第一章化学工业与化学工程.ppt

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1、化化 学学 工工 程程 基基 础础Basis of Chemical Engineering参考书目参考书目1. 化学工程基础（第二版） 主编：李德华. 化学工业出版社. 2007-082. 化学工程基础 主编：罗运柏. 化学工业出版社. 2007-013. 化工原理（上、下） 主编：夏青等. 天津大学出版社. 2005-014. Chemical Engineering Science； AIChE J. 授课内容授课内容1. 化学工业及化学工程化学工业及化学工程 2. 流体流动过程流体流动过程 3. 传热传热 4. 吸收吸收 5. 精馏精馏 6. 新型分离技术新型分离技术 7. 化学反应工

2、程学化学反应工程学 化学与化工的关系化学与化工的关系化学实验研究与化工生产的区别化学实验研究与化工生产的区别研究对象与目的研究对象与目的工业化生产开发过程工业化生产开发过程 化学工业化学工业是以天然物质或其他物质为原材料，利用这些物质的性质或形态变化，或以这些物质组合，加工成对国计民生有价值的化学产品的一种工业。 在化学工业中，以化学反应化学反应过程为核心。 第一章第一章 化学工业与化学工程化学工业与化学工程第一节第一节 化学工业概述化学工业概述 1.1 化学工业的重要性及其发展化学工业的重要性及其发展 化学工业是国民经济重要的基础工业。化学工业是国民经济重要的基础工业。 1. 为农业提供农用

3、生产资料；为农业提供农用生产资料； 2. 为其他工业提供各种配套原材料；为其他工业提供各种配套原材料； 3. 为高科技产业提供新型化工材料和新产品；为高科技产业提供新型化工材料和新产品； 4. 为人们提供各种化工产品和生活用品。为人们提供各种化工产品和生活用品。 1.2 化学工业的分类及其特点化学工业的分类及其特点 美国标准工业分类美国标准工业分类： 1. 基本化工产品；基本化工产品； 2. 进一步加工用产品；进一步加工用产品； 3. 供最终消费的化工产品。供最终消费的化工产品。 中国化学工业分类中国化学工业分类（“大化工大化工”）：1. 基础化学工业基础化学工业2. 化肥工业化肥工业3. 石

4、油化学工业石油化学工业4. 其他化学工业其他化学工业 与化工行业相关的部门：石油化工、塑料制品、化学纤维、炼焦化学、日用化工、皮革化工业、医药等。精细化工产品分类精细化工产品分类（依据功能和结构特征）：依据功能和结构特征）：农药；黏合剂；涂料；染料和颜料；农药；黏合剂；涂料；染料和颜料；表面活性剂和合成洗涤剂；化妆品；表面活性剂和合成洗涤剂；化妆品；塑料、合成纤维和橡胶用助剂；塑料、合成纤维和橡胶用助剂；香料；感光材料；试剂和高纯物；香料；感光材料；试剂和高纯物；食品和饲料添加剂；石油用化学品；食品和饲料添加剂；石油用化学品；造纸用化学品；功能高分子材料；造纸用化学品；功能高分子材料；催化剂；

5、生化酶；无机精细化学品催化剂；生化酶；无机精细化学品 1.3 化工产品的市场及其前景化工产品的市场及其前景 精细化工精细化工已经被列入中国 “十一五”期间优先发展的六大领域之一。 功能涂料及水性涂料，染料新品种及其产业化技术，重要化工中间体绿色合成技术及新品种，电子化学品，高性能水处理化学品，造纸化学品，油田化学品，功能型食品添加剂，高性能环保型阻燃剂，表面活性剂，高性能橡塑助剂等列为技术开发和产业化的重点。 趋势：趋势： 随着中国石油化工的蓬勃发展和化学工业由粗放型向精细化方向发展，以及高新技术的广泛应用，精细化工的创新能力和产业技术显著提高。 2004年，中国精细化工率已达45，计划“十一

