化工原理讲稿(中国石油大学)绪论

1、石油加工单元石油加工单元过程原理过程原理( (化工原理）化工原理）中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）化学化工学院化学化工学院王云芳王云芳手机：手机：1596300668115963006681 E-mail E-mail：课程简介课程简介重要性重要性学习方法学习方法作业、实验作业、实验成绩评定成绩评定参考书参考书1.化工原理（第二版）谭天恩等.化学工业出版社2.化工原理（第二版）. 陈敏恒等。化学工业出版社3.化工原理例题与习题 （第三版） 姚玉英主编。化学工业出版社4.化工原理例题与习题李发永等石油大学出版社本节思考题本节思考题1.1.本课程的研究对象是什么？本课程的研究对象是什么？2

2、.“2.“三传三传” ” 指的是什么？指的是什么？3.3.物料衡算和能量衡算的基本原理是什么？物料衡算和能量衡算的基本原理是什么？5.5.什么是单位制？常见的单位制有哪些？什么是单位制？常见的单位制有哪些？4.4.研究单元操作的基本工具有哪些？研究单元操作的基本工具有哪些？6.6.熟练掌握不同单位制之间的换算。熟练掌握不同单位制之间的换算。绪绪 论论一、化学工程简介一、化学工程简介二、本课程的研究对象、内容及任务二、本课程的研究对象、内容及任务三、研究本学科的基本方法三、研究本学科的基本方法四、研究单元过程的基本工具四、研究单元过程的基本工具五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算1.1.化学

3、工程的诞生化学工程的诞生 18 181919世纪世纪 典型化工产品的生产工艺出现典型化工产品的生产工艺出现一、化学工程简介一、化学工程简介 1901 1901年年化学工程手册化学工程手册19081908年年 美国化学工程师协会诞生美国化学工程师协会诞生 利特尔任主席利特尔任主席19151915年年利特尔利特尔提出提出“单元操作单元操作”概念概念19221922年年建立建立“化学工程化学工程”的的报告的的报告G.E.G.E.戴维斯戴维斯美国化学工程师协会美国化学工程师协会19231923年年刘易斯和刘易斯和W.H.W.H.麦克亚当斯麦克亚当斯 化工原理化工原理出版出版2.2.化学工程的发展化学工

4、程的发展一、化学工程简介一、化学工程简介化工热力学化工热力学化学反应工程化学反应工程化工系统工程化工系统工程分离工程分离工程化工控制工程化工控制工程化学工程化学工程化工热力学化工热力学控制工程控制工程分离工程分离工程反应工程反应工程化工系统工程化工系统工程一、化学工程简介一、化学工程简介3.3.化学工程的拓展与深化化学工程的拓展与深化 进入进入2020世纪后叶世纪后叶 , ,化学工程学科发展的主要趋势是化学工程学科发展的主要趋势是 : : 化学工程与相关学科结合，形成新的边缘与交叉学科。化学工程与相关学科结合，形成新的边缘与交叉学科。生物化学工程生物化学工程 精细化学工程精细化学工程材料化学工

5、程材料化学工程微电子化学工程微电子化学工程 环境化学工程环境化学工程 一、化学工程简介一、化学工程简介 国外将化学工程的发展从国外将化学工程的发展从19051905年起每十年分一个阶段，年起每十年分一个阶段，具体如下：具体如下：第一阶段：第一阶段：1905190519151915年年标志性成果：工业化学标志性成果：工业化学第二阶段：第二阶段：1915191519251925年年标志性成果：单元操作标志性成果：单元操作第三阶段：第三阶段：1925192519351935年年标志性成果：物料和能量衡算标志性成果：物料和能量衡算第四阶段：第四阶段：1935193519451945年年标志性成果：化工

