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化工原理课件化工原理课件主讲:
刘运学主讲:
刘运学高分子教研室高分子教研室目目录录绪论绪论第一章第一章流体流动流体流动第二章第二章流体输送机械流体输送机械第三章第三章传热传热第四章第四章蒸馏蒸馏总结总结绪绪论论一、一、化工过程与单元操作化工过程与单元操作二、二、化工原理化工原理课程的性质与任务课程的性质与任务三、物理量的单位与量纲三、物理量的单位与量纲绪绪绪绪论论论论四、混合物浓度的表示方法四、混合物浓度的表示方法五、单元操作中常用的基本单位五、单元操作中常用的基本单位化工过程与单元操作化工过程与单元操作n何谓化工?
何谓化工?
化学工业、化工工艺、化学工程三者的统称。
化学工业、化工工艺、化学工程三者的统称。
化学工业:
一类工业生产部门化学工业:
一类工业生产部门无机化工无机化工包括酸、碱、盐、化肥、稀有元素、电化包括酸、碱、盐、化肥、稀有元素、电化学等几十万种化学产品学等几十万种化学产品有机化工有机化工有机合成、塑料、橡胶、合成树脂、化纤、有机合成、塑料、橡胶、合成树脂、化纤、燃料,溶剂、染料燃料,溶剂、染料、涂料、制药等几百万种、涂料、制药等几百万种化学产品化学产品石油化工石油化工以石油和天然气为原料,生产石油产品和以石油和天然气为原料,生产石油产品和石油化学品的工业部门石油化学品的工业部门石化石化5强强中国石油天然气集团公司中国石油天然气集团公司(中石油中石油):
以采为主以采为主中国石油化工集团公司中国石油化工集团公司(中石化中石化):
以炼为主:
以炼为主中国海洋石油总公司中国海洋石油总公司(中海油中海油):
以海油为主:
以海油为主中国化工集团公司中国化工集团公司(中化工中化工):
以化为主:
以化为主中国中化集团公司中国中化集团公司(中化,原中国化工进出口总中化,原中国化工进出口总公司公司):
以进出口为主:
以进出口为主我国石化发展概况我国石化发展概况1949年有机化工原料总产量年有机化工原料总产量900吨吨5050年代开始年代开始引进炼油设备和石化装置引进炼油设备和石化装置6060年代开发大庆油田年代开发大庆油田7070年代建设北京燕山石化和和上海金山石化年代建设北京燕山石化和和上海金山石化19831983年成立中国石化总公司年成立中国石化总公司目前,目前,55强并存,乙强并存,乙烯生产能力约烯生产能力约500500万吨万吨(年产年产3030万吨以上乙烯的石化企万吨以上乙烯的石化企业业77个,分别是燕山石化、金山石化、扬子石化、大个,分别是燕山石化、金山石化、扬子石化、大庆石化、齐鲁石化、茂名石化、吉林化工庆石化、齐鲁石化、茂名石化、吉林化工)化工工艺:
研究化学品生产过程的一门科学化工工艺:
研究化学品生产过程的一门科学具体地说,即在化学、物理等科学成就基具体地说,即在化学、物理等科学成就基础上,寻求技术先进,经济合理的化学品生产础上,寻求技术先进,经济合理的化学品生产方法、原理、流程和设备。
方法、原理、流程和设备。
化工工艺的特点是专门性、具体性化工工艺的特点是专门性、具体性如合成氨工艺,就是具体研究合成氨的生如合成氨工艺,就是具体研究合成氨的生产过程、方法步骤和生产设备。
产过程、方法步骤和生产设备。
化学工程化学工程:
以物理、化学、数学为基础,并结以物理、化学、数学为基础,并结合工业经济基本法则,研究化学工业中合工业经济基本法则,研究化学工业中具有共具有共同特点同特点的物理和化学变化过程及其有关的机理的物理和化学变化过程及其有关的机理和设备。
和设备。
化学工程的特点是化学工程的特点是普遍性、通用性普遍性、通用性l三者的联系三者的联系化学工程化学工程作为作为学科学科、化工工艺化工工艺作为作为技术技术、化学工业化学工业作为作为产业产业,三者互相促进,共同繁,三者互相促进,共同繁荣与提高。
荣与提高。
l单元操作单元操作原料处理原料处理-反应反应-产品处理产品处理(前处理)(后处理)(前处理)(后处理)这里的这里的处理处理,包括分离、净化、去湿、,包括分离、净化、去湿、干燥、造粒、热交换等过程,这些过程都干燥、造粒、热交换等过程,这些过程都是是物理过程物理过程,而反应是,而反应是化学过程化学过程。
