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《中国小百科全书 5 技术科学-化学工业》编辑委员会编

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1286技术科学化学工业化工技术【化学工程研究方法】化学工程以物理学、化学和数学的原理为基础,应用各种实验手段,并与化学工艺相配合,来解决装置大型化和新产品、新工艺的工业化问题。化工过程涉及的物料种类繁多,物性各异;过程的几何边界复杂;过程中的质量传递、热量传递、动量传递及化学反应以多种形式存在且相互影响。化学工程的研究对象十分复杂。化学工程研究的第一阶段在实验室中进行,研究化学反应及其条件、产品的分析及分离方法和设备腐蚀等问题。根据实验室的研究结果,进行技术、经济等方面的综合评估,若得出有利的结论,便可进入以建立生产装置为目的的化学工程研究阶段。这一阶段包括小试和中试等步骤。基本的研究方法分为逐级放大法、数学模型法、部分解析法和相似放大法。逐级放大法是一种经验方法,着眼于外部联系和综合研究,放大过程费时耗资,但是由于本法不需要对过程有透彻地了解,适于难以了解本质的过程。数学模型法是以化学工程及化学反应工程的理论为指导的研究方法。所谓数学模型就是一组数学方程,在可行的工艺条件范围内确定参数,算出相应的反应结果,计算经济化学工业1287效益,通过比较选择最优的工艺条件和反应器的结构及尺寸。数学模型法将过程分解后逐一进行研究,同时掌握它们的相互关系,因而可比较透彻地了解总过程的规律。随着计算机在化工领域的广泛应用,数学模型法将会愈来愈多地被采用。部分解析法是当对某一过程的化学反应和传递过程有一定的了解,但又不足以建立数学模型时,即可运用理论知识进行分析,找出化学反应的特殊性和工程问题的特殊性,然后根据工程经验把两种特殊性结合起来,找出放大规律。相似放大法是以相似论为基础的一种放大方法。一般只适于传递过程的放大。可大幅度地简化实验,只要小模型与大装置的物理过程是相似的,就可保证放大的可靠性。【化工分析】分析化学在化工生产中的应用。包括对化工生产中的原料、辅助原料、中间产品、最终产品、副产品以及生产过程中各种废物的分析检验方法。通过分析结果,可评价原料和产品的质量,检查工艺过程是否正常,从而正确组织生产,最合理地使用原料和燃料,及时发现生产中的问题,减少废品,提高产品质量。分析方法的速度和准确度要满足生产要求。分析时,要采集有代表性的样品,并考虑到杂质的干扰,因为工业物料是不纯净的。化工分析是多种分析方法的综合应用,化学分析是最通用的基础分析方法,另外,还要涉及各种仪器分析方法以及物理性质测定法。按完成分析所需的时间和所起的作用不同,化工分析方法分为:(1)快速分析法,能迅速得到分析数据,主要用于控制生产过程的关键部位;(2)标准分析法,有较高的准确度,所得的分析结果用于工艺计算、财务核算和评价产品质量。【化工热力学】热力学应用于化学工程领域而形成的一门学科。化1288技术科学工热力学根据热力学定律的基本原理,研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用以及变化过程达到平衡的理论极限条件或状态。利用化工热力学可计算体系的热力学性质。通过计算体系状态变化对热力学性质的影响,可判断过程进行的可能性;确定多元素的相平衡条件以及平衡时的组成、温度和压力之间的关系:了解各种工艺条件对化学平衡转化率的影响。计算体系经历一个过程时热力学性质的变化,可确定过程的功和热,为提高能量利用率提供依据。可见,化工热力学是化工过程开发、设计和生产的重要理论依据和有力的工具。化工热力学的研究方法分经典热力学方法和分子热力学方法。经典热力学方法从宏观的角度研究大量分子组成的系统达到平衡时所表现出来的宏观性质,以实验数据为基础,进行宏观性质关联,从某些宏观性质推算另一些宏观性质。分子热力学从微观角度出发,运用统计方法研究大量粒子群的特性。【动量传递】流体在流动时,速度较快的部分的分子与速度较慢的部分的分子之间的动量交换过程。与质量传递和热量传递并列为化学工程学中三种基本传递过程。当物系中存在速度梯度和物质交换时才能发生动量传递。动量传递可由分子的微观运动引起,也可由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。动量传递以流体力学为基础。动量传递速度由动量通量来表示,即单位时间单位面积上所传递的动量。对动量传递过程规律的研究与热量传递和质量传递的研究一样,常采用衡算法。动量衡算是以动量守恒定律为依据的。【质量传递】物质中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移
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