化工原理-绪论

1、化工(hugng)原理 主讲(zhjing)：王固霞 Email：材料科学与工程学院材料科学与工程学院精品资料课程的性质课程的性质(xngzh)(xngzh)和地位和地位本课程是高分子材料与工程专业的一门专业基础课。本课程是高分子材料与工程专业的一门专业基础课。考核办法考核办法本课程为考试课程，平时成绩（包括作业、出勤等）占本课程为考试课程，平时成绩（包括作业、出勤等）占30%30%，期末考试成绩占，期末考试成绩占70%70%。教教 材：化工原理，李凤华等编著，大连理工大学出版社，材：化工原理，李凤华等编著，大连理工大学出版社，20042004年。年。参考书：参考书： 1 1、化工原理、化工原

2、理( (上上) )，王世广主编，高等教育出版社，王世广主编，高等教育出版社，20022002年。年。 2 2、化工原理学习指南，姚玉英等编著，天津大学出版社，、化工原理学习指南，姚玉英等编著，天津大学出版社，20032003年。年。 3 3、化工原理（上、下），姚玉英主著，天津科学技术出版社，、化工原理（上、下），姚玉英主著，天津科学技术出版社，19921992年。年。精品资料精品资料化工化工(hugng)原理原理课程的性质及重要性课程的性质及重要性 该课程是化工类及相近专业一门重要的技术基础课，是理科转向工科的该课程是化工类及相近专业一门重要的技术基础课，是理科转向工科的一个桥梁，为以后专业

3、课的学习一个桥梁，为以后专业课的学习(xux)打下基础。兼有打下基础。兼有“科学科学”与与“技术技术”的特的特点，它是综合运用数学，物理，化学等基础知识。分析和解决化工生产中各种点，它是综合运用数学，物理，化学等基础知识。分析和解决化工生产中各种物理过程的工程问题的学科。本课程强调工程观点，定量用算，实验技能及设物理过程的工程问题的学科。本课程强调工程观点，定量用算，实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。计能力的培养，强调理论联系实际。 作为一门综合性技术学科的重要组成部分，主要研究个单元操作的基本作为一门综合性技术学科的重要组成部分，主要研究个单元操作的基本原理，所用的典型设备结构，工

4、艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门重要的专业基础课重要的专业基础课精品资料一、化工原理课程研究一、化工原理课程研究(ynji)内容内容化工生产过程化工生产过程 对原料进行化工加工对原料进行化工加工(ji gng)获得有用产品的过程称为化工生产过程获得有用产品的过程称为化工生产过程精品资料精品资料精品资料归纳各种化工归纳各种化工(hugng)过程如下：过程如下：产品原料核心 这些物理操作这些物理操作(cozu)统称单元操作统称单元操作(cozu)（Unit Operations）化工原理的研究对象化工原理的研究对象单元操作

5、单元操作 定义：定义：工艺过程中遵循相同的基本原理，只改变物理性质或物料状态，不改变物料化工艺过程中遵循相同的基本原理，只改变物理性质或物料状态，不改变物料化学性质的过程学性质的过程精品资料常见常见(chn jin)的单元操作过程的单元操作过程流体流体(lit)输送：流体输送：流体(lit)通过管道的阻力损失，输送设备通过管道的阻力损失，输送设备过滤：液固混合物的分离过滤：液固混合物的分离沉降：液固或气固混合物的分离沉降：液固或气固混合物的分离颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触加热冷却：增加或降低特定物质的温度加热冷却：增加或降低特定物质的温度蒸馏：液

6、体混合物的分离蒸馏：液体混合物的分离吸收：气体混合物的分离吸收：气体混合物的分离精品资料单元操作的分类单元操作的分类根据根据(gnj)单元操作所遵循的基本规律，分为三类：单元操作所遵循的基本规律，分为三类：动量传递动量传递实际流体内部由于实际流体内部由于(yuy)动量、密度的空间分布不均匀而引起动动量、密度的空间分布不均匀而引起动量在流体中的传递过程量在流体中的传递过程 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化热量传递热能在空间的传递过程，是由温度在空间的非均匀分布造成的热能在空间的传递过程，是由温度在空间的非均匀分布造成的如：传热、冷凝、蒸发等质量传递某物质在混合物中的传递过程，是由浓度在混合物

7、中的分布不均造成的某物质在混合物中的传递过程，是由浓度在混合物中的分布不均造成的 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等精品资料单元操作的特点单元操作的特点 1）所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物）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。理性质，并不改变化学性质。 2）单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工）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。生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。 3）单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用）单元操作作用于不同的化工过

8、程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。的设备也是通用的。 4）对同样的工程目的，开采用不同的单元操作来实现）对同样的工程目的，开采用不同的单元操作来实现(shxin)。 例：液体混合物可以用精馏、萃取、膜分离等等例：液体混合物可以用精馏、萃取、膜分离等等精品资料二、二、 化工原理的学习化工原理的学习(xux)研究方法研究方法 研究方法工程方法 1） 实验研究方法（经验的方法） 依靠实验来确定过程变量间的关系，得到经验公式，理论基础(jch)为因次分析法和方法论。 2） 数学模型法（半经验半理论的方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础(jch)上，在抓住过程本质的前提下，做出某种合理简化，

9、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，得到半经验半理论公式。精品资料三、单位制与单位换算三、单位制与单位换算1.1.单位及单位制单位及单位制 物理量的大小以数值物理量的大小以数值(shz)(shz)加单位表示加单位表示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单位制：基本单位与由这些基本单位导出的导出单位的集合单位制：基本单位与由这些基本单位导出的导出单位的集合常用常用(chn yn)单位制：国际单位制（单位制：国际单位制（SI）、工程单位制、物理单位制等）、工程单位制、物理单位制等基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。基本单位：根据使用方便的

