化工原理绪论

1、化化 工工 原原 理理(Principles of Chemical Engineering)(72(72学时教学适用学时教学适用) )University of Jinan济南大学济南大学授课教师：授课教师： 倪献智倪献智 硕士研究生学历硕士研究生学历 教授职称教授职称 化学化工学院化学工程系化学化工学院化学工程系 化工原理教研室化工原理教研室 手机手E-mail:chm_ 2022-7-4化工原理 绪论2 现代化工厂外境现代化工厂外境高塔林立、管道纵横。高塔林立、管道纵横。2022-7-4化工原理 绪论3 现代化工厂外境现代化工厂外境高塔林立、管道纵横。高塔林立、

2、管道纵横。2022-7-4化工原理 绪论4 化工原理化工原理 (Principles of Chemical Engineering) 化工原理化工原理 该课程是从自然科学领域的基础课向工程科学的该课程是从自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程。它在基础课（数学、物理、化学、物理专业课过渡的入门课程。它在基础课（数学、物理、化学、物理化学）与专业课（化工工艺学、化工工艺设计与设备设计等）之化学）与专业课（化工工艺学、化工工艺设计与设备设计等）之间，起着承前启后、由理及工的重要间，起着承前启后、由理及工的重要“桥梁桥梁”作用。作用。化工原理化工原理 是一门化工类专业的工程技术基础课

3、程。是一门化工类专业的工程技术基础课程。专业培养计划中的课程：公共基础课、基础课、技术（专业）基础课、专业专业培养计划中的课程：公共基础课、基础课、技术（专业）基础课、专业 课等。课等。 该课程的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学的原该课程的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学的原理，研究实际化工物理过程中的客观规律，并利用这些规律进行理，研究实际化工物理过程中的客观规律，并利用这些规律进行化工过程设计、工艺计算、设备构造设计等。它承担着工程科学化工过程设计、工艺计算、设备构造设计等。它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务。与工程技术的双重教育任务。 特征：利用基础科学理论特征：利

4、用基础科学理论 “建构建构”工程科学理论，进而解决实工程科学理论，进而解决实际工程问题。际工程问题。 2022-7-4化工原理 绪论5化工原理国家级精品课程及网址：化工原理国家级精品课程及网址： 1 1、化工原理与实验，化工原理与实验，天津大学天津大学：81 2003年度年度2、化工原理，、化工原理， 北京化工大学：北京化工大学： 2003年度年度3、化工原理，、化工原理，华东理工大学：华东理工大学： 2004年度年度4、化工原理，、化工原理，华南理工大学华南理工大学http:/202.

5、38.193.233/05course/hg33/05course/hg 2005 2005年度年度5、化工原理，南京、化工原理，南京理工大学理工大学 20062006年度年度6、化工原理，南京、化工原理，南京工业大学工业大学 20072007年度年度化工原理主要教材：化工原理主要教材： （化工原理（化工原理 、化工过程与设备）、化工过程与设备）天津大学：化工流体流动与传热，化工传质与分离过程，天津大学：化工流体流动与传热，化工传质与分离过程，2121世纪教材。世纪教材。 化工原理（上、下）。化工原理（上、下）。华东理工大学：华东理工大学：化工原理化工原理

6、（上、下）（上、下） ， 2121世纪教材。世纪教材。华南理工大学：华南理工大学：化工原理化工原理 ， 2121世纪教材世纪教材北京化工大学：北京化工大学：1 1 杨祖荣主编版本，杨祖荣主编版本， 2 2 王志魁主编版本。王志魁主编版本。浙江大学与西安交通大学合编版本、大连理工大学版本、清华大学版本等。浙江大学与西安交通大学合编版本、大连理工大学版本、清华大学版本等。化工原理精品课程的主要信息化工原理精品课程的主要信息济南大学化工原理精品网络课程济南大学化工原理精品网络课程在教务处精品课程栏内。在教务处精品课程栏内。2022-7-4化工原理 绪论6化工原理化工原理绪论绪论 2学时学时第第1章章

7、 流体流动流体流动 ( fluid flow ) 12学时学时第第2章章 流体输送机械流体输送机械 (fluid transportation machinery ) 6学时学时第第3章章 沉降沉降(particles settling )与过滤与过滤 (suspending liquid filter ) 8学时学时第第4章章 传热传热 ( heat transfer ) 12学时学时第第5章章 气体吸收气体吸收 ( gas absorption )和填料塔和填料塔 ( packed tower ) 12学时学时第第6章章 液体精馏液体精馏 ( liquid distillation ) 和

8、和 板式精馏塔板式精馏塔 ( plate tower for liquid distillation ) 14学时学时(Principles of Chemical Engineering)第第7章章 固体干燥（固体干燥（solid drying）4学时学时授课过程中执行济南大学新修定的化工原理教学大纲，理论教学授课过程中执行济南大学新修定的化工原理教学大纲，理论教学72学时。学时。化工原理实验化工原理实验 独立设课。独立设课。2022-7-4化工原理 绪论7 化工原理化工原理 (Principles of Chemical Engineering) 1. 化学工程学科中的基本概念化学工程学科

