天津大学：《现代化工与高新技术》课程教学课件（PPT讲稿）第6章 化学工程与工艺的科学基础

现代化工与高科技第六章化学工程与工艺的科学基础

现代化工与高科技 第六章 化学工程与工艺的科学基础

6.1化工学科的产生与发展在18世纪以前，化学品的制造还是手工业操作，与实验室没有很大的差别。随着对化学品需求的增长，引起了手工业向大工业的过渡。工业化学家着眼于将化学反应与产品的纯化分离在工业上运用和实现。因为工业生产中需要使用钢铁制造的机械和设备，这就要求工业化学家具备较多的物理和机械知识，或与具有一定化学知识的机械工程师合作，才能胜任。这便是19世纪解决化工生产问题的“化学（家）十机械（工程师）”的方式

◼ 在18世纪以前，化学品的制造还是手工业操作，与实 验室没有很大的差别。 ◼ 随着对化学品需求的增长，引起了手工业向大工业的 过渡。工业化学家着眼于将化学反应与产品的纯化分 离在工业上运用和实现。 ◼ 因为工业生产中需要使用钢铁制造的机械和设备，这 就要求工业化学家具备较多的物理和机械知识，或与 具有一定化学知识的机械工程师合作，才能胜任。 ◼ 这便是19世纪解决化工生产问题的“化学（家）＋机 械（工程师）”的方式。 6.1 化工学科的产生与发展

6.1化工学科的产生与发展化学工程的早期定义化学工程是工程技术的一个分支，化学工程从事物质发生化学变化或物理变化的加工过程的开发和应用通常可将这些加工过程分解为一系列物理单元操作和化学单元操作。化学工程师主要从事运用上述单元操作和单元过程进行装置和工厂的设计、制造和操作。化学、物理和数学是化学工程的基础学科，而在化学工程实践中，经济则占主导地位”1以上为被称为化学工程先驱的英国工程师G.E，戴维斯（GeorgeEdwardsDavis,1850~1907）在他的《化学工程手册》中给出的定义。这一定义，今天看来仍然是正确的

6.1 化工学科的产生与发展 化学工程的早期定义 ◼ 化学工程是工程技术的一个分支，化学工程从事物 质发生化学变化或物理变化的加工过程的开发和应用。 通常可将这些加工过程分解为一系列物理单元操作和 化学单元操作。化学工程师主要从事运用上述单元操 作和单元过程进行装置和工厂的设计、制造和操作。 化学、物理和数学是化学工程的基础学科，而在化学 工程实践中，经济则占主导地位” 。 ◼ 以上为被称为化学工程先驱的英国工程师G.E.戴维斯 （George Edwards Davis,1850~1907）在他的 《化学工程手册》中给出的定义。这一定义，今天看 来仍然是正确的

单元操作的概念的提出化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工过程。化工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分离混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的各种过程。生产过程中除了反应器内有化学反应外，其余步骤均属物理操作，实际上化工生产过程是以化学反应为核心，而物理步骤只起到为化学反应准备必要的反应条件以及进一步将粗产品提纯的作用。构成多种化工产品生产的物理过程都可归纳为有限的几个基本过程，如流体输送、加热或冷却、沉降、蒸发、蒸馏、结晶、干燥等。这些基本物理操作统称为化工单元操作，简称单元操作1915年由美国麻省理工学院A.D.Little首次正式提出

单元操作的概念的提出 ◼ 化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工过 程。化工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分离 混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的各 种过程。 ◼ 生产过程中除了反应器内有化学反应外，其余步骤均属物理 操作，实际上化工生产过程是以化学反应为核心，而物理步 骤只起到为化学反应准备必要的反应条件以及进一步将粗产 品提纯的作用。 ◼ 构成多种化工产品生产的物理过程都可归纳为有限的几个基 本过程，如流体输送、加热或冷却、沉降、蒸发、蒸馏、结 晶、干燥等。这些基本物理操作统称为化工单元操作，简称 单元操作。 ◼ 1915年由美国麻省理工学院A.D.Little 首次正式提出

