化工基础绪论课件

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1、2022-6-22化工基础绪论1化工基础化工基础ElementaryChemicalEngineeringyarun2022-6-22化工基础绪论22022-6-22化工基础绪论311本课程的性质与内容本课程的性质与内容一、本课程的性质一、本课程的性质化工基础是化工基础是是高师化学专业唯一的一门工程是高师化学专业唯一的一门工程技术类课程技术类课程，这是这是一门紧密联系化工生产实际的技一门紧密联系化工生产实际的技术基础课。术基础课。是一门探讨化工类型生产过程的基本规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

2、科。际问题的学科。2022-6-22化工基础绪论4 该课程兼有该课程兼有“科学科学”与与“技术技术”的特点，它综的特点，它综合运用数学、物理、化学等基础知识，来分析和解合运用数学、物理、化学等基础知识，来分析和解决化工类型生产决化工类型生产过程过程中的各种问题，在化学、化工中的各种问题，在化学、化工类专业人才培养中，它承担着类专业人才培养中，它承担着工程科学工程科学与与工程技术工程技术的双重教育任务，所以它起到的双重教育任务，所以它起到理论学科与应用学科理论学科与应用学科的搭桥作用的搭桥作用。 本课程强调本课程强调工程观点工程观点、定量运算、实验技能及、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调

3、理论联系实际设计能力的培养，强调理论联系实际。工程观点工程观点理论上的正确性、技术上的可行性、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。操作上的安全性、经济上的合理性。2022-6-22化工基础绪论5二、本课程的主要内容（二、本课程的主要内容（“三传一反一工三传一反一工”） 本课程包括本课程包括“化工原理（化工原理（“三传三传”）”、“化学化学反应工程（基本反应器）反应工程（基本反应器）”及及“化工工艺学化工工艺学”三大部三大部分内容。习惯上称为分内容。习惯上称为“三传一反一工三传一反一工”。共八章的内。共八章的内容。容。 用化工手段将原料加工成产品的生产过程统称为用化工

4、手段将原料加工成产品的生产过程统称为化工生产过程。化工生产过程。 化学工业是一个多行业多品种的生产部门，各种化学工业是一个多行业多品种的生产部门，各种产品的生产过程和工艺方法可能千差万别，但是产品的生产过程和工艺方法可能千差万别，但是任何任何化工生产过程都可以分解和归纳为两类过程，即化学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，这也就是反应过程和物理处理过程，这也就是核心部分和辅助核心部分和辅助部分两大部分。部分两大部分。2022-6-22化工基础绪论6核心部分：核心部分：化学反应过程及其设备（反应器）是整化学反应过程及其设备（反应器）是整个化工生产过程的核心。个化

5、工生产过程的核心。 前处理过程：前处理过程：又称预处理过程，在进行化学反应之又称预处理过程，在进行化学反应之前，对原料进行各种预处理，以便为反应过程创造前，对原料进行各种预处理，以便为反应过程创造最适宜的工艺条件，如适宜的物料状态、纯度以及最适宜的工艺条件，如适宜的物料状态、纯度以及它应具有的温度、压强等。它应具有的温度、压强等。后处理过程：后处理过程：化学反应后，对产物或中间产物需要化学反应后，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进行必要的后处理，以便获得合格的最终产品或中间产物。间产物。后处理过程前处理过程物理处理过程化学反应过程化工生产过程（核心部分）（核心部

6、分）（辅助部分）（辅助部分）2022-6-22化工基础绪论7 例如，高压法生产聚乙烯，上述过程可图示如例如，高压法生产聚乙烯，上述过程可图示如下：下： 压缩机压缩机加热器加热器聚合聚合反应器反应器分离器分离器粒化器粒化器 聚乙烯聚乙烯 乙烯乙烯回收乙烯回收乙烯 粒状聚乙烯粒状聚乙烯 乙烯的压缩与预热为预处理过程；聚合反应后，乙烯的压缩与预热为预处理过程；聚合反应后，物料的分离与聚乙烯的粒化，则为产物的后处理过程。物料的分离与聚乙烯的粒化，则为产物的后处理过程。2022-6-22化工基础绪论8 前后处理工序中所进行的过程多数是纯物理过前后处理工序中所进行的过程多数是纯物理过程。同样，其它各种化工

