绪论
0-1 化工原理在化工领域的地位
此课程,不是教学生如何合成得到新物质?如何提取新物质?如何表征新物质?这是化学家的事。化学工程研究的是,如何把化学家们的小试研究成果,开发放大为中试,再开发为生产规模。是在科学实验与化工生产之间架桥的工作,是直接为人类服务的创造价值的劳动。
0-2 化学工程发展四阶段
化学工程学主要经历了四个发展阶段。
1、化学工艺学阶段。在二十世纪以前的几百年时间里,出现了不少化学工业,如制糖工业、制碱工业、造纸工业等。介绍每种工业从原料到成品的生产过程,作为一种特殊的知识讲解,这是最早的化学工程学。
2、单元操作阶段。到二十世纪初,人们逐渐发现,许多门化学工业中,存在共同的操作原理。例如,无论在制糖业还是制碱业,从溶液蒸发,得到固体糖和固体碱所遵循的原理是相同的,于是,蒸发成为最早提出的单元操作之一。经不断总结,被称为单元操作的有:流体流动与输送、沉降与过滤、固体流态化、传热、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等。
3、传递过程阶段。到二十世纪五十年代,人们又发现,各单元操作之间还存在着共性。
例如传热、蒸发都是热量传递的形式,蒸馏、吸附、吸收、萃取都是质量传递的形式。于是把单元操作归纳为动量传递、热量传递、质量传递。此即化工传递过程阶段。
4、“三传一反”阶段。五十年代中期,化学工程中出现了“化学反应工程学”这一新的
分支。对化学反应器的研究,不仅要运用化学动力学与热力学原理,而且要运用动量、热量、质量传递原理。于是“传递过程”与“反应工程”成为当今化学工程学的两大支柱。简称“三传一反”阶段。
从化学工程学的发展过程,证明人们对自然规律的认识,有一个由浅入深的过程。归纳为如下隶属关系图。
反应工程学
0-3 与之配套的教材发展
化学工程学的教材,也有一个逐渐成熟的过程。本世纪20年代初,出现了第一本“化工原理”教科书,也就是“化工单元操作”教科书。我国于20年代亦成立了化学工程系,亦讲授“化工原理”课程。1960年第一本“化工传递过程”问世( C. O. Bennett, J. E. Myers,“ Momentum, Heat and Mass Tramsfer”1960)。1956年有了第一本“化学反应工程”教科书 ( J. M. Smith, “Chemical Engineering Kineties”1956第一版,O. Levenspiel, “Chemical Reaction Engineering” 1962年第一版)。
解放之后,我国有了自编的教科书。
苏元复等编,“化工原理”1952年;
丁绪淮、张洪源、顾毓珍、张震旦,“化工操作原理及设备”,上、下册,1956年;
张洪源、丁绪淮、顾毓珍,“化工过程及设备”上、下册,1956年;
上海化工学院、天津大学等,“化学工程”上、下册,1980年;
天津大学编,“化工原理”上、下册,1983年;
谭天恩、麦本熙、丁惠华,“化工原理”上、下册,1984年;
陈敏恒、丛德滋、方图南,“化工原理”上、下册,1985年;
王志魁主编,“化工原理”,1998年第二版;
天津大学王绍亭主编,“化工传递过程”,1980年;
浙江大学陈甘棠主编,“化学反应工程”,1981年;
浙江大学朱自强主编,“化工热力学”,1981年;
南京化工学院张联科,“化工热力学”,1981年;
清华大学、天津大学,“化工系统工程”,1981年;
北京大学,“化学工程基础”,1979年第一版,1983年第二版;
上海师范学院,福建师范大学,“化工基础”,1979年第一版,1990年第二版;
0-4 单位制换算
(1) CGS制(物理单位制),
-- ,厘米-克-秒制
(2) MKS制(绝对单位制)
--,米-千克-秒制
(3) 工程单位制 ,米-公斤(力)-秒
(4)SI制(国际单位制)
是在MKS制的基础上发展起来的。
基本单位:长度——米 ,质量——千克
时间——秒 ,温度——开尔文
物质的量——摩尔
重要导出单位:
力—— ;
压强——面积 ;
能量、功、热——×距离 ;
功率——功/时间 ;
比热——热/质量·温度 ;
国外亦多采用英制单位,可以通过换算表得到解决。
单位换算举例,
【例0-1】 已知,试将此压强换算为SI单位。
解:1公斤(力)等于1千克质量的物体所受到的重力。
即1公斤(力)
∴