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化工基础第一章绪论


化工基础
张旻杰 联系电话: 13979706677 Email: zmj1386@yahoo.com.cn
第一章 绪论 1

主要参考书
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谭天恩编,化工原理(第二版),化学工业出 版社 陈敏恒编,化工原理(第二版

),化学工业出 版社 黄少烈编,化工原理,高教出版社 天津大学化工原理教研室编,化工原理,高教 出版社 吴迪胜编,化工基础,高教出版社 张近编,化工基础,高教出版社
第一章 绪论 2

教学目的与任务
随着经济的发展,要求化学化工学院化学、材料化 学等专业的学生也应具有一定的化学工程知识,改善专 业知识结构,以适应科技发展、经济建设的需要,提高 学生联系实际分析问题、解决问题的能力。 本课程的任务是研究化工单元操作的基本原理,了 解典型设备的构造,掌握单元操作中各工艺参数的计算 方法,进行单元操作实验,培养学生对化学工业生产过 程的工程概念。通过学习本课程训练学生分析和解决有 关工艺单元操作问题的能力。
第一章 绪论 3

使学生掌握化工生产中流体动力过程、传热过程、传质 过程等单元操作的基本原理,了解上述化工过程的典型设备 的基本知识。在这个基础上熟悉某些典型的工艺过程原理和 生产流程,具有初步运用(综合)化学工程学和化学工艺学 等方面的知识来认识、分析判断化工生产中某些问题,实现 优化生产的能力,了解某些化工实验研究的方法,具有初步 的实验技能,包括化工实验数据处理的基本方法和根据实验 结果得出相应的结论,了解从化学实验研究成果开发成化工 生产全过程的概貌,为学生今后从事中学化学教学工作和更 好的联系化工生产实际打下基础。
第一章 绪论 4

总评成绩
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考试成绩:占70% 平时成绩:占30%

(平时成绩主要包括课堂笔记、作业完成 情况和学习态度及课堂纪律等。)

第一章 绪论

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第一章 绪论
教学目的:
了解《化工基础》课程的性质和内容, 了解化学工程学和化学工艺学中的一些基本 规律,熟悉并掌握国际单位制及其换算。

第一章 绪论

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一、课程内容
包括化学工程和化学工艺两个部分。
“三传一反”即动量传递(常指流体动力过 程)、热量传递、质量传递和化学反应工程。 化学反应工程:是研究化学反应的工程问题。

第一章 绪论

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化工生产过程的前、后处理操作 仅发生物理变化,称为单元操作。
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单元操作按操作目的分类

(1)流体的输送;
(2)物料的混合;

(3)物料的加热或冷却;
(4)非均相混合物的分离; (5)均相混合物的分离。
第一章 绪论 8

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从物理本质上单元操作又分为下列三种 传递过程(三传)

(1)动量传递过程:如流体的输送、沉降、过 滤、搅拌及固体的流态化等。 (2)热量传递过程:如热交换、蒸发等。
(3)质量传递过程:如液体的蒸馏、气体的吸 收、固体的干燥及结晶等。
第一章 绪论 9

二、课程的学习目的和要求
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学习目的

⑴熟悉基本原理和典型设备,及它们在化工 生产中的应用; ⑵认识化工生产中分析和解决问题的途径; ⑶有助于指导化学科研工作。

第一章 绪论

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学习要求

⑴综合性,涉及面广,牵连因素多,分清主次, 深刻理解;
⑵理解基本概念、基本原理和基本运算方法,理 论联系实际; ⑶特别重视物理量的单位和量纲; ⑷要求对基本计算方程的物理意义及应用的条件 有清晰的了解,但并不要求记熟经验公式或特 征数关联式(但重要的特征数应当记住)。
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正确选用单位,正确使用物性数据
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单位一致及换算
注意一些物性(如密度、比热、潜 热)数据随温度变化

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物理方程使用同一单位制(多采用SI 制),经验方程则采用指定单位

第一章 绪论

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三、基本规律
基本规律有:质量守恒定律、能量守 恒定律及有关平衡和过程速率的规律。 1、质量守恒
质量守恒定律在化学工程和工艺中表现为 物料衡算。 在定态条件下,物料衡算可表达为:

