题 0.1化学工程(Chemical Engineering)学科的进展 0.1.1化学工程学及其进展 化学工程学:以化学、物理和数学原理为基础,研究物料在工 业规模条件下所发生的物理或化学状态变化的工业过程及这类 工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。 @化学工程学的进展:三阶段: 1.单元操作:20世纪初期。单元操作的物理化学原理及定量计算 方法,奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。 2.“三传一反”概念:20世纪60年代 3.多分支:20世纪60年代末。形成了单元操作、传递过程、反应 工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整 体系。18世纪纯碱、硫酸等无机工业作为现代工业的开端在欧 洲兴起,19世纪以煤为原料的有机工业在欧洲产生,19世纪 末~20世纪初大规模的石油炼制业兴起是产生化学工程的基础
0.1化学工程(Chemical Engineering )学科的进展 0.1.1化学工程学及其进展 化学工程学:以化学、物理和数学原理为基础,研究物料在工 业规模条件下所发生的物理或化学状态变化的工业过程及这类 工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。 化学工程学的进展:三阶段: 1. 单元操作:20世纪初期。单元操作的物理化学原理及定量计算 方法,奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。 2. “三传一反”概念:20世纪60年代 3. 多分支:20世纪60年代末。形成了单元操作、传递过程、反应 工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整 体系。18世纪纯碱、硫酸等无机工业作为现代工业的开端在欧 洲兴起,19世纪以煤为原料的有机工业在欧洲产生,19世纪 末~20世纪初大规模的石油炼制业兴起是产生化学工程的基础
题0.1.2单元操作(The Unit Operations) @ 化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产 过程。在化学工业中,对原料进行大规模的加工处理,使其不 仅在状态与物理性质上发生变化,而目在化学性质上也发生变 化,成为合乎要求的产品,这个过程即叫化工生产过程。 圆以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。 虽然电解反应为核心过程,但大量的物理操作占有很大比重。 另外象传热过程,不仅在制碱中,在制糖、制药、化肥中都需要 1 在传热过程物料的化学性质不变,遵循热量传递规律,通过热量 交换的方式实现,所用设备均为换热器,作用都是提高或降低物 料温度,为一普遍采用的操作方式。 因此我们将整个化工生产中(包括治金、轻工、制药等)那些 普遍采用的、遵循共同的操作原理,所用设备相近,具有相同作 用的一些基本的物理操作,称为“化工单元操作
0.1.2单元操作(The Unit Operations) 化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产 过程。在化学工业中,对原料进行大规模的加工处理,使其不 仅在状态与物理性质上发生变化,而且在化学性质上也发生变 化,成为合乎要求的产品,这个过程即叫化工生产过程。 以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。 虽然电解反应为核心过程,但大量的物理操作占有很大比重。 另外象传热过程,不仅在制碱中,在制糖、制药、化肥中都需要, 在传热过程物料的化学性质不变,遵循热量传递规律,通过热量 交换的方式实现,所用设备均为换热器,作用都是提高或降低物 料温度,为一普遍采用的操作方式。 因此我们将整个化工生产中(包括冶金、轻工、制药等)那些 普遍采用的、遵循共同的操作原理,所用设备相近,具有相同作 用的一些基本的物理操作,称为“化工单元操作”
过程步骤 操作方式 典型设备 水 盐 化盐 搅拌、溶解、传热 化盐桶 加热器 浑 澄清桶 澄清 悬浮液沉降分离 过滤机 杂质] 水 电解反应 电解 2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH 电解槽 阳极室 极室 冷却过程 换热器 氯处理 氢 NaOH 气液分离 离心机 溶液 传热过程 蒸发器 蒸发 南 烧碱液
氯 处 理 NaOH 溶液 蒸发 氢 处 理 阳 极 室 阴 极 室 Cl2 H2 烧碱液 冷却过程 气液分离 传热过程 换热器 离心机 蒸发器 过程步骤 操作方式 典型设备 化盐 水 盐 搅拌、溶解、传热 化盐桶 加热器 电解 精 盐 水 电解反应 2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH 电解槽 澄清 浑 盐 水 悬浮液沉降分离 澄清桶 过滤机 杂质
一个化工生产过程所包括的步骤分为两类: 顾 1.化学反应过程:通常在反应器中进行,以化学反 应为主。不同化学工业中的化学反应不同,反应机 理干差万别,其反应器在构造与操作原理上有很大 差别。 题 2.单元操作过程:化工生产中基本的物理处理过程。 题一个化工生产过程由若干单元操作与化学反应串联 组合而成。 题单元操作特点: 1.都是物理操作。 题2.都是化工生产过程中共有的操作。 题3.用于不同化工生产过程的同一单元操作,其原理 相同,所用设备亦通用
一个化工生产过程所包括的步骤分为两类: 1.化学反应过程:通常在反应器中进行,以化学反 应为主。不同化学工业中的化学反应不同,反应机 理千差万别,其反应器在构造与操作原理上有很大 差别。 2.单元操作过程:化工生产中基本的物理处理过程。 一个化工生产过程由若干单元操作与化学反应串联 组合而成。 单元操作特点: 1.都是物理操作。 2.都是化工生产过程中共有的操作。 3.用于不同化工生产过程的同一单元操作,其原理 相同,所用设备亦通用
0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法 ①0.2.1性质 @化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程,属工程学科,具有工程 性和实用性。 0.2.2任务 @1.掌握化工单元操作过程的基本原理,并能进行过程的 选择和计算(即对指定的产品,选择一个适宜的过程 , 经济而有效地满足工艺过程要求)。 @2.据生产需要,进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型 计算。 ①3.依据过程的不同要求,进行操作调节和控制。 @4.掌握强化过程途径,以提高过程和设备的能力、效率
