1、绍兴文理学院Fundmentals of Chemical Engineering化学工程基础化学工程基础绍兴文理学院第一章第一章 化学工业与化学工程化学工业与化学工程化学工业概述化学工业概述化工生产过程化工生产过程化学工程学化学工程学实验室研究与化工生产实验室研究与化工生产本课程主要内容本课程主要内容绍兴文理学院7070万吨乙烯生万吨乙烯生产装置产装置合成氨生产合成氨生产装置装置绍兴文理学院硫酸生产硫酸生产装置装置精馏生产精馏生产装置装置绍兴文理学院1.1 化学工业的地位化学工业的地位l 化学工业支撑人类生产生活的各个方面化学工业支撑人类生产生活的各个方面 从衣食住行到信息技术从衣食住行到信
2、息技术l 化学工业在国民经济中占有重要地位化学工业在国民经济中占有重要地位 浙江化学工业总产值大约占工业总产值的浙江化学工业总产值大约占工业总产值的15%15%化学工业也是绍兴市经济发展的支柱产业化学工业也是绍兴市经济发展的支柱产业 上虞的染料、新昌的制药上虞的染料、新昌的制药绍兴文理学院1.2 1.2 化学工业的发展化学工业的发展l 世界化学工业发展概况世界化学工业发展概况 无机无机 有机有机 高分子高分子l 我国化学工业的发展，产量居世界前列的化工我国化学工业的发展，产量居世界前列的化工产品：产品：第一：化肥、染料第一：化肥、染料 第二：纯碱、农药第二：纯碱、农药l 跨国经营与全球经济一体
3、化跨国经营与全球经济一体化 重要跨国化工公司重要跨国化工公司产值约占世界产值约占世界7070绍兴文理学院大型化工公司排名大型化工公司排名排名排名05/0405/04公司名称公司名称总部所在国家总部所在国家化学业务销售额及化学业务销售额及占公司总额比例占公司总额比例1/11/1道化学道化学 DOW DOW 美国美国463463亿美元，亿美元，100%100%2/22/2巴斯夫巴斯夫 BASF BASF 德国德国436436亿美元，亿美元，82%82%3/43/4壳牌化学壳牌化学 英国英国/荷兰荷兰350350亿美元，亿美元，11%11%4/54/5埃克森美孚化学埃克森美孚化学 美国美国31231
4、2亿美元，亿美元，12%12%5/65/6道达尔道达尔TotalTotal公司公司 法国法国 278278亿美元，亿美元，16%16%6/36/3杜邦杜邦 DUPONT DUPONT 美国美国253253亿美元，亿美元，90%90%7/97/9中国石化中国石化212212亿美元，亿美元，21%21%8/88/8拜耳拜耳 BayerBayer206206亿美元，亿美元，61%61%绍兴文理学院1.3 1.3 化学工业分类化学工业分类l 按行业与产品划分按行业与产品划分 p9 p9 表表1-51-5l 精细化工与精细化学品精细化工与精细化学品l 特点：特点：多品种、小批量、高附加值、技术密集多品种
5、、小批量、高附加值、技术密集 -与通用化学品不同与通用化学品不同 主要包括：主要包括：农药、染料、化学药品、日用化学品、涂料等农药、染料、化学药品、日用化学品、涂料等绍兴文理学院2.2.化工生产过程化工生产过程l 化工生产基本过程化工生产基本过程 原料原料 前处理前处理 化学反应化学反应 后处理后处理 产品产品l 工艺流程：单元操作工艺流程：单元操作 +化学反应化学反应l 装置流程：设备联接装置流程：设备联接 +物料运行物料运行l 以尿素制备为例以尿素制备为例2NH3(l)+CO2(g)NH2COONH4(l)放热放热NH2COONH4(l)CO(NH2)2+H2O 吸热吸热绍兴文理学院工艺流
6、程工艺流程绍兴文理学院装置流程装置流程绍兴文理学院2.2.化工生产与环境保护化工生产与环境保护l 化学工业是环境污染大户化学工业是环境污染大户 p12 废渣占全国排放总量的废渣占全国排放总量的8%10%废水占废水占20%30%废气占废气占5%7%l 污染控制与环境治理污染控制与环境治理l 清洁生产、绿色化学与原子经济性清洁生产、绿色化学与原子经济性绍兴文理学院绿色化学绿色化学 Green chemistryl 绿色化学的基本概念绿色化学的基本概念 -用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、社区
7、安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。产物、副产物等的使用和产生。-绿色化学的理想就是不再使用有毒、有害的物质，不绿色化学的理想就是不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物、不再处理废物。再产生废物、不再处理废物。l 原子经济性：原子水平上的原料充分利用原子经济性：原子水平上的原料充分利用 例如：例如：环氧乙烷的生产环氧乙烷的生产绍兴文理学院环氧乙烷的清洁生产工艺环氧乙烷的清洁生产工艺l 氯乙醇法氯乙醇法l 直接氧化法直接氧化法绍兴文理学院3.3.化学工程学化学工程学l 化学工程学化学工程学 Chemical engineering is both an ar
