化工基础分解

化工基础2023/5/161第一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第1页，共65页。第一章绪言

§1.1化学工业概述

§1.2化工生产过程概述§1.3化学工程学简介

§1.4化工数据2第二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第2页，共65页。§1.1化学工业概述

四、化学工业的特点一、

化学工业的重要性及其发展

二、化学工业范畴及分类三、化学工业原料及选择原则五、化工的发展与现状3第三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第3页，共65页。

化学工业:一、

化学工业的重要性及其发展化学工业是将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应，使其性质或形态产生变化，定向加工成对国民经济发展和人民生活水平改善有价值的化学产品的工业。4第四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第4页，共65页。其重要性可归纳为：（1）为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料；（2）为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提供各种配套原材料；（3）为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提供新型化工材料和新产品；（4）为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。

一、

化学工业的重要性及其发展5第五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第5页，共65页。1、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：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：二、化学工业范畴及分类分为25类或通用化学品及精细化学品.化学品:基本化学工业化肥工业石油化学工业精细化学工业其他化学工业6第六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第6页，共65页。化工行业主要产品或用途化学矿山磷矿、硫矿、硼矿、矾矿和石灰石矿等酸、碱硫酸、烧碱、纯碱无机盐磷酸、碳酸钾、小苏打、无水硫酸钠、氰化钠、硫酸铝、硝酸钠、氯化锌、轻质碳酸钙、过氧化氫、沉淀硫酸钡等化肥氮肥（硫酸铵、硝酸铵、尿素、氯化铵、碳酸氫铵、氨水、石灰氮等）、磷肥（普通过磷酸钙、钙镁磷肥等）、钾肥化学农药敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等电石可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、双氰胺、硫脲等工业的原料热固性塑料和工程塑料酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等合成橡胶顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等染料硫化染料、直接染料、酸性染料、活性染料、碱性染料、还原燃料、分散染料、冰染染料、阳离子染料等

2主要化工行业及其相关产品7第七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第7页，共65页。

2.主要化工行业及其相关产品化工行业主要产品涂料天然树脂漆、酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、氨基树脂漆、过氯乙烯漆、聚酯漆、聚氨酯漆、硝基漆、有机硅漆等增塑剂邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯化石蜡、磷酸酯等橡胶加工助剂防老剂、促进剂表面活性剂阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型等造纸化学品脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、涂布胶粘剂、分散剂等感光材料电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等磁性记忆材料磁带、磁盘等橡胶加工轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等8第八页，编辑于星期六：十三点四十六分。第8页，共65页。三、化工原料及选择原则1.化学工业原料按来源划分：无机材料和有机材料无机材料主要有：空气、水和化学矿物有机材料主要有：煤、石油、天然气和生物质9第九页，编辑于星期六：十三点四十六分。第9页，共65页。2.选择原则在选择原料路线和技术线路时应当全面地权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。1.原料的品位、供应量2.经济性3.原料资源的综合利用10第十页，编辑于星期六：十三点四十六分。第10页，共65页。四、化学工业的特点

(1)、化学工业是独特的,不可取代的工业部门；(2)、化工产品品种繁多,工艺复杂;(3)、化学工业是装置型工业,具有规模经济性;(4)、化学工业是资金密集,技术密集的工业部门;(5)、化学工业是能源消耗的大户;(6)、化学工业是易污染、重污染的工业部门11第十一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第11页，共65页。18世纪中硫酸生产;

19世纪中制碱;

20世纪初合成氨;

20世纪中石油工业

20世纪后精细化工五、化学工业的发展与现状（1）、化学工业的发展化学工业是一个十分古老的工业，最早可追根溯源至公元前２０００年以前，最早的化学工艺为制陶、酿造、漂染、鞣革等行业

12第十二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第12页，共65页。（2）、我国的化学工业旧中国的化学工业基础十分薄弱。从1876年在天津建立的一个2t/d铅室法制硫酸厂开始，只有几个沿海、沿江城市有化工企业。除少数工厂生产基本化工原料外，大多只有生产油漆、染料、橡胶制品、医药制剂等加工产品。到1949年，国内化工产品仅100种左右，主要产品产量为：化肥0.6万吨,硫酸11万吨,烧碱1.5万吨,纯碱8.8万吨.全部化工产值仅1.77亿元,占全国工业总产值的1.6%13第十三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第13页，共65页。（3）、世界化学工业

