化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程.ppt
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2020 1 27 緒論 2020 1 27 第一章化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程 4 20世紀(jì)初 合成氨技術(shù)的問世 標(biāo)志著化學(xué)工業(yè)發(fā)展到一個(gè)新階段 1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況 1 公元前2000多年前 最早化學(xué)工藝為制陶 冶煉 釀造 漂染 揉革等 規(guī)模小 技術(shù)簡單 作坊式生產(chǎn) 2 18世紀(jì)中期 紡織業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 出現(xiàn)以食鹽和硫酸為原料制純堿的路布蘭法 里程碑 1 1化學(xué)工業(yè)概述 3 19世紀(jì)中葉 出現(xiàn)了氨堿法制堿的索爾維法 隨后 電解法制堿問世 5 20世紀(jì)初汽油的需求量增大 促進(jìn)了煉油技術(shù)發(fā)展 重整 裂解等工藝的開發(fā) 提供了豐富的基本有機(jī)化工原料 2020 1 27 7 20世紀(jì)80年代以來 化工產(chǎn)品品種多樣化 功能化 精細(xì)化成為化學(xué)工業(yè)的起點(diǎn) 化學(xué)工業(yè)由發(fā)展基礎(chǔ)化工轉(zhuǎn)向重點(diǎn)發(fā)展精細(xì)化工 1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況 6 20世紀(jì)中葉 塑料 合成纖維 合成橡膠三大合成材料的原料幾乎全部來自石油化工 引發(fā)了化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革 帶動(dòng)了精細(xì)化工的發(fā)展 1 2我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步 1 3化學(xué)工業(yè)分類 產(chǎn)物組成 無機(jī)化學(xué)工業(yè) 有機(jī)化學(xué)工業(yè) 原料資源 煤炭化學(xué)工業(yè) 石油化學(xué)工業(yè) 農(nóng)產(chǎn)化學(xué)工業(yè) 世界上 產(chǎn)品的性質(zhì) 用途及加工過程相似原則 我國 行業(yè)劃分 產(chǎn)品劃分P4 2020 1 27 1 特點(diǎn) 1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況 1 4化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢 2 現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢 A 生產(chǎn)規(guī)模大型化 B 原料的生產(chǎn)方法的多樣化 C 產(chǎn)品的精細(xì)化和專業(yè)化 A 與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān) 人口增長 環(huán)境污染和能源短缺三大挑戰(zhàn) B 原料路線 工藝路線和產(chǎn)品品種的多樣性 C 技術(shù)密集型和能源密集型 D 生產(chǎn)過程的節(jié)能與綠色化 2020 1 27 2化學(xué)工程基礎(chǔ)課程簡介 化學(xué)反應(yīng)和若干個(gè)單元操作串聯(lián)而成化學(xué)工程基礎(chǔ) 研究各個(gè)獨(dú)立的單元操作 化學(xué)工程的研究對(duì)象 單元操作 UnitOperations 1 單元操作的概念 原料的預(yù)處理進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純 單元操作 原料的預(yù)處理反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純 化工生產(chǎn)中共有的物理操作 2020 1 27 2 單元操作的特點(diǎn) 所有的單元操作都是物理性操作 只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì) 并不改變化學(xué)性質(zhì) 單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作 只是不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目 名稱與排列順序不同 單元操作作用于不同的化工過程時(shí) 基本原理相同 所用的設(shè)備也是通用的 2020 1 27 3 單元操作的分類根據(jù)單元操作所遵循的基本規(guī)律 分為三類 三傳 流體動(dòng)力過程 遵循流體動(dòng)力基本規(guī)律 用動(dòng)量傳遞理論研究 如 流體輸送 沉降 過濾 固體流態(tài)化 熱過程 遵循傳熱基本規(guī)律 用熱量傳遞理論研究 如 傳熱 冷凝 蒸發(fā)等 傳質(zhì)過程 遵循傳質(zhì)基本規(guī)律 用質(zhì)量傳遞理論研究 如 蒸餾 吸收 萃取 結(jié)晶 干燥等 2020 1 27 2 化學(xué)工程原理學(xué)科性質(zhì)與研究方法 1 學(xué)科性質(zhì) 工程學(xué)科用自然科學(xué)的基本原理來分析和處理化工生產(chǎn)中的物理過程2 研究方法 工程方法因次分析法數(shù)學(xué)模型法參數(shù)綜合法當(dāng)量法類比法 直管湍流阻力 雙膜模型的建立 過濾常數(shù) 當(dāng)量直徑 當(dāng)量長度等 動(dòng)量 熱量 質(zhì)量傳遞的類似律 2020 1 27 3 化學(xué)工程原理的學(xué)習(xí)方法發(fā)展 如何根據(jù)某個(gè)物理或物理化學(xué)原理開發(fā)成為一個(gè)單元操作 尋本求源 選擇 為了達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)某一工程目的 能否對(duì)過程和設(shè)備作合理的選擇和組合 設(shè)計(jì) 對(duì)已掌握了性能的過程和設(shè)備作直接的設(shè)計(jì)計(jì)算以及對(duì)性能不十分掌握的過程和設(shè)備通過必要的試驗(yàn) 