化工传递过程

1、下午7时36分1 主讲：王克冰主讲：王克冰下午7时36分20.1 化工原理课程的地位化工原理课程的地位0.2 研究内容研究内容0.3 两种基本研究方法两种基本研究方法0.4 四个基本工具四个基本工具0.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算0.6 学好本课程应注意的问题及培养的能力学好本课程应注意的问题及培养的能力绪论绪论 (Introduction）下午7时36分30.1 化工原理课程的地位化工原理课程的地位结构化学高分子化学.化学（单元操作）（单元操作）下午7时36分40.1 化工原理课程的地位化工原理课程的地位 解决的是为什么某种变化过程能够发生，研究解决的是

2、为什么某种变化过程能够发生，研究的是物质的组成、结构、性质、变化规律等；的是物质的组成、结构、性质、变化规律等； 针对的是怎么实现这些变化过程，研究的是实针对的是怎么实现这些变化过程，研究的是实现某种工业生产所需要的原料、设备、工艺流程和现某种工业生产所需要的原料、设备、工艺流程和废弃物处理方法等。废弃物处理方法等。 下午7时36分50.2 研究内容研究内容 0.2.1 研究对象研究对象例如：天然气制甲醇生产例如：天然气制甲醇生产 化工生产过程化工生产过程（Chemical Industrial Processes)：对原料进行化学加工以获得有用产品的过程。 甲醇制二甲醚生产甲醇制二甲醚生产图

3、片图片下午7时36分60.2 研究内容研究内容下午7时36分70.2 研究内容研究内容甲醇制二甲醚生产过程甲醇制二甲醚生产过程下午7时36分80.2 研究内容研究内容原料原料物理过程物理过程化学反应化学反应物理过程物理过程产品产品原料原料原料原料产品产品原料原料原料原料产品产品原料原料物理过程物理过程物理过程物理过程化工原理的研究对象下午7时36分9物理操作物理操作 单元操作单元操作 (Unit Operation）三传（化工原理）：三传（化工原理）： 动量传递动量传递 热量传递热量传递 质量传递质量传递一反：化学反应工程学一反：化学反应工程学 化学工程学的核心！化学工程学的核心！下午7时36

4、分100.2 研究内容研究内容0.2.2 单元操作的特点单元操作的特点所有的单元操作都是物理性操作所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料，只改变物料的状态或物理性质，不改变其化学性质。的状态或物理性质，不改变其化学性质。 单元操作是化工生产过程中共有的操作单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与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。排列顺序不同。 单元操作作用于不同的化工过程时，单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理基本原理相同，所用的设备也是通用的相同，所用的设备也是通用的。下午7时36分110.2 研究内容研究内容

5、0.2.3 课程任务课程任务单元操作包括过程和设备过程和设备两个方面，要具备以下能力：n 单元操作和设备选择的能力n 过程的计算和设备的设计能力n 操作和调节生产过程的能力n 了解优化生产过程的途径 课程具体研究内容：各单元操作的基本原理、所用典型设备的结构、设备工艺尺寸的计算和设备选型。下午7时36分12通过实验确定模型参数1、实验研究法（经验法）、实验研究法（经验法）2、数学模型法（半理论半经验法）、数学模型法（半理论半经验法）用因次分析法将诸因素转换成无因次数群分析机理(合理简化)建立物理模型得出数学模型0.3 两种基本研究方法两种基本研究方法通过实验确定影响过程的主要因素通过实验建立无

6、因次数群间的具体关系式下午7时36分13其中：G1 进入系统物料总量 G2 离开系统物料总量 GA 累积物料总量(Accumulation) 依据：质量守恒定律G1=G2+GAn 既适于间歇过程，也适于连续过程对连续操作对连续操作： G1=G2n 既适于总物料，也适于物料中任一组分或任一元素 1. 物料衡算（物料衡算（Material Balance）0.4 四个基本工具（重要！）四个基本工具（重要！）下午7时36分14衡算方法和步骤衡算方法和步骤：1. 画流程简图，标出物流方向。2. 划定衡算范围（设备的局部、整体或一组设备等）。3. 确定衡算基准（单位时间或一批物料），列衡算式。0.4 四

