(1.5)-化工原理课件绪论

化工原理(1)一、化工的含义化学工程研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。这些工业包括石油炼制工业、冶金工业、建筑材料工业、食品工业、换热设备的安装工业、造纸工业等。化学过程化学过程是指物质发生化学变化的反应过程。相应研究的学科包括：化学反应工程（研究反应过程中的共性问题），以及一些专业学科，如煤化学、石油裂解等等。物理过程物理过程指物质不经明显化学反应而发生的组成、性质、状态、能量变化过程。化工原理是研究原料及产物物理处理过程的学科。特别关注物质的物理性能：温度、压力、密度、黏度、挥发度、传热系数等等。二、化工发展简史1、古代的化学加工

18世纪中叶，人类就能运用化学加工方法制作一些生活必需品，如制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸以及制造医药、火药和肥皂。炼丹术引领古代化学发展，合成了大量的化学物质。2、早期的化学工业从18世纪中叶至20世纪初是化学工业的初级阶段。无机化工已初具规模；有机化工正在形成；高分子化工处于萌芽时期。18世纪中叶，工业革命的开端。化学工业是工业革命的助手。提供其他工业的原料。在工业革命的推动下，化工工业得到迅速的发展。到20世纪初，已经建立了完整的化学工业体系。3、近代化学工业(20C初——战后60～70年代)这是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段，一些主要领域都是在这一时期形成的。合成氨、石油化工、高分子化工、精细化工4、现代化学工业(20C60～70年代以来)化学工业各企业间竞争激烈，一方面由于对反应过程的深入了解，可以使一些传统的基本化工产品的生产装置，日趋大型化，以降低成本。与此同时，由于新技术革命的兴起，对化学工业提出了新的要求，推动了化学工业的技术进步，发展了精细化工，超纯物质，新型结构材料和功能材料。三、化学工程与化工原理的由来化学工程的提出戴维斯英国曼彻斯特地区的制碱业污染检查员

指出：化学工业发展中所面临的许多问题往往是工程问题。各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤组成的，可以对它们进行综合的研究和分析。1887～1888年，他在曼彻斯特工学院作了12次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的《化工贸易杂志》上，并在此基础上写成了，于1901年出版。这是世界上第一本阐述各种化工生产过程共性规律的著作，出版后很受欢迎。2、化学工程专业的建立1888年，根据L.M.诺顿教授的提议，麻省理工学院开设了世界上第一个定名为化学工程的四年制学士学位课程，即著名的第十号课程。随后，宾夕法尼亚大学(1892)，戴伦大学(1894)、密歇根大学(1898)也相继开设了类似的课程。这些课程的开设标志着培养化学工程师的最初尝试。但这些课程的主要内容是由机械工程和化学构成的，还未具有今天化学工程专业的特点。这样培养出来的化学工程师虽然具有制造各种化工产品的工艺知识，但仍不懂得化工生产的内在规律，因此还不能满足化学工业发展的需要。

3、单元操作概念的提出利特尔，1915年，他在给麻省理工学院的一份报告中，提出了单元操作的概念。他指出：任何化工生产过程，无论其规模大小都可以用一系列称为单元操作的技术来解决。只有将纷杂众多的化工生产过程分解为构成它们的单元操作来进行研究，才能使化学工程专业具有广泛的适应能力。这些意见对化学工程产生了深远的影响。前后处理的过程称为操作。通常将目的、原理、相态相同的处理过程归纳在一起，成为单元操作。（1）特点过程的物理性原理相同设备具有通用性（2）举例名称原理设备传递原理流体输送依据外力的作用将流体从一个设备输送到另一个设备泵风机动量传递传热使冷热物料间由于温度差而发生热量传递，以改变物料的温度或相态的操作换热器热量传递吸收利用均相气体混合物在液体溶剂中溶解度的不同以实现气体混合物的分离操作吸收塔（填料）质量传递精馏利用均相液体混合物中各组分的挥发度不同使液体混合物分离的操作蒸馏塔（板式）质量传递（3）典型设备4、《化工原理》课程的形成1920年，麻省理工学院，化学工程脱离化学系成为一个独立的系，由W.K.刘易斯任系主任。这年夏天，华克尔、刘易斯和W.H.麦克亚当斯完成了《化工原理》一书的初稿，此书油印后立即用于化工系的教育，后于1923年正式出版。例：味精的生产过程化学或糖化变化在发酵罐中进行

原料发酵预热蒸发味精

结晶干燥中和生化反应化学反应流体输送传热（物理变化过程）传质传质、传热化工过程与单元操作高压聚乙烯生产流程示意图四、化工原理的两条主线统一的研究对象——传递理论动量传递，热量传递，质量传递统一的研究方法——数学模型法方法之一是试验法------经验法；方法之二是数学模型法。五、化工原理课程研究内容和任务单元操作的基本原理典型设备的结构和工作原理设备的设计及操作性能的计算六、单元操作计算基础1、物料衡算

依据——质量守恒定律输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量与系统中积累的物料质量之和。——物料衡算的通式定态过程，积累为零。则：衡算的系统整个生产过程某一设备或者设备的一个微元系统中的所有物料某一个组分衡算的对象2．热量衡算依据：能量守恒定律即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。

——热量衡算通式3.过程的平衡和速率

①平衡问题过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。平衡是一个动态的过程。

②速率

过程的速率表示为：

过程的速率＝推动力／阻力推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。

4.经济核算

在设计具有一定生产能力的设备时，选用不同的材料，不同的设备及操作条件，可以提出多种不同的设计方案。但最终应从技术经济的观点出发进行比较，从设备的造价、操作的难易、人力、水电和燃料的消耗、耐用年限等多方面进行综合评价，从中选择经济上最有利的方案。七、单位制及单位换算

任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。单位制：基本单位与导出单位的总和。