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化
工
原
绪
论
理
化学与材料工程学院 姚方
一.《化工原理》的性质、内容及任务
１、化工生产过程
用化工手段将原料加工成产品的生产
过程，称为化工生产过程。
例1：聚氯乙烯生产
聚氯乙烯 PVC的性状 ：
PVC树脂是氯乙烯单体经聚合制得的一类热
塑性高分子聚合物，分子式为:[ CH2—CHCl ]n ，
其中n表示聚合度，一般n=590～1500
外观为微黄色半透明状树脂颗粒，有光泽，
不溶于水。随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙
烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于
低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现
白化现象。
• 由于在一定温度下抗酸性强，常用于低温
常压下作硫酸等酸性物质的化工管道、贮
槽、农用薄膜。因其密度较高，耐电击穿，
较耐老化，来源广，也常作为低压电缆护
套。此外常见制品：板材、管材、鞋底、
玩具、门窗、文具等
工业上制备氯乙烯的方法主要有：乙
炔法、联合法、乙烯氧氯化法、乙烯平衡
氧氯化法等。
以乙炔法为例，生产过程分三个工段：
１．乙炔的制作
２．氯乙烯的合成
３． 聚合
１.乙炔的制作:桶装或袋装电石经过破碎机
破碎后，由皮带机送到电石大贮斗内，再
从电石大贮斗经计量后连续放入乙炔发生
器。电石水解产生的粗乙炔气由乙炔发生
器顶部逸出，经喷淋预冷器、正水封进入
冷却塔和乙炔气柜。来自发生器经冷却后
的乙炔气，进入乙炔压缩机加压，然后经
清净塔除去粗乙炔气中的H2S等杂质，再经
中和塔、冷凝器等除去酸和水分。精制后
的精乙炔气送往氯乙烯合成转化工序。
2.氯乙烯的合成:
HCL
HCL缓冲罐
HCL预冷器+乙炔
沙封
混合器
石墨冷却器
多孔
过滤器
预热器
转化器
除汞
器
冷却器
水洗组合塔
碱洗
塔
汽水分离器
机前冷却器
单压机
机后冷却
冷凝器
水分离
器
低塔加料槽
低沸塔
高沸塔
成品冷却器
单体贮槽
3 .聚合
氯乙烯单体+引发剂+其他
聚合釜
离心料浆槽
进料泵
离心机
干燥器
旋风干燥床
一级旋风分离
器
二级旋风分离器
中间料仓
大料仓
自动包装线
外卖
例2：合成氨生产
德国化学家哈伯1909年发明了氨的实验室合成方法:
H2 + N 2
NH3
直到1913年化工学家博施解决了廉价氮氢气的制造、
合适催化剂、高压设备和适宜的工艺条件和控制等
问题后，才使得氨的合成实现了工业化。
H 2 + N2
煤（水蒸
汽/空气）
造
气
NH3
脱
硫
变
换
H2
空气
冷凝
-190℃
N2
压
缩
O2
合成氨的流程示意图
脱
CO2
精
制
N2、H2
合成
冷凝
-35℃
氨
合成氨生产流程图
具体到实际生产，还存在很多实际问题：加料、
分析取样、过程检测、安全性、动力、加热等，
因此还会有很多附属设备和管线。
一个化学方程式的具体实践可能是一片厂房。
∴化学必须与化工相结合才能真正实现它的社会价值。
绪 论
2、化工原理课程性质和内容
（1）化学工程:
是研究化学工业生产过程中（化工生产过程）所
进行的化学过程和物理过程的共同规律的学科。
化学工程学科主要包括：化工原理、化学反应工
程、化工热力学、传递过程、化工系统工程等。
（2）《化工原理》 课程内容
任何一个化工过程包括两个部分
——化学加工过程（反应过程）
——物理加工过程（原料和初产品的处理过程，
起到为化学反应准备必要条件以及将反应物分离
提纯而获得最终产品的作用。）
化工原理研究对象为化工生产过程中物理的加
工过程（即单元操作）。
内容包括：单元操作过程和设备。
（3）课程性质
化工原理是化学工程学的一个分支，
也是化学工程的重要基础。
课程性质：属工程技术基础课，
是化工类专业的核心课程。
是衔接基础课与专业课的“桥梁”。
3. 单元操作分类和特点
• 单元操作分类
（1）以流体动力学基本规律为基础的，包括流体输
送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）。
（2）以热量传递基本规律为基础的，包括加热、冷
却、冷凝、蒸发等。
（3）以质量传递基本规律为基础的，包括蒸馏、吸
收、萃取、吸附、膜分离等。又称之为分离操作。
（4）同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体
的增湿与减湿、结晶、干燥等。
另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉
碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。
• 单元操作特点
（1）物理过程；
（2）同一单元操作在不同的化工生产中遵循
相同的过程规律，但在操作条件及设备类
型（或结构）方面会有很大差别。
（3）对同样的工程目的，可采用不同的单元
操作来实现。
4.本课程特点及学习要求
• 本课程特点
本课程是化工类及相近专业一门重要的技术基
础课，兼有“科学”与“技术”的特点，分析和
解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科。
在化工类专门人才培养中，它承担着工程科学与
工程技术的双重教育任务。本课程强调工程观点、
定量运算、实践技能及设计能力的培养，强调理
论联系实际。
• 主要研究各单元操作的基本原理，所用的典型设
备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，
是一门重要的专业基础课。
• 学习要求
学习本课程中，应注意以下几个方面
能力的培养：
（1）单元操作和设备选择的能力
（2）工程设计能力
（3）操作和调节生产过程的能力
5、化工原理课程的两条主线
（1）动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一
的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。
（2）研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。
各单元操作有共同的研究方法。
a.实验研究方法（经验方法）
b.数学模型法（半经验半理论的方法）
绪 论
二．单位制度及单位换算
1、单位制度： 基本单位 + 导出单位
常用的几种单位制度的基本单位对照表：
2、单位换算
关键是区分清楚绝对单位制和重力单位制的
质量、力的单位关系。
在SI制中：F=ｍａ
力的单位：N(Kgm/s2)
1Kg物体在地表附近受到的重力为9.81N。
在工程单位制中： 1Kg物体在地表附近受到
的重力为1Kgf。
1Kgf＝ 9.81N
1kgf=1kg×9.81m/s2=9.81N
例
1atm=1.033kgf/cm2换算成SI制
kgf 9.81N 1cm
)(
)(
)
解： 1atm (1.033
cm
1kgf 10 m
 1.013 10 (N/m )
2
2
5
2
4
2
三、五个基本概念
物料衡算：依据是质量守恒定律
∑进物料的量=∑出物料的量 + 累积的物料量
能量衡算
： 依据是能量守恒定律
∑Qi=∑ Qo + Ql
过程平衡：说明过程进行的方向和能达到的极限。
过程速率：指过程进行的快慢。速率=推动力/阻力。
经济核算:针对相同设备所选用的不同操作参数，引起过程设备费用与材料费用
的相应变化，因而应进行经济核算以确定最经济的优化设计方案。
注意：
①确定衡算范围；
②确定衡算物料量的基准；
③确定衡算的温度基准（热量衡算时）。
五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终
化工过程计算可分为设计型计算和操作型计
算两类，其在不同计算中的处理方法各有特点，
但是不管何种计算都是以质量守恒、能量守恒、
平衡关系和速率关系为基础的。上述五种基本关
系将在有关章节陆续介绍。
绪 论
1、物料衡算
• 质量守恒的一般表达式为
情景练习：
浓度为20%（质量百分数）的硝酸钾水溶液以1000Kg/h的流
量送入蒸发器，在149℃蒸出部分水而得到50%的水溶液，
再送入结晶器，冷却至38℃后析出含有4%结晶水的硝酸钾
晶体并被不断移走，浓度为37.5%的硝酸钾饱和母液则返回
蒸发器循环处理，求结晶产品量P、水分蒸发量W、循环母
液量R及浓缩液量S。
解决思路：划定衡算范围，做物料衡算：
2、能量衡算
能量守恒的一般表达式为
情景练习：
现有一标准式蒸发器，用于增
浓氢氧化钠水溶液，已知条件
如下：
（１）热损失为QL=3×105 KJ/h
（２）原料液L=5000Kg/h 质量浓度
a=12%(NaoH) 进口温度20℃，比热
Cp=3.8KJ/Kg℃
（３）加热蒸汽为绝压0.18MPa饱和蒸
汽，冷凝水在饱和状态排出
（４）完成液D=3000Kg/h t2=t3=70℃，
完成液比热与原料比热近似相等。
求：加热水蒸汽用量G。
本讲要点
1.化工原理是化学工程学的一个分支，它研究化工生产
过程中共有的物理操作过程（即单元操作）。
课程性质：属工程技术基础课。
研究方法:实验法和数学模型法。
2.本课程以传递过程为纵向主线，划分与安排教学内容；
以研究方法为横向主线，展开各单元操作内容的讨论。
3.物料衡算、能量衡算、过程平衡、过程速率和经济核
算是研究各单元操作共同的基础。
4.熟悉单位换算是学好本课的必要技巧,应在学习中逐步
掌握。
化工原理的研究对象？
课程的性质？
何谓单元操作？
绪 论
化工原理教学组织及要求
1． 化工原理课程教学(理论教学)，

