jlu化学工程基础1

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1、绪论12014/3/9 化学工程基础化学工程基础 主讲教师：蒋富明主讲教师：蒋富明 绪论12014/3/9 绪绪 论论 一、化学工程学的形成及发展一、化学工程学的形成及发展 化学工程学是一门工程技术学科，是化学工程学是一门工程技术学科，是 研究化工产品生产过程的基本规律、并研究化工产品生产过程的基本规律、并 应用这些规律解决化工生产问题的学科。应用这些规律解决化工生产问题的学科。 化学工程是在十九世纪逐渐发展化学工程是在十九世纪逐渐发展 起来的，至今，已经成为一个完整的体系。起来的，至今，已经成为一个完整的体系。 绪论22014/3/9 例如：例如： 一般化工产品都有以下生产过程一般化工产品都

2、有以下生产过程: : 原料，净化（提纯、配比）；原料，净化（提纯、配比）； 输送，（流动、动力过程）；输送，（流动、动力过程）； 反应，（控温条件、传热，反应规律，反应，（控温条件、传热，反应规律， 反应器原理）反应器原理） 产品，（精制，提纯）产品，（精制，提纯） 绪论32014/3/9 二、化学工程学内容二、化学工程学内容 按其操作的功能分为：按其操作的功能分为： 1 1、物料的增压、减压和输送；、物料的增压、减压和输送； 2 2、物料的混合和分散；、物料的混合和分散； 3 3、物料的加热和冷却；、物料的加热和冷却； 4 4、均相混合物的分离（蒸发、吸、均相混合物的分离（蒸发、吸 收、蒸馏

3、、结晶等）；收、蒸馏、结晶等）； 5 5、多相混合物的分离（沉降、过、多相混合物的分离（沉降、过 滤、膜过滤、渗透、干燥等）；滤、膜过滤、渗透、干燥等）； 绪论42014/3/9 这样分类虽然简单易行，但是不够科学。这样分类虽然简单易行，但是不够科学。 一方面：不属于同一类的单元操作之间一方面：不属于同一类的单元操作之间 的共性被掩盖了；的共性被掩盖了； 另一方面：完成同一功能的各个单元操另一方面：完成同一功能的各个单元操 作并不一定遵循同一操作原理；作并不一定遵循同一操作原理； 因此，单元操作按其理论基础分类，因此，单元操作按其理论基础分类， 将更便于学习和研究。将更便于学习和研究。 绪论5

4、2014/3/9 化工生产中，主要的单元操作可以归化工生产中，主要的单元操作可以归 纳为四类过程：纳为四类过程： 1 1、动量传递过程；、动量传递过程； 流体质点动量变化的结果。流体质点动量变化的结果。 包括：流体流动、输送、悬浮物的沉降、包括：流体流动、输送、悬浮物的沉降、 过滤、颗粒物质的流态化。过滤、颗粒物质的流态化。 2 2、热量传递过程；、热量传递过程； 物系内不同地点温度不同而导致的物系内不同地点温度不同而导致的 能量的流动。能量的流动。 绪论62014/3/9 包括：加热、冷却、蒸汽冷凝、溶液包括：加热、冷却、蒸汽冷凝、溶液 蒸发等。蒸发等。 3 3、质量传递过程；、质量传递过程

5、； 物系内不同地点物质浓度不同导致物系内不同地点物质浓度不同导致 的物质的流动。的物质的流动。 包括：液体溶液的精馏、气体混合物包括：液体溶液的精馏、气体混合物 的吸收、液体混合物的萃取、的吸收、液体混合物的萃取、 固体物料的干燥等。固体物料的干燥等。 4 4、化学反应工程；、化学反应工程； 绪论72014/3/9 包括：化学反应动力学、反应器结构包括：化学反应动力学、反应器结构 及原理、反应物料在反应器中及原理、反应物料在反应器中 的各种分布情况、影响反应系的各种分布情况、影响反应系 统的主要因素及反应器的模拟统的主要因素及反应器的模拟 放大等。放大等。 三、本课程内容三、本课程内容 1 1

6、、流体流动与输送；、流体流动与输送； 2 2、传热过程；、传热过程； 3 3、传质过程；、传质过程； 绪论82014/3/9 4 4、吸收；、吸收； 5 5、精馏；、精馏； 6 6、新型分离技术；、新型分离技术； 7 7、化学反应工程学基本原理；、化学反应工程学基本原理； 四、课程性质及特点四、课程性质及特点 1 1、理论基础；、理论基础； 应用所学过的：高等数学、物理学、应用所学过的：高等数学、物理学、 物理化学等基础知识，综合地运用有目物理化学等基础知识，综合地运用有目 的地解决一些工程实际问题。的地解决一些工程实际问题。 绪论92014/3/9 2 2、本课程是一门工程学科；、本课程是一

7、门工程学科； 目的并不只是认识一些自然现象，而目的并不只是认识一些自然现象，而 是如何从工程的角度出发解决真实的、是如何从工程的角度出发解决真实的、 复杂的生产问题，以及，通过何种方法复杂的生产问题，以及，通过何种方法 和手段把实验室的成果转化成生产规模和手段把实验室的成果转化成生产规模 下的产品。学习如何从复杂事物中排除下的产品。学习如何从复杂事物中排除 非主要因素，抽出关键环节，以合理的非主要因素，抽出关键环节，以合理的 方式建立物理和数学模型，解决工程问方式建立物理和数学模型，解决工程问 题。题。 绪论102014/3/9 3 3、研究方法；、研究方法； 主要是一种实验研究方法，而不是公