0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法 0.2.1性质 化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程,属工程学科,具有工程 性和实用性。 0.2.2任务 1.掌握化工单元操作过程的基本原理,并能进行过程的 选择和计算(即对指定的产品,选择一个适宜的过程, 经济而有效地满足工艺过程要求)。 2.据生产需要,进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型 计算。 3.依据过程的不同要求,进行操作调节和控制。 4.掌握强化过程途径,以提高过程和设备的能力、效率
0.2.3内容 化工单元操作的目的是:①物料的输送;②物料物理状态的 改变;③混合物料的分离。因而据其所发生的过程和遵循的 物理共性而言,可按其进行的物理本质和理论基础分为三类: @1、流体传动过程(传动):研究流体流动及流体和与之接触的 固体间发生相对运动时的基本规律,以及受其支配的若干单 元操作(包括输送、沉降、过滤等)。 题2、热量传递过程(传热):研究传热的基本规律及受其支配的 单元操作(包括热交换、蒸发)。 3、质量传递过程(传质):研究物质通过相界面迁移过程的规 律及受其支配的单元操作(包括吸收、蒸馏等)。 三种传递过程既有联系又有区别。 化工原理课程的内容,就是讨论这三种传递过程的基本规律 及受其支配的单元操作过程及其设备
0.2.3 内容 化工单元操作的目的是:①物料的输送;②物料物理状态的 改变;③混合物料的分离。因而据其所发生的过程和遵循的 物理共性而言,可按其进行的物理本质和理论基础分为三类: 1、流体传动过程(传动):研究流体流动及流体和与之接触的 固体间发生相对运动时的基本规律,以及受其支配的若干单 元操作(包括输送、沉降、过滤等)。 2、热量传递过程(传热):研究传热的基本规律及受其支配的 单元操作 (包括热交换、蒸发)。 3、质量传递过程(传质):研究物质通过相界面迁移过程的规 律及受其支配的单元操作(包括吸收、蒸馏等)。 三种传递过程既有联系又有区别。 化工原理课程的内容,就是讨论这三种传递过程的基本规律 及受其支配的单元操作过程及其设备
0.2.4研究方法 1.实验研究方法(经验法):用量纲分析和相似论为 指导,依靠实验来确定过程变量之间的关系,通常 用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。实验 研究方法可避免建立数学方程,是工程上通用的研 究方法。 2.数学模型法(半经验半理论方法):在对实际过程 的机理进行深入分析的基础上,抓住过程的本质, 作出某些合理简化,建立物理模型,进行数学描述, 得出数学模型,通过实验确定模型参数
0.2.4 研究方法 1. 实验研究方法(经验法):用量纲分析和相似论为 指导,依靠实验来确定过程变量之间的关系,通常 用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。实验 研究方法可避免建立数学方程,是工程上通用的研 究方法。 2. 数学模型法(半经验半理论方法):在对实际过程 的机理进行深入分析的基础上,抓住过程的本质, 作出某些合理简化,建立物理模型,进行数学描述, 得出数学模型,通过实验确定模型参数
0.2.5本课程与传统理论的联系和区别 合成氨 无机化学 疏酸制造 分析化学 科 化 氯碱工业 化工原理 有机化学 学 传递过程 工 石油化工 物理化学 制糖业 实 反应工程 生 应用化学 (还有:分 制漆业 离工程、化 验 工热力学、 产 高分子 电镀业 化 系统工程) 化 学 工 水泥、玻璃 化学教育 专 制造业 家 家
0.2.5 本课程与传统理论的联系和区别
0.3单元操作进行的方式 1.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。 题间歇操作设备内,同一位置上,在不同时刻进行着 不同的操作步骤,因而同一位置上,物料组成、温 度、压强、流速等参数都随时间变化,属非定态过 程,即参数=f(x,y,Z) ①2.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。 连续操作设备内,各个位置上,物料组成、温度、 压强、流速等参数可互不相同,但在任一固定位置 上,这些参数一般不随时间变化,属定态过程,即 参数=f(Xy,Z)
0.3 单元操作进行的方式 1.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。 间歇操作设备内,同一位置上,在不同时刻进行着 不同的操作步骤,因而同一位置上,物料组成、温 度、压强、流速等参数都随时间变化,属非定态过 程,即 参数=f(x,y,z,θ) 2.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。 连续操作设备内,各个位置上,物料组成、温度、 压强、流速等参数可互不相同,但在任一固定位置 上,这些参数一般不随时间变化,属定态过程,即 参数=f(x,y,z)
0.4单位制与单位换算 0.4.1单位制 ①任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时, 数字与单位一并纳入运算。如: 5m+8m=(5+8)m: 5m×8m=(5×8)(m×m)=40m2 题物理量单位选择时,先选定几个独立的物理量,叫 基本量,并根据使用方便的原侧,定出这些量的单 位,叫基本单位;其它各量的单位通过它们与基本 量之间的关系来确定,这些物理量叫导出量,单位 叫导出单位;导出单位是由基本单位乘除构成的
0.4 单位制与单位换算 0.4.1 单位制 任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时, 数字与单位一并纳入运算。如: 5m+8m=(5+8)m; 5m×8m=(5×8)(m×m)=40m2 物理量单位选择时,先选定几个独立的物理量,叫 基本量,并根据使用方便的原则,定出这些量的单 位,叫基本单位;其它各量的单位通过它们与基本 量之间的关系来确定,这些物理量叫导出量,单位 叫导出单位;导出单位是由基本单位乘除构成的