Principles of Chemical Engineering

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1 Principles of Chemical Engineering
《化工原理》 Principles of Chemical Engineering 任课教师：杨雪峰 Prof. Dr. Yang Xuefeng

2 绪 论 Introduction

3 《化工原理》课程的任务 化学工程学科 热力学和反应工程 “化工原理”课程的内容 在什么条件下所期望的化学反应才能发生？
反应的速率将会是多大？ 不期望的反应（副反应）速率又会是多大？ 转化率为多少？ 通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？ 如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ 怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？

4 化工生产过程实例 湿法磷酸生产工艺流程 破碎 球磨 酸解反应 过滤 浓缩 精制 过滤 磷矿石 磷酸（化肥、饲料用） 硫酸 HF气体（回收）
加工成盐 破碎 球磨 酸解反应 过滤 浓缩 水 精制 洗液 过滤 磷酸（医药、食品用） 滤渣石膏

5 化工生产过程实例 柠檬酸生产工艺流程 粉碎 发酵反应 过滤 中和过滤 干燥 离心 结晶 浓缩 净化 酸解过滤 白薯干 石灰乳 CaCO3
菌体、残渣 废糖液 H2SO4 粗盐液 干燥 离心 结晶 浓缩 净化 酸解过滤 产品

6 化工生产过程实例 氨基比林生产工艺流程 甲基化 碱处理 配料 亚硝化 离心脱水 结晶 还原 吡唑酮 硫酸二甲酯 水 NaOH H2SO4
亚硝酸钠 甲基化 碱处理 配料 亚硝化 安替比林 硫酸安替比林 还原剂 液氨 硫酸 离心脱水 4－氨基安替比林晶体制氨基比林 结晶 还原 4－氨基安替比林母液制安乃近

7 化工生产过程实例 氨基比林生产工艺流程 溶解 氢化 脱色 压滤 气流干燥 洗涤脱水 成品结晶 4－氨基安替比林晶体 氢气 甲醛
触媒 吸附后的活性炭 活性炭 溶解 氢化 脱色 压滤 蒸馏水 气流干燥 氨基比林湿品 洗涤脱水 氨基比林成品 成品结晶 母液浓缩回收

8 化工生产装置实例

9 化工生产装置实例 甲醇回收装置

10 化工生产装置实例 大芳烃装置

11 化工生产装置实例 合成氨装置

12 化工生产装置实例 尿素装置

13 化工生产装置实例 天然气净化

14 化工单元操作（Unit operations）
流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备 过滤：液固混合物的分离 沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心） 搅拌：液液或液固体系的混合 颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触 气力输送：固体微粒的管道输送 加热冷却：增加或降低特定物质的温度 蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品 蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异） 吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度） 吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力） 萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金） 干燥：从固体产品中去除湿分 结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品

15 课程特点 —— 理论与经验相结合的工程研究方法
经验方法 相似准则：利用经验公式和实验曲线进行设计和工程放大 因次分析：得出无因次准数方程，利用实验数据确定参数 注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理，得到的结果带有局限性 ，不可任意推而广之。 理论方法 利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述（数学模型） 动量守恒：动量传递 质量守恒：质量传递 热量守恒：热量传递 “三传一反”中的“三传” —— 现象方程

16 以“三传”为物理内核的单元操作

17 工程问题的复杂性与“化工原理”半理论、半经验的方法特点
实际工程复杂问题 分析并抓住描述 过程物理本质的基本规律 对次要因素作出合理假设（简化） 通过实验或工程实践检验模型的可靠性 实验数据回归确定待定模型参数 建立数学模型 “传递过程”理论能够通过数学物理方程和动力学相似准则指明化工过程实验规划的策略、预测过程的结果或进行计算机模拟并且确定推广应用和放大设计的规则。 理论与经验是化工工程技术人员迈向成功的两条腿