化工基礎(chǔ)知識概述課件

化工基礎(chǔ)Elementary

Chemical

Engineering化工基礎(chǔ)Elementary

Chemical

Engine1化工基礎(chǔ)——化學(xué)工程基礎(chǔ)什么是化學(xué)工程？

化學(xué)過程——是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的反應(yīng)過程，如柴油的催化裂化制備高辛烷值汽油是一個化學(xué)反應(yīng)過程。

物理過程——系指物質(zhì)不經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的組成、性質(zhì)、狀態(tài)、能量變化過程，如原油經(jīng)過蒸餾的分離而得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。實際上，化學(xué)過程往往和物理過程同時發(fā)生。例如催化裂化是一個典型的化學(xué)過程，但輔有加熱、冷卻和分離，并且在反應(yīng)進行過程中，伴隨有流動、傳熱和傳質(zhì)。

化工基礎(chǔ)——化學(xué)工程基礎(chǔ)2化學(xué)工程學(xué)——研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進行的化學(xué)過程和物理過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科。這些工業(yè)包括石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、建筑材料工業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)等。它們從石油、煤、天然氣、鹽、石灰石、其他礦石和糧食、木材、水、空氣等基本的原料出發(fā)，借助化學(xué)過程或物理過程，改變物質(zhì)的組成、性質(zhì)和狀態(tài)，使之成為多種價值較高的產(chǎn)品，如化肥、汽油、潤滑油、合成纖維、合成橡膠、塑料等等。通過化學(xué)工程的研究，認識和闡釋這些過程的規(guī)律性，并使之應(yīng)用于生產(chǎn)過程和裝置的開發(fā)、設(shè)計、操作，以達到優(yōu)化和提高效率的目的?；瘜W(xué)工程學(xué)——研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進行的化學(xué)過3

化學(xué)過程與化學(xué)工程的區(qū)別化學(xué)工程：如何通過一系列的設(shè)備、工藝、操作來實現(xiàn)化學(xué)過程。注重過程、條件、影響因素。關(guān)注操作性、合理性、經(jīng)濟性?；瘜W(xué)過程：化學(xué)反應(yīng)的原理、機理，過程進行的可行性。注重能否進行的問題。化學(xué)過程與化學(xué)工程化學(xué)工程：如何通過一系列的設(shè)備、工藝、4◆問題：專科教育與本科教育的差異何在？◆專科教育以應(yīng)用為目的，在理論學(xué)習(xí)上以夠用為度；而本科教育重在培養(yǎng)學(xué)生的理論體系。◆例子：虹吸現(xiàn)象。大家都知道水往低處流，但在虹吸中水先往高處流，越過一個高點后才往低處流。為什么呢？只有用流體動力學(xué)的理論才能作出解釋?！艚?jīng)驗只能解決現(xiàn)象問題，理論才能解決本質(zhì)問題。◆請珍惜本科教育機會，注重培養(yǎng)自己的理論體系，認真學(xué)好每門基礎(chǔ)理論課?！艋せA(chǔ)，是化工類各專業(yè)課的基礎(chǔ)理論課，也是化學(xué)工藝等專業(yè)考研的必考專業(yè)課?！魡栴}：?？平逃c本科教育的差異何在？5一.化學(xué)工業(yè)概述