自1746年英国出现第一座硫酸铜厂以来,现代世界化学工业经过过260多年的发展,已形成一个技术成熟、规模宏大和品种繁多的产业部门。从世界化学工业布局来看，世界化工生产、市场、技术和大型企业主要集中在北美、日本、西欧和前苏联与东欧四个地区。20世纪90年代以来，亚洲特别是东南亚，化学工业异军突起，发展势头引人注目。14第十四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第14页，共65页。

1、化工过程

2、单元操作及其分类

§1.2化工生产过程概述15第十五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第15页，共65页。原料（1）预处理

化工过程：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。（2）反应（3）后处理产品基本化工生产过程

1、化工过程16第十六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第16页，共65页。例如：可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。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%）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%）17第十七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第17页，共65页。化工生产过程化学反应过程物理处理过程化工生产的核心原料的预处理产品的加工（单元操作）18第十八页，编辑于星期六：十三点四十六分。第18页，共65页。

（１）概念

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。

2、单元操作及其分类19第十九页，编辑于星期六：十三点四十六分。第19页，共65页。２)．单元操作的分类：(1）按操作目的分：流体输送：物料的混合：气体和液体的输送主要指通过搅拌达到物料混合或分散的目的物料的加热或冷却：利用物料和环境之间的温度差输入或输出热量均相混合物的分离：气体吸收、液体蒸馏、萃取等非均相混合物的分离：过滤和沉降20第二十页，编辑于星期六：十三点四十六分。第20页，共65页。（2）按单元操作遵循的基本规律分：动量传递过程：热量传递过程：遵循流体力学基本规律的单元操作：流体输送、沉降、过滤和离心分离等遵循热交换基本规律的单元操作：如传热、蒸发等质量传递过程：遵循通过扩散，从一相转移到另一相的过程：吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等21第二十一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第21页，共65页。在20世纪前的几百年时间里，出现了不少化学工业，如制糖工业、制碱工业、造纸工业等。介绍每一种工业从原料到成品的生产过程，作为一种特殊的知识讲解，这是最早的化学工程学。化学工艺阶段1、化学工程学的发展阶段§1.3化学工程学简介22第二十二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第22页，共65页。单元操作阶段20世纪初，人们逐渐发现，许多门化学工业中存在共同的操作原理。例如，无论是制糖业还是制碱业，从溶液蒸发得到固体糖和固体碱的原理是相同的，于是，蒸发成为最早提出的单元操作之一。23第二十三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第23页，共65页。到20世纪50年代，人们又发现，各单元操作之间还存在着共性。例如，传热和蒸发都是热量传递的形式，蒸馏、吸附、吸收、萃取都是质量传递的形式。于是，把单元操作归纳为动量传递、热量传递和质量传递。传递过程阶段返回24第二十四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第24页，共65页。“三传一反”阶段20世纪50年代中期，化学工程中出现了“化学反应工程学”这一新的分支。对化学反应器的研究，不仅要运用化学动力学和热力学原理，而且要运用动量、热量和质量传递原理。于是“传递过程”与“反应工程”成为当今化学工程学的两大支柱。简称“三传一反”阶段。返回25第二十五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第25页，共65页。2.化学工程学的研究方法主要研究方法有：经验归纳法和演绎的模型法26第二十六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第26页，共65页。3.化学工程学的几个基本概念在从事化学工程研究、进行化工过程开发及设备的设计、操作时，经常运用下面基本概念:

