课程名称: 化工原理 -曲阜师范大学精品课程 英文名称: Principles of Chemical Engineering （Unit Operations of Chemical Engineering） 主讲教师： 丁养军 张兆顺 单 位： 曲阜师范大学 化学与化工学院 化工原理是化工及其相关专业学 生必修的一门最重要的主干课。 化工原理是一门关于化学加工过过 程程的技术基础课程，实践性、工程性很 强，属于工程科学工程科学。是“科学”与“技术” 的融合，与工业生产紧密相连(基石/桥 梁)。 前修课程：数学、 物理、 化学、物理化学等。 工程 观念 【自然自然科学科学】通常是采用通常是采用严谨的、逻辑推理的思严谨的、逻辑推理的思 维方法维方法来进行问题分析的，而所分析的问题也大来进行问题分析的，而所分析的问题也大 多处于理想条件下的非实际问题。多处于理想条件下的非实际问题。 【工程工程科学科学】面对的是大量的面对的是大量的工程实际问题工程实际问题，影，影 响因素错综复杂，只有响因素错综复杂，只有抓住主要影响因素，进行抓住主要影响因素，进行 合理简化合理简化，才能找到解决实际问题的正确途径，才能找到解决实际问题的正确途径， 如果不注意这种思维方法上的转变，不恰当地照如果不注意这种思维方法上的转变，不恰当地照 搬严谨的、逻辑推理的方法来全面分析复杂的工搬严谨的、逻辑推理的方法来全面分析复杂的工 程实际问题，很可能会在现实中程实际问题，很可能会在现实中一筹莫展一筹莫展。 【科学科学】即反映自然、社会、思维等的即反映自然、社会、思维等的客观规律客观规律 的分科知识体系。的分科知识体系。 【技术技术】就是关于劳动工具的规则（即就是关于劳动工具的规则（即制作方式制作方式 与使用方法与使用方法）体系，其目的在于提高劳动工具的）体系，其目的在于提高劳动工具的 效率性、目的性与持久性。也可理解为是效率性、目的性与持久性。也可理解为是人在改人在改 造自然、改造社会，以及改造自我造自然、改造社会，以及改造自我的过程中所用的过程中所用 到的一切到的一切手段、方法的总和手段、方法的总和。其可包括物体形态。其可包括物体形态 、智能形态、社会形态三个方面。、智能形态、社会形态三个方面。 【研究、处理方法研究、处理方法】 联系实际法、数学模型法、量纲分析法、联系实际法、数学模型法、量纲分析法、 近似估算法、过程分解法、当量处理法。近似估算法、过程分解法、当量处理法。 【能力培养能力培养】 培养学生的工程思维和工程意识，提高分培养学生的工程思维和工程意识，提高分 析工程问题、解决工程问题的能力。析工程问题、解决工程问题的能力。 学习中提炼学习中提炼工程观念、工程观念、实验中确定实验中确定工程观工程观 念、念、设计中实践设计中实践工程观念。工程观念。 普通高等学校本科专业目录普通高等学校本科专业目录 教育部教育部19981998；20112011 一、本科生 学科门类：理学 专业门类：化学类 专业名称：【化学、应用化学（可理可工） 、化学生物学 、分子科学与工程等。 外加目录外专业（高校自设）】 学科门类（本科生）：工学 专业门类：化工与制药类 专业名称：【化学工程与工艺、制药工程 、油气加工与储运工程 、资源循环科学与工 程、能源化学工程等。外加高校自设】 专业门类：材料类 专业名称：【材料科学与工程、材料化学 （可理可工）、材料物理、功能材料、纳米 材料与技术、高分子材料与工程等。】 学位授予和人才培养学科目录学位授予和人才培养学科目录 国务院学位办国务院学位办20112011 二、研究生（硕士、博士） 学科门类：工学 一级学科：化学工程与技术 二级学科：【化学工程、化学工艺、生物化工、 应用化学、工业催化等。】 一级学科：材料科学与工程 二级学科：【材料物理与化学、材料学、材料加 工工程等。】 参考书：1.夏清等.化工原理.天津大学出版社. 2.谭天恩等.化工原理.化学工业出版社. 