化學(xué)工業(yè)（chemicalindustry）又稱化學(xué)加工工業(yè)，是綜合運用化學(xué)和物理方法將原料加工成化學(xué)產(chǎn)品的加工工業(yè)。也泛指生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的過程工業(yè)。1.化學(xué)工業(yè)的重要性及其發(fā)展化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是最具活力、最具競爭力、可發(fā)展前景極強的產(chǎn)業(yè)。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)工業(yè)從50年代起進入高速發(fā)展期，已成為世界經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。一.化學(xué)工業(yè)概述化學(xué)工業(yè)（chemica62.化學(xué)工業(yè)的分類2.化學(xué)工業(yè)的分類7化工生產(chǎn)裝置實例——70萬噸乙烯裝置化工生產(chǎn)裝置實例——70萬噸乙烯裝置8化工生產(chǎn)裝置實例——甲醇回收裝置化工生產(chǎn)裝置實例——甲醇回收裝置9化工生產(chǎn)裝置實例——合成氨裝置化工生產(chǎn)裝置實例——合成氨裝置10化工生產(chǎn)過程實例濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程磷礦石破碎球磨酸解反應(yīng)過濾濃縮精制磷酸（化肥、飼料用）磷酸（醫(yī)藥、食品用）硫酸HF氣體（回收）過濾水濾渣石膏洗液加工成鹽化工生產(chǎn)過程實例濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程磷礦石破碎113.化學(xué)工業(yè)的特點(1)化學(xué)工業(yè)與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)當(dāng)今世界面臨的三大挑戰(zhàn)：A.人口增長：1804年10億人→1927年20億人→1960年30億人→1974年40億人→1987年50億人→1999年60億人，每年7800萬人的增長速度，預(yù)計2013年70億，實際2010年64.64億人。→吃飯大問題！B.環(huán)境污染：人口增長→工業(yè)發(fā)展→大氣和水污染。每年流入海洋的石油達1000多萬噸，排入大氣的CO2達230億噸，水土流失240億噸。C.能源短缺：以現(xiàn)有速度，全世界的石油只夠用60年，煤炭300年左右。化學(xué)工業(yè)已擔(dān)負起迎接三大挑戰(zhàn)的歷史重任：可提供充足的化肥、農(nóng)藥、化學(xué)纖維、合成醫(yī)藥及各種新型合成材料，滿足人口增長帶來的衣、食、住、行的需要；在化工生產(chǎn)中合理使用能源和開發(fā)新能源，可有效解決能源緊缺問題（如生物能源、核能等）；“三廢”的治理更是化學(xué)工業(yè)義不容辭的責(zé)任，其作用是其他工業(yè)無法替代的。

3.化學(xué)工業(yè)的特點(1)化學(xué)工業(yè)與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)12(2)化工產(chǎn)品品種繁多，工藝復(fù)雜

品種繁多導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的多樣性。同一原料可生產(chǎn)多種產(chǎn)品，同一產(chǎn)品又可利用多種原料生產(chǎn)，所以技術(shù)難度大。合理的資源配置和原料路線，恰當(dāng)工藝技術(shù)的選擇和組合，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是化工中要解決的主要問題。(3)化學(xué)工業(yè)是裝置型工業(yè)，具有規(guī)模經(jīng)濟性

化工生產(chǎn)的主要設(shè)備大多是塔、罐、槽、器及管道，生產(chǎn)能力與容積（即其線性尺寸的三次方）呈正比，制造費與容器表面積（即其線性尺寸的二次方）呈正比。裝置的投資費用T與其生產(chǎn)能力M的2/3次方呈正比（所謂的0.6次方法則）：T=M0.6~0.7

如：M=10萬元/年，則T=40~50萬元，4~5倍M=100萬元/年，則T=1600~2500萬元，16~25倍M=1000萬元/年，則T=6.3~12.6億元，63~126倍(2)化工產(chǎn)品品種繁多，工藝復(fù)雜13(4)化學(xué)工業(yè)是資金密集型、技術(shù)密集型工業(yè)工藝復(fù)雜性和裝置大型化決定了它的這一特征。如年產(chǎn)值30萬噸合成氨,45萬噸尿素的化肥廠，投資達到40-50億元；年產(chǎn)30萬噸的乙烯廠，需投資60-80億元?；ぜ夹g(shù)更新速度快，化工廠設(shè)備的壽命一般不超過15年流動資金占固定投資的12-20%，每年的設(shè)備維修費5-10%。如：M=100萬元/年，T=2000萬元，流動資金300-400萬元，維修費100-200萬元/年。技術(shù)密集表現(xiàn)在工藝流程長，從原料到產(chǎn)品，涉及化學(xué)、機械、電子、儀表等諸多領(lǐng)域，有很高的知識密集度和很強的技術(shù)綜合性。若以機械工業(yè)的技術(shù)密集指數(shù)為100，則化學(xué)工業(yè)達到2480。(4)化學(xué)工業(yè)是資金密集型、技術(shù)密集型工業(yè)14(5)化學(xué)工業(yè)是能耗大戶化學(xué)工業(yè)以煤、石油、天然氣等能源為原料，也作為生產(chǎn)的動力和燃料。能源中約40％作為生產(chǎn)原料，60％作為動力和燃料，原料消耗費占產(chǎn)品成本的60%-70%。(6)化學(xué)工業(yè)是易污染、重污染的工業(yè)部門化工產(chǎn)品大多是易燃、易爆、有毒的，在生產(chǎn)、儲存、運輸、使用過程中，如果發(fā)生泄露，就會嚴重危害人的健康，污染環(huán)境。例如廣西廣維集團爆炸事件。2008年8月26日6時45分，廣維化工股份有限公司有機車間發(fā)生爆炸事故，爆炸引發(fā)的火災(zāi)導(dǎo)致車間內(nèi)裝有甲醇、乙炔、醋酸乙烯等易燃易爆物品的儲罐發(fā)生爆炸，共造成20人死亡。事故還造成周圍3公里范圍內(nèi)18個村屯和廣維集團生活區(qū)的11500名群眾緊急疏散。(5)化學(xué)工業(yè)是能耗大戶15二.化學(xué)工程概述二.化學(xué)工程概述16課程特點：理論與經(jīng)驗相結(jié)合的工程研究方法

