1、曲爱兰曲爱兰暨南大学化学系暨南大学化学系Email：化学工程学科是在化学加工工业的基础上发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，结合展起来的，它是以化学、物理为基础，结合其他技术来研究其他技术来研究化工生产过程中共同规律化工生产过程中共同规律的的工程学科工程学科。本课程所学内容：本课程所学内容：第一章第一章 化学工业与化学工程化学工业与化学工程第二章第二章 流体流动与输送流体流动与输送第三章第三章 传热过程传热过程第四章第四章 传质过程传质过程第五章第五章 吸收吸收第六章第六章 精馏精馏第八章第八章 化学反应工程学基本原理化学反应工程学基本原理1.1 1.1
2、化学工业的发展化学工业的发展1.2 1.2 化学工程学的研究内容化学工程学的研究内容1.31.3化工过程计算的理论基础化工过程计算的理论基础1.41.4化学工程学的研究化学工程学的研究目标目标a.a.按按4 4类分：类分：原料工业原料工业 （煤、石油、天然气等）（煤、石油、天然气等）基本无机化工基本无机化工 （酸、碱、盐）（酸、碱、盐）基本有机化工基本有机化工 ( (以煤、石油、天然气为原料通过以煤、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、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、含氮化合物苯乙烯、环氧化合物、含氮化合物）合成工业合成工业 c c
3、按产品分类（按产品分类（ P9，表1-5 ）： 通用化学品通用化学品：以煤、石油、天然气、农副产品为原料以煤、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。经简单加工而成的三烯三苯一炔一萘、三酸二碱等。d d按技术密集程度和附加值大小分类：按技术密集程度和附加值大小分类： 精细化工品精细化工品：以以通用化学品通用化学品为原料，深加工，高附加为原料，深加工，高附加值，小批量，大利润，高纯度的产品值，小批量，大利润，高纯度的产品。b按行业分按行业分（P9，表1-5）：化学工业的特点化学工业的特点 ( (1)1)化学工业以化学加工为主要特征，是创造新物质的工化学工业以化学
4、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。业，与人类的生存和发展息息相关。 (2)(2)化工产品品种繁多，工艺多样化工产品品种繁多，工艺多样同一原料同一原料不同的加不同的加工方法工方法不同的产品不同的产品不同的产品不同的产品相同方法相同方法不同工艺条件不同工艺条件不同原料不同原料同一产品同一产品不同方法不同方法( (3)3)化学工业是资金密集、技术密集的工业部门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机械工业的技术密集指数为100100，化学工业达到，化学工业达到24802480。医药和农药新品种开发成功率低，完成一个新品种研制医药和农药新品种开发
5、成功率低，完成一个新品种研制，需多年时间，耗资较大。，需多年时间，耗资较大。 ( (4)4)化学工业是易污染、重污染能源消耗的大户化学工业是易污染、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具有一定规模的化学工业始于1818世纪生产酸碱盐世纪生产酸碱盐的无机化学工业的无机化学工业世界上第一个典型的化工厂世界上第一个典型的化工厂：17461746年，英国人罗年，英国人罗巴克首创铅室法制硫酸巴克首创铅室法制硫酸http:/ 后期发展起来了氨碱法和联碱法后期发展起来了氨碱法和联碱法19世纪，世纪，钢
6、铁工业钢铁工业的发展促进了的发展促进了炼焦工业炼焦工业，从炼，从炼焦副产品焦副产品煤焦油中提取多种有机芳香族化合物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，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。形成了以煤焦油为基础的有机合成工业。现代化工的起点现代化工的起点 ：1913年，高压合成氨装置建成年，高压合成氨装置建成原油的催化裂解原油的催化裂解，从炼厂气中分离的丙烯合成异丙醇，从炼厂气中分离的丙烯合成异丙醇，被誉为被誉为石油化工的开端石油化工的开端；有机合成化学的发展，推动了有机合成化学的发展，推动了人工合成高分子材料人
7、工合成高分子材料的的兴起；兴起；化学工业的发展趋势化学工业的发展趋势1. 1.产品精细化产品精细化2. 2.化学工业和生物技术相结合化学工业和生物技术相结合3. 3.研究开发新材料研究开发新材料4. 4.新能源技术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：主要内容有：动量传递（流体流动）过程：动量传递（流体流动）过程：包括流体输送、搅包括流体输送、搅拌、沉降、过滤、离心分离等单元操作拌、沉降、过滤、离心分离等单元操作热量传递：热量传递：包括加热、冷却、蒸发包括加热、冷却、蒸发质量传递过程：质量传递过程：结晶、吸收、吸附、蒸馏、萃取、结晶、吸收、吸附、蒸馏、萃取、浸取、干燥
8、等单元操作过程浸取、干燥等单元操作过程反应工程：反应工程：反应器内返混、相相传递、相内传反应器内返混、相相传递、相内传递与化学反应的耦合等递与化学反应的耦合等1.2 化学工程学科的内容化学工程学科的内容1.3.11.3.1物料衡算物料衡算： 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如聚苯乙烯生产过
9、程原料利用率物料衡算需注意的问题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。1.3.21.3.2能量衡算能量衡算 依据：能量守恒定律 输入能量=输出能量+系统中累积的能量
10、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定常态操作系统，上述两式中累积项为零能量衡算的作用：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输出的途径和方式许多化工设备如换热器、蒸馏塔设计，要进行热量衡算例例1-21-2 设有一台锅炉，水流入锅炉时的焓为设有一台锅炉，水流入锅炉时的焓为62.55kJkg62.55kJkg-1 -1，蒸汽流出时的焓为，蒸汽流出时的焓为2710.5kJkg2710.5kJkg-1 -1，锅炉效率为，锅炉效率为70%70%，1kg1kg煤煤
11、可产生可产生29190kJ29190kJ的热量，锅炉蒸发量为的热量，锅炉蒸发量为4.5th4.5th-1 -1，试计算，试计算1h1h消耗的煤量消耗的煤量。1.3.31.3.3过程速率过程速率：表示化工过程进行的快慢，速率 传热的推动力是温度差，传质的推动力是浓度差，流体流动的推动力是压力差过程速率决定装置和设备的生产能力单位制的换算单位制的换算：绝对单位制：cm, g, s 简称CGS制，又称物理单位制m, kg, s简称MKS制，又称实用单位制工程单位制米、千克(力)，秒SI制m, kg, s, K, mol等1、设备大小、结构和材质的差异设备大小、结构和材质的差异 工业装置大，为了强化传热，通常需在装置中安装盘管式换热器、挡板和进、出料管等内部构件2、热量和质量传递过程的差异热量和质量传递过程的差异 大装置往往搅拌不均出现传热、传质死角3、操作手段和条件的差异操作手段和条件的差异 进料量、纯度不同；间歇过程与连续过程考试考试：期末采用闭卷考试形式，平时成绩占30%，包括课堂表现和作业情况，考试成绩占70%
