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化工基础知识学习课件ppt

2019-09-04 18:08 来源: 震仪

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  化工基础知识 学习内容 化学工业概述 化工生产概述 单位制和单位换算 第一章 化学工业概述 三、化工原料及选择原则 第二章、化工生产概述 2.1 化工生产的特点 2.2 化工生产过程 2.3 单元操作和单元反应 2.4 两个重要的基本定律 2.5 化工生产基础知识的主要内容 2.1 化工生产的特点 1、生产过程连续性和间接性:空间连续、时间连续 ;操作一般都不和物料直接接触。 2、生产技术的复杂性和严密性:工艺流程复杂;化学反应对反应条件要求非常严格,每种产品都有一套严密的工艺规程。 3、原料、产品和工艺的多样性:不同原料制造同一产品;同一原料制造不同产品;化工产品一般都有两种以上的生产工艺。 4、安全生产的极端重要性:高温、高压、真空、深冷 ;物料易燃、易爆、有毒。 2.2 化工生产过程 任何化工生产过程都可以分解和归纳为两类过程,即化学反应过程和物理处理过程,这也就是核心部分和辅助部分两大部分。化学反应过程的结果是物质发生变化,物理处理过程的结果是物质发生物理变化。 物理变化:只改变物质的外部状态和形状,而没有改变物质的组成,更没有新物质产生,这种变化称作物理变化。如物质的顔色、形态等的变化。 化学变化:由一种物质生产新物质的变化称作化学变化,如铁氧化后生成铁锈;炭燃烧后生成二氧化碳等。 化工生产过程:有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化,以获得产品的工业过程,称为化工生产过程,也称化工生产。 预处理→核心处理→后处理 (反 应) 核心部分:化学反应过程及其设备(反应器)是整个化工生产过程的核心。 前处理过程:又称预处理过程,在进行化学反应之前,对原料进行各种预处理,以便为反应过程创造最适宜的工艺条件,如适宜的物料状态、纯度以及它应具有的温度、压强等。 后处理过程:化学反应后,对产物或中间产物需要进行必要的后处理,以便获得合格的最终产品或中间产物。 2.3 单元操作和单元反应 定义 具有物理变化特点的基本加工过程称为单元操作(也叫物理过程); 具有化学变化特点的基本加工过程称为单元反应(也叫单元过程或化学过程)。 任何一个化工生产过程都是由若干个单元操作经过合理地组合,再与化学反应串联而成。 2)单元操作的特点: ①单元操作都是纯物理性操作,这些操作只改变物料的状态或物理性质,并不改变物料的化学性质; ②单元操作都是化工生产过程中共有的操作。单元操作广泛的应用于石油、化工、轻工、冶金、动力及原子能等多种行业中。 ③某单元操作作用于不同的化工生产过程,其遵循的原理是相同的,进行该操作的设备也是相似的、通用的。 单元操作类型: (1)流体流动过程的单元操作 遵循流体动力学规律进行的操作过程,如液体输送、气体输送、气体压缩、过滤、沉降等。 (2)热量传递过程的单元操作 遵循热量传递规律进行的操作过程,也叫传热过程,如传热、蒸发等。 (3)质量传递过程的单元操作 物质从一个相转移到另一个相的操作过程,也叫传质过程,如蒸馏、吸收、萃取等。 (4)热力过程的单元操作 遵循热力学原理进行的单元操作,如冷冻等。 (5)机械过程的单元操作 依靠机械加工或机械输送进行的单元操作,如粉碎、固体输送等。 2.4 两个重要的基本定律 1、物质守恒定律:化学反应过程中,只是由一些物质变化成为另一些物质,但在变化前后物质的量是相等的 。 W原=W产+W损 2、能量守恒定律:能量转化过程中,能量只能相互转化,而不能自生自灭,只能从一种形式转化成另一种形式。 Q入=Q出+Q损 2.5 化工生产基础知识的主要内容 (1)化工原理(三传)主要内容 (2)化学反应工程(一反)部分内容 (3)化工工艺学(一工)部分内容 化工原理(三传)主要内容: (1)动量传递过程:主要讨论流体动力学过程的基本规律,即研究流体的流动及流体和与之接触的固体壁面间发生相对运动时的基本规律,以及受这些规律支配的若干单元操作,如:流体的流动与输送、沉降、过滤等。 (2)热量传递过程:主要讨论热量传递过程的基本规律,以及受这些规律支配的若干单元操作,如:加热、冷却、蒸发等。 (3)质量传递过程:主要讨论物质通过相界面的迁移过程的基本规律,以及受这些规律支配的若干单元操作,如:液体的蒸馏、气体的吸收、固体的干燥等。 化学反应工程(一反)部分内容: 化学反应工程是以化学动力学、化学热力学以及“三传”的原理为基础,研究工业规模的化学反应的规律,为反应器的设计、放大、选型及生产控制提供理论依据。化学反应器是化工生产中用于进行化学反应的设备,是整个生产过程的心脏 化工工艺学(一工)部分内容: 化工工艺学是研究如何利用天然原料或半成品通过适当的化学和物理的方法加工成化工产品的生产过程的学科。