赵立伟-化学工程课件

化学工程课件欢迎来到化学工程课件！本课件旨在全面介绍化学工程的基本概念、原理、方法及其在工业中的应用通过学习本课件，您将了解化学工程的定义、主要分支、发展历程，掌握物质传递、能量传递、动量传递的基本规律，并能够运用这些知识解决实际工程问题让我们一起开启化学工程的学习之旅！绪论课程介绍学习方法本课程是化学工程专业的基础课程，涵盖化学工程的核心概念和本课程注重理论与实践相结合，通过课堂讲解、案例分析、实验原理通过本课程的学习，学生将掌握化学工程的基本知识，为操作等多种方式，帮助学生深入理解化学工程的原理和应用同后续专业课程的学习打下坚实的基础时，鼓励学生积极参与讨论，自主学习，提高解决问题的能力化学工程概述定义与范畴核心任务12化学工程是研究化学工业及其化学工程的核心任务是实现化他过程工业生产中所进行的化学反应或物理过程的工业化学过程和物理过程共同规律的这包括开发新的化学工艺、设一门工程学科它涉及化学、计高效的生产设备、优化生产物理、数学、工程学等多个学过程、提高产品质量、降低生科的交叉融合产成本等重要性3化学工程在国民经济中占据重要地位它为石油化工、能源、材料、医药、食品、环保等领域提供关键技术和设备，是现代工业发展的重要支柱化学工程的定义广义定义狭义定义化学工程是应用数学、物理、化化学工程是研究如何将实验室中学和工程原理，对化学工业和其的化学反应转化为工业生产过他过程工业中的化学过程和物理程，并实现其经济、安全、环保过程进行研究、开发、设计、优运行的一门工程学科化、控制和管理的一门工程学科核心要素化学工程的核心要素包括化学反应、物理过程、传递现象、单元操作、过程系统工程等化学工程的主要分支化学反应工程传递现象分离工程研究化学反应速率、反研究动量、能量、质量研究混合物分离的方法应机理、反应器设计传递的规律，为单元操和技术，包括蒸馏、吸等，旨在实现化学反应作和过程设备的设计提收、提取、吸附、膜分的高效、选择性进行供理论基础离等过程控制工程研究过程控制的方法和技术，旨在实现过程的稳定、优化运行化学工程的发展历程萌芽阶段119世纪末，随着化学工业的发展，出现了对化学过程进行工程化设计的需求，化学工程开始萌芽形成阶段220世纪初，单元操作概念的提出，标志着化学工程的正式形成美国麻省理工学院设立了世界上第一个化学工程系发展阶段320世纪中叶，传递现象理论的建立，丰富了化学工程的理论基础石油化工的蓬勃发展，推动了化学工程的快速发展现代阶段420世纪末至今，过程系统工程、生物化工、纳米技术等新兴领域的发展，为化学工程注入了新的活力化学工程在工业中的应用石油化工能源工业材料工业医药工业石油炼制、石油化工产品的生煤化工、天然气化工、新能源高分子材料、无机材料、复合药物合成、生物制药、医药中产，如乙烯、丙烯、苯、甲苯的开发和利用，如煤制油、煤材料的生产，如塑料、橡胶、间体的生产，如抗生素、维生等制烯烃、生物燃料等纤维、陶瓷、金属材料等素、疫苗等化学工程的基本概念物料平衡1能量平衡24化学反应传递现象3化学工程的基本概念包括物料平衡、能量平衡、传递现象和化学反应物料平衡是指进入和离开系统的物料量之间的关系；能量平衡是指进入和离开系统的能量量之间的关系；传递现象是指动量、热量和质量的传递过程；化学反应是指物质发生化学变化的反应过程这些基本概念是化学工程分析和设计的基础科学与工程工程1应用科学2基础科学3科学与工程是相互依存、相互促进的关系基础科学是工程的理论基础，应用科学是基础科学向工程转化的桥梁，工程是科学的应用和发展化学工程是工程学科的重要组成部分，它以化学、物理、数学等基础科学为基础，通过应用科学的研究，解决实际工程问题，推动工业的发展单位