聚氯乙烯生产过程聚氯乙烯生产过程乙炔乙炔氯化氢氯化氢提纯提纯提纯提纯氯乙烯氯乙烯单体合成单体合成单体精制单体精制压压缩缩、冷冷凝凝聚合聚合脱水脱水干燥干燥产品产品反应反应反应反应基本单元基本单元1基本单元基本单元2化学工程发展历程化学工程发展历程化学工程化学工程的形成、发展至今己的形成、发展至今己历经百年历历经百年历史史,其历程大致可以分为四个阶段:
,其历程大致可以分为四个阶段:
孕育期孕育期19世世纪纪末末1915年年以以行行业业工工艺艺学学研究为特征研究为特征奠基奠基期期1915年年二二战战结束结束以以化化工工单单元元操操作研究为特征作研究为特征飞跃飞跃期期二二战战结结束束70年代年代以以三三传传一一反反研研究为特征究为特征现代期现代期70年代至今年代至今形形成成众众多多二二级级和交叉学科和交叉学科化工及相关行业通用的物理操作化工及相关行业通用的物理操作在一个现代化大型化工厂中,绝大多数的设备在一个现代化大型化工厂中,绝大多数的设备进行的是各种反应前后处理操作,它们占有着现代进行的是各种反应前后处理操作,它们占有着现代化学工业的大部分设备投资和操作费用。
按照这些化学工业的大部分设备投资和操作费用。
按照这些物理操作的原理和所使用设备的相似性进行分类,物理操作的原理和所使用设备的相似性进行分类,相同的一类就称为单元操作。
例如,在造纸、制碱、相同的一类就称为单元操作。
例如,在造纸、制碱、制盐等不同行业中都必须使用将水分从产品中除去制盐等不同行业中都必须使用将水分从产品中除去的物理过程,这些不同行业的除去水分的相似过程的物理过程,这些不同行业的除去水分的相似过程称为称为“干燥干燥”,它就是一类化工单元操作。
,它就是一类化工单元操作。
化工单元操作特点化工单元操作特点1.物理性操作物理性操作即物料经某种化工单元操作后化学组成没有发即物料经某种化工单元操作后化学组成没有发生变化;生变化;2.设备的通用性设备的通用性相同的化工单元操作在不同行业中所使用的设相同的化工单元操作在不同行业中所使用的设备相似;备相似;3.原理的普遍性原理的普遍性不同行业所使用的相同化工单元操作,其原理不同行业所使用的相同化工单元操作,其原理相同。
相同。
本课程的性质及任务内容本课程的性质及任务内容n性质:
性质:
技术基础课技术基础课n任务:
任务:
1)根据各单元操作在技术上和经济上的特点,进行)根据各单元操作在技术上和经济上的特点,进行“过程和设备过程和设备”的选择,以适应指定物系的特性,的选择,以适应指定物系的特性,经济而有效地满足工艺的要求。
经济而有效地满足工艺的要求。
2)进行过程的计算和设备的设计。
)进行过程的计算和设备的设计。
3)进行操作和调节以适应生产的不同要求。
在操作)进行操作和调节以适应生产的不同要求。
在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。
发生故障时如何寻找故障的缘由。
n内容内容研究各个单元操作的基本原理及设备。
研究各个单元操作的基本原理及设备。
物理量的单位与量纲物理量的单位与量纲表表11国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位表表11国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位量量的的名名称称单单位位名名称称单单位位符符号号长长度度米米mm质质量量千千克克kgkg时时间间秒秒ss电电流流安安培培AA热力学温度热力学温度开尔文开尔文KK物质的量物质的量摩摩尔尔molmol发光强度发光强度坎德拉坎德拉cdcd表表22国际单位制的辅助单位国际单位制的辅助单位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radrad立体角立体角球面角球面角srsr表表33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(