9、中的基本概念 (了解) 2. 化工原理课程的性质化工原理课程的性质 (了解) 3. 化工原理硏究问题的方法化工原理硏究问题的方法 (理解) 4. 化工原理课程应解决的问题（学习目标）化工原理课程应解决的问题（学习目标） (理解) 5. 单位与单位换算单位与单位换算 (掌握) 6. 物料衡算与能量衡算的方法物料衡算与能量衡算的方法 (掌握)绪论绪论(preface)课程答疑安排、课程成绩与考试形式、课程答疑安排、课程成绩与考试形式、每次课的教学要求和课后作业等每次课的教学要求和课后作业等 均见均见学期授课计划。学期授课计划。附：教育心理学中的研究理论建构主义理论关于学习的附：教育心理学中的研究理

10、论建构主义理论关于学习的基本知识。大工程观的学习材料。基本知识。大工程观的学习材料。2022-7-4化工原理 绪论8化学工业化学工业 (chemical industry)： 利用自然界中的物资资源，通过利用自然界中的物资资源，通过物理物理和和化学化学的方法将原料加的方法将原料加工成为产品（生产资料或生活资料）的工业。工成为产品（生产资料或生活资料）的工业。 它的范围不但覆盖了化学与石化工业，而且渗透到能源、环它的范围不但覆盖了化学与石化工业，而且渗透到能源、环境、生物、材料、制药、冶金、轻工、卫生、信息等工业及技术境、生物、材料、制药、冶金、轻工、卫生、信息等工业及技术部门。部门。 在人们的

11、衣、食、住、行、娱乐等生活中均离不开化学产品。在人们的衣、食、住、行、娱乐等生活中均离不开化学产品。 原原 料料 产产 品品1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念化工（生产）过程化工（生产）过程 (chemicals production process)： 化工产品的生产过程（化工工艺过程）。化工产品的生产过程（化工工艺过程）。同一原料可以生产出多种产品；同一产品可以由不同的原料进行同一原料可以生产出多种产品；同一产品可以由不同的原料进行生产。生产。2022-7-4化工原理 绪论9C2H2提纯提纯HCl提纯提纯单体单体合成合成反应热反应热单体单体精制精制聚合聚合反应反应反应

12、热反应热干燥干燥热量热量成品成品聚氯乙烯聚氯乙烯 (PVC :polyvinyl chloride)塑料的生产过程。塑料的生产过程。OHClCHClCHOHClCHCH222222212 乙烯氧氯化法：乙烯氧氯化法：OHCHClCHClCHClCH2222 nCHClCHCHClCH22 乙炔加成法乙炔加成法：CHClCHHClHC222 nCHClCHCHClCH22 C2H4提纯提纯HCl提纯提纯单体单体生成生成热量热量单体单体精制精制聚合聚合反应反应反应热反应热干燥干燥热量热量成品成品空气空气氧氯化氧氯化反应反应2022-7-4化工原理 绪论10化学工程化学工程 (Chemical En

13、gineering) ： 是一门工程技术学科。研究以化学工业为代表的过程工业是一门工程技术学科。研究以化学工业为代表的过程工业中有关化学过程和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程中有关化学过程和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程和装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。和装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法问题。化工单元操作化工单元操作：(unit operation of Chemical Engineering)： 一物理性的化工基本操作过程。一物理性的化工基本操作过程。 任何一种化工过程任何一种化工过程(chemicals production process)均是由若干

14、均是由若干化化工单元操作工单元操作及及化学反应过程化学反应过程有机地组合而形成的。有机地组合而形成的。1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念 各种单元操作都需要在相应的设备（各种单元操作都需要在相应的设备（apparatus）中进行，）中进行，所以需要研究相应的设备结构，使得过程能够有效的进行。所以需要研究相应的设备结构，使得过程能够有效的进行。 在过程进行中，需要进行操作控制，控制物料的进口流量、在过程进行中，需要进行操作控制，控制物料的进口流量、进口组成、出口流量、出口组成、设备中的温度、压力、组成进口组成、出口流量、出口组成、设备中的温度、压力、组成及流动状态等。及流动

15、状态等。2022-7-4化工原理 绪论11化学工程的产生与发展化学工程的产生与发展 随着对化学品需求的增长，引起了从手工业向大工业的过渡。化学家分随着对化学品需求的增长，引起了从手工业向大工业的过渡。化学家分为纯化学家和工业化学家（或称应用化学家）。纯化学家主要对合成新物质，为纯化学家和工业化学家（或称应用化学家）。纯化学家主要对合成新物质，发现新的化学反应，测定物质的化学结构和性质，以及新的机理、规律、理发现新的化学反应，测定物质的化学结构和性质，以及新的机理、规律、理论感兴趣。工业化学家则着眼于将该化学物质或化学反应在工业上的运用和论感兴趣。工业化学家则着眼于将该化学物质或化学反应在工业上

16、的运用和实现。要求工业化学家具备较多的物理和机械知识。英国工程师实现。要求工业化学家具备较多的物理和机械知识。英国工程师G.E.戴维斯戴维斯(George Edwards Davis,1850-1907年年)最早提出最早提出“化学工程化学工程”这一概念。这一概念。1915年麻省理工学院年麻省理工学院A.D.Little首次提出首次提出“化工单元操作化工单元操作”的概念。的概念。 1923 1923年美国麻省理工学院的著名教授年美国麻省理工学院的著名教授W. H. W. H. 华克尔等人编写出版的第一华克尔等人编写出版的第一部关于单元操作的著作部关于单元操作的著作化工原理（化工原理（Princi