与量纲单位量纲单位是用于衡量物理量的标准常用的单位有国际单位制（SI）量纲是物理量的基本属性，表示物理量与基本物理量之间的关和英制单位在化学工程中，需要熟练掌握各种单位的换算关系量纲分析是解决工程问题的重要方法，可以用于检验公式的系正确性、推导经验公式等物质的状态固态固态物质具有固定的形状和体积，分子间作用力强，分子运动能力弱液态液态物质具有固定的体积，但形状不固定，分子间作用力较弱，分子运动能力较强气态气态物质没有固定的形状和体积，分子间作用力极弱，分子运动能力极强等离子态等离子态是高温下气体电离形成的状态，具有导电性，广泛应用于能源、材料等领域物质的状态及其转变熔化固态转变为液态的过程汽化液态转变为气态的过程升华固态直接转变为气态的过程凝固液态转变为固态的过程液化气态转变为液态的过程凝华气态直接转变为固态的过程气体理想气体实际气体理想气体是指分子间作用力为零，分子本身不占体积的气体理实际气体是指分子间存在作用力，分子本身占有体积的气体实想气体状态方程PV=nRT际气体的状态方程需要考虑分子间作用力和分子体积的影响，如范德华方程液体液体性质液体分类12液体具有一定的流动性、表面液体可以分为牛顿液体和非牛张力、粘度等性质顿液体牛顿液体是指粘度不随剪切速率变化而变化的液体；非牛顿液体是指粘度随剪切速率变化而变化的液体液体应用3液体广泛应用于化学反应、分离、传热等过程固体晶体非晶体高分子晶体是指原子、离子或非晶体是指原子、离子高分子是指由许多小分分子按照一定的规律排或分子排列不规则的固子（单体）通过共价键列形成的固体，具有规体，没有规则的几何形连接而成的大分子，具则的几何形状状有独特的物理化学性质溶液定义1溶液是由两种或多种物质组成的均匀混合物组成2溶液由溶剂和溶质组成溶剂是溶解其他物质的物质，溶质是被溶解的物质性质3溶液具有一定的浓度、溶解度、渗透压等性质应用4溶液广泛应用于化学反应、分离、分析等过程溶液的浓度表示质量分数摩尔分数摩尔浓度质量摩尔浓度溶质质量占溶液质量的百分溶质摩尔数占溶液总摩尔数溶质摩尔数占溶液体积的比溶质摩尔数占溶剂质量的比比的百分比值值物质传递对流21扩散传质3物质传递是指物质从一个地方移动到另一个地方的过程物质传递包括扩散、对流和传质扩散是指由于浓度梯度引起的物质移动；对流是指由于流体流动引起的物质移动；传质是指物质在不同相之间传递的过程物质传递是单元操作和过程设计的基础扩散菲克定律扩散系数菲克定律描述了扩散速率与浓度梯度之间的关系扩散速率与浓扩散系数是衡量物质扩散能力的参数，与温度、压力、物质性质度梯度成正比，与扩散面积成正比，与扩散系数成正比等因素有关吸收定义分类12吸收是指气体混合物中的某些吸收可以分为物理吸收和化学组分溶解到液体吸收剂中的过吸收物理吸收是指气体组分程溶解到液体吸收剂中，不发生化学反应；化学吸收是指气体组分溶解到液体吸收剂中，发生化学反应应用3吸收广泛应用于气体净化、气体分离等过程蒸馏定义分类应用蒸馏是指利用液体混合蒸馏可以分为简单蒸蒸馏广泛应用于石油炼物中各组分沸点不同，馏、精馏、萃取蒸馏、制、化工产品分离等过通过汽化和冷凝分离液共沸蒸馏等程体混合物的过程提取定义1提取是指利用溶剂选择性溶解混合物中某些组分，从而将这些组分从混合物中分离出来的过程分类2提取可以分为液液提取、固液提取、超临界流体提取等应用3提取广泛应用于天然产物提取、化工产品分离等过程干燥定义干燥是指利用热能将湿物料中的水分汽化并移除的过程分类干燥可以分为直接干燥、间接干燥、冷冻干燥等应用干燥广泛应用于食品、医药、化工等领域能量传递对流21传导辐射3能量传递是指热能从一个地方传递到另一个地方的过程能量传递包括传导、对流和辐射传导是指