7、生产过程，除化学反应外，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，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、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。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，自然而然地人们在长期从事化工生产实践中，自然而然地把把组成不同化工行业生产过程所共有的基本的物理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操作过程抽提出来，研究其各自内在的规律性，并抽提出来，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

8、生产实践中去，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这些基本的物理操作过程就称为单元操作。单元操作。2022-6-22化工基础绪论9 （一）单元操作（一）单元操作（UnitOperation） 1、单元操作概念：、单元操作概念：不同化工行业生产过程中所共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有的基本的物理操作过程称为单元操作单元操作。 任何一个化工生产过程都是由若干个单元操作经任何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。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所有单元操作

9、的综合就构成了化学工程的基础学科科化学工程原理，化学工程原理，简称简称化工原理。化工原理。2022-6-22化工基础绪论10 2、单元操作的特点：、单元操作的特点： 单元操作都是纯物理性操作，这些操作只改变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；物料的状态或物理性质，并不改变物料的化学性质； 单元操作都是化工生产过程中共有的操作。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。及原子能等多种行业中。 某单元操作作用于不同的化工生产过程，其遵

10、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、循的原理是相同的，进行该操作的设备也是相似的、通用的。通用的。 当然，同一单元操作在不同的化工生产过程中有以上的当然，同一单元操作在不同的化工生产过程中有以上的共性，但共性，但也有其各自的特性也有其各自的特性，比如各自的工艺条件、操作指标，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。构也是各种各样的。化工原理只是讨论其共性。化工原理只是讨论其共性。2022-6-22化工基础绪论11 （二）本课程的主要

11、内容（二）本课程的主要内容（“三传一反一工三传一反一工”） 1、化工原理部分内容：、化工原理部分内容： （三传三传） 尽管各尽管各单元操作单元操作多种多样，但就它们发生的过多种多样，但就它们发生的过程和所遵循的物理规律的共性而言，可以将它们程和所遵循的物理规律的共性而言，可以将它们从物从物理本质上归纳为三类基本传递过程，即：动量传递过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，简称程、热量传递过程、质量传递过程，简称“三传三传”。 （1 1）动量传递过程动量传递过程：主要主要讨论流体动力学过程的讨论流体动力学过程的基本规律，基本规律，即研究流体的流动及流体和与

12、之接触的固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，以及受这些规体壁面间发生相对运动时的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：流体的流动与输送、沉律支配的若干单元操作，如：流体的流动与输送、沉降、过滤等。降、过滤等。 1main swf0011-33.swf 2022-6-22化工基础绪论12 （2）热量传递过程：热量传递过程：主要主要讨论热量传递过程的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，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。如：加热、冷却、蒸发等。 2main.swf列管式换热器列管式换热器 （3）

13、质量传递过程质量传递过程：主要主要讨论物质通过相界面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干单元操作，如：液体的蒸馏、气体的吸收、固体，如：液体的蒸馏、气体的吸收、固体的干燥等。的干燥等。swf/003/3-06.swf swf/3main.swf 板式塔板式塔 2、化学反应工程部分内容：、化学反应工程部分内容：（一反）一反） 化学反应工程是以化学动力学、化学热力学以化学反应工程是以化学动力学、化学热力学以及及“三传三传”的原理为基础，研究工业规模的化学反的原理为基础，研究工业规模的化学反应的规律，为反应器的设计、放

14、大、选型及生产控应的规律，为反应器的设计、放大、选型及生产控制提供理论依据。制提供理论依据。2022-6-22化工基础绪论13化学反应器是化工生产中用于进行化学反应的化学反应器是化工生产中用于进行化学反应的设备，是整个生产过程的心脏。设备，是整个生产过程的心脏。 这一部分内容讨论的不深，参考书也很少，只这一部分内容讨论的不深，参考书也很少，只是是讨论化学反应工程的某些基本概念和基本反应器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。的基本原理。 2022-6-22化工基础绪论14 3、化工工艺学部分内容：化工工艺学部分内容：（一工）（一工） 化工工艺学是研究如何利用天然原料或半成品化工