10、原则制定的基本量的单位。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 。单位单位数值数值压力：压力：p=100KPa精品资料2 2单位换算单位换算 在生产实践中存在许多习惯用法，为了计算中单位的统一性，需要在生产实践中存在许多习惯用法，为了计算中单位的统一性，需要对一些单位进行单位换算。对一些单位进行单位换算。不同单位制中的单位换算不同单位制中的单位换算 1kg=1000g 1m=100cm 1 1kg=1000g 1m=100cm 1=1=1K =K =1.8+321.8+32 1atm=1.033at=76

11、0mmHg=10.33mH2O=1.013 1atm=1.033at=760mmHg=10.33mH2O=1.013 105Pa105Pa 1 1=1=1K,K,说明开氏温度说明开氏温度(wnd)(wnd)和摄氏度的分度是一样的，但二和摄氏度的分度是一样的，但二者在数值上不一样，者在数值上不一样， 开氏温度开氏温度(wnd)=(wnd)=摄氏度摄氏度+273.15+273.15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精品资料2522/10013.101.081.9033.1033.1mNmNcmkgf例：已知例：已知1atm=1.03

12、3kgf/cm2,将其换算成将其换算成N/m2。 解：按题意需将解：按题意需将kgf/cm2中的中的kgf单位换算成单位换算成N，cm2换算成换算成m2,查附录查附录1：换算关系换算关系(gun x)为：为： 1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述关系上述关系(gun x)代入代入 ，得：，得：精品资料四、化工过程计算的理论四、化工过程计算的理论(lln)(lln)基础基础物料衡算物料衡算 依据依据质量守恒定律质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出输入系统的物料质量等于从系统输出(shch)(shch)的物料质量和系的物料质量和系统中积累的物料质量。统中积累的物料质量。AGG

13、IG0物料衡算的通式物料衡算的通式作物料衡算应注意的问题：作物料衡算应注意的问题：1、确定衡算范围、确定衡算范围 2、明确衡算对象、明确衡算对象3、统一计算单位、统一计算单位 4、选定计算基准、选定计算基准精品资料 例：在两个例：在两个(lin )蒸发器中，每小时将蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从的无机盐水溶液从12浓缩到浓缩到30%。第。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；）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。第一蒸发器送出的溶液浓度。 解：首先画一个流程图表示进行的过

14、程，用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表解：首先画一个流程图表示进行的过程，用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。示。 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(fngb)的的虚线画出。虚线画出。x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.3蒸发器1蒸发器2精品资料 确定衡算对象 此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的溶液浓度(nngd)，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。 对盐作物料衡算：2200 xFxF对总物料(w lio)作衡算：212

15、5000WWF代入已知数据，得：23.012.05000FhkgF/20002hkgWW/300021由题意知1205.1WWhkgWhkgW/6.1536 /4.146321精品资料 求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择(xunz)第一个蒸发器为衡算范围。对盐作物料(w lio)衡算：1100 xFxF 对总物料作衡算：110FWF 代入已知数据，得：1112.05000 xF14 .14635000F解得：hkgF/6.35361%97.161697. 01x精品资料2 能量能量(nngling)衡算衡算依据依据(yj)：能量守恒定律：能量守恒定律 即输入系统的总能量等于系统输出的总能量与损

16、失的能量之和。即输入系统的总能量等于系统输出的总能量与损失的能量之和。LQQIQ0 热量衡算通式热量衡算通式或写成LIQwHwH0)()( 注注： 热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先热量衡算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。划定衡算范围及衡算基准。但衡算对象只能是物料的总体，而不是单个组分。但衡算对象只能是物料的总体，而不是单个组分。 此外应注意焓是相对值，因此必须此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度指明基准温度，习惯上选，习惯上选0为基准温度，并规定为基准温度，并规定0时液时液态的焓值为零。态的焓值为零。精品资料 例：在换热器里将平均比热

17、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(wnd)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：根据解：根据(gnj)题意画出流程图题意画出流程图 换热器120饱和水蒸气0.095kg/s120饱和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/s精品资料 基准：1s 在图中虚线(xxin)范围内作热量衡算 从附录7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。在此系统中输入(shr)的热量： 2

18、1QQIQ蒸气带入的热量： kwQ3.2579.2708095.01溶液带入的热量：kwQ8902556.30 .12kwIQ3.346893.257输出的热量： 43QQQO精品资料冷 凝 水 带 出 的 热 量(rling)： kwQ8.4767.503095.03溶液(rngy)带出的热量： kwQ8.28408056.30.14kwQQQ6.3328.2848.47430根据能量衡算式，有： LIQQQ0kw.kw.QQQIL713633233460热量损失的百分数= %54.68 .473 .2577 .13精品资料3.过程的相平衡关系过程的相平衡关系(gun x)和过程速率和过程速

19、率 任何过程都是由不平衡状态向平衡状态进行的任何过程都是由不平衡状态向平衡状态进行的 平衡状态是自然过程所能达到的极限平衡状态是自然过程所能达到的极限(jxin)程度程度 用来判断过程进行的方向和所能达到的极限用来判断过程进行的方向和所能达到的极限(jxin)。 过程速率：是指过程由不平衡状态到平衡状态转化的快慢。过程速率：是指过程由不平衡状态到平衡状态转化的快慢。过程的速率推动力阻力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差距。推动力：过程所处的状态与平衡状态的差距。 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。 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。精品资料五五. 化工原理的基本要求化工原理的基本要求 发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发发展：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。成为一个单元操作，寻本求源。 选择：为了选择：为了(wi le)达到或实现某一工程目的，达到或实现某一工程目的，能否对过程和设备作合理的选择和组合。能否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：对已掌握了性能的过程和设备