化工基础-第一章 绪论

化工(huàgōng)基础Elementary

Chemical

Engineering陈玉琴精品资料2/4/20231第一章绪论(xùlùn)Introduction精品资料2/4/20232§1－1本课程的性质与内容(nèiróng)一、本课程的性质化工基础是是高师化学专业唯一的一门工程技术类课程，这是一门紧密联系化工生产实际的技术基础课。是一门探讨化工类型生产过程的基本规律，并应用这些规律来分析和解决化工类型生产实际问题的学科。

精品资料2/4/20233该课程兼有“科学”与“技术”的特点，它综合运用数学、物理、化学等基础知识，来分析和解决化工类型生产过程中的各种问题，在化学、化工类专业人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务，所以它起到理论学科与应用学科的搭桥作用。本课程强调(qiángdiào)工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调(qiángdiào)理论联系实际。工程观点－－理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性。精品资料2/4/20234二、本课程的主要内容（“三传一反一工”）

本课程包括“化工原理（“三传”）”、“化学反应工程（基本反应器）”及“化工工艺学”三大部分内容。习惯上称为“三传一反一工”。共八章的内容。用化工手段将原料加工成产品的生产过程统称为化工生产过程。化学工业是一个多行业多品种的生产部门(bùmén)，各种产品的生产过程和工艺方法可能千差万别，但是任何化工生产过程都可以分解和归纳为两类过程，即化学反应过程和物理处理过程，这也就是核心部分和辅助部分两大部分。精品资料2/4/20235核心部分：化学反应过程(guòchéng)及其设备（反应器）是整个化工生产过程(guòchéng)的核心。前处理过程(guòchéng)：又称预处理过程(guòchéng)，在进行化学反应之前，对原料进行各种预处理，以便为反应过程(guòchéng)创造最适宜的工艺条件，如适宜的物料状态、纯度以及它应具有的温度、压强等。后处理过程(guòchéng)：化学反应后，对产物或中间产物需要进行必要的后处理，以便获得合格的最终产品或中间产物。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~（核心部分）（辅助部分）精品资料2/4/20236

例如，高压法生产(shēngchǎn)聚乙烯，上述过程可图示如下：压缩机加热器聚合反应器分离器粒化器

聚乙烯

乙烯回收乙烯

粒状聚乙烯乙烯的压缩与预热为预处理过程；聚合反应后，物料(wùliào)的分离与聚乙烯的粒化，则为产物的后处理过程。精品资料2/4/20237

前后处理工序中所进行的过程多数(duōshù)是纯物理过程。同样，其它各种化工生产过程，除化学反应外，其余操作步骤都可归纳为若干种基本的物理过程，如流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、冷冻等。人们在长期从事化工生产实践中，自然而然地把组成不同化工行业生产过程所共有的基本的物理操作过程抽提出来，研究其各自内在的规律性，并在理论上加以总结和提高，再应用到生产实践中去，这些基本的物理操作过程就称为单元操作。精品资料2/4/20238

