化學工程與材料學教程

化學工程與材料學教程匯報人：XX2024-01-12化學工程基礎材料學基礎化學反應器設計化工分離過程與技術材料改性技術與方法化學工程與材料學前沿領域探討化學工程基礎01

化學工程概述化學工程的定義化學工程是研究化學工業(yè)中進行的化學過程和物理過程共同規(guī)律和應用技術的工程學科?；瘜W工程的研究領域包括化學反應工程、化工熱力學、化工傳遞過程、化工分離工程、化工過程系統(tǒng)工程等?；瘜W工程的應用在能源、材料、環(huán)保、生物醫(yī)藥等領域有廣泛應用?；瘜W反應動力學研究反應速率和反應機理的科學，為反應器的設計和優(yōu)化提供理論基礎。反應器類型與設計包括均相反應器、非均相反應器、固定床反應器等，不同類型的反應器有不同的設計原則和優(yōu)化方法?；瘜W反應工程的研究對象研究工業(yè)反應過程的速率和影響因素，以及反應器設計、優(yōu)化和控制的工程學科?；瘜W反應工程123研究物質的熱力學性質、相平衡和化學反應平衡的科學，為化工過程提供熱力學數(shù)據(jù)和理論基礎?；崃W包括動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞，是化工過程中普遍存在的現(xiàn)象，對化工過程的效率和安全性有重要影響。傳遞現(xiàn)象包括狀態(tài)方程、活度系數(shù)模型、相平衡計算等，用于預測和計算物質的熱力學性質和相平衡數(shù)據(jù)。熱力學計算方法化工熱力學與傳遞現(xiàn)象化工過程分析對化工過程進行系統(tǒng)的分析和評價，包括物料衡算、能量衡算、經濟分析等，以優(yōu)化過程和提高效率?；み^程合成根據(jù)產品需求和資源條件，通過不同的單元操作和反應步驟組合成完整的化工生產過程。過程強化與優(yōu)化采用先進的工藝技術和設備，提高過程的效率和經濟性，減少廢棄物排放和能源消耗?；み^程分析與合成材料學基礎02介紹晶體材料的基本結構，包括晶胞、晶格、晶向等概念，以及晶體缺陷對材料性能的影響。晶體結構非晶態(tài)結構材料性能闡述非晶態(tài)材料的結構特點，如無序性、短程有序性等，以及非晶態(tài)材料的獨特性能和應用。概述材料的力學性能、物理性能、化學性能等，以及不同材料性能間的相互聯(lián)系和影響。030201材料結構與性能03塑性加工技術講解塑性加工技術的基本原理、工藝過程及特點，包括鍛造、軋制、擠壓等加工方法。01粉末冶金技術介紹粉末冶金技術的基本原理、工藝過程及特點，包括粉末制備、壓制成型、燒結等步驟。02鑄造技術闡述鑄造技術的基本原理、工藝過程及特點，包括模具設計、熔煉澆注、冷卻凝固等步驟。材料制備與加工技術表面現(xiàn)象與表面能介紹材料表面的基本概念、表面現(xiàn)象及表面能的概念和計算方法。界面現(xiàn)象與界面能闡述不同材料間界面的基本概念、界面現(xiàn)象及界面能的概念和計算方法。表面與界面改性技術講解材料表面與界面改性的基本原理、方法及應用，如表面涂層、離子注入、化學氣相沉積等技術。材料表面與界面科學介紹納米材料的基本概念、制備方法及應用領域，如納米顆粒、納米線、納米管等。納米材料闡述生物醫(yī)用材料的基本概念、分類及應用領域，如生物相容性材料、生物降解材料、組織工程支架材料等。生物醫(yī)用材料講解新能源材料的基本概念、分類及應用領域，如太陽能電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料等。新能源材料介紹智能材料與結構的基本概念、原理及應用領域，如形狀記憶合金、壓電陶瓷、光纖傳感器等。智能材料與結構新型功能材料化學反應器設計03根據(jù)反應特性和工藝要求，選擇合適的均相反應器類型，如批式反應器、連續(xù)攪拌釜式反應器等。反應器類型選擇通過實驗測定反應速率常數(shù)、活化能等動力學參數(shù)，為反應器設計提供基礎數(shù)據(jù)。反應動力學研究根據(jù)反應方程式和物料、能量平衡原理，計算原料、產物、副產物的摩爾數(shù)、質量、能量等。物料衡算與能量衡算根據(jù)工藝要求和生產規(guī)模，確定反應器的容積、高度、直徑等尺寸參數(shù)。反應器尺寸設計均相反應器設計研究非均相體系中不同相之間的傳質與傳熱過程，為反應器設計提供依據(jù)。相間傳質與傳熱流體力學特性分離技術反應器類型選擇與設計分析非均相反應器內的流體力學特性，如流動狀態(tài)、混合程度等，優(yōu)化反應器結構。針對非均相反應產物分離的特點，選擇合適的分離技術，如沉降、過濾、萃取等。根據(jù)反應特性和工藝要求，選擇合適的非均相反應器類型，并進行相應的設計。非均相反應器設計研究微生物的生長條件、營養(yǎng)需求等，為反應器設計提供基礎數(shù)據(jù)。