中山大学化工原理课件第0章-绪论

1、化工基础第一讲丁 楠开源节流开源节流351053. 3mV 261006. 1mS WQ71052. 1 反反WQ61078. 2 移移334.35mV 236. 2mS WQ157. 0 反反WQ0296. 0 移移原料预处理化学反应产物后处理物理过程单元操作化学反应工程物理过程单元操作 化工生产过程化工生产过程实验研究方法（经验的方法）实验研究方法（经验的方法） 一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（或称准数）构定过程变量之间的关系，通过无因次数群（或称准数）构成的关系式来表达。成的关系式来表达。实验：寻找

2、函数形式，决定参数实验：寻找函数形式，决定参数 在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。 如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。数学模型法（半经验半理论的方法）数学模型法（半经验半理论的方法）Vnq

3、,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,Vnq,Fnq,fxLnq,Dnq,dxwxWnq,5 . 2, DnLnqqVm RTPM 22111 xxm niiimy1 1. 1. 课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本；课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本；祁存谦主编的化工原理。课件不拷贝。祁存谦主编的化工原理。课件不拷贝。2. 2. 习题课：讲完课后安排一次习题课；习题课：讲完课后安排一次习题课；3. 3. 实验教学：实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解所学理通过验

4、证性实验来帮助学生理解所学理论论。安排在下学期上，作为专门的一门课化工基。安排在下学期上，作为专门的一门课化工基础实验。础实验。教学计划（教学计划（5454学时学时) )4 4辅导答疑：辅导答疑：5 5作业：每章交一次，要求计算题求解步作业：每章交一次，要求计算题求解步骤。骤。6 6考核考核 考勤：考勤：10%10%（缺勤超（缺勤超1/31/3者没有考试资者没有考试资格）格） 作业：作业：10%10%（缺作业超（缺作业超1/31/3者没有考试者没有考试资格）资格） 考试：考试：80% 80% 本课程的特点：本课程的特点：1 1是划分工科和理科的标准，是化工类各专业课的基础是划分工科和理科的标准

5、，是化工类各专业课的基础理论课。理论课。2 2难度较大，与物理化学相当。难度较大，与物理化学相当。3. 3. 很重要，化工类研究生升学考试科目很重要，化工类研究生升学考试科目 1 1课前预习课前预习2 2认真听课认真听课3 3课后复习课后复习4 4独立完成作业独立完成作业5. 5. 有疑问及时解决有疑问及时解决学习要求学习要求：1.1.课程的由来发展、内容和性质课程的由来发展、内容和性质l 1922 1922年美国化工学会年会年美国化工学会年会, , 里特尔里特尔(A.D.LiThle(A.D.LiThle) ) 提出建立提出建立“” ” （）的概念）的概念 “ “任何一个化学过程任何一个化学

6、过程, ,不管它的规模如何不管它的规模如何, ,都可都可分解成为一系列互相类同的被称作分解成为一系列互相类同的被称作“单元操作单元操作(Unit (Unit operation)”operation)”的组成部分，如粉碎、混合、加热、的组成部分，如粉碎、混合、加热、焙烧、吸收、沉淀、结晶、过滤、溶解等。焙烧、吸收、沉淀、结晶、过滤、溶解等。1.1 1.1 课程的由来发展课程的由来发展l 19231923年年 MIT的著名教授的著名教授 W.D.Walker、W.H.Lewis和和W.H.Mcadams 等等人根据此概念写成了第一部单元操作的人根据此概念写成了第一部单元操作的书书 “ “Prin

7、ciples of Chemical Engineering （）” ” l 19601960年，美国威斯康新大学的年，美国威斯康新大学的BirdBird等人把等人把“三传三传”的的内容组织在一起写成了内容组织在一起写成了Transport phenomenaTransport phenomena 一书，一书，加强了学生工程学科基础的训练。与此同时，化学反应加强了学生工程学科基础的训练。与此同时，化学反应过程经过了由过程经过了由“单元过程单元过程”到到“化学反应工程学化学反应工程学”的发的发展。至此，化学工程学科发展到了展。至此，化学工程学科发展到了“”的较完的较完整阶段。整阶段。l . .计

8、算机应用的快速发展，使化学工程成为更完整计算机应用的快速发展，使化学工程成为更完整的体系，并推向了的体系，并推向了“过程优化集成过程优化集成”、“分子模拟分子模拟”的的新阶段。随着科学技术的高速发展，化学工程与相邻学新阶段。随着科学技术的高速发展，化学工程与相邻学科相融合逐渐形成了若干新的分支与生长点，诸如：生科相融合逐渐形成了若干新的分支与生长点，诸如：生物化学工程、分子化学工程、环境化学工程、能源化学物化学工程、分子化学工程、环境化学工程、能源化学工程、计算化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。工程、计算化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。同时，上述新兴产业与学科的发展，也推动了特殊

9、领域同时，上述新兴产业与学科的发展，也推动了特殊领域化学工程的进步。化学工程的进步。单元操作的研究内容与方向：单元操作的研究内容与方向： 单元操作的基本原理；单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构；单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。单元操作设备选型设计计算。研究内容研究内容 高效率、低能耗、环保；高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作开发新的单元操作 单元操作集成工艺与技术。单元操作集成工艺与技术。研究方研究方向向单元操作单元操作目的目的物态物态原理原理传递传递流体输送流体输送 输送输送l l 、g g 输入机械能输入机械能 动量动量传递传递搅拌搅拌 混合、分散混合、