8、t and a science,usually,science does not give a complete answer,it is necessary to use experience and judgment.l 研究内容研究内容l 常用基本概念常用基本概念绍兴文理学院3.1 3.1 化学工程学研究内容化学工程学研究内容l 单元操作：单元操作：基本概念基本概念、分类分类l 传递过程传递过程 任何单元操作都是一个动量、热量或任何单元操作都是一个动量、热量或/和质量的传递过和质量的传递过程，遵循这三种传递过程的基本规律程，遵循这三种传递过程的基本规律l 化学反应工程：化学反应工程：基本
9、概念基本概念l 化工热力学、化工系统工程化工热力学、化工系统工程绍兴文理学院单元操作单元操作 Unit operationsl The individual processes are various for different products,but each one can be broken down into a series of steps,called unit operations.l The unit operations have common techniques and are based on the same scientific principles.l The
10、 unit operations are largely used to conduct the physical steps of preparing the reactants,separating and purifying the products,recycling unconverted reactants,and controlling the energy transfer into or out of the chemical reactor.绍兴文理学院绍兴文理学院化学反应工程化学反应工程 Chemical reaction engineeringl The chemica
11、l reaction is the core of chemical production.l 研究工业反应器内各种传递因素对化学反应过程研究工业反应器内各种传递因素对化学反应过程的影响，将传递过程的原理与化学动力学规律结的影响，将传递过程的原理与化学动力学规律结合，总结出一些具有普遍意义的反应工程学规律合，总结出一些具有普遍意义的反应工程学规律l The objective is to choose,size and determine the optimal operating conditions for a reactor,whose purpose is to produce a g
12、iven set of chemical.绍兴文理学院3.2 常用基本概念常用基本概念 Basic conceptsl Ideal gas lawl Partial pressuresl 物料衡算物料衡算 Material balancesl 能量衡算能量衡算 Energy balancesl 过程速率过程速率绍兴文理学院物料衡算物料衡算 Material balancesl 质量守恒质量守恒 Conservation of mass The materials entering any process either accumulate or leave the process.There
13、can be neither loss nor gain.l 定常态下定常态下 At steady status 输入物料量输入物料量 input=输出物料量输出物料量 outputl 用途用途 Applications绍兴文理学院能量衡算能量衡算 Energy balancesl 能量守恒能量守恒 Conservation of mass Input=Output+Accumulationl 考虑化学反应考虑化学反应 输入能量输入能量+反应热反应热=输出能量输出能量+系统中累积能量系统中累积能量l 对于定常态对于定常态 输入能量输入能量+反应热反应热=输出能量输出能量l 用途用途绍兴文理学院
14、过程速率过程速率l 表示化工过程进行的快慢表示化工过程进行的快慢 过程速率过程速率 =过程推动力过程推动力/过程阻力过程阻力 例如：对于传热过程，温度差是推动力，材料导热性影响例如：对于传热过程，温度差是推动力，材料导热性影响过程阻力过程阻力l 用途：确定装置和设备的生产能力用途：确定装置和设备的生产能力绍兴文理学院4.4.实验室研究与化工生产实验室研究与化工生产l 实验室研究与化工生产的差别实验室研究与化工生产的差别l 化工技术开发的基本过程化工技术开发的基本过程 绍兴文理学院参考书参考书l 林爱光，化学工程基础，清华大学出版社，林爱光，化学工程基础，清华大学出版社，1999 l 陈敏恒等（华东理工），化工原理（二版）（上册陈敏恒等（华东理工），化工原理（二版）（上册1999，下册，下册2000），化学工业出版社），化学工业出版社l 丛德滋等（华东理工），化工原理详解与应用，丛德滋等（华东理工），化工原理详解与应用，2002，化学工业出版社，化学工业出版社l McCabe et al,Unit operations of chemical engineering.(sixth edition),2001,McGraw-Hill International