（一）单元操作（UnitOperation）1、单元操作概念：不同化工行业生产过程中所共有的基本的物理操作过程称为单元操作。任何(rènhé)一个化工生产过程都是由若干个单元操作经过合理地组合，再与化学反应串联而成。所有单元操作的综合就构成了化学工程的基础学科——化学工程原理，简称化工原理。精品资料2/4/202392、单元操作的特点：①单元操作都是纯物理性操作，这些操作只改变物料的状态或物理性质，并不改变物料的化学性质；②单元操作都是化工生产过程中共有的操作。单元操作广泛的应用于石油、化工、轻工、冶金、动力及原子能等多种行业中。③某单元操作作用于不同的化工生产过程，其遵循的原理是相同的，进行该操作的设备也是相似的、通用(tōngyòng)的。当然，同一单元操作在不同的化工生产过程中有以上的共性，但也有其各自的特性，比如各自的工艺条件、操作指标等，是完全不同的。就是同一单元操作，所用设备的形式、结构也是各种各样的。化工原理只是讨论其共性。精品资料2/4/202310（二）本课程的主要内容（“三传一反一工”）1、化工原理部分内容：（三传）尽管各单元操作多种多样，但就它们发生的过程和所遵循的物理规律的共性而言，可以将它们从物理本质上归纳为三类基本传递过程，即：动量传递过程、热量传递过程、质量传递过程，简称“三传”。（1）动量传递过程：主要讨论流体动力学过程的基本规律，即研究流体的流动及流体和与之接触的固体壁面间发生相对运动时的基本规律，以及(yǐjí)受这些规律支配的若干单元操作，如：流体的流动与输送、沉降、过滤等。1mainswf\001\1-33.swf精品资料2/4/202311（2）热量传递过程：主要讨论热量传递过程的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：加热、冷却、蒸发等。2main.swf列管式换热器（3）质量传递过程：主要讨论物质通过相界面的迁移过程的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：液体的蒸馏、气体的吸收、固体的干燥等。swf/003/3-06.swfswf/3main.swf板式塔2、化学反应工程部分内容：（一反）化学反应工程是以化学动力学、化学热力学以及“三传”的原理为基础，研究工业(gōngyè)规模的化学反应的规律，为反应器的设计、放大、选型及生产控制提供理论依据。精品资料2/4/202312化学反应器是化工生产中用于进行化学反应的设备，是整个(zhěnggè)生产过程的心脏。这一部分内容讨论的不深，参考书也很少，只是讨论化学反应工程的某些基本概念和基本反应器的基本原理。精品资料2/4/2023133、化工工艺学部分内容：（一工）化工工艺学是研究(yánjiū)如何利用天然原料或半成品通过适当的化学和物理的方法加工成化工产品的生产过程的学科。它的任务是依据化学、物理化学、化学工程原理，寻求技术上先进、经济上合理的生产方法、工艺流程、最佳操作条件和适宜的设备构型。

精品资料2/4/202314§1－2学习本课程(kèchéng)的目的课程的学习目的和要求是由专业的培训规格和目标决定的，对于化学专业的学生(xuésheng)，学习一定的化工基础知识，其主要目的有以下几个方面：

精品资料2/4/202315一、改善专业知识结构的需要作为化学专业的学生，学习一些“三传”及反应器的基本知识，了解几个典型的化工工艺，对改善自己的知识结构，拓宽知识面，无疑是有益(yǒuyì)的。二、科技发展和经济建设的需要21世纪的中学教师必须是“全能型”或“完整型”的教师。即21世纪的中学教师既能教学，又会科研，还要懂生产的多面手，否则难以适应科技发展和经济建设的需要。因此，化学专业的学生具备必要的技术经济观点和一定的工业生产知识，就是必须的了。精品资料2/4/202316三、中等教育结构改革的需要高等师范化学专业将会有更多的毕业生从事中等职业技术教育。为适应这一新的需要，很有必要(bìyào)对化学专业学生和在职中学教师加强化工方面的教育，使他们不仅有坚实的基础理论知识，较宽的知识视野，还要有一定的解决实际问题的能力。四、对科研起到一定的指导作用学习本课程，将有助于指导化学科研工作。学习化工基础，有助于改进实验室的装置及组合，改进实验的操作方式、方法和条件，或者对实验的优化提供指导性建议，使科研取得更好的成果。精品资料2/4/202317§1－3单位(dānwèi)制和单位(dānwèi)换算化学工程和化学工艺中涉及多种物理量，任何一个物理量的大小都是用数字(shùzì)与单位联合表达的，缺一不可。精品资料2/4/202318

