信阳师范大学：《化工原理》课程PPT教学课件（上）绪论 The Principle of Chemical Engineering（主讲：杨性坤）

题 0.1化学工程(Chemical Engineering)学科的进展 0.1.1化学工程学及其进展 化学工程学：以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工 业规模条件下所发生的物理或化学状态变化的工业过程及这类 工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。 @化学工程学的进展：三阶段： 1.单元操作：20世纪初期。单元操作的物理化学原理及定量计算 方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。 2.“三传一反”概念：20世纪60年代 3.多分支：20世纪60年代末。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、过程动态学及控制等完整 体系。18世纪纯碱、硫酸等无机工业作为现代工业的开端在欧 洲兴起，19世纪以煤为原料的有机工业在欧洲产生，19世纪 末~20世纪初大规模的石油炼制业兴起是产生化学工程的基础

0.1化学工程(Chemical Engineering )学科的进展 0.1.1化学工程学及其进展 化学工程学：以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工 业规模条件下所发生的物理或化学状态变化的工业过程及这类 工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。 化学工程学的进展：三阶段： 1. 单元操作：20世纪初期。单元操作的物理化学原理及定量计算 方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。 2. “三传一反”概念：20世纪60年代 3. 多分支：20世纪60年代末。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、过程动态学及控制等完整 体系。18世纪纯碱、硫酸等无机工业作为现代工业的开端在欧 洲兴起，19世纪以煤为原料的有机工业在欧洲产生，19世纪 末～20世纪初大规模的石油炼制业兴起是产生化学工程的基础

题0.1.2单元操作(The Unit Operations) @ 化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产 过程。在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不 仅在状态与物理性质上发生变化，而目在化学性质上也发生变 化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。 圆以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。 虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。 另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要 1 在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量 交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物 料温度，为一普遍采用的操作方式。 因此我们将整个化工生产中（包括治金、轻工、制药等）那些 普遍采用的、遵循共同的操作原理，所用设备相近，具有相同作 用的一些基本的物理操作，称为“化工单元操作

0.1.2单元操作(The Unit Operations) 化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产 过程。在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不 仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质上也发生变 化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。 以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。 虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。 另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要， 在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量 交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物 料温度，为一普遍采用的操作方式。 因此我们将整个化工生产中(包括冶金、轻工、制药等)那些 普遍采用的、遵循共同的操作原理，所用设备相近，具有相同作 用的一些基本的物理操作，称为“化工单元操作”

过程步骤 操作方式 典型设备 水 盐 化盐 搅拌、溶解、传热 化盐桶 加热器 浑 澄清桶 澄清 悬浮液沉降分离 过滤机 杂质] 水 电解反应 电解 2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH 电解槽 阳极室 极室 冷却过程 换热器 氯处理 氢 NaOH 气液分离 离心机 溶液 传热过程 蒸发器 蒸发 南 烧碱液

氯 处 理 NaOH 溶液 蒸发 氢 处 理 阳 极 室 阴 极 室 Cl2 H2 烧碱液 冷却过程 气液分离 传热过程 换热器 离心机 蒸发器 过程步骤 操作方式 典型设备 化盐 水 盐 搅拌、溶解、传热 化盐桶 加热器 电解 精 盐 水 电解反应 2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH 电解槽 澄清 浑 盐 水 悬浮液沉降分离 澄清桶 过滤机 杂质

一个化工生产过程所包括的步骤分为两类： 顾 1.化学反应过程：通常在反应器中进行，以化学反 应为主。不同化学工业中的化学反应不同，反应机 理干差万别，其反应器在构造与操作原理上有很大 差别。 题 2.单元操作过程：化工生产中基本的物理处理过程。 题一个化工生产过程由若干单元操作与化学反应串联 组合而成。 题单元操作特点： 1.都是物理操作。 题2.都是化工生产过程中共有的操作。 题3.用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理 相同，所用设备亦通用

一个化工生产过程所包括的步骤分为两类： 1.化学反应过程：通常在反应器中进行，以化学反 应为主。不同化学工业中的化学反应不同，反应机 理千差万别，其反应器在构造与操作原理上有很大 差别。 2.单元操作过程：化工生产中基本的物理处理过程。 一个化工生产过程由若干单元操作与化学反应串联 组合而成。 单元操作特点： 1.都是物理操作。 2.都是化工生产过程中共有的操作。 3.用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理 相同，所用设备亦通用

0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法 ①0.2.1性质 @化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程 性和实用性。 0.2.2任务 @1.掌握化工单元操作过程的基本原理，并能进行过程的 选择和计算（即对指定的产品，选择一个适宜的过程 , 经济而有效地满足工艺过程要求)。 @2.据生产需要，进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型 计算。 ①3.依据过程的不同要求，进行操作调节和控制。 @4.掌握强化过程途径，以提高过程和设备的能力、效率

0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法 0.2.1性质 化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程 性和实用性。 0.2.2任务 1.掌握化工单元操作过程的基本原理，并能进行过程的 选择和计算(即对指定的产品，选择一个适宜的过程， 经济而有效地满足工艺过程要求)。 2.据生产需要，进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型 计算。 3.依据过程的不同要求，进行操作调节和控制。 4.掌握强化过程途径，以提高过程和设备的能力、效率