8、式主要是一种实验研究方法，而不是公式 或逻辑推理。本学科建立了一整套实验研或逻辑推理。本学科建立了一整套实验研 究策略以及适用范围和局限。这是学习和究策略以及适用范围和局限。这是学习和 应用本门知识时需要注意的。应用本门知识时需要注意的。 五、课程要求五、课程要求 1 1、端正学习态度，按要求完成平时习题；、端正学习态度，按要求完成平时习题； 2 2、认真上好每一次大课及习题课；、认真上好每一次大课及习题课； 绪论112014/3/9 六、单位换算六、单位换算 因次：表示物质性质及状态的基本物理量。因次：表示物质性质及状态的基本物理量。 如：长度，力，时间，温度等；如：长度，力，时间，温度等；

9、 因次式（量纲）：因次式（量纲）： 由因次组成的，表示物理量特性的式子。由因次组成的，表示物理量特性的式子。 如：速度如：速度 长度长度时间时间- -1 1 ；等；等； 单位：表示因次大小的物理量。单位：表示因次大小的物理量。 绪论122014/3/9 如：长度：如：长度：cm mcm m 时间：时间：s hs h 单位制：一系列单位组成的系统。单位制：一系列单位组成的系统。 本课程一律采用国际单位制（本课程一律采用国际单位制（SI SI）。 在化工生产中，有时还使用一些非国际在化工生产中，有时还使用一些非国际 单位制，如：单位制，如： 时间：分（时间：分（minmin）、）、小时（小时（h

10、h）、）、 日（日（d d）、）、年（年（y y）；）； 压力单位：物理大气压（压力单位：物理大气压（atmatm）、）、 工程大气压（工程大气压（atat） 绪论132014/3/9 1 1工程大气压（工程大气压（atat）=1=1公斤（力）公斤（力）/ / 厘米厘米2 2 巴（巴（barbar）、）、mmHgmmHg、mmHmmH2 2o o 等等 。 注意：工程单位制是以力为基本单位，注意：工程单位制是以力为基本单位， 而而SI SI制等是以质量为基本单位，制等是以质量为基本单位， 把力作为导出单位。把力作为导出单位。 工程制中力的单位：公斤（力）工程制中力的单位：公斤（力）=kgfkg

11、f； SI SI制中力的单位：牛顿（制中力的单位：牛顿（NN）；）； 1kgf=9.81N1kgf=9.81N 绪论142014/3/9 能量单位：能量单位： 尔格尔格=达因达因厘米；厘米； 焦耳焦耳=牛顿牛顿米；米； 1 1kgf=9.81N=9.81kgkgf=9.81N=9.81kgm/ sm/ s2 2 =9.8110=9.81103 3g g 10102 2cm/ scm/ s2 2 =9.81=9.81 10105 5ggcm/ scm/ s2 2 = 9.81= 9.81 10105 5dyn(dyn(达因达因) ) dyndyn-( (达因达因) ) 例例: (1): (1)质

12、量为质量为1 1kgkg的物质的物质, ,工程制表示的工程制表示的 质量为多少质量为多少? ? 绪论152014/3/9 解解: 1: 1kgf=9.81N=9.81kgkgf=9.81N=9.81kgm/ sm/ s2 2 11kgkgm/ sm/ s2 2=1/9.81 =1/9.81 kgfkgf 1kg= 1/9.81 1kg= 1/9.81 kgfkgf s s2 2/ m/ m =0.102 =0.102 kgfkgf s s2 2/ m/ m 即工程制的质量单位即工程制的质量单位: : kgfkgf s s2 2/ m/ m (2) 1(2) 1atat为多少为多少Pa? Pa?

13、 多少多少mmHg?mmHg? 解解: 1: 1at=1kgf/ cmat=1kgf/ cm2 2=1=19.81N/1kgf9.81N/1kgf kgf/ cmkgf/ cm2 2 cmcm2 2/10/10- -4 4mm2 2 =9.81=9.8110104 4N/mN/m2 2= 9.81= 9.8110104 4PaPa 绪论162014/3/9 11atm=1.01325atm=1.0132510105 5N/mN/m2 2 =760mmHg=760mmHg 1at=735.6mmHg1at=735.6mmHg 1atm=1.033at=10.33mH1atm=1.033at=10.33mH2 2o o 1at=10mH1at=10mH2 2o o 绪论172014/3/9 参考书：参考书： *1*1、化学工程基础林爱光、化学工程基础林爱光 编编 清华大学出版社清华大学出版社 *2*2、化学工程基础武汉大学主编、化学工程基础武汉大学主编 高等教育出版社高等教育出版社 3 3、化学反应工程基本原理、化学反应工程基本原理 陈敏恒等编陈敏恒等编 4 4、化工原理上、下册、化工原理上、下册 大工编大工编 5 5、 化工原理上、下册化工原理上、下册 天大编天大编