一年课程，分两学期进行:96学时
2． 本学期教学安排(48学时)





第O章
第1章
第2章
第3章
第4章
绪
论
流体流动
流体输送
机械分离
传
热
2
18
6
8
14
3． 教学环节与要求




课堂教学（思路和概念为主）
预习、复习与网上练习
作业 ：按时完成，每交一次
考核：期末考试+平时测评
学时
学时
学时
学时
学时
 主讲教师: 姚方
 联系电话: 13819007923（637923）
 E-mail: [email protected]
 精品课程网址：
http://www.qzu.zj.cn/hgx/hgyl/index.htm
 参考书：浙大、清华、华东理工、北京化
工等院都有出版。
无
限
风
光
在
塔
中
中国化学工业的先驱者
中国现代化工的奠基人
-----侯德榜
侯德榜福建闽侯人，
著名化工专家, 中国
科学院院士。中国化
学工业的先驱者之一-----侯氏制碱法的创
始人。他为祖国的化
学工业事业奋斗终生，
并以独创的制碱工艺
闻名于世界，他就像
一块坚硬的基石，托
起了中国现代化学工
业的大厦。
中国民族化学工业的先驱者
著名的爱国化工实业家
-----范旭东和吴蕴初
“工业先导，功在中华”
氯碱工业的创始人
通称“南吴北范”，他们不仅是开拓和振兴中国民族化学工业的先驱者，而且
也是中国近代和现代化工的奠基人。
我国第一个化学工程系的创办人
-----李寿恒
李寿恒江苏省宜兴人，化学工程学
家、教育家。
1927年秋首建化学工程科系， 担
任浙江大学化工系主任达25年，
1952年后历任浙江大学教务长、副
校长，浙江化工研究所所长，浙江
化工学院（现浙江工业大学）副院
长、院长。