測取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 做逐級(jí)放大 操作 如何根據(jù)基本原理發(fā)現(xiàn)操作上可能出現(xiàn)的各種不正常現(xiàn)象 尋找其原因及可能采取的調(diào)節(jié)措施 2020 1 27 3化學(xué)工程處理問題的方法 物料衡算依據(jù) 質(zhì)量守恒定律輸入系統(tǒng)的物料質(zhì)量等于從系統(tǒng)輸出的物料質(zhì)量和系統(tǒng)中積累的物料質(zhì)量 物料衡算的通式 2020 1 27 定態(tài)過程 積累為零 則 衡算的系統(tǒng) 整個(gè)生產(chǎn)過程某一設(shè)備 系統(tǒng)中的所有物料某一個(gè)組分 衡算的對(duì)象 例 2020 1 27 例 在兩個(gè)蒸發(fā)器中 每小時(shí)將5000kg的無機(jī)鹽水溶液從12 質(zhì)量 濃縮到30 第二蒸發(fā)器比第一蒸發(fā)器多蒸出5 的水分 試求 1 各蒸發(fā)器每小時(shí)蒸出水分的量 2 第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度 解 首先畫一個(gè)流程圖表示進(jìn)行的過程用方框表示設(shè)備 輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示 劃定衡算的范圍為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量 以整個(gè)流程為衡算范圍 用一圈封閉的虛線畫出 2020 1 27 選擇衡算基準(zhǔn) 連續(xù)操作以單位時(shí)間為基準(zhǔn) 間歇操作以一批操作為基準(zhǔn) 由于連續(xù)操作 以1小時(shí)為基準(zhǔn) 2020 1 27 確定衡算對(duì)象此題中有兩個(gè)未知數(shù) 蒸發(fā)的水量及送出的NaOH溶液量B 因此 我們就以不同衡算對(duì)象列出兩個(gè)衡算式 對(duì)鹽作物料衡算 對(duì)總物料作衡算 代入已知數(shù)據(jù) 得 由題意知 2020 1 27 求第一個(gè)蒸發(fā)器送出的溶液濃度 選擇第一個(gè)蒸發(fā)器為衡算范圍 對(duì)鹽作物料衡算 對(duì)總物料作衡算 代入已知數(shù)據(jù) 得 解得 2020 1 27 2 熱量衡算 依據(jù) 能量守恒定律 即任何時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的總熱量等于系統(tǒng)輸出的總熱量與損失的熱量之和 熱量衡算通式 或?qū)懗?2020 1 27 熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同 也必須首先劃定衡算范圍及衡算基準(zhǔn) 此外應(yīng)注意焓是相對(duì)值 因此必須指明基準(zhǔn)溫度 習(xí)慣上選0 為基準(zhǔn)溫度 并規(guī)定0 時(shí)液態(tài)的焓值為零 3 過程的平衡和速率 平衡問題過程的平衡問題是說明過程進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限 平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程 例 2020 1 27 速率 過程的速率表示為 過程的速率 推動(dòng)力 阻力推動(dòng)力 過程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)的距離 阻力 過程的阻力是各種因素對(duì)速率影響的總的體現(xiàn) 過程的速率是指過程由不平衡到平衡進(jìn)行的快慢 2020 1 27 例 在換熱器里將平均比熱為3 56kJ kg 的某溶液自25 加熱到80 溶液流量為1 0kg s 加熱介質(zhì)為120 的飽和水蒸氣 其消耗量為0 095kg s 蒸氣冷凝成同溫度的飽和水排出 試計(jì)算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù) 解 根據(jù)題意畫出流程圖 2020 1 27 基準(zhǔn) 1s在圖中虛線范圍內(nèi)作熱量衡算從附錄查出120 飽和水蒸氣的焓值為278 9kJ kg 120 飽和水的焓值為503 67kJ kg 在此系統(tǒng)中輸入的熱量 蒸氣帶入的熱量 溶液帶入的熱量 輸出的熱量 2020 1 27 冷凝水帶出的熱量 溶液帶出的熱量 根據(jù)能量衡算式 有 熱量損失的百分?jǐn)?shù) 2020 1 27 三 單位及單位制1 單位及單位基本量 任意選定的幾個(gè)獨(dú)立的物理量 如長度 時(shí)間等 基本單位 根據(jù)使用方便的原則制定的基本量的單位 導(dǎo)出量 根據(jù)物理量與基本量之間的關(guān)系來確定的量 導(dǎo)出單位 導(dǎo)出量的單位稱為導(dǎo)出單位 均由基本單位相乘 除而構(gòu)成的 單位制 基本單位與導(dǎo)出單位的總和 2020 1 27 物理單位制 基本單位 長度cm m質(zhì)量g kg時(shí)間s工程單位制 基本單位 長度cm力kgf時(shí)間sSI單位制 基本單位有7個(gè) 化工中常用的有5個(gè) 長度m 質(zhì)量kg 時(shí)間s 溫度K 物質(zhì)量mol2 單位衡算已知1atm 1 033kgf cm2 將其換算成N m2 按題意需將kgf cm2中的單位換算成N cm2換算成m2 查附錄1 換算關(guān)系為 2020 1 27 1kgf 9 81N 1cm 0 01m上述關(guān)系代入 得 3 單位的正確運(yùn)用理論公式 根據(jù)物理規(guī)律建立的 反映各有關(guān)物理量之間的關(guān)系 又叫物理方程 具有單位一致性 只要采用同一單位制的單位來表示各物理量即可 2020 1 27 經(jīng)驗(yàn)公式 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理出來的 反映各有關(guān)物理量的數(shù)字之間的關(guān)系 又叫數(shù)字公式 公式中所用的單位一般都是指定的 在計(jì)算中只要將數(shù)字代入 算出結(jié)果 然后加上規(guī)定的單位就行了- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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