微生物培養(yǎng)條件研究微生物代謝過程中的反應動力學，為反應器設計提供理論依據(jù)。生物反應動力學分析微生物反應器內的生物質傳遞與混合過程，優(yōu)化反應器結構。生物質傳遞與混合根據(jù)微生物反應特性和工藝要求，選擇合適的反應器類型，并進行相應的設計。反應器類型選擇與設計微生物反應器設計反應器優(yōu)化策略針對反應器存在的問題，提出優(yōu)化策略，如改進反應器結構、優(yōu)化操作條件等。安全與環(huán)保措施考慮反應器運行過程中的安全與環(huán)保問題，采取相應的措施，如設置安全閥、安裝環(huán)保設備等?？刂葡到y(tǒng)設計根據(jù)工藝要求和操作經驗，設計合適的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)反應器的自動控制與優(yōu)化運行。反應器性能評價通過實驗測定反應器的性能參數(shù)，如轉化率、選擇性、收率等，評價反應器的優(yōu)劣。反應器優(yōu)化與控制化工分離過程與技術04基于溶液中不同組分的揮發(fā)度差異，通過加熱使部分組分汽化，再冷凝實現(xiàn)分離。蒸餾原理簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾等。蒸餾類型石油煉制、化學工業(yè)、食品工業(yè)等。應用領域蒸餾技術及應用利用吸收劑對混合物中各組分的溶解度差異，實現(xiàn)組分分離。吸收原理利用吸附劑對混合物中各組分的吸附能力差異，實現(xiàn)組分分離。吸附原理氣體凈化、廢水處理、化學工業(yè)等。應用領域吸收與吸附分離技術利用膜的選擇性透過性，使混合物中不同組分在膜兩側產生濃度差或壓力差，實現(xiàn)組分分離。膜分離原理微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等。膜類型海水淡化、廢水處理、食品加工、生物醫(yī)藥等。應用領域膜分離技術及應用萃取分離利用溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同，實現(xiàn)組分分離。色譜分離利用固定相和流動相之間的相互作用力差異，實現(xiàn)組分分離。電泳分離利用電場作用下溶液中帶電粒子遷移速度不同，實現(xiàn)組分分離。結晶分離利用溶液中溶質溶解度隨溫度或濃度變化而變化的性質，實現(xiàn)組分分離。其他分離方法簡介材料改性技術與方法05熱處理利用加熱、保溫和冷卻等手段，改變金屬材料的組織結構和性能，消除內應力，提高力學性能和耐腐蝕性。表面處理采用化學或物理方法，改變金屬表面的化學成分、組織結構和應力狀態(tài)，提高其耐腐蝕性、耐磨性和裝飾性。合金化通過添加合金元素，改變金屬材料的組織結構和性能，提高其強度、硬度、耐磨性等。金屬材料改性技術摻雜將不同性質的無機非金屬材料進行復合，形成具有優(yōu)異性能的新材料。復合表面涂層在無機非金屬材料表面涂覆一層或多層具有特殊功能的薄膜，改善其表面性能。在無機非金屬材料中引入雜質原子或離子，改變其晶體結構、電子結構和物理化學性質。無機非金屬材料改性技術共混01將兩種或多種高分子材料按一定比例混合，以獲得具有優(yōu)異性能的新材料。交聯(lián)02通過化學或物理方法使高分子鏈之間形成交聯(lián)結構，提高材料的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐溶劑性。表面接枝03在高分子材料表面引入具有特殊功能的支鏈，改善其與其它材料的相容性和界面性能。高分子材料改性技術復合材料制備與性能優(yōu)化增強體選擇根據(jù)性能要求選擇合適的增強體，如纖維、顆粒、晶須等。基體選擇選擇與增強體相容性好的基體，以保證復合材料的界面性能和力學性能。制備工藝優(yōu)化通過優(yōu)化復合材料的制備工藝參數(shù)，如溫度、壓力、時間等，提高復合材料的致密度和力學性能。性能評價與預測建立復合材料性能評價與預測模型，為復合材料的設計和應用提供理論指導。化學工程與材料學前沿領域探討06從源頭消除污染，提高原子經濟性，實現(xiàn)資源高效利用。綠色化學工程原則開發(fā)高效、環(huán)保的合成路線，減少廢棄物排放。綠色合成技術研發(fā)低毒、高效的催化劑，降低能源消耗和環(huán)境污染。綠色催化劑設計綠色化學工程發(fā)展動態(tài)納米材料特性具有獨特的物理、化學性質，如高比表面積、量子尺寸效應等。納米材料在催化領域的應用提高催化劑活性和選擇性，降低反應溫度和壓力。納米材料在能源領域的應用提高能源儲存和轉換效率，如鋰離子電池、太陽能電池等。納米材料在化學工程中的應用前景生物質能源種類包括木質纖維素、淀粉類生物質、油脂類生物質等。生物質轉化技術氣化、液化、熱解等轉化技術，生產合成氣、生物柴油、生物炭等。生物質能源應