化学工程基础：第一章 化学工业与化学工程.ppt

化 学 工 程基础 什么是化学工程？ 化学工程学科是在化学加工工业的基础上发展起来的，它是以化学、物理为基础，结合其他技术来研究化工生产过程中共同规律的工程学科。 本课程所学内容： 第一章 化学工业与化学工程 第二章 流体流动与输送 第三章 传热过程 第四章 传质过程 第五章 吸收 第六章 精馏 第八章 化学反应工程学基本原理 第一章 化学工业与化学工程 1.1 化学工业的发展 1.2 化学工程学的研究内容 1.3化工过程计算的理论基础 1.4化学工程学的研究目标 化学工业的范畴和分类 按4类分： 原料工业 （煤、石油、天然气等） 基本无机化工 （酸、碱、盐） 基本有机化工 (以煤、石油、天然气为原料通过化学加工方法制得基本有机化工产品：乙烯、苯、苯乙烯、环氧化合物、含氮化合物……） 合成工业 c．按产品分类（ P9，表1-5 ）： ① 通用化学品：以煤、石油、天然气、农副产品为原料经简单加工而成的三烯三苯一炔一萘、三酸二碱等。 d．按技术密集程度和附加值大小分类： ② 精细化工品：以通用化学品为原料，深加工，高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品。 b．按行业分（P9，表1-5）： 化学工业的特点 (1)化学工业以化学加工为主要特征，是创造新物质的工业，与人类的生存和发展息息相关。 (2)化工产品品种繁多，工艺多样 同一原料 不同的加工方法 不同的产品 不同的产品 相同方法 不同工艺条件 不同原料 同一产品 不同方法 (3)化学工业是资金密集、技术密集的工业部门 机械工业的技术密集指数为100，化学工业达到2480。医药和农药新品种开发成功率低，完成一个新品种研制，需多年时间，耗资较大。 (4)化学工业是易污染、重污染能源消耗的大户 现代化学工业面临的三大挑战：原料、能源、环境保护 具有一定规模的化学工业始于18世纪生产酸碱盐的无机化学工业 世界上第一个典型的化工厂：1746年，英国人罗巴克首创铅室法制硫酸 /content/12/1020/14/9340714_242595478.shtml 1.1化学工业的发展（表1-1） 近代化学工业的里程碑：1791年，路布兰纯碱制造工艺，带动了玻璃和肥皂工业的发展。 后期发展起来了氨碱法和联碱法 19世纪，钢铁工业的发展促进了炼焦工业，从炼焦副产品煤焦油中提取多种有机芳香族化合物，并以其为原料制染料、医药、香料、炸药等产品，形成了以煤焦油为基础的有机合成工业。 现代化工的起点 ：1913年，高压合成氨装置建成 原油的催化裂解，从炼厂气中分离的丙烯合成异丙醇，被誉为石油化工的开端； 有机合成化学的发展，推动了人工合成高分子材料的兴起； 化学工业的发展趋势 1.产品精细化 2.化学工业和生物技术相结合 3.研究开发新材料 4.新能源技术 化学工程核心—“化工传递过程”与“反应工程” 主要内容有： 动量传递（流体流动）过程：包括流体输送、搅拌、沉降、过滤、离心分离等单元操作 热量传递：包括加热、冷却、蒸发 质量传递过程：结晶、吸收、吸附、蒸馏、萃取、浸取、干燥等单元操作过程 反应工程：反应器内返混、相相传递、相内传递与化学反应的耦合等 1.2 化学工程学科的内容 1.3.1物料衡算： 依据：质量守恒定律,一个化工过程中，进入系统的物料量必然等于排出系统的物料量和过程中的累积量，即 输入物料量=输出物料量 + 累积物料量 如果过程中的累积量为零，就是稳定操作，否则，为不稳定操作 依据物料衡算，可以确定设备容积大小，判断原料的利用率，计算生产成本等 如聚苯乙烯生产过程原料利用率 物料衡算需注意的问题 1.进行物料衡算时，首先要确定衡算的范围（系统）、衡算对象及衡算基准，然后列出穿越系统边界的各股物料 2.间歇过程一般以批、次操作为基准，连续过程常以单位时间为基准，单位时间流过的物料质量即为质量流量 连续过程的物料衡算表示为： 连续稳定过程中，设备内不应有任何物料累积， 即 =0? 例题1-1 丙烷充分燃烧时要使空气过量25%，燃烧反应方程式为 C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O 试计算得到100mol燃烧产物（又称烟道气）需要加入空气的物质的量。 1.3化工过程计算的理论基础 1.3.2能量衡算 依据：能量守恒定律 输入能量=输出能量+系统中累积的能量 对于伴有反应热效应的反应系统： 输入能量 + 反应放出（正值）或吸收（负值）的能量 = 输出能量 + 系统中累积能量 对于定常态操作系统，上述两式中累积项为零 能量衡算的作用： 可以确定设备的传热面积和功率消耗，拟定能量综合利用方案以及确定能量输入或