1、物料衡算

2、能量衡算

3、平衡关系

4、过程速率27第二十七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第27页，共65页。1)、物料衡算：物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量守恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副产物等之间的关系，即进入的物料量必等于排出的物料量和过程中的积累量。输入物料的总量＝排出物料的总量＋过程积累的总量28第二十八页，编辑于星期六：十三点四十六分。第28页，共65页。积累M∑M入∑M出系统物料衡算示意图物料衡算式：∑M入＝∑M出＋M连续稳定流动：∑M入＝∑M出29第二十九页，编辑于星期六：十三点四十六分。第29页，共65页。积累Q∑Q入∑Q出系统热量衡算示意图热量衡算式：∑Q入＝∑Q出＋Q稳定的连续性操作：∑Q入＝∑Q出2)、热量衡算：热量衡算的依据是能量守恒定律。30第三十页，编辑于星期六：十三点四十六分。第30页，共65页。4、化工基础在化学领域的地位31第三十一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第31页，共65页。1.4化工数据

单位制与单位换算32第三十二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第32页，共65页。1）、单位制：英国：英制单位：质量：“磅”1b＝0.4536kg长度：“英尺”1ft＝0.3048m中国：附表1-4-1我国几种旧单位制的基本量和基本单位长度质量时间力厘米·克·秒制CGScm(厘米)g(克)s(秒)——米·千克·秒制MKSm(米)

kg(千克)s(秒)——米·千克力·秒制MKfSm(米)——s(秒)kgf(千克力)单位制基本量单位制与单位换算33第三十三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第33页，共65页。

国际单位制：在1960年10月的第11届国际计量大会上通过了一种新的单位制度，称为国际单位制度，代号为“SI”，也称为SI单位制。SI单位制是目前国际上最先进的一种单位制，被许多国家广泛使用。我国的法定计量单位也是以SI单位制为基础的。34第三十四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第34页，共65页。国际单位制的构成：国际单位制（SI）SI单位SI单位的十进倍数和分数单位

SI基本单位

SI导出单位SI词头

SI辅助单位35第三十五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第35页，共65页。表1-4-2

SI基本单位和辅助单位量的名称单位名称国际符号备注基本单位长度米metrem（1）圆括号中的名称与前面的名称是同义词；（2）去掉方括号后为全称，去掉方括号和其中的字后为简称。质量千克(公斤)kilogramkg时间秒seconds电流安[培]AmpereA热力学温度开[尔文]KelvinK发光强度坎[德拉]CandelaCd物质的量摩[尔]molemol辅助单位平面角弧度radianrad立体角球面角steradiansr36第三十六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第36页，共65页。表1-4-3

化工中常用的SI导出单位举例量的名称单位名称单位符号用SI基本单位表示的单位面积平方米m2m2体积立方米m3m3速度米每秒m/sm/s密度千克每立方米kg/m3kg/m3浓度摩尔每立方米mol/m3mol/m3力牛[顿]Nkg·m/s2压强，应力帕[斯卡]Pa(=N/m2)kg/(m·s2)37第三十七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第37页，共65页。续表1-4-3化工中常用的SI导出单位量的名称单位名称单位符号用SI基本单位表示的单位能，功，热量焦[耳]J(=N·m)kg·m2/s2功率瓦[特]W(=J/s)kg·m2/s3粘度帕[斯卡]秒Pa·skg/(m·s)扩散系数平方米/秒m2/sm2/s热容，熵焦[耳]每开[尔文]J/Kkg·m2/(s2·K)导热系数瓦[特]每米开[尔文]W/(m·K)kg·m/(s3·K)传热系数瓦[特]每平方米开[尔文]W/(m2·K)kg/(s3·K)38第三十八页，编辑于星期六：十三点四十六分。第38页，共65页。表1-4-4

SI词头表示的因数词头名称词头符号1018艾[可萨]E1015拍[它]P1012太[拉]T109吉[咖]G106兆M103千k102百h101十da表示的因数词头名称词头符号10-1分d10-2厘c10-3毫m10-6微μ10-9纳[诺]n10-12皮[可]P10-15飞[母托]f10-18阿[托]a39第三十九页，编辑于星期六：十三点四十六分。第39页，共65页。SI单位的十进倍数和分数单位：把SI词头加在SI单位前就构成了SI单位的十进倍数和分数单位。如，压强单位MPa，力的单位kN。原则：词头不可重叠使用mm(毫微米)μnm(纳米)：10-9m40第四十页，编辑于星期六：十三点四十六分。第40页，共65页。计量单位和SI词头使用方法要点：由SI基本单位相除构成的单位，若分母中有两个以上的单位符号时，要给分母加上圆括号，避免混淆。