經(jīng)驗方法——實驗方法理論方法——數(shù)學(xué)模型法相似準則：利用經(jīng)驗公式和實驗曲線對設(shè)計和工程進行相似性放大因次分析：利用實驗來確定變量關(guān)系，用無因次數(shù)群構(gòu)成關(guān)系式利用基本定律對過程的微觀機理進行相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述（數(shù)學(xué)模型）注：該方法著眼于過程參數(shù)的整體變化，不究其微觀機理，得到的結(jié)果帶有局限性，不可任意推而廣之。課程特點：理論與經(jīng)驗相結(jié)合的工程研究方法經(jīng)驗方法——實驗17“化工原理”半理論、半經(jīng)驗的方法特點實際工程復(fù)雜問題理論與經(jīng)驗是化工工程技術(shù)人員邁向成功的兩條腿分析并抓住描述過程物理本質(zhì)的基本規(guī)律實驗數(shù)據(jù)回歸確定待定模型參數(shù)對次要因素作出合理假設(shè)（簡化）建立數(shù)學(xué)模型通過實驗或工程實踐檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃浴盎ぴ怼卑肜碚?、半?jīng)驗的方法特點實際工程復(fù)雜問題理論與經(jīng)18核心部分：化學(xué)反應(yīng)過程及其設(shè)備（反應(yīng)器）前處理過程：又稱預(yù)處理過程，在進行化學(xué)反應(yīng)之前，對原料進行各種預(yù)處理，以便為反應(yīng)過程創(chuàng)造最適宜的工藝條件，如適宜的物料狀態(tài)、純度以及它應(yīng)具有的溫度、壓強等。后處理過程：化學(xué)反應(yīng)后，對產(chǎn)物或中間產(chǎn)物需要進行必要的后處理，以便獲得合格的最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)物。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~（核心部分）（輔助部分）三.化工生產(chǎn)過程原料→前處理→化學(xué)處理（核心）→后處理→產(chǎn)品（或中間產(chǎn)品）

核心部分：化學(xué)反應(yīng)過程及其設(shè)備（反應(yīng)器）~~~~~~~~~19化工基礎(chǔ)知識概述課件20

例如，高壓法生產(chǎn)聚乙烯，上述過程可圖示如下：壓縮機加熱器聚合反應(yīng)器分離器粒化器

聚乙烯

乙烯回收乙烯

粒狀聚乙烯

乙烯的壓縮與預(yù)熱為預(yù)處理過程；聚合反應(yīng)后，物料的分離與聚乙烯的?；瑒t為產(chǎn)物的后處理過程。壓縮機加熱器聚合分離器?；骶垡蚁?1人們在長期從事化工生產(chǎn)實踐中，自然而然地把組成不同化工行業(yè)生產(chǎn)過程所共有的基本的物理操作過程抽提出來，研究其各自內(nèi)在的規(guī)律性，并在理論上加以總結(jié)和提高，再應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去，這些基本的物理操作過程就稱為單元操作。單元操作定義：指在各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，具有共同的物理變化，遵循共同的物理學(xué)定律和具有共同作用的基本操作。如：流體的輸送與壓縮、沉降、過濾、傳熱、蒸發(fā)、結(jié)晶、吸收、蒸餾、萃取、冷凍等。人們在長期從事化工生產(chǎn)實踐中，自然而然地把組成不同化22以“三傳”為物理內(nèi)核的單元操作以“三傳”為物理內(nèi)核的單元操作23四.化學(xué)工程中的一些基本規(guī)律1.質(zhì)量守恒（物料衡算）：

它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系，即進入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量。積累或損失M∑M入∑M出系統(tǒng)物料衡算式：∑M入＝∑M出＋M累或損對連續(xù)穩(wěn)定流動：∑M入＝∑M出