3.陈敏恒等.化工原理.化学工业出版社. 4.王志魁编.化工原理.化学工业出版社. 5.黄少烈等.化工原理.高等教育出版社. （面向21世纪课程教材） 主要章节 化工原理（上册）68学时 第一章：流体流动 第二章：流体输送机械 第三章：非均相物系的分离（沉降与过滤） 第四章：传热 第五章：蒸发 化工原理（下册）51学时 第一章：蒸馏 第二章：吸收 第三章：气液传质设备 第四章：萃取 第五章：干燥 第六章：新型分离技术 二、化学工业 化学工业又称化学加工工业，泛指生产过程 中化学方法占主要地位的过程过程工业。化学工业是一 个行业（或生产部门），是国民经济的重要部门之 一，其产值在整个国内生产总值（GDP）中占有很 大的比重，发展速度很快。 化工进展：基础化工，煤化工，石油化工，精细化 工（农药、染料、助剂、医药、日化等），环保化工，生 物化工，资源化工，食品化工，冶金化工，原子能化工， 材料化工等等。 绪论 一、化工企业掠影 化工前沿技术技术发展重点 化学合成技术 为使化学合成选择性好、产率高、原子利用率高、反应速度快、反应条件 温和，目前已发展了一系列新的合成方法与技术： 一是新的合成方法：声化学合成、微波电介质热效应合成、电化学合成、等离 子体化学合成、力化学固相合成、冲击波化学合成、手性合成、利用太阳能进 行化学合成、超临界状态下化学合成、室温和低热温度下固相化学合成及光化 学合成等。 二是新的催化技术：配位催化、相转移催化、超强酸超强碱催化、杂多酸催化 、胶束催化、氟离子催化、钛化合物催化、纳米粒子催化、光催化、晶格氧选 择氧化及非晶态合金加氢催化等。 三是一锅合成法：传统的有机合成是一步一步地进行反应，步骤多、产率低、 选择性差，且操作繁杂。一锅合成法可将多步反应或多次操作置于一锅内合成 ，不再分离许多中间产物，因而具有高效、高选择性、条件温和等特点，是一 种清洁的合成技术。 四是生物化工合成法：包括发酵工程、酶工程、基因工程及细胞工程等。 五是绿色化学合成法：绿色化学合成将使化工清洁生产成为主导生产方式，为 实现“绿色世纪”做出贡献。 制备、加工及其他技术 纳米技术可生产超强纳米碳管纤维，其重量为钢的1/6，而强 度比钢大100倍。 复合材料技术可制备出智能材料、超导材料、隐身材料和耐 高温、高强度、高硬度、抗腐蚀的材料。 其他先进技术还有高聚物改性技术、精细加工技术、材料成 型技术、化工模拟技术、复配技术、计算机化工应用技术、超高 温超低温技术和高真空超高压技术等。 新型环保与能源技术 燃料电池是21世纪首选的洁净、高效发电技术，将进入家庭 、办公楼、交通和大型电站等领域；在纳 米材料基础上发展起来 的光催化技术和在超临界流体技术基础上发展的超临界水氧化将 是未来环保技术的发展方向。此外，还有贮能技术、热泵技术、 热管技术、催化燃烧技术、再生资源利用技术、洁净煤技术、热 化学循环由水分解为H2和O2、固体废物回收技术等。 高新分离技术 优点：可以使产品收率和产品纯度提高，带来更高的 经济效益；分离越彻底，向环境排放物越少，副产物处理 更方便；有些分离技术(如膜分离)是在无相变情况下实现 的，具有节能、减污的特性。 膜分离技术：液膜分离、渗透气化膜分离、反渗透膜 分离、电渗、超滤、微滤、纳滤、聚滤气体膜分离等。 超临界流体(SCF)技术：SCF萃取、SCF重结晶、SCF干 燥、SCF色谱。 新蒸馏技术：分离与反应偶合反应蒸馏，分离与分 离偶合吸附蒸馏，加盐蒸馏、分子蒸馏、膜蒸馏等。 新萃取技术：双相萃取、膜萃取、电泳萃取、酶膜反 应萃取等。 新结晶技术：熔融结晶、加压结晶等。 其他：变压吸附、深冷分离与低温蒸馏、毛细管电泳。 多功能化工设备 新型化工设备将在一个设备中实现不同功能，达 到高选择、高转化率、节能和减少污染的目的。如甲 烷部分氧化为CO和H2生产中，存在着热力学限制，而 增加压力又使甲烷平衡转化率下降。