15、工艺学是研究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过程的学科。 它的任务是依据化学、物理化学、化学工程原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。流程、最佳操作条件和适宜的设备构型。 2022-6-22化工基础绪论1512学习本课程的目的学习本课程的目的课程的学习目的和要求是由专业的培训规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，学习格和目标决定的，对于

16、化学专业的学生，学习一定的化工基础知识，其主要目的有以下几个一定的化工基础知识，其主要目的有以下几个方面：方面： 2022-6-22化工基础绪论16一、改善专业知识结构的需要一、改善专业知识结构的需要 作为化学专业的学生，学习一些作为化学专业的学生，学习一些“三传三传”及反应及反应器的基本知识，了解几个典型的化工工艺，器的基本知识，了解几个典型的化工工艺，对改善自对改善自己的知识结构，拓宽知识面，无疑是有益的己的知识结构，拓宽知识面，无疑是有益的。二、科技发展和经济建设的需要二、科技发展和经济建设的需要 2121世纪的中学教师必须是世纪的中学教师必须是“全能型全能型”或或“完整型完整型”的教师

17、。的教师。即即2121世纪的中学教师既世纪的中学教师既能教学，又会科研能教学，又会科研，还要懂生产的多面手，还要懂生产的多面手，否则难以适应科技发展和经，否则难以适应科技发展和经济建设的需要。因此，济建设的需要。因此，化学专业的学生具备必要的技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。术经济观点和一定的工业生产知识，就是必须的了。2022-6-22化工基础绪论17三、中等教育结构改革的需要三、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，中等职业技术教育。为适应这一新的需要

18、，很有很有必要对化学专业学生和在职中学教师加强化工方必要对化学专业学生和在职中学教师加强化工方面的教育面的教育，使他们不仅有坚实的基础理论知识，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较宽的知识视野，还要有一定的解决实际问题的能力。能力。四、对科研起到一定的指导作用四、对科研起到一定的指导作用 学习本课程，将学习本课程，将有助于指导化学科研工作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

19、得更好对实验的优化提供指导性建议，使科研取得更好的成果。的成果。2022-6-22化工基础绪论18 1 13 3 单位制和单位换算单位制和单位换算 化学工程和化学工艺中涉及多种物理量，化学工程和化学工艺中涉及多种物理量，任任何一个物理量的大小都是用数字与单位联合表达何一个物理量的大小都是用数字与单位联合表达的，缺一不可。的，缺一不可。2022-6-22化工基础绪论19 1 13 31 1 单位制单位制基本量：基本量：任何单位制的建立，都是首先选择几个独立任何单位制的建立，都是首先选择几个独立的物理量，如长度、时间、质量等，并以的物理量，如长度、时间、质量等，并以使用方便为使用方便为原则原则规定

20、出它们的单位，这些物理量称为规定出它们的单位，这些物理量称为基本物理量，基本物理量，简称基本量，简称基本量，其单位称为基本单位其单位称为基本单位；导出量：导出量：其它的物理量，如速度、加速度等的单位则其它的物理量，如速度、加速度等的单位则根据有关的物理定义或定律，由有关的基本单位推导根据有关的物理定义或定律，由有关的基本单位推导而出，这些物理量称为而出，这些物理量称为导出量导出量，对应的单位称为导出对应的单位称为导出单位。单位。2022-6-22化工基础绪论20 基本单位、导出单位再加上一些辅助单位及有基本单位、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。关的规则，即可构成一种

21、单位制。有关规则辅助单位导出量（导出单位）基本量（基本单位）单位制2022-6-22化工基础绪论21常用单位制常用单位制长度长度时间时间质量质量重量重量（力）（力）cgs制（物理单位制）制（物理单位制）cmsgMKS制制mskg重力制（工程制）重力制（工程制）mskgf千克力千克力一、过去常用的单位制一、过去常用的单位制重力单位制是工程学科常用的单位制，因此重力单位制是工程学科常用的单位制，因此又称又称工程单位制工程单位制。2022-6-22化工基础绪论22二、国际单位制二、国际单位制 国际单位制国际单位制是是19601960年年1010月第十一界国际计量大月第十一界国际计量大会通过的一种优越

