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2020/9/712第一章绪言§1.1化学工业概述§1.2化工生产过程概述§1.3化学工程学简介§1.4化工数据3§1.1化学工业概述四、化学工业的特点一、化学工业的重要性及其发展二、化学工业范畴及分类三、化学工业原料及选择原则五、化工的发展与现状4化学工业:一、化学工业的重要性及其发展化学工业是将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应，使其性质或形态产生变化，定向加工成对国民经济发展和人民生活水平改善有价值的化学产品的工业。5其重要性可归纳为：（1）为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料；（2）为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提供各种配套原材料；（3）为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提供新型化工材料和新产品；（4）为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。一、化学工业的重要性及其发展61、化学工业的分类：美国：按照美国标准工业分类手册（SIC）确定的分类法：化学工业包括：生产基本化工产品的企业以化学方法为主进行产品加工的企业中国：化学工业包括：二、化学工业范畴及分类分为25类或通用化学品及精细化学品.化学品:基本化学工业化肥工业石油化学工业精细化学工业其他化学工业7化工行业主要产品或用途化学矿山磷矿、硫矿、硼矿、矾矿和石灰石矿等酸、碱硫酸、烧碱、纯碱无机盐磷酸、碳酸钾、小苏打、无水硫酸钠、氰化钠、硫酸铝、硝酸钠、氯化锌、轻质碳酸钙、过氧化氫、沉淀硫酸钡等化肥氮肥（硫酸铵、硝酸铵、尿素、氯化铵、碳酸氫铵、氨水、石灰氮等）、磷肥（普通过磷酸钙、钙镁磷肥等）、钾肥化学农药敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等电石可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、双氰胺、硫脲等工业的原料热固性塑料和工程塑料酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等合成橡胶顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等染料硫化染料、直接染料、酸性染料、活性染料、碱性染料、还原燃料、分散染料、冰染染料、阳离子染料等2主要化工行业及其相关产品82.主要化工行业及其相关产品化工行业主要产品涂料天然树脂漆、酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、氨基树脂漆、过氯乙烯漆、聚酯漆、聚氨酯漆、硝基漆、有机硅漆等增塑剂邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯化石蜡、磷酸酯等橡胶加工助剂防老剂、促进剂表面活性剂阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型等造纸化学品脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、涂布胶粘剂、分散剂等感光材料电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等磁性记忆材料磁带、磁盘等橡胶加工轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等9三、化工原料及选择原则1.化学工业原料按来源划分：无机材料和有机材料无机材料主要有：空气、水和化学矿物有机材料主要有：煤、石油、天然气和生物质102.选择原则在选择原料路线和技术线路时应当全面地权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。1.原料的品位、供应量2.经济性3.原料资源的综合利用11四、化学工业的特点(1)、化学工业是独特的,不可取代的工业部门；(2)、化工产品品种繁多,工艺复杂;(3)、化学工业是装置型工业,具有规模经济性;(4)、化学工业是资金密集,技术密集的工业部门;(5)、化学工业是能源消耗的大户;(6)、化学工业是易污染、重污染的工业部门1218世纪中硫酸生产;19世纪中制碱;20世纪初合成氨;20世纪中石油工业20世纪后精细化工五、化学工业的发展与现状（1）、化学工业的发展化学工业是一个十分古老的工业，最早可追根溯源至公元前２０００年以前，最早的化学工艺为制陶、酿造、漂染、鞣革等行业13（2）、我国的化学工业旧中国的化学工业基础十分薄弱。从1876年在天津建立的一个2t/d铅室法制硫酸厂开始，只有几个沿海、沿江城市有化工企业。除少数工厂生产基本化工原料外，大多只有生产油漆、染料、橡胶制品、医药制剂等加工产品。到1949年，国内化工产品仅100种左右，主要产品产量为：化肥0.6万吨,硫酸11万吨,烧碱1.5万吨,纯碱8.8万吨.全部化工产值仅1.77亿元,占全国工业总产值的1.6%14（3）、世界化学工业自1746年英国出现第一座硫酸铜厂以来,现代世界化学工业经过过260多年的发展,已形成一个技术成熟、规模宏大和品种繁多的产业部门。从世界化学工业布局来看，世界化工生产、市场、技术和大型企业主要集中在北美、日本、西欧和前苏联与东欧四个地区。20世纪90年代以来，亚洲特别是东南亚，化学工业异军突起，发展势头引人注目。15•1、化工过程•2、单元操作及其分类§1.2化工生产过程概述16原料（1）预处理化工过程：有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得产品的工业过程，也称为化工生产，或化工生产过程。（2）反应（3）后处理产品基本化工生产过程•1、化工过程17例如：可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。苯的生产：原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）甲醇的生产：合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）18化工生产过程化学反应过程物理处理过程化工生产的核心原料的预处理产品的加工（单元操作）19（１）概念单元操作：化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。2、单元操作及其分类20２)．