若采用膜反应器 ，使化学反应与分离在同一设备中完成，可克服热力 学限制，在较低温度下获得较高的甲烷转化率。 绿色化学技术 用物理和化学的技术和方法去设计、研制对人类 健康、社会安全、生态环境无害的化学品和工艺，其 目的是不再使用有毒、有害物质，不再产生废物，从 源头阻止化学污染，从而确保化工清洁生产。 未来发展战略 众所周知，21世纪是信息和生物技术 的世纪，它们是新世纪火车头，技术含量 最高，影响最大，对国民经济推动力最强 ，对国际竞争力贡献最大。因此，要重点 发展与之相关的新领域精细化工产品。在 催化剂、生物医学、纳米材料、功能高分 子、精细陶瓷、薄膜材料、复合材料、非 晶体材料、智能材料、富勒烯材料、电子 信息化学品、光纤材料等方面要进一步形 成产业化、商品系列化。 国家战略性新兴产业分类目录（2012） 目录遵循“全局性、前瞻性、规范性、成 长性和带动性”的总体原则。分七大产业： 1 1、节能环保产业：、节能环保产业：总体遵循装备、产品和服务总体遵循装备、产品和服务 的编制顺序，节能、节水、环保产业以产业链为的编制顺序，节能、节水、环保产业以产业链为 主线进行分类。主线进行分类。 2 2、新能源产业：、新能源产业：划分为核电、太阳能、风电、生划分为核电、太阳能、风电、生 物质能源、智能电网五类。物质能源、智能电网五类。 3 3、高端装备制造产业：、高端装备制造产业：划分为航空产品、卫星及划分为航空产品、卫星及 服务、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造服务、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造 装备五类。装备五类。 4 4、新材料产业：、新材料产业：划分为特种金属功能材料、高端划分为特种金属功能材料、高端 金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金 属材料、高性能复合材料和前沿材料六类。属材料、高性能复合材料和前沿材料六类。 5 5、新能源汽车产业：、新能源汽车产业：划分为新能源汽车整车、储划分为新能源汽车整车、储 能装置、驱动装置、整车电子控制系统、专用辅助能装置、驱动装置、整车电子控制系统、专用辅助 系统、专用接插件、供能装置及系统、专用接插件、供能装置及“ “车网互动车网互动” ”七类。七类。 6 6、生物医药产业：、生物医药产业：划分为生物医药、生物医学工划分为生物医药、生物医学工 程产品、生物制造三类。将具有自主核心技术、程产品、生物制造三类。将具有自主核心技术、 广泛临床需求或急需自主掌握核心技术的产品选广泛临床需求或急需自主掌握核心技术的产品选 入目录。入目录。 7 7、新一代信息技术产业：、新一代信息技术产业：划分为电子信息核心基划分为电子信息核心基 础产业、下一代信息网络、高端软件和信息技术础产业、下一代信息网络、高端软件和信息技术 服务三类。此外，再根据产业链研究及技术特征服务三类。此外，再根据产业链研究及技术特征 、运营特征、主体特征等自有特点，同时结合未、运营特征、主体特征等自有特点，同时结合未 来发展趋势，确定了三大领域的细分框架。来发展趋势，确定了三大领域的细分框架。 山东“两区一圈一带”发展战略 【两区两区】山东黄河三角洲高效生态经济区黄河三角洲高效生态经济区（国务 院2009.12批复）和山东半岛蓝色经济区山东半岛蓝色经济区（国务 院2011.1批复）为主导，大力实施蓝黄蓝黄战略； 【一圈一圈】中部以济南为核心，建成城市群经济圈城市群经济圈 （国务院2013.8批复）； 【一带一带】西部则以条形布局、邻边经济为特征， 打造西部经济隆起带西部经济隆起带（国务院2013.8批复）。 产能过剩（产能过剩（Excess CapacityExcess Capacity）即）即生产能力生产能力的的 总和大于总和大于消费能力消费能力的总和。产能也就是生产能力的总和