22、性较大的新单位制，其代号为会通过的一种优越性较大的新单位制，其代号为SISI。 1、SI的基本量与基本单位的基本量与基本单位 SISI是是MKSMKS制的引申，除了制的引申，除了MKSMKS制中原有的长度、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：时间和质量三个基本量外，又加上了四个基本量：2022-6-22化工基础绪论23基本量的名称基本量的名称基本单位名称基本单位名称基本单位符号基本单位符号长长度度米米m质质量量千千克克kg时时间间秒秒s电电流流安安培培A热力学温度热力学温度开尔文开尔文K物质的量物质的量摩摩尔尔mol发光强度发光强度坎德拉坎德拉cd表表1. 国际单位制的

23、基本量与基本单位国际单位制的基本量与基本单位 （7个）个）其他物理量的单位，都可以由这七个基本单位中的某其他物理量的单位，都可以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。几个单位根据物理定义或规律组合而成。2022-6-22化工基础绪论24表表2. 国际单位制的辅助单位（国际单位制的辅助单位（2个）个） 表表3. 国际单位制中具有专门名称的导出单位国际单位制中具有专门名称的导出单位 （共（共17个）个）量量的的名名称称单单位位名名称称单单位位符符号号平面角平面角弧度弧度rad立体角立体角球面角球面角sr量量的的名名称称单单位位名名称称单单位位符符号号其它表示式示例其它表示式示例

24、频率频率赫兹赫兹Hzs1力；重力力；重力牛顿牛顿Nm/s2压力（压强）压力（压强）应力应力帕斯卡帕斯卡PaN/m2能量，功，热能量，功，热焦耳焦耳JNm功率功率瓦特瓦特WJ/s摄氏温度摄氏温度摄氏度摄氏度*2022-6-22化工基础绪论252、SI的优越性的优越性 （1）通用性通用性：SISI具有高度的通用性或者统一性。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、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工业生产、经济贸易甚至日常生活等都只使用SISI一种一种单位制。单位制。 （2）一贯性一贯性： 使用使用SISI在导出

25、单位时，不需引入比在导出单位时，不需引入比例系数，而且例系数，而且SISI中任何一个物理量只有一个单位。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由于单位不同必须采用“热功当量热功当量”进行换算：进行换算：1kcal=427kgf.m, 1kcal=4.18kJ。 在在SI中，既然三者本质相同，则其单位统一，统中，既然三者本质相同，则其单位统一，统一使用一使用kJ为单位，这样使得计算或比较非常方便。为单位，这样使得计算或比较非常方便。2022-6-22化工基础绪论26三、目前我国使用的单位制三、目前我

26、国使用的单位制 19841984年国务院发布命令，确定我国年国务院发布命令，确定我国统一使用以统一使用以SISI为基础，包括由我国指定的若干非国际单位制在为基础，包括由我国指定的若干非国际单位制在内的内的中华人民共和国法定计量单位制中华人民共和国法定计量单位制，简称，简称法定计量单位制法定计量单位制，并且规定，从并且规定，从19911991年起，除年起，除个别领域外，不允许使用非个别领域外，不允许使用非法定计量单位制法定计量单位制。 SI我国指定的若干非）国际单位制（法定计量单位制SI2022-6-22化工基础绪论27 非国际单位制是指，如时间的单位除了用秒外，非国际单位制是指，如时间的单位除

27、了用秒外，还可以用分（还可以用分（minmin）、小时（）、小时（h h），天（），天（d d）；质量）；质量的单位除了用的单位除了用kgkg外，还可以用吨（外，还可以用吨（t t），体积的单），体积的单位除了用位除了用m m3 3外，还可以用升（外，还可以用升（l l）等。）等。2022-6-22化工基础绪论28表表4 .国家选定的非国际单位制单位国家选定的非国际单位制单位 量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号换算关系换算关系时间时间分分min1min=60s小时小时h1h=60min=3600s天（日）天（日）d1d=24h=86400s平面角平面角秒秒()1=(/648000