四.化學(xué)工程中的一些基本規(guī)律1.質(zhì)量守恒（物料衡算）：24進行物料衡算時，必須明確下面幾點：1.首先要確定衡算的系統(tǒng)，即衡算對象包括的范圍。2.其次要確定衡算的基準。3.然后確定衡算的對象（指標、參數(shù)）。4.最后還要確定衡算對象的物理量及單位。例1-1

每小時有10噸5％的乙醇水溶液進入精餾塔，塔頂餾出的產(chǎn)品中含乙醇95％，塔底排出的廢水中含乙醇0.1％。求每小時可得產(chǎn)品多少噸？若廢水全部排放，每年（按操作7200小時計）損失的乙醇多少噸？進行物料衡算時，必須明確下面幾點：1.首先要確定衡算的系25精餾塔原料液含乙醇5％10噸/時乙醇產(chǎn)品含乙醇95％含乙醇0.1％

廢水

解：已知：原料液流量及其中乙醇含量產(chǎn)品和廢水中乙醇含量確定：衡算范圍：衡算對象：衡算基準：設(shè)：產(chǎn)品流量為X噸/時、廢水流量為Y噸/時。由物料衡算式：∑M入＝∑M出對物流的量進行衡算：10＝X+Y(1)對乙醇的量進行衡算：10×5％＝X×95％+Y×0.1％(2)解得：X＝0.516噸/時，Y＝9.484噸/時每年損失乙醇：9.484×0.1％×7200＝68.28噸/年精餾塔原料液含乙醇5％10噸/時乙醇產(chǎn)品含乙醇95％含乙醇0262.能量守恒（能量衡算）：目的：計算單位產(chǎn)品的能耗，了解過程中能量的利用和損失情況，確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量，設(shè)計換熱設(shè)備積累或損失Q∑Q入∑Q出系統(tǒng)熱量衡算式：∑Q入＝∑Q出＋Q累或損穩(wěn)定的連續(xù)性操作：∑Q入＝∑Q出2.能量守恒（能量衡算）：目的：計算單位產(chǎn)品的能耗，了解過程273.平衡關(guān)系平衡決定過程進行的方向各可能夠達到的極限可以確定當(dāng)時條件下物料或能量能夠利用的極限，從而確定加工方案4.過程速率

過程速率決定裝置和設(shè)備的生產(chǎn)能力，過程速率越高，設(shè)備生產(chǎn)能力越大，或設(shè)備的尺寸越小。

∝

過程速率（r）3.平衡關(guān)系平衡決定過程進行的方向各可能夠達到的極限4.過程285.從實驗室研究到工廠生產(chǎn)5.從實驗室研究到工廠生產(chǎn)29化工基礎(chǔ)知識概述課件30

將實驗室研究擴大為生產(chǎn)規(guī)模，使新產(chǎn)品、新工藝或新技術(shù)在工業(yè)裝置中運轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)的全過程稱為化工過程開發(fā)。將實驗室研究擴大為生產(chǎn)規(guī)模，使新產(chǎn)品、新工藝或新31

實驗室與化工生產(chǎn)過程的區(qū)別：（1）原料數(shù)量、質(zhì)量上的不同（2）工藝方法、工藝條件、工藝要求、操作手段的不同（3）設(shè)備大小、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的不同如：邊長為1m的正方體容器，V=1m3，S=6m2，若將每條邊長擴大10倍為10m，則V′=1000m3，S′=600m2，體積擴大1000倍而表面積只擴大100倍，不同步，則必然造成散熱不均。故必須采用其他措施，如水冷、風(fēng)冷等，否則反應(yīng)結(jié)果必然改變。（4）產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量不同，分離要求及分離設(shè)備也不同（5）附屬設(shè)施：生產(chǎn)上須設(shè)置水、電、氣、動力、安全、運輸、貯存等設(shè)施（6）廢水、廢氣、廢渣的排放量不同，治理要求和設(shè)施也不同開發(fā)步驟：實驗室研究（小試）→可行性研究（技術(shù)經(jīng)濟評價）→中間試驗（中試）→基礎(chǔ)設(shè)計（技術(shù)經(jīng)濟評價）→工業(yè)裝置的設(shè)計和投產(chǎn)實驗室與化工生產(chǎn)過程的區(qū)別：開發(fā)步驟：實驗室研究（小試）→326.單位制與單位換算（1）國際單位制