单元操作的分类：(1）按操作目的分：•流体输送：•物料的混合：气体和液体的输送主要指通过搅拌达到物料混合或分散的目的•物料的加热或冷却：利用物料和环境之间的温度差输入或输出热量•均相混合物的分离：气体吸收、液体蒸馏、萃取等•非均相混合物的分离：过滤和沉降21（2）按单元操作遵循的基本规律分：•动量传递过程：•热量传递过程：遵循流体力学基本规律的单元操作：流体输送、沉降、过滤和离心分离等遵循热交换基本规律的单元操作：如传热、蒸发等•质量传递过程：遵循通过扩散，从一相转移到另一相的过程：吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等22在20世纪前的几百年时间里，出现了不少化学工业，如制糖工业、制碱工业、造纸工业等。介绍每一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。•化学工艺阶段1、化学工程学的发展阶段§1.3化学工程学简介23•单元操作阶段20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，无论是制糖业还是制碱业，从溶液蒸发得到固体糖和固体碱的原理是相同的，于是，蒸发成为最早提出的单元操作之一。24到20世纪50年代，人们又发现，各单元操作之间还存在着共性。例如，传热和蒸发都是热量传递的形式，蒸馏、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、热量传递和质量传递。•传递过程阶段25•“三传一反”阶段20世纪50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和热力学原理，而且要运用动量、热量和质量传递原理。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。262.化学工程学的研究方法主要研究方法有：经验归纳法和演绎的模型法273.化学工程学的几个基本概念在从事化学工程研究、进行化工过程开发及设备的设计、操作时，经常运用下面基本概念:1、物料衡算2、能量衡算3、平衡关系4、过程速率281)、物料衡算：物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量守恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副产物等之间的关系，即进入的物料量必等于排出的物料量和过程中的积累量。输入物料的总量＝排出物料的总量＋过程积累的总量29积累M∑M入∑M出系统物料衡算示意图物料衡算式：∑M入＝∑M出＋M连续稳定流动：∑M入＝∑M出30积累Q∑Q入∑Q出系统热量衡算示意图热量衡算式：∑Q入＝∑Q出＋Q稳定的连续性操作：∑Q入＝∑Q出2)、热量衡算：热量衡算的依据是能量守恒定律。314、化工基础在化学领域的地位321.4化工数据单位制与单位换算THANKYOUSUCCESS2020/9/733可编辑341）、单位制：英国：英制单位：质量：“磅”1b＝0.4536kg长度：“英尺”1ft＝0.3048m中国：附表1-4-1我国几种旧单位制的基本量和基本单位长度质量时间力厘米·克·秒制CGScm(厘米)g(克)s(秒)——米·千克·秒制MKSm(米)kg(千克)s(秒)——米·千克力·秒制MKfSm(米)——s(秒)kgf(千克力)单位制基本量单位制与单位换算35国际单位制：在1960年10月的第11届国际计量大会上通过了一种新的单位制度，称为国际单位制度，代号为“SI”，也称为SI单位制。SI单位制是目前国际上最先进的一种单位制，被许多国家广泛使用。我国的法定计量单位也是以SI单位制为基础的。36国际单位制的构成：国际单位制（SI）SI单位SI单位的十进倍数和分数单位SI基本单位SI导出单位SI词头SI辅助单位37表1-4-2SI基本单位和辅助单位量的名称单位名称国际符号备注基本单位长度米metrem（1）圆括号中的名称与前面的名称是同义词；（2）去掉方括号后为全称，去掉方括号和其中的字后为简称。质量千克(公斤)kilogramkg时间秒seconds电流安[培]AmpereA热力学温度开[尔文]KelvinK发光强度坎[德拉]CandelaCd物质的量摩[尔]molemol辅助单位平面角弧度radianrad立体角球面角steradiansr38表1-4-3化工中常用的SI导出单位举例量的名称单位名称单位符号用SI基本单位表示的单位面积平方米m2m2体积立方米m3m3速度米每秒m/sm/s密度千克每立方米kg/m3kg/m3浓度摩尔每立方米mol/m3mol/m3力牛[顿]Nkg·m/s2压强，应力帕[斯卡]Pa(=N/m2)kg/(m·s2)39续表1-4-3化工中常用的SI导出单位量的名称单位名称单位符号用SI基本单位表示的单位能，功，热量焦[耳]J(=N·m)kg·m2/s2功率瓦[特]W(=J/s)kg·m2/s3粘度帕[斯卡]秒Pa·skg/(m·s)扩散系数平方米/秒m2/sm2/s热容，熵焦[耳]每开[尔文]J/Kkg·m2/(s2·K)导热系数瓦[特]每米开[尔文]W/(m·K)kg·m/(s3·K)传热系数瓦[特]每平方米开[尔文]W/(m2·K)kg/(s3·K)40表1-4-4SI词头表示的因数词头名称词头符号1018艾[可萨]E1015拍[它]P1012太[拉]T109吉[咖]G106兆M103千k102百h101十da表示的因数词头名称词头符号10-1分d10-2厘c10-3毫m10-6微μ10-9纳[诺]n10-12皮[可]P10-15飞[母托]f10-18阿[托]a41SI单位的十进倍数和分数单位：把SI词头加在SI单位前就构成了SI单位的十进倍数和分数单位。如，压强单位MPa，力的单位kN。原则：词头不可重叠使用mm(毫微米)μnm(纳米)：10-9m42计量单位和SI词头使用方法要点：1.由SI基本单位相除构成的单位，若分母中有两个以上的单位符号时，要给分母加上圆括号，避免混淆。如，传热系数单位：W/(m2·K)43计量单位和SI词头使用方法要点：2.由SI基本单位通过乘或除构成的组合单位，在使用SI词头时，词头应加在整个单位之前，分母一般不用词头。如，摩尔内能单位：kJ/mol而不用J/(m·mol)44第二章流体流动过程质量传递热量传递动量传递三传453.1流体的基本性质什么是流体？有哪些特征？流体气体液体46流体的特征1．易流动性当流体受到外部切向力作用时，易于变形而产生流动。2．可压缩性流体在外部温度和压力作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为流体密度大小的变化。工程上：流体可压缩流体不可压缩流体密度为常数471．流体的密度流体的密度—单位体积流体的质量。用表示，属于物性。影响因