17、ples of Chemical Principles of Chemical Engineering Engineering ），从而奠定了化学工程作为一门独立工程学科的基础，完成），从而奠定了化学工程作为一门独立工程学科的基础，完成了从化工生产工艺到单元操作的发展，推进认识上的一个飞跃。对于化学工了从化工生产工艺到单元操作的发展，推进认识上的一个飞跃。对于化学工程学科的形成和发展起到了推动作用。我国于程学科的形成和发展起到了推动作用。我国于20世纪世纪20年代创办了化学工程年代创办了化学工程系，开设了化工原理课程。解放之后，我国先后出版了以单元操作为主线的系，开设了化工原理课程。解放之后，

18、我国先后出版了以单元操作为主线的化工原理化工原理、化工过程及设备化工过程及设备、化工操作原理及设备化工操作原理及设备等教科书。等教科书。 1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念2022-7-4化工原理 绪论12化工学科体系的形成化工学科体系的形成 化工教育是从化学教育中分离出来的。化工教育是从化学教育中分离出来的。1885年，英国伦敦帝年，英国伦敦帝国学院最早创办了化工系，当时的课程是化学与机械工程的混合。国学院最早创办了化工系，当时的课程是化学与机械工程的混合。不久停办。不久停办。1888年，美国麻省理工学院首先在化学系科内设置化年，美国麻省理工学院首先在化学系科内设置化学

19、工程课，后来才开始设置化学工程系。其他国家随后也逐步建学工程课，后来才开始设置化学工程系。其他国家随后也逐步建立了化学工程系。在美国著名化学家立了化学工程系。在美国著名化学家A.D.Little1915年首次提出年首次提出“化工单元操作化工单元操作”的概念之后，的概念之后，W.H.Walker(W. H. 华克尔华克尔)、W.K.Lewis和和W.H.McAdams等三人合著的等三人合著的化工原理化工原理初版在初版在1923年问世。化工学科已由一种工艺单元发展为现代化的工程科年问世。化工学科已由一种工艺单元发展为现代化的工程科学。学。 1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念2

20、022-7-4化工原理 绪论13中国的化工高等教育中国的化工高等教育 1927年年4月，李寿恒在浙江大学建立了化工系。李寿恒先生月，李寿恒在浙江大学建立了化工系。李寿恒先生于于1925年在美国伊利诺伊大学获化学工程博士学位后回国教授年在美国伊利诺伊大学获化学工程博士学位后回国教授应用化学。不久后，南京的中央大学和天津的南开大学也设立应用化学。不久后，南京的中央大学和天津的南开大学也设立了化工系。到了化工系。到1949年，全国约有年，全国约有30个化工系。新中国成立后，个化工系。新中国成立后，进行大规模的院系调整，第一批合并组成了天津大学化工系、进行大规模的院系调整，第一批合并组成了天津大学化工

21、系、大连工学院化工系、成都工学院化工系、华南工学院化工系、大连工学院化工系、成都工学院化工系、华南工学院化工系、华东化工学院、北京石油学院等。华东化工学院、北京石油学院等。1958年，北京化工学院创建。年，北京化工学院创建。目前，全国有上百个化工学院或化工系。目前，全国有上百个化工学院或化工系。1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念2022-7-4化工原理 绪论14 更为广义地说，化学工程是研究化学工业和相关过程工业（更为广义地说，化学工程是研究化学工业和相关过程工业（Process industry）生产过程中所进行的化学反应过程及物理过程普遍规律的一门工）生产过程中所进行

22、的化学反应过程及物理过程普遍规律的一门工程学科。它的范围不但覆盖了化学与石化工业，而且渗透到能源、环境、生程学科。它的范围不但覆盖了化学与石化工业，而且渗透到能源、环境、生物、材料、制药、冶金、轻工、卫生、信息等工业及技术部门。物、材料、制药、冶金、轻工、卫生、信息等工业及技术部门。 20世纪世纪60年代年代“三传一反三传一反”（动量传递、热量传递、质量传（动量传递、热量传递、质量传递、化学反应工程）概念的提出，开辟了化学工程发展过程的第递、化学反应工程）概念的提出，开辟了化学工程发展过程的第二个历程。计算机应用的快速发展，使化学工程成为更完整的体二个历程。计算机应用的快速发展，使化学工程成为

23、更完整的体系，并推向了系，并推向了“过程优化集成过程优化集成”、“分子模拟分子模拟”的新阶段。的新阶段。 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：生物化学工程、分子化学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、能源化学工程、计算化学工程、软化学工工程、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。同时，上述新兴产业与学科的发展，也程、微电子化学工程等。同时，上述新兴产业与学科的发展，也推动了特殊领域化学工程的进步。推动了特殊领域化学工程的

24、进步。 1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念化学工程学科知识体系化学工程学科知识体系2022-7-4化工原理 绪论15 流体（包括液体和气体）中发生的这三种传递现象流体（包括液体和气体）中发生的这三种传递现象(transport phenomena)都是由于流体质点的运动和流体分子的都是由于流体质点的运动和流体分子的扩散运动所产生的结果。扩散运动所产生的结果。1 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念化工单元操作的分类化工单元操作的分类 根据单元操作的理论基础进行的分类根据单元操作的理论基础进行的分类（1）以动量传递）以动量传递(momentum transf

