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1、绪 论,一、化工原理课程简介,二、化工原理处理问题的方法,三、单位及单位制,1、化工原理的研究对象 化工单元操作,化工生产过程,原料的预处理 进行化学反应 反应产物的分离与提纯,化工生产过程就是由化学反应和若干个单元操作串联而成的。,一、化工原理课程简介：,1）化工单元操作的概念,原料油（甲苯、二甲苯）、H2输送加热反应器减压蒸馏塔精馏苯（99.99299.999%）,例如：,甲醇的生产：,合成气（CO，H2，CO2）输送管式反应器粗甲醇冷却精馏精甲醇（99.8599.95%）,苯的生产：,化工原理研究各个独立的单元操作,化工生产过程中，重要的物理过程就是单元操作。,可见，一个化工过程往往包含
2、几个或几十个加工过程。,单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。,2）单元操作的特点：,所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。,单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。,根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：,遵循流体动力基本规律，用动量传递理论研究,如：流体输送、沉降、过滤、固体 流态化,遵循传热基本规律，用热量传递理论研究,如：传热、冷凝、蒸发等,传质过程,遵循传质基本规律，用质量传递理论研究,如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等,3）单元操作的分 类,传热过程,流体
3、动力过程,2、化工原理学科性质与研究方法,1）学科性质工程技术学科,用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程。,2）研究方法工程方法,数学模型法,双膜模型的建立,首先要对化工实际问题的机理作深入分析，并在抓住过程本质的前提下做出某些合理的简化，得出能基本反应过程机理的物理模型，然后结合传递过程、物理化学的基本原理，得到描写此过程的数学模型。,通常，数学模型方法所得结果包括反映过程的模型参数，它必须通过实验才能确定，因而它是一种半经验半理论的方法。,再用适当的数学方法求解。,因次分析法,直管湍流阻力,化工过程往往十分复杂，涉及的影响因素很多，各种因素的影响有时不能用迄今已掌握的物理、
4、化学和数学等基本原理定量地分析预测，而必须通过实验来解决，即所谓的实验研究法。,本课程的学习过程中将经常见到无因次数群的关系式。,它一般以因次分析法为指导，依靠实验建立过程参数之间的相互关系，而且通常是把各种参数的影响表示成为由若干个有关参数组成的具有一定物理意义的无因次数群（也叫准数）的影响。,参数综合法,当量法,类比法,过滤常数,当量直径、当量长度等,动量、热量、质量传递的类似律,选择：为了达到或实现某一工程目的，能对过程和设备作合理的选择和组合。,设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。,3、化工原理的学习
5、方法,发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本求源。,操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。,4、化工原理课在诸门课程中的位置,化工原理是化工类及其相关（近）专业的一门重要的技术基础课，在培养化学工程专业学生综合素质的过程中更有其特殊的地位和作用。,（1）在教学计划中，这门课程是承前启后，由理及工 的桥梁,先行的数学、物理、化学等课程主要是为了了解自然界的普遍规律，属于自然科学的范畴，而化工原理则属于工程技术科学的范畴，是化工专业课程的基础。,（2）化工原理课程具有显著的工程 性,它要解决的问题是多因素、多变量的综合性问
6、题，因此分析和解决处理问题的方法也就与理科课程有较大的不同，这可能会导致部分学生在学习初期有些不适应。,（3）化工原理的主要内容涉及化工单元操作的 基本原理及其相关的基础。,它来自化工实践，又面向化工实践，是化工技术工作者的看家本领所在。可以说，“化工原理”四个字恰如其分地表达了这门课程的性质及重要性。,5、课程学习的要求,本课程是科学与技术的融合，它强调工程观点、定理运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。学生在学习过程中要注意以下几个方面能力的培养：,单元操作和设备选择的能力。,在确定工艺流程时，要能够合理选择单元操作，合理地选择设备。,工程设计能力。,学习工艺过程计算和设备设计
7、。当缺乏现成数据时，要能够从资料中查取，或从生产现场查定，或通过实验测取。学习利用计算机辅助设计。,操作和调节生产过程的能力。,学习如何操作和调节生产过程。（正常、不正常、开车、停车）在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排除故障的措施。了解优化生产过程的途径。,过程开发或科学研究能力。,学习如何根据物理或物理化学原理而开发单元操作，进而组织一个生产工艺过程。将可能变现实实现工程目的，这是综合创造能力的体现。,1、物料恒算：,（1）一般过程：,进入系统的物料量=离开系统的物料量+过程 积累的物料量,（2）稳定过程：,过程积累的物料量为零。,进入系统的物料量=离开系统的物料量,二、化工原理处理
8、问题的方法,输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量和。,物料衡算的通式,依据质量守恒定律,衡算的系统,整个生产过程某一设备,衡算的对象,系统中的所有物料某一个组分,定态过程，积累为零。则：,例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12（质量）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；（2）第一蒸发器送出的溶液浓度。,用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。,解：1）画一个流程图表示进行的过程,2）划定衡算的范围,为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭的虚线画出。,连续操作以