它的任务是依据化学、物理化学、化学工程原理,寻求技术上先进、经济上合理的生产方法、工艺流程、最佳操作条件和适宜的设备构型。 第三章 单位制和单位换算 3.1 单位制 3.2 SI的优越性 3.3 目前我国使用的单位制 2.1 单位制 相关概念: 基本量:任何单位制的建立,都是首先选择几个独立的物理量,如长度、时间、质量等,并以使用方便为原则规定出它们的单位,这些物理量称为基本物理量,简称基本量,其单位称为基本单位; 导出量:其它的物理量,如速度、加速度等的单位则根据有关的物理定义或定律,通过乘、除、微分或积分等数学运算,由有关的基本单位推导而出,这些物理量称为导出量,对应的单位称为导出单位。 (1)、 过去常用的单位制: 英国: SI 基本单位定义 米(长度单位): 1. 1790年5月由法国科学家组成的特别委员会,建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位——米 2. 1960年第十一届国际计量大会:“米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在线月在巴黎召开的第十七届国际计量大会:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在线)] SI 基本单位定义 千克(质量单位): 国际千克原器的质量,1000立方厘米的纯水在4℃时的质量。[第1届国际计量大会(1889)和第3届国际计量大会(1901)] 秒(时间单位): 铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。[第13届国际计量大会(1967),决议1] SI 基本单位定义 安培(电流单位): 安培是一恒定电流,若保持在处于线米的两无限长,而圆截面可忽略的平行直导线内,则两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿。该定义在1948年第九届国际计量大会上得到批准,1960年第十一届国际计量大会上,安培被正式采用为国际单位制的基本单位之一。 安培是为纪念法国物理学家A.-M.安培而命名的。[国际计量委员会(1946)决议2。第9届国际计量大会(1948)批准] SI 基本单位定义 开尔文(热力学温度): 开尔文英文是 Kelvin,简称开,国际代号K,热力学温度的单位。开尔文是国际单位制(SI)中7个基本单位之一,以绝对零度(0K)为最低温度,规定水的三相点的温度为 273.16K,1K等于水三相点温度的1/273.16。热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是T=t+273.15,因为水的冰点温度近似等于 273.15K,并规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度(℃)完全相同。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。[第13届国际计量大会(1967),决议4] SI 基本单位定义 摩尔(物质的量): 是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元(原子、分子、离子、电子及其他粒子,或这些粒子的特定组合)数与0.012 kg碳-12的原子数目相等。[第14届国际计量大会(1971),决议3] SI 基本单位定义 坎德拉(发光强度单位): 是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为540×1012 Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为(1/683)W/sr。[第16届国际计量大会(1979),决议3] 2.2 SI的优越性 (1)通用性:SI具有高度的通用性或者统一性。它包括了所有领域中的计量单位,从而使科学技术、工业生产、经济贸易甚至日常生活等都只使用SI一种单位制。 (2)一贯性: 使用SI在导出单位时,不需引入比例系数,而且SI中任何一个物理量只有一个单位。 热、功、能是本质相同的物理量,计算或比较时由于单位不同必须采用“热功当量”进行换算:1kcal=427kgf.m, 1kcal=4.18kJ。在SI中,既然三者本质相同,则其单位统一,统一使用kJ为单位,这样使得计算或比较非常方便。 2.3 目前我国使用的单位制 英制单位: 质量: “磅” 1 b = 0.4536 kg 长度: “英尺” 1 ft = 0.3048 m 中国: 我国几种旧单位制的基本量和基本单位 kgf (千克力) s (秒) —— m (米) 米·千克力·秒制 (工程制、MKfS) —— s (秒) kg (千克) m (米) 米·千克·秒制 (公制、MKS) —— s (秒) g (克) cm (厘米) 厘米·克·秒制 (物理单位制、CGS) 力 时 间 质 量 长 度 单位制 基本量 (2)国际单位制: 在1960年10月的第11届国际计量大会上通过了一种新的单位制度,称为国际单位制度,代号为 “SI”,也称为 SI单位制。