0.2.3内容 化工单元操作的目的是：①物料的输送；②物料物理状态的 改变；③混合物料的分离。因而据其所发生的过程和遵循的 物理共性而言，可按其进行的物理本质和理论基础分为三类： @1、流体传动过程（传动）：研究流体流动及流体和与之接触的 固体间发生相对运动时的基本规律，以及受其支配的若干单 元操作（包括输送、沉降、过滤等）。 题2、热量传递过程（传热）：研究传热的基本规律及受其支配的 单元操作（包括热交换、蒸发）。 3、质量传递过程（传质）：研究物质通过相界面迁移过程的规 律及受其支配的单元操作（包括吸收、蒸馏等）。 三种传递过程既有联系又有区别。 化工原理课程的内容，就是讨论这三种传递过程的基本规律 及受其支配的单元操作过程及其设备

0.2.3 内容 化工单元操作的目的是：①物料的输送；②物料物理状态的 改变；③混合物料的分离。因而据其所发生的过程和遵循的 物理共性而言，可按其进行的物理本质和理论基础分为三类： 1、流体传动过程(传动)：研究流体流动及流体和与之接触的 固体间发生相对运动时的基本规律，以及受其支配的若干单 元操作(包括输送、沉降、过滤等)。 2、热量传递过程(传热)：研究传热的基本规律及受其支配的 单元操作 (包括热交换、蒸发)。 3、质量传递过程(传质)：研究物质通过相界面迁移过程的规 律及受其支配的单元操作(包括吸收、蒸馏等)。 三种传递过程既有联系又有区别。 化工原理课程的内容，就是讨论这三种传递过程的基本规律 及受其支配的单元操作过程及其设备

0.2.4研究方法 1.实验研究方法（经验法)：用量纲分析和相似论为 指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常 用无量纲数群（或称准数）构成的关系来表达。实验 研究方法可避免建立数学方程，是工程上通用的研 究方法。 2.数学模型法（半经验半理论方法）：在对实际过程 的机理进行深入分析的基础上，抓住过程的本质， 作出某些合理简化，建立物理模型，进行数学描述， 得出数学模型，通过实验确定模型参数

0.2.4 研究方法 1. 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为 指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常 用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。实验 研究方法可避免建立数学方程，是工程上通用的研 究方法。 2. 数学模型法（半经验半理论方法）：在对实际过程 的机理进行深入分析的基础上，抓住过程的本质， 作出某些合理简化，建立物理模型，进行数学描述， 得出数学模型，通过实验确定模型参数

0.2.5本课程与传统理论的联系和区别 合成氨 无机化学 疏酸制造 分析化学 科 化 氯碱工业 化工原理 有机化学 学 传递过程 工 石油化工 物理化学 制糖业 实 反应工程 生 应用化学 (还有：分 制漆业 离工程、化 验 工热力学、 产 高分子 电镀业 化 系统工程) 化 学 工 水泥、玻璃 化学教育 专 制造业 家 家

0.2.5 本课程与传统理论的联系和区别

0.3单元操作进行的方式 1.间歇操作：每次操作之初向设备内投入一批物料， 经过一番处理后，排除全部产物，再重新投料。 题间歇操作设备内，同一位置上，在不同时刻进行着 不同的操作步骤，因而同一位置上，物料组成、温 度、压强、流速等参数都随时间变化，属非定态过 程，即参数=f(x,y,Z) ①2.连续操作：原料不断地从设备一端送入，产品不断 从另一端送出。 连续操作设备内，各个位置上，物料组成、温度、 压强、流速等参数可互不相同，但在任一固定位置 上，这些参数一般不随时间变化，属定态过程，即 参数=f(Xy,Z)

0.3 单元操作进行的方式 1.间歇操作：每次操作之初向设备内投入一批物料， 经过一番处理后，排除全部产物，再重新投料。 间歇操作设备内，同一位置上，在不同时刻进行着 不同的操作步骤，因而同一位置上，物料组成、温 度、压强、流速等参数都随时间变化，属非定态过 程，即 参数＝f(x,y,z,θ) 2.连续操作：原料不断地从设备一端送入，产品不断 从另一端送出。 连续操作设备内，各个位置上，物料组成、温度、 压强、流速等参数可互不相同，但在任一固定位置 上，这些参数一般不随时间变化，属定态过程，即 参数＝f(x,y,z)

0.4单位制与单位换算 0.4.1单位制 ①任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时， 数字与单位一并纳入运算。如： 5m+8m=(5+8)m: 5m×8m=(5×8)(m×m)=40m2 题物理量单位选择时，先选定几个独立的物理量，叫 基本量，并根据使用方便的原侧，定出这些量的单 位，叫基本单位；其它各量的单位通过它们与基本 量之间的关系来确定，这些物理量叫导出量，单位 叫导出单位；导出单位是由基本单位乘除构成的

0.4 单位制与单位换算 0.4.1 单位制 任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时， 数字与单位一并纳入运算。如： 5m+8m=(5+8)m; 5m×8m=(5×8)(m×m)=40m2 物理量单位选择时，先选定几个独立的物理量，叫 基本量，并根据使用方便的原则，定出这些量的单 位，叫基本单位；其它各量的单位通过它们与基本 量之间的关系来确定，这些物理量叫导出量，单位 叫导出单位；导出单位是由基本单位乘除构成的