只列出本书常用的单位)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频率频率赫兹赫兹HzHzss11力;重力力;重力牛顿牛顿NNm/s2压力(压强),压力(压强),应力应力帕斯卡帕斯卡PaPaN/mN/m22能量,功,热能量,功,热焦耳焦耳JJNNmm功率功率瓦特瓦特WWJ/sJ/s摄氏温度摄氏温度摄氏度摄氏度*表表44用于构成十进倍数和分数单位的词头(只列出本书常用的词头)用于构成十进倍数和分数单位的词头(只列出本书常用的词头)所表示的因数所表示的因数词头名词头名称称词头符词头符号号所表示所表示的因数的因数词头名词头名称称词头符词头符号号101066兆兆MM1010-1-1分分dd101033千千kk1010-2-2厘厘cc101022百百hh1010-3-3毫毫mm101011十十dada1010-6-6微微表表55国家选定的非国际单位制单位(只列出本书常用的单位)国家选定的非国际单位制单位(只列出本书常用的单位)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和说明换算关系和说明时间时间分分minmin1min=60s1min=60s小时小时hh1h=60min=3600s1h=60min=3600s天(日)天(日)dd1d=24h=86400s1d=24h=86400s平面角平面角秒秒()()1=(/648000)rad1=(/648000)rad分分()()1=60(/108000)ra1=60(/108000)radd度度()11=60(/180)rad=60(/180)rad旋转速度旋转速度转每分转每分r/minr/min1r/min=(1/60)s1r/min=(1/60)s-1-1质量质量吨吨tt1t=101t=1033kgkg原子质量单位原子质量单位uu1u1.66056551u1.66056551010-2727kgkg体积体积升升L,(lL,(l)1L=1dm1L=1dm33=10=10-3-3mm33表表6CGS6CGS制与工程制的基本单位制与工程制的基本单位CGSCGS制制工程制工程制量的名称量的名称长长度度质量质量时间时间温度温度长长度度力力时时间间温温度度单位符号单位符号cmcmggssmmkgfkgfss单位换算单位换算例例1通用气体常数通用气体常数R0.08206Latm/molK,试,试用法定单位用法定单位J/molK表示。
表示。
解解从单位换算表查得从单位换算表查得1L10-3m3,1atm1.013105Pa因此,得因此,得R0.0820610-31.0131058.313m3Pa/molK从单位换算表查得从单位换算表查得1Pa1N/m21Nm/m31J/m3因此,得因此,得R8.313J/molK单元操作中常用的基本概念n物料衡算:
输入量输出量=累积量n能量衡算:
包括机械能衡算和热量衡算n物系的平衡关系:
用来判断过程能否进行,以及进行的方向和能达到的限度n传递速率:
与推动力成正比,与阻力成反比n经济衡算:
确定最经济的设计方案物物料料衡衡算算对于某一体系、某一组分、某一基准对于某一体系、某一组分、某一基准:
wjidt=wjodt+dmj+dmj(反应反应)对于无反应、稳定过程:
对于无反应、稳定过程:
dmj=0,dmj(反应反应)=0物料衡算步骤及要点物料衡算步骤及要点1、物流图、物流图2、确定衡算体系、确定衡算体系3、确定衡算基准、确定衡算基准4、确定着眼物料、确定着眼物料5、列衡算方程、列衡算方程绪绪绪绪论论论论物料衡算例题:
物料衡算例题:
例1:
双效并流蒸发器是将待浓缩的原料加入第一效中浓缩到某浓度后由底部排出送至第二效,再继续浓缩到指定的浓度,完成液由第二效底部排出。
加热蒸汽液送入第一效,在其中放出热量后,冷凝水排至器外。
由第一效溶液中蒸出的蒸汽送到第二效作为加热蒸汽,冷凝水也排至器外。
由第二效溶液中蒸出的蒸汽送至冷凝器中。
每小时将500
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