6、热力学标志性成果：化工热力学第五阶段：第五阶段：1945194519551955年年标志性成果：化学反应工程标志性成果：化学反应工程第六阶段：第六阶段：1955195519651965年年标志性成果：传递过程标志性成果：传递过程和系统工程和系统工程一、化学工程简介一、化学工程简介 从从19651965年以后至今，化学工程年以后至今，化学工程与相关学科结合与相关学科结合，形成形成新的边缘与交叉学科。新的边缘与交叉学科。化学工程化学工程材料科学材料科学计算机科学计算机科学电力工程电力工程物理学物理学化学化学生物学生物学机械工程机械工程土木工程土木工程数学数学二、本课程的研究对象、内容及任务二、本课

7、程的研究对象、内容及任务1.1.研究对象：研究对象：单元操作单元操作 在石油加工和石油化工生产中在石油加工和石油化工生产中, ,重要的单元操作约有重要的单元操作约有2020多多种种, ,按其理论基础可归纳为以下三类：按其理论基础可归纳为以下三类：动量传递过程动量传递过程热量传递过程热量传递过程质量传递过程质量传递过程：流体输送、气体压缩、沉降、过滤、：流体输送、气体压缩、沉降、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化、气力输送离心分离、搅拌、固体流态化、气力输送：加热、冷凝和冷却、蒸发：加热、冷凝和冷却、蒸发：蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、结晶：蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、结晶二、本课程的研究对象、

8、内容及任务二、本课程的研究对象、内容及任务 研究各单元操作的基本原理、计算方法及设研究各单元操作的基本原理、计算方法及设备的设计、操作和选型等。备的设计、操作和选型等。2.2.研究内容：研究内容：3.3.研究任务：研究任务：研究新的工艺过程及设备。研究新的工艺过程及设备。设计工业生产过程（工艺条件、设备等）。设计工业生产过程（工艺条件、设备等）。对现有设备进行改造计算或操作条件优化。对现有设备进行改造计算或操作条件优化。二、本课程的研究对象、内容及任务二、本课程的研究对象、内容及任务三、研究本学科的基本方法三、研究本学科的基本方法1.1.实验研究方法（经验的方法）实验研究方法（经验的方法）2.

9、2.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）四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具1.1.物料衡算物料衡算理论基础：质量守恒定律理论基础：质量守恒定律 在一个单元过程中，进入的物料量等于排出的物料量与在一个单元过程中，进入的物料量等于排出的物料量与积累的物料量之和。积累的物料量之和。aoutinmmm 对于连续、稳定的操作过程对于连续、稳定的操作过程，各物料量不随时间变化，各物料量不随时间变化，则过程中不应有物料的积累。则过程中不应有物料的积累。outinmm作物料衡算应注意的问题：作物料衡算应注意的问题：1.1.确定衡算范围；确定衡算范围；2.2.明确衡

10、算对象；明确衡算对象；3.3.统一计算单位；统一计算单位；4.4.选定计算基准。选定计算基准。四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具例例0-1 0-1 某容器内装某容器内装1000L1000L质量分数为质量分数为0.950.95的乙醇水溶液，的乙醇水溶液，其密度为其密度为840kg/m840kg/m3 3。现用纯水以。现用纯水以100kg/min100kg/min的速率进入容的速率进入容器置换，并以同样的速率放出乙醇溶液，假设容器内混器置换，并以同样的速率放出乙醇溶液，假设容器内混合良好。试求要使容器内乙醇溶液的质量分数变为合良好。试求要使容器内乙醇溶液的质量分数变为0.050.