25、er)理论为基础：理论为基础： 流体流动、流体输送机械、沉降、过滤、液体搅拌、固体流态流体流动、流体输送机械、沉降、过滤、液体搅拌、固体流态化化 等等（2）以热量传递）以热量传递(heat transfer)理论为基础：理论为基础： 加热、冷却、蒸加热、冷却、蒸发发 等等（3）以质量传递）以质量传递(mass transfer)理论为基础：理论为基础： 吸收、精馏、萃吸收、精馏、萃取、干燥取、干燥 等等 2022-7-4化工原理 绪论16单元操作单元操作目的目的物态物态原理原理传递过程传递过程流体输送流体输送输送输送液、气液、气输入机械能输入机械能动量传递动量传递过过 滤滤非均相物系的分离非均

26、相物系的分离气气-固固 液液-固固尺寸不同的截留尺寸不同的截留动量传递动量传递沉沉 降降非均相物系的分离非均相物系的分离气气-固固 液液-固固密度差引起的相密度差引起的相对运动对运动动量传递动量传递传传 热热加热、冷却、相变加热、冷却、相变气、液、固气、液、固利用温度差传入利用温度差传入或移出热量或移出热量热量传递热量传递吸吸 收收对混合气体的分离对混合气体的分离气气利用溶解度的差利用溶解度的差异分离异分离物质传递物质传递蒸蒸 发发溶剂与不挥发性溶质溶剂与不挥发性溶质的分离的分离液液使溶剂汽化使溶剂汽化热量传递热量传递精精 馏馏液体均相混合物分离液体均相混合物分离液液各组分挥发度的各组分挥发度

27、的不同不同物质传递物质传递萃萃 取取均相混合物的分离均相混合物的分离液液各组分在溶剂中各组分在溶剂中溶解度的不同溶解度的不同物质传递物质传递干干 燥燥去湿去湿固体固体供热汽化供热汽化热质同时传递热质同时传递2022-7-4化工原理 绪论171 . 化学工程学科中的基本概念化学工程学科中的基本概念 随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色化工生产，对物理过程提出了随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色化工生产，对物理过程提出了一些特殊要求，又不断地发展出新的单元操作或化工技术，如膜分离、参数一些特殊要求，又不断地发展出新的单元操作或化工技术，如膜分离、参数泵分离、电磁分离、超临界技术等。同时，以节约能

28、耗，提高效率或洁净无泵分离、电磁分离、超临界技术等。同时，以节约能耗，提高效率或洁净无污染生产的集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多塔精馏系污染生产的集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多塔精馏系统的优化热集成等）将是未来的发展趋势。统的优化热集成等）将是未来的发展趋势。 单元操作的研究包括单元操作的研究包括“过程过程”和和“设备设备”两个方面的内容，故单元操作两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。 “三传理论的建立三传理论的建立”是单元操作在理论上的发展和深化。是单元

29、操作在理论上的发展和深化。 传递过程是联系各单元操作的一条主线。传递过程是联系各单元操作的一条主线。化工中新的单元操作化工中新的单元操作2022-7-4化工原理 绪论182. 化工原理课程的性质与任务化工原理课程的性质与任务化工原理课程具有显著的工程性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、多变量的综合性的工业实际问题，它要解决的问题是多因素、多变量的综合性的工业实际问题，因此，分析和处理问题的方法也就与理科课程有较大的不同。因此，分析和处理问题的方法也就与理科课程有较大的不同。该课程所研究的内容来自化工生产实践，又面向化工生产实践，该课程所研究的内容来自化工生产实践，又面向化工

30、生产实践，是化工技术工作者的基本的重要的本领所在。是化工技术工作者的基本的重要的本领所在。 该课程的研究内容就是生产实际问题，故理论密切联系实该课程的研究内容就是生产实际问题，故理论密切联系实际，通过学习培养学生应用基础科学理论际，通过学习培养学生应用基础科学理论,分析得到工程理论，分析得到工程理论，解决工程实际问题的能力。本课程强调工程观点、工程问题处解决工程实际问题的能力。本课程强调工程观点、工程问题处理方法、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联理方法、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。系实际。 2022-7-4化工原理 绪论19化工过程开发化工过程开发：以已

31、经研究出的从原料到产品的化工过程所包括：以已经研究出的从原料到产品的化工过程所包括的基本单元操作步骤为基础，从技术和经济上来考虑，探索出最的基本单元操作步骤为基础，从技术和经济上来考虑，探索出最佳的工艺流程及设备，确定出最佳的操作条件。佳的工艺流程及设备，确定出最佳的操作条件。化工过程设计化工过程设计：通过计算确定设备的合适型式和主要尺寸，并且：通过计算确定设备的合适型式和主要尺寸，并且确定工艺流程中的控制点。确定工艺流程中的控制点。化工过程操作化工过程操作：除了进行生产过程技术管理保障正常运行以外，：除了进行生产过程技术管理保障正常运行以外，更重要的是对于现有的工艺流程及设备作出改进以提高其