输入物料=输出物料
第一章 绪论 13

进行物料衡算的注意事项:
(1)确定衡算范围(或称系统)。它可以在一个 单一的设备或其中一部分进行,也可以包括几 个处理阶段的全流程。

(2)确定衡算对象。对有化学变化的过程,衡算 对象可找未发生变化的物质为惰性物质等。
(3)确定衡算基准。对于间歇过程,常以一次 (一批)操作为基准;对于连续过程,则以单 位时间为基准。
第一章 绪论 14

物料衡算对于工艺过程的开发、设 备尺寸的设计以及生产操作的改进都具 有很大的实际意义。

第一章 绪论

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2、能量守恒
能量守恒定律在化学工程和工艺中表现为 能量衡算。
能量衡算可表达为:输入能量=输出能量 在有反应热效应的场合下,则为:
输入能量+反应释出能量=输出能量+系统中积累能量

根据能量守恒定律而进行的能量平衡的计 算。在生产中能量可能是热能、电能、机械能 或其它能。如果是热能,则称为热量衡算。

第一章 绪论

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进行能量衡算的基本方法与物料衡算的 方法相同,明确衡算范围、衡算对象与衡算 基准。

通过能量衡算可以求得流体在输送和压 缩时所需的动力,也可以确定生产的工艺条 件和设备尺寸,在实际生产中通过能量衡算 可以考虑能量的损耗,寻求节能途径。

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3、平衡关系
通过平衡关系可以判断物理或化学变化 过程进行的方向以及可能达到的极限。 如连通器液面最终达到同一水平面,换 热的极限是冷热流体温度相同,气体吸收的 极限是当时条件下的饱和溶解度,反应的极 限是当时条件下的平衡转化率。
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4、过程速率
过程速率是指物理或化学变化过程进行的 快慢。

过程速率决定设备的生产能力。
过程速率(r)∝[过程推动力(△)/过程阻力(R)]

过程的推动力是过程在该瞬时距平衡的差 额,它可以是压差、温差或浓度差等。
第一章 绪论 19

在实际工作中,一个过程以多 快的速率由不平衡向平衡移动是极 为重要的问题。 在考察过程速率时,要注意到 对整个过程起决定作用的控制步骤 或控制因素。
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四、国际单位制及其换算
(1)CGS制(物理单位制)
cm-g-s,厘米-克-秒制

(2)MKS制(绝对单位制)
m-kg-s,米-千克-秒制

(3)工程单位制
m-kgf-s,米-公斤(力)-秒制
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(4)SI制(国际单位制)是在MKS制的 基础上发展起来的。
基本单位:长度——米(m) 质量——千克(kg) 时间——秒(s) 热力学温度——开尔文(K) 物质的量——摩尔(mol) 电流——安培(A) 发光强度——坎德拉(cd) 辅助单位:平面角——弧度(rad) 立体角——球面度(Sr)
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了解各种单位制及熟悉单位换算是学好 本课的必备技巧,应在学习中逐步掌握。 学习方法:基础知识理解?同时兼顾解决问 题的思路
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笔记、作业、参考书服务于教材内容的理解运 用 注重对例题的学习 自学能力培养,重视预习,至少知道教材内容 公式概念繁杂,注重知识体系化和相互关联
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1、化学工艺学阶段
在二十世纪以前的几百年时间里,出现了不 少化学工业,如制糖工业、制碱工业、造纸工业 等。介绍每种工业从原料到成品的生产过程,作 为一种特殊的知识讲解,这是最早的化学工程学。

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2、单元操作阶段
到二十世纪初,人们逐渐发现,许多门化学 工业中,存在共同的操作原理。例如,无论在制 糖业还是制碱业,从溶液蒸发,得到固体糖和固 体碱所遵循的原理是相同的,于是,蒸发成为最 早提出的单元操作之一。经不断总结,被称为单 元操作的有:流体流动与输送、沉降与过滤、固 体流态化、传热、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃 取、干燥、结晶、膜分离等。
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3、传递过程阶段
到二十世纪五十年代,人们又发现,各单元 操作之间还存在着共性。例如传热、蒸发都是热 量传递的形式,蒸馏、吸附、吸收、萃取都是质 量传递的形式。于是把单元操作归纳为动量传递、 热量传递、质量传递。此即化工传递过程阶段。

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4、“三传一反”阶段
上世纪五十年代中期,化学工程中出 现了“化学反应工程学”这一新的分支。 对化学反应器的研究,不仅要运用化学动 力学与热力学原理,而且要运用动量、热 量、质量传递原理。于是“传递过程”与 “反应工程”成为当今化学工程学的两大 支柱。简称“三传一反”阶段。

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