由于温度梯度引起的能量传递；对流是指由于流体流动引起的能量传递；辐射是指物体以电磁波的形式传递能量的过程能量传递是单元操作和过程设计的基础传热方式热传导热对流热辐射热传导是指物体内部或相互接触的不同热对流是指由于流体的宏观运动引起的热辐射是指物体以电磁波的形式向外辐物体之间，由于温度差引起的热能传递热能传递现象射能量的现象现象传热定律傅里叶定律牛顿冷却定律12描述了热传导的规律，热流量描述了对流换热的规律，对流与温度梯度成正比换热速率与温差成正比斯忒藩玻尔兹曼定律3-描述了辐射换热的规律，辐射强度与温度的四次方成正比热交换设备管壳式换热器板式换热器空冷器应用广泛，结构简单，传热效率高，结构紧利用空气冷却，适用于易于制造和维护凑，但易堵塞缺水地区动量传递定义1动量传递是指流体内部或流体与固体之间，由于速度差引起的动量传递现象分类2动量传递可以分为粘性流动和湍流应用3动量传递是流体输送、搅拌、分离等过程的基础流体流动层流流体分层流动，各层之间没有混合湍流流体流动紊乱，各层之间有剧烈混合雷诺数判断流体流动状态的参数，雷诺数小为层流，雷诺数大为湍流静力学压力1压强2静压3静力学是研究静止流体受力情况的学科压力、压强和静压是静力学的基本概念压力是指流体作用在单位面积上的力；压强是指单位面积上所受的压力；静压是指静止流体内部的压力动力学伯努利方程动量方程描述了理想流体在稳定流动时的能量守恒关系描述了流体在流动过程中动量的变化规律单元操作定义重要性分类123单元操作是指化工生产中基本的物单元操作是化工过程的基础，所有单元操作可以分为流体输送、传理过程，如流体输送、传热、传复杂的化工过程都可以分解为若干热、传质、分离、反应等质、分离等个单元操作的组合物料平衡定义定律应用物料平衡是指进入和离物料平衡遵循质量守恒物料平衡是化工过程设开系统的物料量之间的定律，即进入系统的物计、优化、控制的基关系料量等于离开系统的物础料量加上系统内物料的积累量能量平衡定义1能量平衡是指进入和离开系统的能量量之间的关系定律2能量平衡遵循能量守恒定律，即进入系统的能量量等于离开系统的能量量加上系统内能量的积累量应用3能量平衡是化工过程设计、优化、控制的基础反应动力学反应速率反应机理速率方程表示化学反应进行的快慢程度描述化学反应发生的步骤和路径描述反应速率与反应物浓度之间的关系反应器设计结构21类型参数3反应器设计是化学工程的重要组成部分，包括反应器的类型选择、结构设计和参数优化反应器类型选择需要考虑反应的特点、物料性质、操作条件等因素；结构设计需要考虑反应器的传热、传质、混合等性能；参数优化需要考虑反应速率、转化率、选择性等指标过程控制控制系统控制策略过程控制是指通过自动控制系统，使化工过程保持在最佳状态控制策略包括反馈控制、前馈控制、串级控制等控制系统包括传感器、控制器、执行器等工艺过程设计流程模拟设备选型经济分析123利用计算机软件对化工过程进行模根据过程的需要，选择合适的设对工艺过程进行经济分析，评估过拟，分析过程的性能，优化过程参备，如反应器、换热器、分离器程的投资成本、运行成本、收益数等等安全与环保安全环保可持续发展化工生产具有一定的危化工生产会对环境产生化工生产需要注重可持险性，需要采取必要的一定的影响，需要采取续发展，采用清洁生产安全措施，防止事故发必要的环保措施，减少技术，节约资源，保护生污染物排放环境结论与展望总结展望化学工程是现代工业的重要支柱，在国民经济中占据重要地随着科技的不断发展，化学工程将面临新的机遇和挑战未位通过本课件的学习，您已经了解了化学工程的基本概来化学工程将更加注重可持续发展、智能化、绿色化，为人念、原理、方法及其在工业中的应用类创造更加美好的生活。