化学工程基础Chapter1

FundmentalsofChemicalEngineering化学工程基础第一章化学工业与化学工程化学工业概述化工生产过程化学工程学实验室研究与化工生产本课程主要内容70万吨乙烯生产装置合成氨生产装置硫酸生产装置精馏生产装置1.1化学工业的地位化学工业支撑人类生产生活的各个方面从衣食住行到信息技术化学工业在国民经济中占有重要地位浙江化学工业总产值大约占工业总产值的15%化学工业也是绍兴市经济发展的支柱产业上虞的染料、新昌的制药1.2化学工业的发展世界化学工业发展概况无机有机高分子我国化学工业的发展，产量居世界前列的化工产品：第一：化肥、染料第二：纯碱、农药跨国经营与全球经济一体化重要跨国化工公司产值约占世界70％大型化工公司排名排名05/04公司名称总部所在国家化学业务销售额及占公司总额比例1/1道化学DOW美国463亿美元，100%2/2巴斯夫BASF德国436亿美元，82%3/4壳牌化学英国/荷兰350亿美元，11%4/5埃克森美孚化学美国312亿美元，12%5/6道达尔Total公司法国278亿美元，16%6/3杜邦DUPONT美国253亿美元，90%7/9中国石化212亿美元，21%8/8拜耳Bayer206亿美元，61%1.3化学工业分类按行业与产品划分p9表1-5精细化工与精细化学品特点：多品种、小批量、高附加值、技术密集--与通用化学品不同主要包括：农药、染料、化学药品、日用化学品、涂料等2.化工生产过程化工生产基本过程原料前处理化学反应后处理产品工艺流程：单元操作+化学反应装置流程：设备联接+物料运行以尿素制备为例2NH3(l)+CO2(g)NH2COONH4(l)放热NH2COONH4(l)CO(NH2)2+H2O吸热工艺流程装置流程2.化工生产与环境保护化学工业是环境污染大户p12废渣占全国排放总量的8%~10%废水占20%~30%废气占5%~7%污染控制与环境治理清洁生产、绿色化学与原子经济性绿色化学Greenchemistry绿色化学的基本概念--用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。--绿色化学的理想就是不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物、不再处理废物。原子经济性：原子水平上的原料充分利用例如：环氧乙烷的生产环氧乙烷的清洁生产工艺氯乙醇法直接氧化法3.化学工程学化学工程学Chemicalengineeringisbothanartandascience,usually,sciencedoesnotgiveacompleteanswer,itisnecessarytouseexperienceandjudgment.研究内容常用基本概念3.1化学工程学研究内容单元操作：基本概念、分类传递过程任何单元操作都是一个动量、热量或/和质量的传递过程，遵循这三种传递过程的基本规律化学反应工程：基本概念化工热力学、化工系统工程单元操作UnitoperationsTheindividualprocessesarevariousfordifferentproducts,buteachonecanbebrokendownintoaseriesofsteps,calledunitoperations.Theunitoperationshavecommontechniquesandarebasedonthesamescientificprinciples.Theunitoperationsarelargelyusedtoconductthephysicalstepsofpreparingthereactants,separatingandpurifyingtheproducts,recyclingunconvertedreactants,andcontrollingtheenergytransferintooroutofthechemicalreactor.化学反应工程ChemicalreactionengineeringThechemicalreactionisthecoreofchemicalproduction.研究工业反应器内各种传递因素对化学反应过程的影响，将传递过程的原理与化学动力学规律结合，总结出一些具有普遍意义的反应工程学规律Theobjectiveistochoose,sizeanddeterminetheoptimaloperatingconditionsforareactor,whosepurposeistoproduceagivensetofchemical.3.2常用基本概念BasicconceptsIdealgaslawPartialpressures物料衡算Materialbalances能量衡算Energybalances过程速率物料衡算Materialbalances质量守恒ConservationofmassThematerialsenteringanyprocesseitheraccumulateorleavetheprocess.Therecanbeneitherlossnorgain.定常态下Atsteadystatus输入物料量input=输出物料量output用途Applications能量衡算Energybalances能量守恒ConservationofmassInput=Output+Accumulation考虑化学反应输入能量+反应热=输出能量+系统中累积能量对于定常态输入能量+反应热=输出能量用途过程速率表示化工过程进行的快慢过程速率=过程推动力/过程阻力例如：对于传热过程，温度差是推动力，材料导热性影响过程阻力用途：确定装置和设备的生产能力4.实验室研究与化工生产实验室研究与化工生产的差别化工技术开发的基本过程本课程主要学习内容单元操作与传递过程--流体流动与输送（第二章）--传热过程（第三章）--传质过程（第四章）--吸收（第五章）--精馏（第六章）化学反应过程--化学反应工程学基本原理（第八章）--均相反应过程（第九章）--气-固相催化反应过程（第十章）参考书林爱光，化学工程基础，清华大学出版社，1999陈敏恒等（华东理工），化工原理（二版）（上册1999，下册2000），化学工业出版社丛德滋等（华东理工），化工原理详解与应用，2002，化学工业出版社McCabeetal,Unitoperationsofchemicalengineering.(sixthedition),2001,McGraw-HillInternational