SI 单位制是目前国际上最先进的一种单位制,被许多国家广泛使用。我国的法定计量单位也是以 SI单位制为基础的。 国际单位制的构成: 国际单位制 (SI) SI 单位 SI 单位的十进倍数和分数单位 SI 基本单位 SI 导出单位 SI 词头 SI 辅助单位 SI 基本单位和辅助单位 s second 秒 时 间 A Ampere 安 [培] 电 流 K Kelvin 开 [尔文] 热力学温度 Cd Candela 坎 [德拉] 发光强度 mol mole 摩 [尔] 物质的量 rad radian 弧 度 平 面 角 辅助单位 sr kg m 国际符号 steradian 球 面 角 立 体 角 kilogram 千克 (公斤) 质 量 (1) 圆括号中的名称与前面的名称是同义词; (2)去掉方括号后为全称,去掉方括号和其中的字后为简称。 metre 米 长 度 基 本单位 备 注 单 位 名 称 量的名称 化工中常用的SI 导出单位举例 用SI 基本单位表示的单位 单位符号 单 位 名 称 量的名称 kg/(m·s2) kg·m/s2 mol/m3 kg/m3 m/s m3 m2 m/s 米每秒 速 度 kg/m3 千克每立方米 密 度 mol/m3 摩尔每立方米 浓 度 N 牛[顿] 力 Pa (=N/m2) 帕 [斯卡] 压强,应力 m3 立方米 体 积 m2 平方米 面 积 化工中常用的SI 导出单位 用SI 基本单位表示的单位 单位符号 单 位 名 称 量的名称 kg/(s3·K) kg·m/(s3·K) kg·m2/(s2·K) m2/s kg/(m·s) kg·m2/s3 kg·m2/s2 Pa·s 帕 [斯卡]秒 粘 度 m2/s 平方米/秒 扩散系数 J/K 焦 [耳]每开[尔文] 热容,熵 W/(m·K) 瓦 [特]每米开[尔文] 导热系数 W/(m2·K) 瓦 [特]每平方米开[尔文] 传热系数 W (=J/s) 瓦 [特] 功 率 J (=N·m) 焦 [耳] 能,功,热量 SI 词头 E 艾 [可萨] 1018 词头符号 词头名称 表示的因数 G 吉 [咖] 109 M 兆 106 k 千 103 h 百 102 da 十 101 T 太 [拉] 1012 P 拍 [它] 1015 d 分 10-1 词头符号 词头名称 表示的因数 μ 微 10-6 n 纳 [诺] 10-9 P 皮 [可] 10-12 f 飞 [母托] 10-15 a 阿 [托] 10-18 m 毫 10-3 c 厘 10-2 SI 单位的十进倍数和分数单位: 把 SI 词头加在 SI单位前就构成了 SI单位的十进倍数和分数单位。 如,压强单位 MPa,力的单位 kN。 原则: 词头不可重叠使用 m m (毫微米) μ n m (纳米):10-9m 计量单位和 SI 词头使用方法要点: 由 SI 基本单位相除构成的单位,若分母中有两个以上的单位符号时,要给分母加上圆括号,避免混淆。 如,传热系数单位: W/(m2·K) 计量单位和 SI 词头使用方法要点: 2. 由 SI 基本单位通过乘或除构成的组合单位,在使用 SI 词头时,词头应加在整个单位之前,分母一般不用词头。 如,摩尔内能单位: kJ/mol 而不用 J /(m·mol) 1L=10-3m3 L,(l) 升 体积 1u≈1.6605655×10-27kg u 原子质量单位 1t=103kg t 吨 质量 1r/min=(1/60)s-1 r/min 转每分 旋转角度 1°=60(π/180)rad (°) 度 1=60(π/108000)rad () 分 1=(π/648000)rad () 秒 平面角 1d=24h=86400s d 天(日) 1h=60min=3600s h 小时 1min=60s min 分 时间 换算关系 单位符号 单位名称 量的名称 国家选定的非国际单位制单位: * * 一、 化学工业的重要性及其发展 二、 化学工业范畴及分类 三、 化学工业原料及选择原则 四、 化学工业的特点 化学工业: 一、 化学工业的重要性及其发展 化学工业是将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应,使其性质或形态产生变化,定向加工成对国民经济发展和人民生活水平改善有价值的化学产品的工业。 其重要性可归纳为: (1)为农业提供化肥、农药、塑料薄膜等农用生产资料; (2)为轻纺、建材、冶金、国防、军工以及其他工业提供各种配套原材料; (3)为微电子、信息、生物、航天技术等高技术产业提供新型化工材料和新产品; (4)为人们的衣、食、住、行提供各种化工产品。 一、 化学工业的重要性及其发展 1、化学工业的分类: 美国: 按照美国标准工业分类手册(SIC)确定的分类法: 化学工业包括:生产基本化工产品的企业 以化学方法为主进行产品加工的企业 中国: 化学工业包括: 二、 化学工业范畴及分类 分为25类 或通用化学品及 精细化学品. 