7、个基本工具四个基本工具解出D和W易挥发组分：FxF=DxD+WxW总物料：F=D+W下午7时36分152. 能量衡算能量衡算（Energy Balance）LQQQ21依据：能量守衡定律LQwHwH21)()( 衡算步骤与物料衡算一样，但要选定基准温度与状态，通常规定0液体的焓值为0。0.4 四个基本工具四个基本工具对于热量衡算对于热量衡算:其中：Q1 进入系统的总能量 Q2 离开系统的总能量 QL 系统的能量损失下午7时36分160.4 四个基本工具四个基本工具LQQQQQ4321QL下午7时36分17阻力推动力过程速率 3. 相平衡关系相平衡关系4. 速率关系速率关系推动力：推动力：过程所

8、处的状态与平衡状态之间的距离阻力：阻力：各种因素对过程速率总的影响表明过程进行的方向和达到的极限表明过程进行的快慢0.4 四个基本工具四个基本工具下午7时36分180.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算0.5.1 单位制度（单位制度（Unit Systems)l 导出单位：导出单位：其它物理量的单位可根据它们与基本量的关系来确定。l 基本单位：基本单位：选择几个独立独立的物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单位。一、基本单位和导出单位一、基本单位和导出单位导出单位导出单位单位制度单位制度基本单位基本单位 对于基本量及其单位基本量及其单位的选择不同，历史产生了不同的单位制度。下午7时36

9、分19二、国际单位制（二、国际单位制（SI，1960年）年）0.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算物理量名称单位名称单位符号长度米m质量千克（公斤）kg时间秒s电流安【培】A热力学温度开【尔文】K发光强度砍【德拉】cd物质的量摩【尔】moll 7个基本量和基本单位：个基本量和基本单位：l 7个基本量和基本单位：个基本量和基本单位：l 7个基本量和基本单位：个基本量和基本单位：下午7时36分200.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算l 由基本单位按定义方程式导出的具有专门名称的导 出单位。如：如： 力力 F=ma Kgm/s2 N 牛牛 压强压强 P=F/面积面积 N/m2 Pa 帕

10、帕 能能 F距离距离 Kgm2/s2 Nm J 焦焦 功率功率 功功/时间时间 Kgm2/s3 J/s W 瓦瓦 .下午7时36分21物理量名称物理量名称 物理量符号物理量符号单位名称单位名称 单位符号单位符号 面积面积A，（，（S）平方米平方米m²体积体积V立方米立方米m³速度速度v米每秒米每秒m/s加速度加速度a米每二次方秒米每二次方秒m/s²频率频率f，赫赫【兹【兹】Hz密度密度千克每立方米千克每立方米kg/m³力力F牛牛【顿【顿】N压强压强p帕帕【斯卡【斯卡】Pa功功W，（，（A）焦焦【耳【耳】J功率功率P瓦瓦【特

11、【特】W电荷电荷【量【量】Q库库【仑【仑】C电势差电势差U，（，（V）伏伏【特【特】V电阻电阻R欧欧【姆【姆】磁感应强度磁感应强度B特特【斯拉【斯拉】T光通量光通量流流【明【明】lm光照度光照度勒勒【克斯【克斯】lx放射性活度放射性活度贝可贝可【勒尔【勒尔】Bq吸收剂量吸收剂量戈戈【瑞【瑞】Gy下午7时36分22我国法定计量单位选定的非国际单位制国际单位制三、中华人民共和国法定单位制（三、中华人民共和国法定单位制（1990年）年）量的名称单位名称单位符号换算关系和说明时间分，小时，天min，h，d旋转速度转每分r/min体积升L1L=1m的-3次方长度 海里n mile1nmile=1852m

12、 (只用于航程) 0.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算下午7时36分230.5.2 单位换算单位换算(Conversion of Unit)2. 代入换算式，引入新单位，消去旧单位22)01. 0(81. 9033. 1/033. 1mNcmkgfPamN101330/10013. 1251kgf=9.81N 1cm=0.01m1. 查出原单位与新单位间的关系，即换算因子。例：将1atm=1.033kgf/cm2换算成SI制，即Pa。0.5 单位制度和单位换算单位制度和单位换算下午7时36分240.6 学好本课程应注意的问题及培养的能力学好本课程应注意的问题及培养的能力 1、理论联系实