32、效率。更重要的是对于现有的工艺流程及设备作出改进以提高其效率。 在化工过程开发、化工过程设计、化工过程操作中都存在着明在化工过程开发、化工过程设计、化工过程操作中都存在着明显的工程性：显的工程性：（1）影响化工过程的因素多，）影响化工过程的因素多，（2）制约化工过程的条件多，）制约化工过程的条件多，（3）在化工过程计算中，涉及到的物性数据、工程条件数据多，）在化工过程计算中，涉及到的物性数据、工程条件数据多，相关的经验数据和经验公式多，相关的经验数据和经验公式多，（4）效益（社会效益、经济效益、环境效益）是评价工程优劣）效益（社会效益、经济效益、环境效益）是评价工程优劣的最终判据的最终判据 。

33、 所研究的内容来自化工生产实践，又面向化工生产实践。所研究的内容来自化工生产实践，又面向化工生产实践。2. 化工原理课程的性质与任务化工原理课程的性质与任务2022-7-4化工原理 绪论20课程教学的主导思想：课程教学的主导思想： 以化学工程学科的发展和现代教育思想为依据，与社会发展需求相适应，以化学工程学科的发展和现代教育思想为依据，与社会发展需求相适应，以化工过程的共性为主线，将化工单元操作的内容及基础按过程共性分块，以化工过程的共性为主线，将化工单元操作的内容及基础按过程共性分块，阐明共同的原理和科学基础，培养学生的应用科学理论的意识和获取知识的阐明共同的原理和科学基础，培养学生的应用科

34、学理论的意识和获取知识的能力。体现课程内容的工程特色，突出工程问题的处理方法，强调对于学生能力。体现课程内容的工程特色，突出工程问题的处理方法，强调对于学生工程观点、工程方法、工程能力及工程素质的培养教育。以典型的教学内容工程观点、工程方法、工程能力及工程素质的培养教育。以典型的教学内容为载体，使学生掌握常用的工程处理方法，如：实验研究法、数学模型法、为载体，使学生掌握常用的工程处理方法，如：实验研究法、数学模型法、过程分解组合法、参数归并法、极限处理法及数学解析法等。在基本原理的过程分解组合法、参数归并法、极限处理法及数学解析法等。在基本原理的应用中，从设计型问题和操作型问题两方面加强理论联

35、系实际的示范。以此应用中，从设计型问题和操作型问题两方面加强理论联系实际的示范。以此培养学生从实际工作出发，思考和解决问题的能力。培养学生从实际工作出发，思考和解决问题的能力。 2. 化工原理课程的性质与任务化工原理课程的性质与任务课程教学的方法：课程教学的方法：将教育心理学中的将教育心理学中的“建构主义理论建构主义理论”渗透于教师的渗透于教师的“教教”和学生们的和学生们的“学学”过程中，多采用启发式、分析式、研究式。仍然使用基本描述（叙述）。避过程中，多采用启发式、分析式、研究式。仍然使用基本描述（叙述）。避免填鸭式。引导科学思维，培养分析及解决工程问题的能力，培养进行工程免填鸭式。引导科学

36、思维，培养分析及解决工程问题的能力，培养进行工程技术研究的基本素质。技术研究的基本素质。2022-7-4化工原理 绪论21（1 1）数学描述（解析）方法）数学描述（解析）方法 常用的物理原理：常用的物理原理：物料衡算、能量衡算、热量衡算、动量守恒原物料衡算、能量衡算、热量衡算、动量守恒原理、牛顿第二定律、牛顿第三定律理、牛顿第二定律、牛顿第三定律常用的化学原理：常用的化学原理：相平衡关系相平衡关系常用的数学手段：常用的数学手段：数学微积分原理数学微积分原理3 3. 化工原理研究问题时的方法化工原理研究问题时的方法（2 2）复杂问题的两种思维方式）复杂问题的两种思维方式 实验研究方法、实验研究方

37、法、 数学模型方法数学模型方法 阻力阻力推动力推动力传递速率传递速率 driving forceresistance rate of transfer process2022-7-4化工原理 绪论22联系联系“化工原理化工原理”课程内容的两条主线课程内容的两条主线1）传递过程是统一的研究对象）传递过程是统一的研究对象动量传递、热量传递、质量传递动量传递、热量传递、质量传递2）各单元操作有着共同（或相似）的研究方法）各单元操作有着共同（或相似）的研究方法动量传递的单元操作：力平衡、质量守恒、动量守恒、机械能动量传递的单元操作：力平衡、质量守恒、动量守恒、机械能守恒、经济分析。守恒、经济分析。热量

38、传递的单元操作：传热速率、热量平衡、经济分析。热量传递的单元操作：传热速率、热量平衡、经济分析。质量传递的单元操作：传质速率、相平衡关系、质量平衡、热质量传递的单元操作：传质速率、相平衡关系、质量平衡、热量平衡、经济分析。量平衡、经济分析。3 3. 化工原理研究问题时的方法化工原理研究问题时的方法总之，在研究各单元操作时，主要利用了物料衡算、能量衡算、总之，在研究各单元操作时，主要利用了物料衡算、能量衡算、相平衡关系、传递速率、经济性基本分析等相平衡关系、传递速率、经济性基本分析等5个方面的理论。个方面的理论。2022-7-4化工原理 绪论234. 学习化工原理课程之后能够解决的问题学习化工原