國際單位制是1960年10月第十一界國際計量大會通過的一種優(yōu)越性較大的新單位制，其代號為SI。通用性：SI具有高度的通用性或者統(tǒng)一性。

一貫性：使用SI在導(dǎo)出單位時，不需引入比例系數(shù)，而且SI中任何一個物理量只有一個單位。6.單位制與單位換算（1）國際單位制通用性：SI具有高度的通33A、SI的基本量與基本單位表1.國際單位制的基本量與基本單位（7個）

其他物理量的單位，都可以由這七個基本單位中的某幾個單位根據(jù)物理定義或規(guī)律組合而成。A、SI的基本量與基本單位表1.國際單位制的基本量與基本單34表2.國際單位制的輔助單位（2個）

表3.國際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位（共17個）表2.國際單位制的輔助單位（2個）表3.國際單位制中具35（2）目前我國使用的單位制

1984年國務(wù)院發(fā)布命令，確定我國統(tǒng)一使用以SI為基礎(chǔ)，包括由我國指定的若干非國際單位制在內(nèi)的《中華人民共和國法定計量單位制》，簡稱《法定計量單位制》，并且規(guī)定，從1991年起，除個別領(lǐng)域外，不允許使用非《法定計量單位制》。

非國際單位制是指，如時間的單位除了用秒外，還可以用分（min）、小時（h），天（d）；質(zhì)量的單位除了用kg外，還可以用噸（t），體積的單位除了用m3外，還可以用升（l）等。（2）目前我國使用的單位制非國際單位制是指，如時365、世上最美好的事是：我已經(jīng)長大，父母還未老;我有能力報答，父母仍然健康。

6、沒什么可怕的，大家都一樣，在試探中不斷前行。

7、時間就像一張網(wǎng)，你撒在哪里，你的收獲就在哪里。紐扣第一顆就扣錯了，可你扣到最后一顆才發(fā)現(xiàn)。有些事一開始就是錯的，可只有到最后才不得不承認。

8、世上的事，只要肯用心去學(xué)，沒有一件是太晚的。要始終保持敬畏之心，對陽光，對美，對痛楚。

9、別再去抱怨身邊人善變，多懂一些道理，明白一些事理，畢竟每個人都是越活越現(xiàn)實。

10、山有封頂，還有彼岸，慢慢長途，終有回轉(zhuǎn)，余味苦澀，終有回甘。

11、人生就像是一個馬爾可夫鏈，你的未來取決于你當(dāng)下正在做的事，而無關(guān)于過去做完的事。

12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果兩者你都不占絕對優(yōu)勢，那你就選擇善良。

13、時間，抓住了就是黃金，虛度了就是流水。理想，努力了才叫夢想，放棄了那只是妄想。努力，雖然未必會收獲，但放棄，就一定一無所獲。

14、一個人的知識，通過學(xué)習(xí)可以得到;一個人的成長，就必須通過磨練。若是自己沒有盡力，就沒有資格批評別人不用心。開口抱怨很容易，但是閉嘴努力的人更加值得尊敬。

15、如果沒有人為你遮風(fēng)擋雨，那就學(xué)會自己披荊斬棘，面對一切，用倔強的驕傲，活出無人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒發(fā)生什么，我們誰也不知道。所以，放下心里的糾結(jié)，放下腦中的煩惱，放下生活的不愉快，活在當(dāng)下。人生喜怒哀樂，百般形態(tài)，不如在心里全部淡然處之，輕輕一笑，讓心更自在，生命更恒久。積極者相信只有推動自己才能推動世界，只要推動自己就能推動世界。

6、人性本善，純?nèi)缜逑魉冬摖q。欲望與情緒如風(fēng)沙襲擾，把原本如天空曠蔚藍的心蒙蔽。但我知道，每個人的心靈深處，不管烏云密布還是陰淤蒼茫，但依然有一道彩虹，亮麗于心中某處。

7、每個人的心里，都藏著一個了不起的自己，只要你不頹廢，不消極，一直悄悄醞釀著樂觀，培養(yǎng)著豁達，堅持著善良，只要在路上，就沒有到達不了的遠方！

8、不要活在別人眼中，更不要活在別人嘴中。世界不會因為你的抱怨不滿而為你改變，你能做到的只有改變你自己！

9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天賜，不都是一路披荊斬棘才換來的。

10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你會覺得解脫。但舌頭總會不由自主地往那個空空的牙洞里舔，一天數(shù)次。不痛了不代表你能完全無視，留