10、分散 g g、l l、s sl l 输入机械能输入机械能沉降沉降 非均相混合物分离非均相混合物分离 g g、l ls s 引起沉降引起沉降 过滤过滤 同上同上 g g、l ls s 尺度不同的截留尺度不同的截留 传热传热 升、降升、降T T，oror改变相改变相态态 g g、l l 利用利用TT传入、传入、移出热量移出热量 热量热量传递传递蒸发蒸发 溶剂与不挥发性溶质溶剂与不挥发性溶质分离分离 l l 供热汽化溶剂供热汽化溶剂 气体吸收气体吸收均相混合物分离均相混合物分离 g g 溶解度不同溶解度不同 质量质量传递传递液体精馏液体精馏均相混合物分离均相混合物分离l l挥发度不同挥发度不同 萃取

11、萃取 均相混合物分离均相混合物分离l l溶解度不同溶解度不同 干燥干燥 去湿去湿 s s供热汽化供热汽化 吸附吸附均相混合物分离均相混合物分离g g、l l 吸附能力不同吸附能力不同课程的性课程的性质质2. 2. 单位制与单位换算单位制与单位换算2.1 2.1 基本单位与导出单位基本单位与导出单位 基本单位：选择几个独立的物理量，根据方便原则规定基本单位：选择几个独立的物理量，根据方便原则规定单位；单位；导出单位：由有关基本单位组合而成。导出单位：由有关基本单位组合而成。单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位大小不同。大小不同。2.2 2.2 常用

12、单位制常用单位制 基本单位：基本单位：7 7个，化工中常用有个，化工中常用有5 5个，个，即长度（米），质量（千克），时即长度（米），质量（千克），时间（秒），温度（间（秒），温度（K K），物质的量），物质的量（摩尔），电流（安培），发光强（摩尔），电流（安培），发光强度（坎）度（坎）国际单位制国际单位制 SISI制制基本单位：长度（厘米基本单位：长度（厘米cmcm），质量），质量（克（克g g），时间（秒），时间（秒s s）物理单位制物理单位制 CGSCGS制制基本单位：长度（米），重量或力基本单位：长度（米），重量或力（千克力（千克力kgfkgf），时间（秒），时间（秒）工程单位制工程单

13、位制我国法定单位制为国际单位制（即我国法定单位制为国际单位制（即SISI制）制）2.3 2.3 单位换算单位换算l 物理量的单位换算物理量的单位换算换算因数换算因数：同一物理量，若单位不同其数值就不同，：同一物理量，若单位不同其数值就不同，二者包括单位在内的比值称为换算因数（见附录二者包括单位在内的比值称为换算因数（见附录一）。一）。l 经验公式的单位换算经验公式的单位换算经验公式是根据实验数据整理而成的，式中各符经验公式是根据实验数据整理而成的，式中各符号只号只代表物理量的数字部分，其单位必须采用指定单位。代表物理量的数字部分，其单位必须采用指定单位。定义：任何物理量通过物理关系与基本量联系

14、起来的关定义：任何物理量通过物理关系与基本量联系起来的关系式。系式。性质：若用符号性质：若用符号L L、M M、T T、I I、 、N N、J J分别表示长度、质分别表示长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度7 7个个基本量的量纲，则导出量基本量的量纲，则导出量Q Q的量纲可用基本量量纲的组合的量纲可用基本量量纲的组合来表示，来表示， 即即 ： 式中：式中： 量纲指数（因次）。量纲指数（因次）。 2.4 2.4 量纲量纲(Dimension)(Dimension)dimQL M T IN J、 、 、如：如：1dim()uLT速速度

15、度 ；3dim()ML密密度度 ；若若 ： 则则 ： ， 此时此时Q Q称为量纲为称为量纲为1 1的量，或称为无量纲的量，或称为无量纲量，量， 0 dim1Q 如：如：3300dim ()dMLMLM L相相对对密密度度量纲一致性原理：任何一个理论（物理）方量纲一致性原理：任何一个理论（物理）方程两边的量纲必相等。程两边的量纲必相等。 2.5 2.5 浓度的表示方法浓度的表示方法l 物质的量浓度与摩尔分数物质的量浓度与摩尔分数iicn V物质的量浓度：物质的量浓度：摩尔分数：摩尔分数：iixn nl 物质的质量浓度与物质的质量分数物质的质量浓度与物质的质量分数物质的质量浓度：物质的质量浓度：i

16、im V物质的质量分数：物质的质量分数：iiwm ml 摩尔比与质量比摩尔比与质量比摩尔比：摩尔比：ABXnn质量比：质量比：ABXmm3. 3. 单元操作中的两条主线和五个基本概念单元操作中的两条主线和五个基本概念3.1 3.1 两条主线两条主线l 动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。l 研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。主线。3.2 3.2 五个基本概念五个基本概念输入量输入量 输出量输出

17、量 积累量积累量 1.1.画出流程示意图，标出物画出流程示意图，标出物 料流向与流量、组成等；料流向与流量、组成等； 物料衡算的步骤物料衡算的步骤2.2.用虚线划出衡算范围；用虚线划出衡算范围；3.3.定出衡算基准；定出衡算基准；4.4.列出衡算式并求解。列出衡算式并求解。 物料衡算物料衡算W W1 1W W2 2F F0F F1 1第一蒸发器第一蒸发器第二蒸发器第二蒸发器F F2 2 能量衡算能量衡算 平衡关系平衡关系平衡关系可判断过程能否进行，及进行的方向和平衡关系可判断过程能否进行，及进行的方向和限度。任何传递过程都有一个极限，当传递过程限度。任何传递过程都有一个极限，当传递过程达到极限时，其过程进行的推动力为零，此时净达到极限时，其过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为的传递速率为零，即称为“平衡平衡”。 流体流动流体流动P P 热量传递热量传递T T 传质过程传质过程CC 经济衡算经济衡算单位时间内所传递的能量（动量，热量）或物质单位时间内所传递的能量（动量，热量）或物质量量, ,是决定化工设备的重要因素。过程速