§1－3－1单位制基本量：任何单位制的建立，都是首先选择几个独立的物理量，如长度、时间、质量等，并以使用方便为原则规定出它们的单位，这些物理量称为基本物理量，简称基本量，其单位称为基本单位；导出量：其它的物理量，如速度、加速度等的单位则根据有关(yǒuguān)的物理定义或定律，由有关(yǒuguān)的基本单位推导而出，这些物理量称为导出量，对应的单位称为导出单位。精品资料2/4/202319基本(jīběn)单位、导出单位再加上一些辅助单位及有关的规则，即可构成一种单位制。精品资料2/4/202320常用单位制长度时间质量重量（力）cgs制（物理单位制）cmsgMKS制mskg重力制（工程制）mskgf千克力一、过去(guòqù)常用的单位制重力单位制是工程学科(xuékē)常用的单位制，因此又称工程单位制。精品资料2/4/202321二、国际单位制国际单位制是1960年10月第十一界国际计量大会通过的一种优越性较大的新单位制，其代号为SI。1、SI的基本量与基本单位SI是MKS制的引申(yǐnshēn)，除了MKS制中原有的长度、时间和质量三个基本量外，又加上了四个基本量：精品资料2/4/202322基本量的名称基本单位名称基本单位符号长度米m质量千克kg时间秒s电流安培A热力学温度开尔文K物质的量摩尔mol发光强度坎德拉cd表1.国际(guójì)单位制的基本量与基本单位（7个）其他物理量的单位，都可以(kěyǐ)由这七个基本单位中的某几个单位根据物理定义或规律组合而成。精品资料2/4/202323表2.国际(guójì)单位制的辅助单位（2个）表3.国际单位制中具有专门(zhuānmén)名称的导出单位（共17个）量的名称单位名称单位符号平面角弧度rad立体角球面角sr量的名称单位名称单位符号其它表示式示例频率赫兹Hzs－1力；重力牛顿N㎏·m/s2压力（压强）应力帕斯卡PaN/m2

能量，功，热焦耳JN·m功率瓦特WJ/s摄氏温度摄氏度℃*精品资料2/4/2023242、SI的优越性（1）通用性：SI具有高度的通用性或者统一性。它包括了所有领域中的计量单位，从而使科学技术、工业生产、经济贸易甚至日常生活等都只使用SI一种单位制。（2）一贯性：使用SI在导出单位时，不需引入比例系数，而且SI中任何一个物理量只有一个单位。热、功、能是本质相同的物理量，计算或比较时由于单位不同必须采用“热功当量”进行换算：1kcal=427kgf.m,1kcal=4.18kJ。在SI中，既然三者本质相同，则其单位统一，统一使用kJ为单位，这样(zhèyàng)使得计算或比较非常方便。精品资料2/4/202325三、目前我国使用的单位制1984年国务院发布命令，确定我国统一使用以SI为基础，包括由我国指定的若干非国际单位制在内的《中华人民共和国法定计量单位制》，简称《法定计量单位制》，并且规定(guīdìng)，从1991年起，除个别领域外，不允许使用非《法定计量单位制》。精品资料2/4/202326非国际(guójì)单位制是指，如时间的单位除了用秒外，还可以用分（min）、小时（h），天（d）；质量的单位除了用kg外，还可以用吨（t），体积的单位除了用m3外，还可以用升（l）等。精品资料2/4/202327表4.国家(guójiā)选定的非国际单位制单位量的名称单位名称单位符号换算关系时间分min1min=60s小时h1h=60min=3600s天（日）d1d=24h=86400s平面角秒(")1"=(π/648000)rad分(')1'=60"(π/108000)rad度(°)1°=60'(π/180)rad旋转角度转每分r/min1r/min=(1/60)s-1质量吨t1t=103kg原子质量单位u1u≈1.6605655×10-27kg体积升L,(l)1L=10-3m3精品资料2/4/202328§1－3－2单位(dānwèi)换算单位换算包括物理量的单位换算和经验公式的单位换算。1、物理量的单位换算物理量由一种(yīzhǒnɡ)单位制换算成另一种(yīzhǒnɡ)单位制时，换算时需要引用换算因数。如：1m=100cm，换算因数为100cm/m。

精品资料2/4/202329由物理量根据物理规律建立起来的反映物理量之间关系的方程式称为(chēnɡwéi)物理方程。物理方程的单位符合单位一致性，或量纲一致性，即同一物理方程中的各物理量可以任选一种单位制，但同一方程式中的各物理量绝不允许同时使用两种单位制。物理方程又称量纲一致性方程。精品资料2/4/202330例1－1SI中，质量为1kg的物体(wùtǐ)在重力场的作用下受到多大的力？解：F=mg=1×9.81=9.81N质量为1kg的物体(wùtǐ)在重力场的作用下受到的力，定义为重力单位制中的基本量重量（力）的单位kgf,1kgf＝9.81N。精品资料2/4/202331例1－2