6、五”期间，中国化工产业总体目标及重要任务是将精细化工率提升至48。 化学工业将会由传统工业过渡到以新材料、精细化学品和专用化学品、生物技术为主体的技术密集型产业。 精细化、个性化、绿色化将是现代化学工业、化学工艺及化学工程的大趋势。第二节第二节 化学工程的发展趋势化学工程的发展趋势 化学工程是一门工程技术学科，它以物理学、化学和数学为基础，并结合工业经济基本法则，主要研究化学工业中的物理变化和化学变化过程及其有关机理和设备的共同规律，并把这些规律应用到化工装置的开发、设计、操作、控制、管理、强化以及自动化等过程中，在化工工艺与化工设备之间起着承上启下的桥梁和纽带作用。 2.1 化学工程的兴起和

7、发展化学工程的兴起和发展 1888年美国麻省理工学院（MIT）以诺顿（L. M. Norton）为首，设置了应用化学工程教育问题研究委员会，并在历史上第一次设置化学工程课程。 20世纪40年代，以合成纤维、合成橡胶和合成塑料三大合成材料为代表的石油化工的迅速发展，促进了化学工程从经验向科学演变，并发现化学工程的本质问题：“三传”。 20世纪50年代，开始从“三传”的角度研究化学过程中的物理变化，采用高速电子计算机解决复杂工程计算问题。1957年，正式提出“化学反应工程”（Chemical Reaction Engineering）概念，极大地促进了化学工程的发展，至此，“三传一反”就形成了化学

8、工程的主要内容。 20世纪60年代，计算机技术应用于化学工程中，以解决化工过程的优化规划、最优设计、最优控制和最优操作等，促成了“化工系统工程”的诞生。 20世纪70年代，随着电子计算机的进一步发展,同时化学工程基础理论日趋成熟，数学模型化方法普遍应用，化工系统工程有了较大发展，对于化工过程的开发、设计，现有工厂技术改造等方面发挥了极大的作用。 20世纪80年代以来，面对环境、能源等可持续发展的挑战，化学工程发展特征也逐渐演变，将化学工程定义为：“经济地开发利用物质和能量地方法为人类造福的工学”。 进入21世纪，化学工程学在发展过程中还在不断向科学技术新领域渗透和拓展，其应用对象涵盖了所有物质

9、的化学、物理转化过程。同时，也正被化学工程、石油炼制、合成材料、能源工业、冶金工业、核能工业、建材工业，以及农业、军事、航空、环境、资源、生物、医药、食品饮料、纸浆造纸等过程应用。2.2 化学工程的前沿研究领域化学工程的前沿研究领域1. 材料化学工程材料化学工程2. 能源与资源化学工程能源与资源化学工程3. 环境化学工程环境化学工程4. 生物化学工程生物化学工程第三节第三节 化学过程与单元操作化学过程与单元操作3.1 化学过程简介化学过程简介 指将与原材料进行若干化学和物理过程加工、指将与原材料进行若干化学和物理过程加工、处理，生产出预期产品或中间产品，并获得一定处理，生产出预期产品或中间产品，并获得一定附加值的生产过程。附加值的生产过程。预处理预处理 反应反应 后处理（加工）后处理（加工）3.2 化工单元操作化工单元操作1. 流体流动过程：流体流动过程： 流体输送、搅拌、沉降、过滤、离心分离等。2. 热量传递过程：热量传递过程： 传导、对流和辐射传热、热交换（加热、冷却、冷凝）、蒸发等。3. 质量传递过程质量传递过程 吸收、蒸馏、吸附、萃取、结晶、干燥等。3.3 常用基本概念常用基本概念1. 物料平衡物料平衡 依据质量守恒定律2. 能量守恒能量守恒 依据能量守恒定律3. 平衡关系平衡关系4. 过程速率过程速率过程推动力过程速率过程阻力