本文由c r e a t e r _贡献p d f 文档可能在WAP端浏览体验不佳建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看化工原理Pr i n c i p l e s o f Ch e m i c a l En g i n e e r i n g (Un i t Op e r a t i o n o f Ch e m i c a l En g i n e e r i n g )目 录上册 绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 流体通过颗粒 层的 流动 第四章 颗粒的沉降和 流态化 第五章 传热 下册 第六章 吸收 第七章 蒸馏 第 八章 液液萃取 第九章 其它传质分离 过程 第十章 干燥中北大学化工与环境学院 化工原理课程组袁志国联系:3921986 13934534838 联系:3921986 邮箱:n c u s t y z g @n u c .e d u .c n 邮箱:n c u s t y z g @n u c .e d u .c n 2008年9月1日 Mo n d a y 2008年0 绪 论0.1 化学工程学 0.2 化工过程与单元操作 0.3 本课程的性质,要求,目的及研究 方法 0.4 单位及单位换算 0.5 化工单元操作的基本概念0.1 化学工程学(Ch e m i c a l En g i n e e r i n g ) En g i n e e r i n g )0.1.1 化学工程的任务化学工程学的任务: 化学工程师 化学反应 生产过程一方面,把一个在实验室内证明可行的化学反应发展成为 经济合理,生产安全,技 术先进和产品质量可靠的工业生产过 程.即是把实验室的成果放大成为工业生产过程 ,这叫新工艺 新工艺 的投产(又称为工艺过程的设计开发). 的投产 另一方面,对原有 工艺进行改进 优化.比如工艺参数的 改进或优化 优化,工艺路线的改进等.0.1 化学工程学(Ch e m i c a l En g i n e e r i n g ) En g i n e e r i n g )0.1.2 化学工程学的产生与发展化学工程学是研究化学工业和相关过程工业生产中所进 化学工程学 行的化学反 应过程和物理过程共同规律的一门工程学科.0.1 化学工程学(Ch e m i c a l En g i n e e r i n g ) En g i n e e r i n g )0.1.2 化学工程学的产生与发展 单元操作流体输送 搅拌 沉降 过滤 固体流态化 动量传递 m o m e n t u m t r a n s f e r 速度差 加热和冷却 (传热) 蒸发 吸收 蒸馏 萃取 干燥 结晶 质量传递 m a s s t r a n s f e r单一产品工艺学 造水泥,陶瓷的硅酸盐工艺学等. 单 元 操 作例如硫酸工艺学,酒精工艺学,还有制 流体输送,加热和冷却(传热),吸 收,搅拌 ,蒸发,蒸馏,沉降,萃取 过滤,干燥,固体流态化,结晶等 化工传递过程(质量传递,热量 传递 动量传递)和化学反应工程 下一页热量传递 h e a t t r a n s f e r 温度差“三传 一反“ 一反“浓度差 返回10.2 化工过程与单元操作0.2.1 化学工业(Ch e m i c a l In d u s t r y ) 化学工业化学工业是将自然界的各种物质,经过化学反应 物理方 化学反应和物理方 法处 理,制造成生产资料 生活资料的工业.一种产品的生产 生产资料和生活资料 过程,从 原料到成品,往往需要几个或几十个加工过程.其中 除了化学反应过程外,还有大量的 物理加工过程,统称为化工 化工 过程. 过程0.2 化工过程与单元操作0.2.2 化工过程(Ch e m i c a l Pr o c e s s ) 化工过程(Ch e m i c a l Pr o c e s s )举例:聚氯乙烯塑料的生产(乙炔法) 方程式:生产过程:原料单元操作p a g e 1反应过程单元操作产品化工生产过程实例湿法磷酸生产工艺流程磷矿石 硫酸化工生产过程实例柠檬酸生产工艺流程白薯干 石灰乳 Ca CO3破碎 球磨HF气体 (回收)加工成盐磷酸(化肥, 饲料用)粉碎 酸解反应 过滤水 洗液发酵反应菌体,残渣过滤中和过滤废糖液 H2SO4浓缩 精制磷酸(医药, 食品用)干燥产品离心结晶浓缩净化粗盐液酸解过滤过滤滤渣石膏化工生产过程实例氨基比林生产工艺流程吡唑酮 硫酸二甲酯 水 H2SO4 亚硝酸钠化工生产过程实例氨基比林生产工艺流程4-氨基安替 比林晶体 水 氢气 甲醛 触媒 吸附后的 活性炭Na OH活性炭甲基化碱处理安替比林配料硫酸安替 比林亚硝化还原剂 液氨 硫酸溶解氢化脱色蒸馏水压滤p a g e 24-氨基安替比林晶体 制氨基比林离心 脱水结晶还原氨基比林 成品气流 干燥氨基比林湿品洗涤 脱水成品结晶4-氨基安替比林母液 制安乃近母液浓缩回收2化工生产装置实例化工生产装置实例甲醇回收装置化工生产装置实例化工生产装置实例大芳烃装置合成氨装置化工生产装置实例0.2 化工过程与单元操作0.2.3 单元操作(Un i t Op e r a t i o n ) 单元操作(Un i t Op e r a t i o n )(1)按传递方式 传递方式可以归纳为三类: ① 以流体动力学(动量传递)为基础 ,包括流体输送, 沉降过滤,离心分离,搅拌,固体流态化等; ② 以热量传递理论为基础 ,包括加热,冷却,蒸发等; ③ 以质量传递理论为基础,包括蒸馏,吸收,吸附,萃 取,干 燥,结晶,膜分离等.进行这些操作的目的一般是将 混合物分离,故它们又称之为分离操 作 分离操作.尿素装置30.2 化工过程与单元操作0.2.3 单元操作(Un i t Op e r a t i o n ) 单元操作(Un i t Op e r a t i o n )(2)按其操作的功能 功能可以分为: ① 物料的增压,减压和输送(流体输送等);② 物料的混合和分散(搅拌等); ③ 物料的加热和冷却(传热等); ④ 均相混合物的 分离(蒸发,蒸馏,结晶等) ⑤ 多相混合物的分离(沉降,过滤,干燥等).0.