化学品: 基本化学工业 化肥工业 石油化学工业 精细化学工业 其他化学工业 磷酸、碳酸钾、小苏打、无水硫酸钠、氰化钠、硫酸铝、硝酸钠、氯化锌、轻质碳酸钙、过氧化氫、沉淀硫酸钡等 无机盐 敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等 化学农药 顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等 合成橡胶 酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等 热固性塑料和工程塑料 硫化染料、直接染料、酸性染料、活性染料、碱性染料、还原燃料、分散染料、冰染染料、阳离子染料等 染 料 可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、双氰胺、硫脲等工业的原料 电 石 氮肥(硫酸铵、硝酸铵、尿素、氯化铵、碳酸氫铵、氨水、石灰氮等)、磷肥(普通过磷酸钙、钙镁磷肥等)、钾肥 化 肥 硫酸、烧碱、纯碱 酸、碱 磷矿、硫矿、硼矿、矾矿和石灰石矿等 化学矿山 主 要 产 品 或 用 途 化 工 行 业 2 主要化工行业及其相关产品 2.主要化工行业及其相关产品 防老剂、促进剂 橡胶加工助剂 脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、涂布胶粘剂、分散剂等 造纸化学品 轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等 橡胶加工 磁带、磁盘等 磁性记忆材料 电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等 感光材料 阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型等 表面活性剂 邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、氯化石蜡、磷酸酯等 增塑剂 天然树脂漆、酚醛树脂漆、醇酸树脂漆、氨基树脂漆、过氯乙烯漆、聚酯漆、聚氨酯漆、硝基漆、有机硅漆等 涂 料 主 要 产 品 化 工 行 业 1.化学工业原料 按来源划分: 无机材料和有机材料 无机材料主要有: 空气、水和化学矿物 有机材料主要有: 煤、石油、天然气和生物质 2.选择原则 在选择原料路线和技术线路时应当全面地权衡技术、经济、社会和环保等方面的利弊。 1.原料的品位、供应量 2.经济性 3.原料资源的综合利用 四、 化学工业的特点 (1)、化学工业是独特的,不可取代的工业部门; (2)、化工产品品种繁多,工艺复杂; (3)、化学工业是装置型工业,具有规模经济性; (4)、化学工业是资金密集,技术密集的工业部门; (5)、化学工业是能源消耗的大户; (6)、化学工业是易污染、重污染的工业部门 思考题 化学工业出版社 1、什么叫化学工业? 2、我们公司属于化学工业的什么类别? 3、我们公司所用的化工原料有哪些? 4、化工原料的选择原则是什么? 5、我们公司有哪些化学工业特点? 原料 (1) 预处理 (2) 反 应 (3) 后处理 产品 基本化工生产过程 化工生产过程定义 例如: 可见,一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。 苯的生产: 原料油(甲苯、二甲苯)、H2→输送→加热→反应器→减压蒸馏塔→精馏→苯(99.992~99.999%) 甲醇的生产: 合成气(CO,H2,CO2)→输送→管式反应器→粗甲醇→冷却→精馏→精甲醇(99.85~99.95%) 化工生产过程 化学反应过程 物理处理过程 化工生产的核心 原料的预处理 产品的加工 (单元操作) 3)单元操作的分类: (1)按操作目的分: 流体输送: 物料的混合: 气体和液体的输送 主要指通过搅拌达到物料混合 或分散的目的 物料的加热或冷却: 利用物料和环境之间的 温度差输入或输出热量 均相混合物的分离: 气体吸收、液体蒸馏、萃取等 非均相混合物的分离: 过滤和沉降 (2)按单元操作遵循的基本规律分: 动量传递过程: 热量传递过程: 遵循流体力学基本规律的单元操作: 流体输送、沉降、过滤和离心分离等 遵循热交换基本规律的单元操作: 如传热、蒸发等 质量传递过程: 遵循通过扩散,从一相转移到另一相的过程: 吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等 思考题 化学工业出版社 1、我们公司化工生产的主要特点有哪些? 2、什么叫化工生产?主要包括哪些过程? 3、单元操作是什么变化? 4、化工生产遵循的两个重要定律是什么? 5、“三传一反”指的是什么? 6、举例说明我公司有哪些单元操作?

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