化工原理 绪论.pdf

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1、UnitOperationsofChemicalengggineering——流体力学与传热FluidMechanicsandHeatFluidMechanicsandHeatTransfer2012/11/2412012/11/2425WarrenLMcCabeJulianCSmith5.WarrenL.McCabe,JulianC.Smith,PeterHarriott,UnitOperationsofChemicalengineeringMcGrawChemicalengineering,McGraw-HillPress

2、,2001(sixthEdition)2012/11/243一. 化工生产过程与单元操作1、化工生产过程：对物质进行大规模的物理或化学加工过程称为化学工业生产过程，简称化工过程。为了认识化工生产过程的共性和特征，分别分析讨论典型的有机化工产品——聚苯乙烯和典型的无机化工产品——合成氨的化工过程。酒精和苯为原料生产聚苯乙烯化工工程：2012/11/244苯分烃聚酒一高离子分化分脱合精级度心干内离反离氢反汽分分分燥脱器应器炉应产化离离离水器釜品2012/11/245液态酒精经过汽化后，进入反应器，发生分子内脱水，生成乙烯，

3、从反应后的混合物中分离出乙烯，并与苯一道送入烃化反应器，在催化剂作用下发生烷烃化反应生成乙苯，然后从反应后的混合物中提纯乙苯，并送入脱氢反应器，在脱氢催化剂作用下乙苯脱氢生成苯乙烯和其他副产物，为了得到高纯度苯乙烯单体，需要对脱氢后的混合液进行高度分离,得到含量为9999%99.99%精苯乙烯，并送入聚合反应釜，在引发剂作用下聚合生成聚苯乙烯，经过熟化后，将聚苯乙烯颗粒与悬浮介质分离并经过干燥后得到产品。2012/11/246煤脱铜造洗脱变碳合分加洗水蒸气涤硫换吸成离产压精气炉器器炉收塔器品制器空气合成氨生产过程2012/11/

4、247煤、空气和水蒸气在造气炉中反应，生成水煤气，水煤气中含有大量碳粒，需进入洗涤器除尘，为防止水煤气中HS对后继设备的腐蚀和2催化剂的中毒，水煤气需经过脱硫，为除去水煤气中碳氧化物，需将其中的CO变化成CO，2然后通过吸收脱碳，得到基本合符氨合成化学反应配比所要求的原料气，并经过加压以满足合成压力的要求，为防止原料气中残留微量的CO对合成催化剂的中毒，需将原料气与铜氨液(Cu(NH)Ac2)反应，最后得到合格的原料气进入合成塔发生合成反应生成氨，从反应后的混合物中分离出产品——氨。2012/11/248从这两个例子可以看出

5、：用不同原料生产不同产品的化工过程相差很大，但都是由若干个简单过程按一定的顺序和方式组合而成的。这些简单过程可以分为两类：物理过程（如输送、分离、干燥、汽化、加压等）和化学过程（脱水、聚合、造气、脱硫、变换、合成等），对这两类过程的内在规律，设备的构造、设计、操作、控制以及全过程的开发与优化研究就形成了化学工程这门科学。而《化化原工原理》是这门科学的一个分支，它只研究化工过程中的物理操作过程。2012/11/2491．化过的史化工过程的历史使命使命化学工艺是一门很古老的技艺（冶金、造纸(公元初东汉）、火药公元960宋朝、酿造

6、…)，而《化学工程》作为一门系统的科学，其历史只有一百多年。这是因为最初的化工生产规模较小，生产过程不很复杂，技术要求不高，因此只凭工艺技师和熟练工人的经验就可以组织并进行生产。2012/11/2410十八世纪中期工业革命兴起，机器的出现是工业革命的起点，机械化首先在投资少，见效快的轻纺工业得到应用。纺织机械化使纺织品大幅度提高，传统的漂白，染色工艺远不能适应其发展的需要。那时英国用类似酸牛奶一样的有机酸和海藻烧制的草木灰作为酸碱用于漂白和染色。显然不能满足纺织机械化的需要。这迫使人们将实验室制取少量硫酸的方法进行改革，放大、

7、转变成工业生产，同时开发出利用食盐和硫酸为原料制备纯碱的方法，以满足纺织、造纸、肥皂、玻璃等工业对酸碱的需要。2012/11/2411工业革命带来的是大量机器的制造，增加了对金属材料，特别是钢铁的需要。推动了冶炼业的发展。在冶炼中所用大量的焦碳是由煤炼焦得到的，炼焦过程产生大量“黑色油状液体”，当时人们对“黑色油状液体”缺乏认识，而作为废物弃置，造成严重的污染环境，在英国等欧洲国家引起公害，同时造成很大的浪费。（19世纪英国先后爆发4次霍乱：保尔·芒图.十八世纪产业革命.北京：商务印书馆，1983）这就迫使当时的化学家们对“黑

8、色油状液体”进行分析、处理，加以利用。2012/11/2412化学家们克服重重阻力，先从先后从“黑色油状液体”——煤焦油中分离出苯、甲苯、酚、萘、蒽等多种芳香烃化合物，为合成染料、医药品提供了原料，大大推动了染料、医药工业的发展。无机化学工业和有机化学工业规