化工学科体系的形成1888年美国麻省理工学院首先在化学系科内设置化学工程课程，后来才开始设置化学工程系。其它国家随后也逐步建立了化学工程系。W.H.Walker、W.K·Lewis和W.H·McAdams三人合著的《化工原理》初版在1923年问世，由此原来多种化学工业生产各异的工艺被归纳为为具有共同规律的单元操作，如流体流动、流体输送、固体和液体分离、搅拌、固体的粉碎、加热冷却、蒸发、结晶、蒸馏、吸收、干燥等单元操作

化工学科体系的形成 ◼ 1888年美国麻省理工学院首先在化学系科内设置化学 工程课程，后来才开始设置化学工程系。其它国家随 后也逐步建立了化学工程系。 ◼ WHWalker、WKLewis和WHMcAdams三人合著的 《化工原理》初版在1923年问世，由此原来多种化学 工业生产各异的工艺被归纳为为具有共同规律的单元 操作，如流体流动、流体输送、固体和液体分离、搅 拌、固体的粉碎、加热冷却、蒸发、结晶、蒸馏、吸 收、干燥等单元操作

福三传一反”概念的提出随着化学工业的进步，单元操作的种类不断增加，如萃取，吸附、离子交换、膜分离等。120世纪60年代，（动量传“三传一反”递、热量传递、质量传递和化学反应工程）概念的提出，开辟了化学工程发展过程的第二个历程

“三传一反”概念的提出 ◼ 随着化学工业的进步，单元操作的种类 不断增加，如萃取，吸附、离子交换、 膜分离等。 ◼ 20世纪60年代，“三传一反”（动量传 递、热量传递、质量传递和化学反应工 程）概念的提出，开辟了化学工程发展 过程的第二个历程。 ◼

化工学科的发展20世纪60年代未，计算机的迅速发展和普及，给化学工程学科的发展注入了新的活力。化学工程学科形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程控制等完整体系。计算机模拟技术的高速发展，更把化学工程推向了过程优化集成、分子模拟的新阶段

化工学科的发展 ◼ 20世纪60年代末，计算机的迅速发展和普及，给 化学工程学科的发展注入了新的活力。 ◼ 化学工程学科形成了单元操作、传递过程、反应 工程、化工热力学、化工系统工程、过程控制等 完整体系。 ◼ 计算机模拟技术的高速发展，更把化学工程推向 了过程优化集成、分子模拟的新阶段

化工单元操作原理及设备6.2化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工过程。化工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分离混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的各种过程

化学工业中存在着千变万化 的各种化学加工过程，即化工过 程。化工过程中不仅包含化学变 化的过程，而且还包含分离混合 物为较纯净的不同组分以及改变 其物理状态和性质的各种过程。 6. 2 化工单元操作原理及设备

化工单元操作原理及设备6.21、单元操作的概念化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工过程。化工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分离混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的各种过程。任何化工过程无论规模大小，都可以分为一系列基本操作，如流体输送、过滤、加热、冷却、蒸馏、萃取等等。单元操作就是按照特定要求使物料发生物理变化的这些基本操作的总称。只有将各种不同的化工过程分解为单元操作来进行研究才能揭示其共性的本质、原理和规律

◆化学工业中存在着千变万化的各种化学加工过程，即化工 过程。化工过程中不仅包含化学变化的过程，而且还包含分 离混合物为较纯净的不同组分以及改变其物理状态和性质的 各种过程。 ◆ 任何化工过程无论规模大小，都可以分为一系列基本操 作，如流体输送、过滤、加热、冷却、蒸馏、萃取等等。单 元操作就是按照特定要求使物料发生物理变化的这些基本操 作的总称。 ◆只有将各种不同的化工过程分解为单元操作来进行研究， 才能揭示其共性的本质、原理和规律. 6. 2 化工单元操作原理及设备 1、单元操作的概念

在某现有装置中进行一台结晶器的安装大规模装置（15万吨／年）此装置有六台结晶器，此规模中显示出其中的两台

大规模装置（15万吨/年） 此装置有六台结晶器，此规 模中显示出其中的两台 在某现有装置中进 行一台结晶器的安装