13、际 2、过程原理与设备并重 3、掌握研究的方法（四个工具） 4、着重培养自学能力、创新能力 5、培养非智力因素（刻苦、勤奋、好学、多 问、实干、毅力等） 理论教学试验教学课程设计下午7时36分25主要参考书：主要参考书：1 1、夏青等编，化工原理（上、下册）、夏青等编，化工原理（上、下册）2 2、王志魁，化工原理、王志魁，化工原理3 3、陈敏恒，化工原理、陈敏恒，化工原理4 4、蒋维钧等编，化工原理、蒋维钧等编，化工原理5 5、清华大学化工系编，传递过程与单元操作、清华大学化工系编，传递过程与单元操作6 6、祁存谦等编，化工原理、祁存谦等编，化工原理7 7、柴诚敬等编，化工原理课程学习指导、柴

14、诚敬等编，化工原理课程学习指导下午7时36分26本章小结本章小结下午7时36分271.了解化工原理的研究对象了解化工原理的研究对象2. 熟悉单元操作的分类。熟悉单元操作的分类。2. 熟练掌握物料衡算和能量衡算方法。熟练掌握物料衡算和能量衡算方法。3. 熟练掌握单位换算方法。熟练掌握单位换算方法。下午7时36分28【例【例】在两个蒸发器中，每小时将在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液的无机盐水溶液从从12（质量，下同）浓缩到（质量，下同）浓缩到30%。第二蒸发器比第一。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出蒸发器多蒸出5%的水分。试求：的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸）各蒸发器每小时蒸出

15、水分的量；（出水分的量；（2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。第一蒸发器送出的溶液浓度。 3) 选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准）间歇操作以一批操作为基准） 本题由于连续操作，以本题由于连续操作，以1小时为基准。小时为基准。解：解：1) 首先画一个流程图表示进行的过程。首先画一个流程图表示进行的过程。用方框表用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。 2) 划定衡算的范围。划定衡算的范围。为求各蒸发器蒸发的水量，为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用以整个流程为衡算范

16、围，用一圈封闭的虚线一圈封闭的虚线画出画出。下午7时36分29蒸发器蒸发器1蒸发器蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1 F2x2=0.3 4) 确定衡算对象确定衡算对象 求求各蒸发器蒸出的水量（各蒸发器蒸出的水量（W1、W2），列出两个衡算式。），列出两个衡算式。)(112200 xFxFxFkg/h6 .1536kg/h 4 .146321WW由题意知由题意知1205. 1WW kg/h300021WWkg/h20002F23 . 012. 05000F代入已知数据，得：代入已知数据，得：对对总物料总物料作衡算：作衡算：2125000WWF对对盐盐作物料衡算：作物料衡

17、算：下午7时36分30%97.161697. 01xkg/h6 .35361F解得：解得：14 .14635000F1112. 05000 xF 代入已知数据，得：代入已知数据，得：110FWF 对总物料作衡算：对总物料作衡算：1100 xFxF 第一个蒸发器送出的溶液浓度第一个蒸发器送出的溶液浓度x1，以蒸发器，以蒸发器1为衡算范围。为衡算范围。对盐作物料衡算：对盐作物料衡算：蒸发器蒸发器1蒸发器蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1 F2x2=0.3下午7时36分31【例【例】在换热器里将平均比热为在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）的某）的某溶液自溶液自25

18、加热到加热到80，溶液流量为，溶液流量为1.0kg/s，加热介质，加热介质为为120的饱和水蒸气，其消耗量为的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷，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。水蒸气所提供热量的百分数。换热器换热器120饱和水蒸气饱和水蒸气0.095kg/s120饱和水饱和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液溶液 80溶液溶液 1.0kg/s解：根据题意画出流程图及衡算范围。解：根据题意画出流程图及衡算范围。Q3Q4Q1Q2Q损失下午7时36分32kW3 .346893 .257IQkW8902556. 30 . 12Q溶液带入的热量溶液带入的热量：kW3 .2579 .2708095. 01Q蒸气带入的热量：蒸气带入的热量： 解：基准：解：基准：1s，在图中在图中虚线范围内作热量衡算虚线范围内作热量衡算 从表中查出从表中查出120饱和水蒸气的焓值为饱和水蒸气的焓值为2708.9k