選擇、設(shè)備選型、參數(shù)優(yōu)化等。安全與環(huán)保工藝設(shè)計要兼顧安全和環(huán)保，確保生產(chǎn)過程安全可靠、環(huán)境友好。團隊協(xié)作工藝設(shè)計需要多學(xué)科的專業(yè)人才協(xié)同合作，才能完成復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)。過程模擬工藝設(shè)計中，過程模擬可以幫助工程師優(yōu)化設(shè)計方案，提高生產(chǎn)效率?；ぴ砼c過程優(yōu)化優(yōu)化目標提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、減少資源消耗、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低環(huán)境影響。優(yōu)化方法數(shù)學(xué)模型、統(tǒng)計分析、模擬仿真、人工智能、機器學(xué)習(xí)等方法。優(yōu)化指標產(chǎn)量、成本、能耗、排放、產(chǎn)品質(zhì)量、安全、可靠性等指標。優(yōu)化步驟定義問題、建立模型、求解模型、實施優(yōu)化、評估效果。化工原理與過程仿真虛擬環(huán)境過程仿真在虛擬環(huán)境中模擬化工過程，預(yù)測和優(yōu)化生產(chǎn)過程，避免實際生產(chǎn)中的風險和成本浪費。數(shù)字化模型過程仿真構(gòu)建化工過程的數(shù)字化模型，對過程進行模擬和分析，幫助工程師理解過程的運行機制和性能指標。優(yōu)化設(shè)計過程仿真可以用于優(yōu)化化工過程的設(shè)計參數(shù)，提高過程效率，降低成本，并改善產(chǎn)品質(zhì)量?；ぴ砼c過程安全安全風險識別化工生產(chǎn)過程中存在多種安全風險，如火災(zāi)、爆炸、中毒、泄漏等。識別和評估這些風險是安全管理的重要環(huán)節(jié)。安全操作規(guī)程制定并嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，規(guī)范員工行為，減少人為失誤，是保證生產(chǎn)安全的重要措施。應(yīng)急預(yù)案建立完善的應(yīng)急預(yù)案，并定期進行演練，確保在事故發(fā)生時能夠及時、有效地應(yīng)對。安全設(shè)施配備完善的安全設(shè)施，如報警系統(tǒng)、滅火器、防護服等，為員工提供安全保障?；ぴ砼c環(huán)境保護排放控制減少化工生產(chǎn)過程中的污染物排放，例如廢氣、廢水和固體廢物?？沙掷m(xù)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用環(huán)保的生產(chǎn)工藝，例如清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟和資源回收。污染治理處理和凈化化工生產(chǎn)過程中的污染物，例如廢水處理、廢氣處理和固體廢物處理。環(huán)境友好減少化工生產(chǎn)對環(huán)境的影響，例如降低能耗、減少資源消耗和減少污染?；ぴ砼c可持續(xù)發(fā)展資源利用化工生產(chǎn)過程需要考慮資源利用效率，減少資源浪費，并尋找可再生資源替代傳統(tǒng)資源，例如利用生物質(zhì)資源替代石油資源。環(huán)境保護化工生產(chǎn)過程中需要減少污染物排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，并探索環(huán)境友好型工藝和技術(shù)，例如利用綠色化學(xué)原理和技術(shù)降低環(huán)境影響。節(jié)能減排化工生產(chǎn)過程中需要降低能耗，減少溫室氣體排放，提高能源利用效率，例如利用余熱回收、優(yōu)化反應(yīng)條件等措施。循環(huán)經(jīng)濟化工生產(chǎn)過程中需要將廢棄物進行回收利用，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，例如將廢水進行處理回用，將廢氣進行回收利用?；ぴ碚n程總結(jié)理論與實踐結(jié)合化工原理課程涵蓋理論知識和實驗實踐，幫助學(xué)生理解化工過程的本質(zhì)。過程設(shè)計與安全學(xué)習(xí)化工原理可以掌握過程設(shè)計、優(yōu)化和安全操作的知識，為未來職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)?？沙掷m(xù)發(fā)展化工原理課程強調(diào)可持續(xù)發(fā)展理念，推動綠色化工技術(shù)的應(yīng)用。化工原理學(xué)習(xí)方法和建議預(yù)習(xí)和筆記課前預(yù)習(xí)，了解課程內(nèi)容，課堂認真聽講，做好筆記，方便復(fù)習(xí)和理解。練習(xí)和實踐多做習(xí)題，鞏固知識，將理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合，提高解決實際問題的能力。小組討論與同學(xué)交流學(xué)習(xí)心得，互相幫助，共同進步，提升學(xué)習(xí)效率和團隊合作能力。積極提問遇到問題及時向老師或同學(xué)請教，不懂就問，不要害怕，積極思考，主動尋求幫助?；ぴ碚n程重難點精講物料衡算與能量衡算物料衡算和能量衡算是在化工過程分析中的重要工具，它們幫助理解物質(zhì)和能量在過程中的流動和變化。傳熱與傳質(zhì)傳熱和傳質(zhì)是化工過程中的重要現(xiàn)象，理解這些現(xiàn)象的原理和應(yīng)用對于設(shè)計和優(yōu)化化工設(shè)備至關(guān)重要?；瘜W(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程主要研究化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)器設(shè)計和操作，是化工生產(chǎn)的核心部分之一。分離操作分離操作是化工生產(chǎn)中重要的步驟，旨在將混合物中的組分分離，提高產(chǎn)品純度和產(chǎn)量?；ぴ碚n程學(xué)習(xí)經(jīng)驗分享11.預(yù)習(xí)與課堂結(jié)合