28、)rad分分()1=60(/108000)rad度度()1=60(/180)rad旋转角度旋转角度转每分转每分r/min1r/min=(1/60)s-1质量质量吨吨t1t=103kg原子质量单位原子质量单位u1u1.660565510-27kg体积体积升升L,(l)1L=10-3m32022-6-22化工基础绪论29 1 13 32 2 单位换算单位换算 单位换算包括物理量的单位换算和经验公单位换算包括物理量的单位换算和经验公式的单位换算。式的单位换算。1、物理量的单位换算、物理量的单位换算物理量由一种单位制换算成另一种单位制物理量由一种单位制换算成另一种单位制时，时，换算时需要引用换算因数换

29、算时需要引用换算因数。如：。如：1m=100cm1m=100cm，换算因数为换算因数为100cm/m100cm/m。2022-6-22化工基础绪论30 由物理量根据物理规律建立起来的反映物理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物理方程量之间关系的方程式称为物理方程。 物理方程的单位符合单位一致性，或量纲一物理方程的单位符合单位一致性，或量纲一致性致性，即同一物理方程中的各物理量可以任选一，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。同时使用两种单位制。 物理方程又称量纲一致性

30、方程。物理方程又称量纲一致性方程。2022-6-22化工基础绪论31例例11 SI中，质量为中，质量为1kg的物体在重力场的作用的物体在重力场的作用下受到多大的力？下受到多大的力？解：解：F=mg=19.81=9.81N质量为质量为1kg的物体在重力场的作用下受到的力，定的物体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义为重力单位制中的基本量重量重量（力力）的单位的单位kgf, 1kgf9.81N。2022-6-22化工基础绪论32例例12 重力单位制中，重力单位制中，1kgf的物体其质量为若干？的物体其质量为若干？解：解： F=mg m=F/g=1/9.81=0.102（kgf.s

31、2/m） 可见重力单位制中，质量的单位为：可见重力单位制中，质量的单位为：kgf.s2/m。 这是重力单位制与其他单位制（这是重力单位制与其他单位制（SISI、绝对单位、绝对单位制）的制）的本质区别：本质区别：在重力单位制中，重量（力）为在重力单位制中，重量（力）为基本单位，即力的单位，而质量变为导出单位；在基本单位，即力的单位，而质量变为导出单位；在其它单位制中，质量为基本单位，力为导出单位。其它单位制中，质量为基本单位，力为导出单位。 在在SISI中无重量这一物理量。中无重量这一物理量。 2022-6-22化工基础绪论33 2、经验公式的的单位换算、经验公式的的单位换算 工程中遇到的公式除

32、了物理量方程外，还有另一工程中遇到的公式除了物理量方程外，还有另一种公式是种公式是根据实验数据整理而成的经验公式根据实验数据整理而成的经验公式。式中各。式中各物理量只代表数字部分，而它们的单位必须采用指定物理量只代表数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位，故的单位，故经验公式又称数字公式经验公式又称数字公式。 若若已知物理量的单位与经验公式的单位不符，则已知物理量的单位与经验公式的单位不符，则应先将已知数据换算成经验公式中指定的单位，然后应先将已知数据换算成经验公式中指定的单位，然后再代入公式进行计算再代入公式进行计算。 若经验公式经常使用，则应将公式加以换算，使若经验公式经常使用，则应将公

33、式加以换算，使式中各物理量都采用计算者所希望的单位，这就是经式中各物理量都采用计算者所希望的单位，这就是经验公式的的单位换算。验公式的的单位换算。2022-6-22化工基础绪论34 本章小结本章小结 1、什么是化工生产过程？、什么是化工生产过程？ 2、本课程的主要研究内容有哪些、本课程的主要研究内容有哪些? 3、什么是单元操作？单元操作的特点是什么？、什么是单元操作？单元操作的特点是什么？ 4、什么是单位制？掌握单位换算的基本方法。、什么是单位制？掌握单位换算的基本方法。 5、SI 由哪些基本量和基本单位组成？由哪些基本量和基本单位组成？SI有什么优有什么优越性？越性？ 6、目前我国使用什么单位制？由什么单位构成？、目前我国使用什么单位制？由什么单位构成？