11、05，需要多少时间？需要多少时间？四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具2.2.能量衡算能量衡算理论基础：能量守恒定律。理论基础：能量守恒定律。四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具 对于连续、稳定的操作过程对于连续、稳定的操作过程，各过程能量不随时间变化，各过程能量不随时间变化，则过程中不应有能量的积累。则过程中不应有能量的积累。能量输入能量输入=能量输出能量输出+能量积累能量积累能量输入能量输入=能量输出能量输出四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具1.1.确定衡算范围；确定衡算范围；2.2.明确衡算对象；明确衡算对象；3.3.统一计算单位；统一计

12、算单位；4.4.选定计算基准。选定计算基准。注意的问题：注意的问题：3.3.系统的平衡关系系统的平衡关系两大平衡：相平衡与化学平衡。两大平衡：相平衡与化学平衡。任何过程都是由不平衡状态向平衡状态进行。任何过程都是由不平衡状态向平衡状态进行。平衡态：自然过程所能达到的极限程度，用来平衡态：自然过程所能达到的极限程度，用来判断过程进行的方向及限度。判断过程进行的方向及限度。四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具4.4.过程速率过程速率系统从不平衡状态向平衡状态转化的速率。系统从不平衡状态向平衡状态转化的速率。过程阻力过程阻力过程推动力过程推动力过程速率过程速率 过程推动力：系统与平衡

13、态相差的程度。相差程度越大，推过程推动力：系统与平衡态相差的程度。相差程度越大，推动力越大，当过程达到平衡时，推动力为动力越大，当过程达到平衡时，推动力为0 0。过程阻力：比较复杂，影响因素很多。过程阻力：比较复杂，影响因素很多。过程速率是计算设备尺寸的基本工具。过程速率是计算设备尺寸的基本工具。四、研究单元操作的基本工具四、研究单元操作的基本工具五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算1.1.单位与单位制单位与单位制物理量的大小以数值加单位表示。物理量的大小以数值加单位表示。压力压力p=100kPa数值数值单位单位单位有基本单位和导出单位之分。单位有基本单位和导出单位之分。基本单位一般人为规

14、定，数量不多；导出单位可以由基本单位一般人为规定，数量不多；导出单位可以由基本单位推导而得。基本单位推导而得。物理量数字物理量数字单位单位单位物理量数字单位物理量数字单位制：基本单位与导出单位的组成的单位体系。单位制：基本单位与导出单位的组成的单位体系。 常用的单位制有：国际单位制（常用的单位制有：国际单位制（SISI）、工程单位制、）、工程单位制、物理单位制、英制、美制等。物理单位制、英制、美制等。质量时间温度长度物质的量电流强度发光强度千克kg秒s开尔文K米m摩尔mol安培A坎德拉candela国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算量的名称 长度质

15、量时间温度单位符号 cmgsCGS制量的名称 长度力时间温度单位符号 mkgfs工程单位制五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算2.2.单位换算单位换算 正是由于存在着不同的单位和单位制，在很多情况下，正是由于存在着不同的单位和单位制，在很多情况下，我们需要对一些单位进行单位换算。我们需要对一些单位进行单位换算。化学工程中常用的单位制及其基本单位间的换算见附录。化学工程中常用的单位制及其基本单位间的换算见附录。 如工程中常用的压力单位就有如工程中常用的压力单位就有PaPa、atmatm、kgf/cmkgf/cm2 2、mmHgmmHg、mHmH2 2O O等，等，常用的温度单位就有常用的温度

16、单位就有、K K、 、 o oR R等。等。在遇到不在遇到不同的场合时使用的单位也不一样。同的场合时使用的单位也不一样。五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算五、单位制及单位换算例例0-1 0-1 将将3030水的比热水的比热Cp=0.997cal/(gCp=0.997cal/(g)换算成以换算成以SISI单位表示的值。单位表示的值。)/(10184. 4)/(10187. 4997. 01101187. 4997. 0)/(997. 0330030KkgJKkgJCKCgkggcalJcalCgcalCp作业作业 第第8页页3题、题、5题题 他指出：他指出：“化学工业中所面临的许多问题往化学工业中所面临的许多问题往往是工程问题，各种化工工艺生产都是由为往是工程问题，各种化工工艺生产都是由为数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤、吸收、萃取等构成的，因此可以对他们滤、吸收、萃取等构成的，因此可以对他们进行综合的研究和分析。进行综