《化工导论》PPT课件

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1、第六章化学工程与工艺的科学基础天津大学化工学院王成扬（教授/博导）<化工导论>化工过程的特点----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。第六章化学工程与工艺的科学基础第一节化学工程的产生与发展化学工程概念的提出英国工程师戴维斯（1859-1907）最早提出“化学工程”这一概念，认为化工生产并不是化学在工业上的简单应用，而是一个工程问题，因此要用独特的工程方法去解决，其中物理原理的重要性有时要超过化学原理。化学工程的定义（化工词典）以物理学、化学和数学为基础

2、，并结合工业经济基本法则，研究化学工业中具有共同特点的物理和化学变化过程的规律及其有关的机理和设备。具体地说，研究化工单元操作和化学反应工程学以及有关的流体力学、热传递和物质传递原理、热力学和化学动力学以及系统工程等在化学工业上的应用，以指导各种过程及其设备的改进与发展。实验室中硫酸制取装置硫酸的工业生产流程1—转化器；2—蒸气过热器；3—蒸发器；4—锅炉给水预热器；5、6—换热器；7—中间吸收塔；8—最终吸收塔；9、10—泵；11、12—冷却器、第二节化工单元操作及设备1、单元操作的概念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

3、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。2、单元操作的内容、原理及设备如流体输送、沉降、过滤、搅拌、加热、冷却、蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附、干燥、离子交换、膜分离、结晶、粉碎、颗粒分级等等。动量传递、热量传递和质量传递三种“传递过程”是单元操作的科学基础。1.流体输送借助流体输送设备（如泵和风机等），使流体物料从一个设备输送到另一个设备，或由上一工序送往下一工序，形成完整的生产流程。阀门阀门用来调节流量或启闭管路。最常见的阀门有截止阀和闸阀两种）。截止阀结构略微复杂，流体经过时阻力较大，但可以较精确地调节流量。闸阀结构简单，流体阻力较小，在流体中含有固

4、体悬浮物时仍然可以使用。管路中常用的阀门：(a)截止阀；(b)闸阀(a)(b)离心泵离心泵的工作原理是利用叶轮高速旋转的离心力作用，使液体由叶轮中心流向外缘并提高压力，然后排出。离心泵的结构比较简单，流量较大，被广泛使用；往复泵的结构比较复杂，输送的流量较小，但可以产生较高的压力。离心泵工作原理往复泵往复泵则是靠活塞的往复运动和活门的配合，将液体吸入泵缸后随即挤出，从而提高其压力。一般来说，往复泵的结构比较复杂，输送的流量较小，但可以产生较高的压力。(a)离心泵结构(b)往复泵结构2.换热换热（加热和冷却操作的总称）是以热量传递为主要理论基础的一种单元操作。列管式换热器这种换热器主

5、要由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。整个换热器分为两部分：换热管道内部称为管程；换热管道外部称为壳程。冷、热流体分别在管程和壳程中连续流动，从而完成换热操作。折流挡板的作用是改善壳程换热，达到强化传热的目的。影响换热量的因素热流量，即单位时间内经过整个传热面所传递的热量，它与传热面积、传热推动力（热流体与冷流体的温度差）和传热系数三种因素成正比。列管式换热器3.蒸馏蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的差异，从而实现液体混合物各组分的分离的一种单元操作。蒸馏分离举例在容器中将苯和甲苯的混合溶液加热使之部分气化，由于苯的挥发性能比甲苯强（即苯的沸点比甲苯低），气化出来

6、的蒸气中苯的浓度要比原来液体的高。从容器中将蒸气抽出并使之冷凝，则可得到苯含量高的冷凝液。显然，残留液中苯的含量要比原来溶液低，即甲苯的含量要比原来溶液高。这样，溶液就得到初步的分离。间歇式精馏流程连续式精馏生产流程4.吸收利用气体在液体中溶解度的差异而分离气体混合物的操作称为吸收。填料式吸收塔不同类型的塔填料吸收操作的分离应用（1）气体混合物的分离（例如氨合成原料气中分离出二氧化碳等）；（2）气体净化（例如从烟道气中脱出二氧化硫）；（3）制取溶液（例如用硫酸吸收三氧化硫制发烟硫酸）。5.萃取利用混合物中的各个组分在溶剂中溶解度的不同，而达到分离的目的。用溶剂分离液体混合物中的组分

7、，称液-液萃取或溶剂萃取；用溶剂分离固体混合物中的组分，称固-液萃取或称浸取。萃取塔液-液萃取工艺流程单元操作方式的选择对于热敏性物质和挥发度十分接近物质的分离，可采用低于气化温度的膜分离方法、结晶方法进行操作。例如生物药品的分离和煤化工中萘的精制等等。对于空气中氮气的分离，采用变压吸附方法比压缩制冷分离方法更节约能源。第三节化学反应工程1、化学反应工程的任务和内容化学反应工程主要研究内容有两方面，一是对化学反应规律的研究，二是对反应器中传递规律的研究。2、化学反应的