39、理课程之后能够解决的问题（1）如何根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行）如何根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“过过程设计和设备类型选择程设计和设备类型选择”，以经济而有效地完成工艺设计，满足，以经济而有效地完成工艺设计，满足工艺的要求。工艺的要求。（2）如何进行）如何进行“过程过程(process)”的计算和的计算和“设备设备(appatatus)”的的设计。设计。（3）如何根据生产的不同要求，进行生产参数或指标的调节。）如何根据生产的不同要求，进行生产参数或指标的调节。（4）当生产状况不正常时，如何寻找根源。）当生产状况不正常时，如何寻找根源。课程的学习目标：课程的学习目标：

40、2022-7-4化工原理 绪论245. 物理量的单位与量纲（因次）物理量的单位与量纲（因次）1）单位制）单位制 国际单位制国际单位制SI (System International dUnites) 基本单位基本单位:质量质量.kg 长度长度.m 时间时间.s具有专门名称的导出单位具有专门名称的导出单位:力力. N 能量能量.功功. J 功率功率. W物理单位制物理单位制cgs: 基本单位基本单位: 质量质量. g 长度长度.cm 时间时间. s 工程单位制工程单位制: 基本单位基本单位: 力力. Kgf 长度长度.m 时间时间.s 需要需要 由由 工程单位制工程单位制 或或 物理单位制物理单

41、位制 换算到换算到 国际单位制。国际单位制。中华人民共和国法定计量单位（简称法定单位制）中华人民共和国法定计量单位（简称法定单位制）在我国的法定计量单位中，除了在我国的法定计量单位中，除了SI制中的基本单位导出单位外，制中的基本单位导出单位外，又规定了一些我国选定的非国际单位制单位。例如，时间用又规定了一些我国选定的非国际单位制单位。例如，时间用s（秒）、（秒）、 min（分钟）、（分钟）、 h（小时）、（小时）、 d （日）。质量可以用（日）。质量可以用kg（公斤）、（公斤）、 t（吨）。温度可以用（吨）。温度可以用K（开尔文）、（开尔文）、 oC（摄式（摄式度）。物质的量度）。物质的量mo

42、l（摩尔）、（摩尔）、 kmol（千摩尔）。长度可以用（千摩尔）。长度可以用m（米）、（米）、 km（千米）、（千米）、 mm（毫米）、（毫米）、 cm（厘米）。（厘米）。2022-7-4化工原理 绪论252）量纲（）量纲（dimension）（亦称为因次）（亦称为因次） 物理量的基本量的量纲为其本身。物理量的基本量的量纲为其本身。 SI制中的基本量制中的基本量: 质量质量 M 、长度、长度 L 、时间、时间 T 、 热力学温度热力学温度 、 物质的量物质的量 N 、电流、电流 I 、发光强度、发光强度 J 导出量的量纲导出量的量纲: 例如：速度例如：速度 LT-1 加速度加速度 LT-2 力

43、力 MLT-25. 物理量的单位与量纲（因次）物理量的单位与量纲（因次）3）量纲一致性方程）量纲一致性方程 (dimensionally homogeneous equation)物理量方程物理量方程 是是 与某一客观现象有关的各物理量之间关系的表与某一客观现象有关的各物理量之间关系的表达式。例如理想气体状态方程式。任何一个物理量方程，只要达式。例如理想气体状态方程式。任何一个物理量方程，只要理论上合理，该方程等号两边各项的量纲必定相等。理论上合理，该方程等号两边各项的量纲必定相等。2022-7-4化工原理 绪论265. 物理量的单位与量纲（因次）物理量的单位与量纲（因次）3）量纲一致性方程）

44、量纲一致性方程 (dimensionally homogeneous equation)物理量方程物理量方程 是是 与某一客观现象有关的各物理量之间关系的表与某一客观现象有关的各物理量之间关系的表达式。任何一个物理量方程，只要理论上合理，该方程等号两达式。任何一个物理量方程，只要理论上合理，该方程等号两边各项的量纲必定相等。边各项的量纲必定相等。gzpgzp 2211 2211pgzpgz fhupgzWupgz2222222111 kgJ fpupgzWupgz 22222221113mJ feHgugpzHgugpz2222222111 mNJ 2022-7-4化工原理 绪论27例例: 工

45、程单位制中的工程单位制中的 力力 与国际单位制中的与国际单位制中的 力力 之关之关系。系。 以质量为以质量为1kg的物质在重力场中所受的力为分的物质在重力场中所受的力为分析对象。在工程单位制中，受力为析对象。在工程单位制中，受力为1kgforce.在国际单位制中，根据牛顿第二定律在国际单位制中，根据牛顿第二定律 F=ma受力为受力为 F=19.81=9.81kg.m/s2=9.81N所以所以 1kgf=9.81N 这是一个非常重要的关系这是一个非常重要的关系式式。4）单位换算）单位换算5. 物理量的单位与量纲（因次）物理量的单位与量纲（因次）2022-7-4化工原理 绪论28 例例1：1atm