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.1 《化工原理》的任务 化工原理》 化学工程学科 热力学和反应工程在什么条件下所期望的化 学反应才能发生? 反应的速率将会是多大? 不期望的 反应(副反应) 速率又会是多大? 转化率为多少?“化工原理“课程的内容 化工原理“通过什么样 的工程方法和 设备来实现其工艺过程? 反应物如何 供给,产物又 如何分离? 如何提供反 应所需的热量 及使用反应放出的热量? 怎样才能从 工业规模 生产 中获得最佳的经济效益?0.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.2《化工原理》的性质 0.3.2《 化工原理》化工原理是化工及相关过程工程类专业的重要技术基础 技术基础 课,在基础科 学理论与工程实际之间起着桥梁作用 桥梁作用,着重培 养同学们应用 应用基础知识 的能力和工程实践 工程实践的素养.讲授化工 单元操作的基本原理 典型设备的结构 ,操作性能 设计计 基本原理,典型设备 操作性能和设计计 算, 设备的选型 设计及实 验研究方法 选型和设计 实验研究方法等.0.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.3《化工原理》的共同规律和联系 0.3.3《 化工原理》 动量传递 热量传递p a g e 3流体输送,流体输送,沉降,过滤,离心 分离,搅拌,固体流态化 加热,冷却,蒸发等质量传递 蒸馏,吸收,吸附,萃取,干燥,结晶,膜分离等0.3.4《化工原理》的研究方法 0.3.4《 化工原理》实验研究方法(经 验 法) 实验研究方法( 数学模型法(半经验半理论方法) 数学 模型法0.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.5 学习《化工原理》的目的 学习《 化工原理》( 1 ) 如何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“的选 择,以适应指 定物系的特征, 经济而有效地满足工艺要求. ( 2 ) 如何进行过程的计 算和设备的设计. 在缺乏数据的情况下,如何组织实验以取得必要 的设计数据. ( 3 ) 如何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. 强 化操作 诊断过程 开发工艺 创新设计 掌握规律0.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.6 学习《化工原理》课程的要求 学习《 化工原理》对大家学习好本课程提出如下三点要求: 1,掌握流体流动,传热,传质等化工过程 的基本原理及 典型设备的构造,性能; 2,了解和掌握化工中的主要观点和方法 (1)速 率与效率的观点为; (2)最优化的观点; (3)掌握一些研究工程问题的特殊方法:实验研 究方法 (经验法)和数学模型法(半经验半理论方法).40.3 本课程的性质,要求,目的及研究方法0.3.6 学习《化工原理》课程的要求 学习《 化工原理》3,掌握化工过程和典型设备的基本计算方法,设备设计 和选型. 除此外,还要学 会熟练正确使用物性数据手册,工程手 册,算图以及计算工具. 总之在学习本课程中, 应注重以下几方面能力的培养: (1)单元操作和设备选择的能力; (2)工程设计能力; (3)操作和调节生产过程的能力; (4)过程开发或科学研究能力.0.4 单位及单位换算0.4.1 单位制度(1)国际制(SI) )国际制 国际制的基本单位共有7个,化工中常用的有5个:长度单7 位米(m ),质量单位千克(k g ),时间单位秒(s ),温度 单位开尔文(K),物质量单位摩尔 (m o l ). (2)物理制(c g s ): )物理制 长度单位厘米(c m ),质量单位克(g ),时间单位秒(s ).国际 制和物理制两种单位都以质量基本单位,属于绝对单位制系统. (3)工程制: ) 工程制 工程制的基本单位是:长度单位米,力或重量单位千克 (力),时间单位秒.这种 单位制的特点是:以力而不以质量作为 基本单位,属于重力单位制系统.0.4 单位及单位换算0.4.1 单位制度表1 c g s 制与工程制的基本单位 c g s 制 量的 名称 单位 符号 长度 c m 质量 g 时间 s 温度 ℃ 长度 m 工程制 力 k g f 时间 s 温 度 ℃0.4 单位及单位换算0.4.2 因次法定计量单位中,基本量如:长度,质量,时间,温度可 分别用符号L,M,T,θ表示, 则导出量可由这些基本量的符 号组合而成. 例如,速度可用 LT 1 ,加速度用 LT 2[][],力用 [MLT2]表示.若某物理量以 M a Lb T c 表示, 则称它为该物理量的因次 或量纲(d i m e n s i o n ),严格地说,指数a ,b ,c 称为因次 因次.p a g e 4[][MaLb T c]称为该物理量的因次式或量纲式.它表示该物理量的 单位与基本量的单位之间的 关系.当a =b =c =0时,[M0L0T 0 = 10] [ ]称为无因次 无因次(d i m e n s i o n l e s s )0.4 单位及单位换算0.4.3 质量,重量,力可以导出不同单位制下力的单位(以[f ]表示),如下: c g s 制:[f ]=[m a ]=g .c m /s 2 =d y n (达因) SI制: [f ]=[m a ]=k g .m /s 2 =N (牛顿) 工程制以力的单位千克(力)作基本 单位,可导出质量的 单位如下: 工程制:[m ]=[f /a ]=千克(力)/(米/秒2)=k g f s 2/m (工 程单位质量) 工程制:0.4 单位及单位换算0.4.4 单位的正确应用化工计算中所用的公式可分为两类. 对于理论公式,除比例常数外,要求使用同一 单位制 对于经验公式,应牢记公式所。