9、单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准,由于连续操作，以1小时为基准。,4）确定衡算对象,此题中有两个未知数，蒸发的水量W及送出的NaOH溶液量F，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。,3）选择衡算基准,对盐作物料衡算:,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,由题意知,求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。,对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,解得：,2、热量恒算,一般过程：,进入系统的热量=离开系统的热量+过程中损失 的热量,依据：能量守恒定律,即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。,热量衡算通式,或写 成,热量衡算
10、的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先划定衡算范围及衡算基准。,此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0为基准温度，并规定0时液态的焓值为零。,例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）的某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。,解：根据题意画出流程图,从附录查出120饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg，120饱和水的焓值为503.67kJ/kg。,基准：1s,在图中虚线范围内作热量衡算,在此系统中输入的热量：,蒸气
11、带入的热量：,溶液带入的热量：,输出的热量：,冷凝水带出的热量：,溶液带出的热量：,根据能量衡算式，有：,热量损失的百分数=,3、过程的平衡和速率,平衡问题,过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。,平衡是一个动态的过程。,平衡关系,反应了一个过程（传热过程、物质传递）达到平衡时，决定系统平衡状态的参数间的关系。,（1）过程的方向：,总是趋于平衡,（2）过程的极限：,达到了平衡,速率,过程的速率是指过程由不平衡到平衡进 行的快慢。,阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。,过程的速率表示为：,过程的速率推动力 阻力,推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离。,一个过程速率不变
12、的过程，推动力，阻力,1、我国的法定计量单位,（1）定义：国家以命令形式规定允许使用的计量 单位；,（2）构成：以国际单位为基础，根据我国情况又 适当增加了一些其他单位一起构成的；,三、单位及单位制,4）导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基 本单位相乘、除而构成的。,2、单位及单位制,1）基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度、时间等)。,2）基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的 单位。,3）导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定 的量。,5）单位制：基本单位与导出单位的总和。,物理单位制：基本单位：长度cm、质量g、时间s,工程单位制：基本单位：长度m、力 kgf、时间s
13、,SI单位制：,基本单位有7个：,m、kg、s、mol、K、A（安培）、cd（坎）发光强度。,化工中常用的有5个：,长度cm、质量kg、时间s、温度K、物质量mol,国际单位制的辅助单位：（2个）,平面角：弧度（rad）、立体角：球面度（sr）,导出单位（国际单位制中具有专门名称的导出单位）：（19个）,力、重力、N、压力、压强、应力、Pa、能、功、热、J（Nm）、功率、W；,国家规定非国际单位：（10个）,时间：分钟、min；小时、h；天、d；,旋转速度：r/min；,质量单位：吨、t；体积、L；,用于构成10进倍数和份数的词头：,106兆用M表示；103千用K表示；102百用h表示；10-
14、1分用d表示；10-2厘用c表示；10-3毫用m表示；10-6微用表示；,3、单位换算：,掌握单位向法定单位换算，单位换算最重要的是压强单位换算。,具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位来表示各物理量即可。,4、单位的正确运用,理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理 量之间的关系，又叫物理方程。,经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物 理量的数字之间的关系，又叫数字公式。,公式中所用的单位一般都是指定的，在计算中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单位就行了。,主要参考书,陈维杻传递过程与单元操作.上册.杭州：浙江 大学出版社，1993,陈维杻传递过程与单元操作.下册.杭州
15、：浙江 大学出版社，1993,谭天恩等.化工原理.上册.第二版.北京：化学工 业出版社，1990,谭天恩等.化工原理.下册.第二版.北京：化学工 业出版社，1998,陈敏恒等.化工原理.上册.第二版.北京：化学工 业出版社，1999,陈敏恒等.化工原理.下册.第二版.北京：化学工 业出版社，2000,王绍亭等.化工传递过程基础.北京：化学工业出 版社，1987,成都科技大学化工原理编写组.化工原理.上册.成都：成都科技大学出版社，1991,成都科技大学化工原理编写组.化工原理.下册.成都：成都科技大学出版社，1991,大连理工大学化工原理教研室.化工原理.上册.大连：大连理工大学出版社，199
16、3,大连理工大学化工原理教研室.化工原理.下册.大连：大连理工大学出版社，1992,蒋维均等化工原理.上册北京：清华大学出 版社，1992,蒋维均等化工原理.下册北京：清华大学出 版社，1993,姚玉英等.化工原理.上、下册.天津：天津大学 出版社，1996,Unit operation in chemical engineering;WarrenL.McCabe,JulianC.Smith,Peter Harriott.McGraw-Hill,1992(5th ed),Unit operations and equipment of Chemical engineering;A.Planovsky,P.Nikolaev.Mir Pub.,c1990,End,化工生产过程,