46、=1.033kgf/cm2,将其换算成将其换算成SI制的单位。制的单位。 1kgf=9.81N 1cm=10-2m 例例2：通用气体常数通用气体常数R=82.06atmcm3/(molK),将其换算成将其换算成SI制。制。 Pa10013. 1mN1081. 9033. 1cm/kgf033. 1atm152222 KkmolkJ314. 8KkmolmN8314KkmolmmN101010013. 106.82323325R2022-7-4化工原理 绪论29例例3：30 水的粘水的粘 度度 =0.008g/(cm.s)（泊）（泊） ,将此将此cgs制制单位换算成单位换算成SI制制 。解解:s

47、Pa108mN.s108m.s.m/skg.m/s0.0008m.skg10100.0084242223 例例4: 传质系数单位的转换计算传质系数单位的转换计算.h.atmmkmol612G K225.s.N/mm101.0133600kmol61 229N/msmkmol1039. 4 2022-7-4化工原理 绪论306.物料衡算物料衡算(mass balance)和能量衡算和能量衡算(energy balance)的的方法方法若积累速率若积累速率=0 ，则控制体处于稳定状态（定常态）。此时，则控制体处于稳定状态（定常态）。此时， ddout,min,mMqq 输入速率之和输入速率之和=输

48、出速率之和输出速率之和+控制体中的积累速率控制体中的积累速率输入速率之和输入速率之和=输出速率之和输出速率之和控制体控制体通常以单位时间为基准，物理量的单位时间内的数值称为速率。通常以单位时间为基准，物理量的单位时间内的数值称为速率。平衡：输入之和平衡：输入之和 = 输出之和输出之和+控制体中的累积控制体中的累积 out,min,mqq 首先选定衡算系统（控制体），是一个设备或是几个设备的首先选定衡算系统（控制体），是一个设备或是几个设备的组合，或是设备的某一部分，或是设备的微元段。组合，或是设备的某一部分，或是设备的微元段。2022-7-4化工原理 绪论31物料衡算物料衡算(mass bal

49、ance) （设计计算的基础）（设计计算的基础）G5 = G4 + G3 = G4 + G2 + G1定常态操作（连续稳定操作），积累速率等于零。定常态操作（连续稳定操作），积累速率等于零。输入速率之和输入速率之和 = 输出速率之和输出速率之和G5G4G3G1G2 outm,inm,qq2022-7-4化工原理 绪论32能量衡算能量衡算(energy balance) （通常为了确定热负荷（通常为了确定热负荷Q1）能量守恒定律能量守恒定律 （定常态操作）losscout,in,1QQQQQQ 产物产物反应热反应热原料原料lossin,cout,1QQQQQQ 反应热反应热原料原料产物产物蒸汽蒸

50、汽Q1QlossinQoutQcQ冷凝水冷凝水反应反应反应热反应热Q2022-7-4化工原理 绪论33 例例1 用连续操作的蒸发器把质量分率为用连续操作的蒸发器把质量分率为wF的稀盐水溶液经蒸发浓的稀盐水溶液经蒸发浓缩到质量分率为缩到质量分率为ww的浓盐水溶液。稀盐水溶液的进料量为的浓盐水溶液。稀盐水溶液的进料量为F(kg/h) ，试求：浓盐水溶液（完成液）的产生速率试求：浓盐水溶液（完成液）的产生速率W (kg/h) 和水蒸气（二和水蒸气（二次蒸汽）的产生速率次蒸汽）的产生速率V (kg/h) 。总物料衡算总物料衡算WVF 溶质衡算溶质衡算wFwWwF 得到：得到：FwwWwF FwwV w

51、F11、根据题意画出本例附图所示的流程图。、根据题意画出本例附图所示的流程图。解题方法与步骤解题方法与步骤2、圈出衡算范围（控制体）。、圈出衡算范围（控制体）。3、定出衡算基准，通常单位、定出衡算基准，通常单位1h或或1s。2022-7-4化工原理 绪论34绪论完。另：后有建构主义理论的基本知识例例2 1000kg的电解液的电解液F中含中含NaOH（质量百分数，下同）（质量百分数，下同）10% 、NaCL10% 、H2O80% ，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含浓缩液中含NaOH50% 、 NaCL2% 、H2O48% 。试求：。试求：（1）水分

52、蒸发量）水分蒸发量V；（；（2）结晶分离的食盐量）结晶分离的食盐量S；（；（3）食盐分离后）食盐分离后的浓缩液量的浓缩液量W。在全过程中，溶液中。在全过程中，溶液中NaOH的量保持不变。的量保持不变。解：解：电解液电解液被分离为被分离为3部分部分WSVF WF%50%10 WVF%48%80 总物料衡算总物料衡算NaOH衡算衡算H2O衡算衡算2022-7-4化工原理 绪论35建构主义理论的基本知识建构主义理论的基本知识 建构主义学习理论是历经对皮亚杰、布鲁纳、维果茨基、建构主义学习理论是历经对皮亚杰、布鲁纳、维果茨基、维特罗克维特罗克(M.C.Wittrock)等人的早期建构主义思想的不断发展

53、，等人的早期建构主义思想的不断发展，同时伴随着对认知心理学的批判和发展，于同时伴随着对认知心理学的批判和发展，于20世纪世纪90年代出现年代出现在心理学领域中的一股强大在心理学领域中的一股强大“洪流洪流”。 作为一种新型的学习理论，建构主义对学习也赋予了新的作为一种新型的学习理论，建构主义对学习也赋予了新的意义。首先，建构主义学习理论认为学习的过程是学习者主动意义。首先，建构主义学习理论认为学习的过程是学习者主动建构知识的过程。学习是建构内在心理表征的过程，学习者并建构知识的过程。学习是建构内在心理表征的过程，学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，而是以原有的经验为基础，通不是把知识从外界搬到记