如，传热系数单位：W/(m2·K)

41第四十一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第41页，共65页。计量单位和SI词头使用方法要点：2.由SI基本单位通过乘或除构成的组合单位，在使用SI词头时，词头应加在整个单位之前，分母一般不用词头。如，摩尔内能单位：kJ/mol而不用J/(m·mol)42第四十二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第42页，共65页。第二章流体流动过程43第四十三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第43页，共65页。3.1流体的基本性质什么是流体？有哪些特征？流体气体液体44第四十四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第44页，共65页。流体的特征1．易流动性

当流体受到外部切向力作用时，易于变形而产生流动。2．可压缩性

流体在外部温度和压力作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为流体密度大小的变化。工程上：流体可压缩流体不可压缩流体密度为常数45第四十五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第45页，共65页。1．流体的密度

流体的密度—单位体积流体的质量。用表示，属于物性。影响因素：流体种类、浓度、温度、压力 46第四十六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第46页，共65页。流体的密度

液体混合物：气体：----------理想气体状态方程

Mm=M1y1+M2y2+…+Mnyn气体混合物：47第四十七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第47页，共65页。2.比体积单位质量流体具有的体积，称为流体的比体积与流体密度互为倒数

ν=1/ρ48第四十八页，编辑于星期六：十三点四十六分。第48页，共65页。3．流体的压强及其表示方法

流体的压强—流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压力。1）压力单位SI制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡2）压力大小的两种表征方法绝对压力表压1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压）=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O49第四十九页，编辑于星期六：十三点四十六分。第49页，共65页。

绝对压强以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实强。

表压强压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，即:

表压强＝绝对压强－大气压强50第五十页，编辑于星期六：十三点四十六分。第50页，共65页。真空度

真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，即:

真空度＝大气压强－绝对压强51第五十一页，编辑于星期六：十三点四十六分。第51页，共65页。4.流体的流量和流速流量流量体积流量qV＝Vtm3/s质量流量mqm＝tkg/sqm

＝

qV摩尔流量qm

＝M

qn52第五十二页，编辑于星期六：十三点四十六分。第52页，共65页。2．流速

流速体积流速u＝qVA质量流速qmW＝A平均流速……m/skg/(m2s)

W

＝

uqm＝WA＝

uA53第五十三页，编辑于星期六：十三点四十六分。第53页，共65页。流体的粘性和内摩擦力

流体的粘性

流体在运动的状态下,有一种抗拒内在的向前运动的特性。流体的内摩擦力

运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力。是流体粘性的表现,又称为粘滞力或粘性摩擦力。由于粘性存在，流体在管内流动时，管内任一截面上各点的速度并不相同,如图所示。

5、

流体的粘性与牛顿粘性定律54第五十四页，编辑于星期六：十三点四十六分。第54页，共65页。各层速度不同,速度快的流体层对与之相邻的速度较慢的流体层发生了一个推动其向运动方向前进的力，而同时速度慢的流体层对速度快的流体层也作用着一个大小相等、方向相反的力，即流体的内摩力。流体在圆管内分层流动示意图55第五十五页，编辑于星期六：十三点四十六分。第55页，共65页。

牛顿粘性定律

流体流动时的内摩擦力大小与哪些因素有关平板间液体速度分布图1）表达式

实验证明,对于一定的液体,内摩擦力F与两流体层的速度差Δu成正比；与两层之间的垂直距离Δy成反比,与两层间的接触面积S（F与S平行）成正比，即:

56第五十六页，编辑于星期六：十三点四十六分。第56页，共65页。单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以τ表示，于是上式可写成:

此式只适用于u与y成直线关系的场合。μ──比例系数，其值随流体的不同而异，流体的粘性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力粘度,简称为粘度。57第五十七页，编辑于星期六：十三点四十六分。第57页，共65页。

当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是直线关系，而是的曲线关系。则式应改写成：式中