北京化工大学——化工过程设计概述

葡萄汁进行过滤 ▪ 19世纪下半叶，随着大规模制造化学产品的生产过程的发展，出
现化学工程 ▪ 经过100多年的发展，化学工程已经成为一门有独特研究对象和完
整体系的现代工程学科
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化学工程
❖ 发展与回顾：
▪ 1940s
• 流态化技术应用于石油催化裂化过程，使石油化学工业产生了划时代 的变化
• 溶剂萃取法用于核燃料后处理分离钚，精密精馏用于重水的提取，为 核工业的发展奠定了基础
化学工业是所有高新技术产业的支撑工业，如能源、电子、信息、生物、 材料等领域，都离不开化学工业提供的物质支撑。
化学工业绝不是所谓的“夕阳产业”，它现在仍然正在平稳高速的 发展，将来必将持续快速发展。
1990年～1999年，美国、欧盟化学工业的发展速度是其全部工业平 均增长速度的2.69倍。
美国化学工业的规模一直雄居世界化学工业总量的30％左右，是美 国为数不多在国际贸易体系内具有贸易顺差的制造业之一。
▪ 1990s
• 先进材料制备工艺与设备开发直接推动信息产业发展；
化学工程为现代高新技术产业的发展，提供了 最基本的生产手段与技术
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化学工程学科体系的发展
❖ 1888年 ▪ 由Lewis Mills Norton教授提议，MIT开设了世界上第一个定名为 化学工程的四年制学士学位课程（MIT第十专业） ▪ 1908年，AIChE成立，美国化学工程师学会
基本要求
1、掌握化工设计的基本程序、基本规律、基本方法、主要规范 和基本思维方式；
2、培养学生扎实的化工设计基础和创新思维；
3、掌握工艺方案选择和工艺设计、以及车间设备布置和管道布 置的原则、方法和步骤；掌握物料衡算、热量衡算及设备的选 型与工艺计算的原理和方法，并能运用计算机进行工艺计算； 掌握工艺流程图、设备布置图、管道布置图及化工设备图的表 达内容、绘制方法和阅读方法，并能运用计算机绘制工艺流程 图、设备布置图和化工设备图；
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化学工程学科体系的发展
❖ 1915年 ▪ Arthun D. Little在为MIT校长拟定的报 告中，提出了“单元操作”这一名词 ：
• 所有的化学过程，无论其操作规模的大小 ，都可能分解成为一系列相互关联的‘单 元操作’，如粉碎、染色、烘烤、结晶、 过滤、蒸发、电解，等等。这些基本操作 的数目并不多，而且对任何特别过程，相 对只有几个‘操作’参与其中。
1. 化工设计、化工厂设计、化工过程设计、 化工工艺设计之间的联系与区别
化工设计是泛称，在不同场合可分别指称化工厂设计、 化工过程设计、化工工艺设计，其内涵最广，但意义不明确。
化工工艺设计（核心） 化工过程设计（核心）
• 深层培养法用于大规模生产青霉素，标志着现代制药工业的产生
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化学工程
❖ 发展与回顾：
▪ 1960s末
• 化工系统优化的出现并与计算机控制技术相结合，为超大型现代化工 企业的发展奠定了基础；
▪ 1980s
• 人工脏器与大规模动植物细胞培养，以及高精密度分离技术的发展， 生物技术的基础研究成果开始造福人类；
第一章 化工过程设计
化学工程
❖ 化工过程
▪ 以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程 ▪ 用适当的原料，经过一系列物理单元操作和化学反应，转化为合
乎需要的产品的过程
• 化工过程 • 石油炼制过程 • 医药生产过程 • 环境治理过程
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化学工程
❖ 发展与回顾：
▪ 10000年以前，中国已掌握了用窑穴烧制陶器的技艺 ▪ 5000年以前，中国古人利用日光，蒸发海水，结晶制盐 ▪ 5000年以前，埃及人开始酿造葡萄酒，并在生产过程中用布袋对
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化学工程学科体系的发展
❖ 1957年
▪ 反应工程形成了独立的学科
❖ 1960年
▪ R. Byron Bird等编著了《传递现象》将化学 工程发展到第二个阶段
• 从分子水平研究单元操作，形成了多组分热 力学与动力学、传递现象、单元操作、反应 工程、设备设计和控制、工厂设计与系统工 程组成的化学工程基本体系，其特征被归纳 为“三传一反”，即传质、传热、动量传递 及反应工程
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我国化工先驱
❖ 范旭东（1883~1945）
▪ 化工实业家，中国化学工业的奠基人 ， “中国民族化学工业之父”
▪ 20年代初，创办亚洲第一座纯碱工厂 ——永利化学公司碱厂（天津碱厂）
❖ 侯德榜（1892~1974）
▪ 1916，MIT，学士 ▪ 1919~1921，哥伦比亚大学，硕士、
博士
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在世界500强企业中，以化工为主或涉足化工领域的企业为数不少。
二、课程简介
1、课程的性质 本课程为化学工程与工艺等大化工相关专业的专业必修
课，基于工程科学但重点是应用。
2、课程的内容和基本要求 本课程以化工生产车间(装置)的工艺设计为重点，讲述
与国际化工设计相接轨、目前国内通用的化工设计的原则、方法、 设计程序与技巧，和各种化工工艺图与化工设备图的绘制与阅读 方法，以及计算机在化工设计计算与绘图中的应用。
2、现代化学工业
按美国、欧盟的化学工业年鉴，现代化学工业覆盖以下范围：
石油化工（包括其衍生的有机化工）
煤化工（包括其衍生的有机化工）
无机化工
现
精细化工及中间体
代 化
化肥工业
学
农药工业
工
业
医药工业
轻工（造纸、玻璃、塑料、合成橡胶等）
染料、油墨、化妆品、清洁剂
生物化工
3、化学工业在现代经济体系中的地位
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化学工程学科体系的发展
❖ 单元操作的概念，将复杂的化工生产过程归纳为 有限的单元操作，初步奠定了化学工程学科的基 础，“单元操作”被公认为化学工程体系第一个 阶段的标志
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化学工程学科体系的发展
❖ 1920，MIT年建立化学工程系 ▪ 第一任系主任：Warren K. Lewis ▪ 1923年，《化工原理》首版（作者：William Walker, Lewis, McAdacms），化学工程开始步上正轨
4、了解非工艺专业的设计及概算的内容，设计的技术经济评价 方法，为非工艺专业提供设计条件。
3、课程特点
综合性（多专业基础课知识的综合与集成）； 实战性（化工工艺设计、化工厂设计的工程运用）
4、课程目的
了解国内外有关化工工艺设计、化工厂设计的先进理念；
掌握化工工艺设计的内容、步骤及方法。
三、化工过程设计基本内容