54、忆中，而是以原有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解。过与外界的相互作用来建构新的理解。 其次，建构主义学习理论对学生所学的知识也提出了新的其次，建构主义学习理论对学生所学的知识也提出了新的理解，即知识不再是我们通常所认为的课本、文字、图片以及理解，即知识不再是我们通常所认为的课本、文字、图片以及教师的板书和演示等对现实的准确表征，而只是一种理解和假教师的板书和演示等对现实的准确表征，而只是一种理解和假设。设。 2022-7-4化工原理 绪论36 瑞士心理学皮亚杰瑞士心理学皮亚杰(J. Piaget)是认知发展领域最有影响的一是认知发展领域最有影响的一位心理学家。他基于对儿童认知发

55、展的研究创立了位心理学家。他基于对儿童认知发展的研究创立了“认知结构认知结构说说”，明确地提出了图式、同化、顺应和平衡这样四个基本概念。，明确地提出了图式、同化、顺应和平衡这样四个基本概念。在建构主义理论中一个重要的概念是在建构主义理论中一个重要的概念是图式图式（schema）。）。 图式图式是指个体对世界的知觉理解和思考的方式。也可以把它是指个体对世界的知觉理解和思考的方式。也可以把它看作是心理活动的框架或组织结构。图式是认知结构的起点和核看作是心理活动的框架或组织结构。图式是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是图式

56、的形成和变化是认知发展的实质。认知发展的实质。建构主义理论的基本知识建构主义理论的基本知识认知发展遇到三个过程：认知发展遇到三个过程：即即同化、顺应同化、顺应和和平衡平衡。2022-7-4化工原理 绪论37认知发展遇到三个过程：即同化、顺应和平衡。认知发展遇到三个过程：即同化、顺应和平衡。同化同化（assimilation）是指个体把外界刺激所提供的信息整合到）是指个体把外界刺激所提供的信息整合到自己原有认知结构内的过程。自己原有认知结构内的过程。顺应顺应(accommodation)是指个体调节自己的内部结构以使得新信是指个体调节自己的内部结构以使得新信息适应情境的过程。当个体遇到不能用自己

57、原有的图式来同化息适应情境的过程。当个体遇到不能用自己原有的图式来同化新的刺激时，便要对原有图式加以修改或重建，以适应环境。新的刺激时，便要对原有图式加以修改或重建，以适应环境。平衡平衡(equilibration)是指个体通过自我调节机制使认知发展从一是指个体通过自我调节机制使认知发展从一个平衡状态向另一个平衡状态过渡的过程。总之，同化是认知个平衡状态向另一个平衡状态过渡的过程。总之，同化是认知结构数量的扩充，顺应是认知结构性质的改变。认知个体通过结构数量的扩充，顺应是认知结构性质的改变。认知个体通过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡。同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡。建构

58、主义理论的基本知识建构主义理论的基本知识2022-7-4化工原理 绪论38 在皮亚杰的在皮亚杰的“认知结构说认知结构说”的基础上，科恩伯格的基础上，科恩伯格(O. Kornberg)对认知结构的性质与发展条件等方面作了进一步的研对认知结构的性质与发展条件等方面作了进一步的研究。斯腾伯格究。斯腾伯格(R. J. Sternberg) 和卡茨和卡茨 (D. Katz) 等人强调个体的等人强调个体的主动性在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何主动性在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何发挥个体的主动性作了认真的探索。维果茨基发挥个体的主动性作了认真的探索。维果茨基(L. S.

59、 Vogotsgy)提提出的出的“文化历史发展理论文化历史发展理论”，强调认知过程中学习者所处社会文，强调认知过程中学习者所处社会文化历史背景的作用，并提出了化历史背景的作用，并提出了“最近发展区最近发展区”的理论。的理论。建构主义理论的基本知识建构主义理论的基本知识建构主义理论的发展建构主义理论的发展2022-7-4化工原理 绪论39 美国教育心理学家美国教育心理学家维特罗克维特罗克（M. C. Wittrock）提出了）提出了“生生成学习理论成学习理论”。该理论将皮亚杰的传统建构主义学习理论和另一。该理论将皮亚杰的传统建构主义学习理论和另一位美国教育心理学家位美国教育心理学家奥苏伯尔奥苏伯

60、尔（D. P. Ausubel）的）的“认知同化理认知同化理论论”加以结合，形成了具有浓厚认知建构特征的现代学习理论。加以结合，形成了具有浓厚认知建构特征的现代学习理论。 生成学习理论生成学习理论在解释和说明学习者头脑内部新知识生成作用在解释和说明学习者头脑内部新知识生成作用时，强调学习过程中个体的主观能动性，特别关注在多向交互作时，强调学习过程中个体的主观能动性，特别关注在多向交互作用中所建构和生成的新意义。用中所建构和生成的新意义。生成学习理论的核心内容是学习者生成学习理论的核心内容是学习者对新信息建构意义的过程对新信息建构意义的过程，隐含了皮亚杰的，隐含了皮亚杰的“顺应顺应”的内涵。的内