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1、化 工 原 理绪 论0-1 化工原理在化工领域的地位合成氨无机化学硫酸制造分析化学化工生产科学实验氯碱工业化工原理有机化学石油化工传递过程物理化学制糖业反应工程（还有：分离工程、化工热力学、系统工程）应用化学制漆业高分子电镀业化工专家化学家水泥、玻璃制造业化学教育此课程，不是教学生如何合成得到新物质？如何提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。化学工程研究的是，如何把化学家们的小试研究成果，开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工生产之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。0-2 化学工程发展四阶段化学工程学主要经历了四个发展阶段。1、化学工艺学阶段。在二十世纪以前的
2、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。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。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
3、、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。4、“三传一反”阶段。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。从化学工程学的发展过程，证明人们对自然规律的认识，有一个由浅入深的过程。归纳为如下隶属关系图。流体输送沉降过滤离心分离搅拌固体流态化制糖工业制碱工业造纸工业合成氨硫酸制造硝酸制造橡胶工业玻璃陶瓷工业水泥工业石油工业电镀工业染料工业燃料
4、化学工业放射化工数十种化学工艺学动量传递加热冷却蒸发热量传递化工传递过程蒸馏吸收吸附萃取干燥结晶膜分离质量传递阶段阶段1918年阶段1960年阶段1970年反应工程学0-3 与之配套的教材发展化学工程学的教材，也有一个逐渐成熟的过程。本世纪20年代初，出现了第一本“化工原理”教科书，也就是“化工单元操作”教科书。我国于20年代亦成立了化学工程系，亦讲授“化工原理”课程。1960年第一本“化工传递过程”问世（ C. O. Bennett, J. E. Myers,“ Momentum, Heat and Mass Tramsfer”1960）。1956年有了第一本“化学反应工程”教科书 （ J.
5、 M. Smith, “Chemical Engineering Kineties”1956第一版，O. Levenspiel, “Chemical Reaction Engineering” 1962年第一版）。解放之后，我国有了自编的教科书。苏元复等编，“化工原理”1952年；丁绪淮、张洪源、顾毓珍、张震旦，“化工操作原理及设备”，上、下册，1956年；张洪源、丁绪淮、顾毓珍，“化工过程及设备”上、下册，1956年；上海化工学院、天津大学等，“化学工程”上、下册，1980年；天津大学编，“化工原理”上、下册，1983年；谭天恩、麦本熙、丁惠华，“化工原理”上、下册，1984年；陈敏恒、丛德
6、滋、方图南，“化工原理”上、下册，1985年；王志魁主编，“化工原理”，1998年第二版；天津大学王绍亭主编，“化工传递过程”，1980年；浙江大学陈甘棠主编，“化学反应工程”，1981年；浙江大学朱自强主编，“化工热力学”，1981年；南京化工学院张联科，“化工热力学”，1981年；清华大学、天津大学，“化工系统工程”，1981年；北京大学，“化学工程基础”，1979年第一版，1983年第二版；上海师范学院，福建师范大学，“化工基础”，1979年第一版，1990年第二版；0-4 单位制换算(1) CGS制（物理单位制），- ，厘米-克-秒制(2) MKS制（绝对单位制）-，米-千克-秒制(3
7、) 工程单位制 ，米-公斤（力）-秒(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 ，质量千克 时间秒 ，温度开尔文 物质的量摩尔 重要导出单位： 力 ； 压强面积 ； 能量、功、热距离 ； 功率功/时间 ； 比热热/质量温度 ；国外亦多采用英制单位，可以通过换算表得到解决。单位换算举例，【例0-1】 已知,试将此压强换算为SI单位。解：1公斤（力）等于1千克质量的物体所受到的重力。即1公斤（力） 一、 工生产过程与单元操作1化工生产过程用化工手段将原料进行加工处理，使其在物理性能上或在化学性质上发生变化，成为人们所需的产品。化工生产过程的核心显然应该是化学反应及其
8、设备（反应器）化工原理研究前处理和后处理所涉及的物理加工过程的规律和设备。2单元操作（unit operation）化工生产中，具有共同物理操作原理和设备的过程。单元操作按其理论基础可分为下列三类：流体流动过程（动量传递过程）：包括流体的输送、搅拌、沉降、过滤等。传热过程（热量传递过程）：包括热交换、蒸发等。传质过程（质量传递过程）：包括蒸馏和精馏、吸收、萃取、干燥、结晶、膜分离等。单元操作有下列特点：(1)它们都是物理性操作，即只改变物料的状态或其物理性质；(2)它们都是化工过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；(3)某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备往往也是通用的。二、化工单元操作中基本概念1物料衡算：依据质量守恒定律输入量-输出量=累积量稳定过程：输入量=输出量进行物料衡算的步骤：（1） 画出流程示意图，物料的流向用箭头表示；（2） 圈出衡算的范围(或称系统)； （3） 确定衡算对象及衡算基准；（4） 写出物料衡算方程进行求解。2能量衡算：依据能量守恒定律输入能量-输出能量=累积能量定态过程：输入能量=输出能量3平衡关系要确立过程能否进行、进行方向、及最终可能状态，必须借助于平衡关系。4传递速率它决定了设备的大小及成本。 5经济核算5
