化工原理课件

1、1化工原理C轻工化工学院 23456同类参考书天津大学化工原理教研室编，化工原理上、下册天津大学 夏清等编，化工原理上、下册天津大学谭天恩等编，化工原理上、下册陈敏恒等编，化学工程上、下册7学科性质工程学科 用自然科学的基本原理 来分析和处理化工生产中的物理过程研究方法工程方法 因次分析法直管湍流阻力 数学模型法双膜模型的建立 参数综合法过滤常数 当量法当量直径、当量长度等 类比法动量、热量、质量传递的类似律化工原理学科性质与研究方法8化学工程科学简史 化学工业是一门古老的工业，但以化学工业过程为研究对象的化学工程科学的诞生至今只有80多年的历史。这是由于最初的化学工业规模比较小，技术要求不高

2、，化学家可以全凭经验来设计和操作化工装置。9古代冶金、炼金、炼丹术语 段 长时间的高温加热 炼 干燥物质的加热 熔 加热熔解 抽 蒸馏 飞 升华 化 溶解 点 再结晶10 随着第二次工业革命的兴起，化学工业开始向大型化迈进。为了适应化学工业的大型化，从19世纪90年代(1890s)开始，化工各行业开始研究各自的生产工艺学。随着研究的深入，人们认识到化工各行业中的许多物理过程遵循相同的物理原理。 于是在1923年美国麻省理工学院(MIT)化工系的三位教授Walker, Lewis, and MeAdams 编著了一本名为”Principles of Chemical Engineering”的书

3、。11 书中提出了单元操作(Unit Operation)的概念，并且指出，在所有的化工装置中进行的所有物理过程，无非是原料的输送、反应、加热、冷却，产品与废料的分离等几种操作。该书的出版标志着化学工程科学的诞生，也使化工装置从由化学家设计和操作开始转向由化学工程师设计和操作。12化学反应和若干个单元操作串联而成化工原理研究各个独立的单元操作化工生产过程 原料的预处理 进行化学反应 反应产物的分离与提纯化工生产过程？三传一反13一、化工过程与单元操作 化学工业中除了化学反应过程之外，还有大量的物理加工过程，统称为化工过程。根据操作原理，可归纳为数个基本操作过程。如流体输送、热交换、蒸发、结晶、

4、吸收、蒸馏等等。 化工原理指化工过程的基本原理 。这些基本操作过程也称之为单元操作(unit operation)。14 任何一种化工产品的生产过程都是有若干个单元操作以及化学反应过程组合而成的。化学反应在反应器内进行；各个单元操作，也都在相应的设备(apparatus)。如蒸馏操作在蒸馏塔内进行，干燥操作在干燥器内进行。 单元操作不仅用在化工生产中，而且在石油、冶金、轻工、制药、生物工程、环境保护中也得到广泛的应用。15单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：流体动力过程遵循流体动力基本规律，用动量传 递理论研究如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化热过程遵循传热基本规律，用热量

5、传递理论研究如：传热、冷凝、蒸发等传质过程遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等16单元操作的特点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。 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。 单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。 171. 课程性质化工原理是化工以及相关专业必修的一门专业基础课。先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。2. 课程内容主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。二、化工原理课程的性质、任务183. 课程任务介绍三传

6、理论，即流体流动、传热、传质的基本原理；掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选型及实验研究方法；培养运用基础理论分析和解决单元操作中各种工程实际问题的能力。19三、物理量的单位与量纲国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。基本单位？任意选定几个独立的物理量（长度.时间等），并根据使用方便的原则规定出它们的单位。导出单位？确定了基本单位后，其他诸量（如速度.加速度）的单位，根据本身的物理意义及与基本单位相互间的关系来确定，这种单位为导出单位。20国际单位制（SI单位制）与法定计量单位SI导出单位力(N)功率(W) 摄氏温度()热量（功）(J)力、压强、

7、应力(Pa)平面角(rad) 频率(Hz) SI单位长度(m) 时间(S) 质量(kg)物质的量(mol)热力学温度(K) 电流强度(A)发光强度(cd) 21十进倍数词头G，M，km，n等等可与SI单位制并用的法定计量单位时间: s, min, h, d体积: L, l质量: t, kg, u22例：速度 LT1 加速度 LT2 力（N） MLT22.量纲量纲(dimension)是该类物理量不同单位的统称。SI单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号L、M、T、来表示。23 若某物理量以MaLbTc表示，则称它为该物理量的量纲（dimension,符号为dim）（a、b、c为量纲

8、指数，MaLbTc称为该物理量的量纲式）。它表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。当abc0时，M0L0T01，称为无因次（dimensionless）。如相对密度：Dimd = M0L0 = 1243. 量纲一致性方程任何一个物理量，只要理论上合理，则该方程两百的量纲必定相等。称之为量纲一致性方程。如理想气体状态方程式: PV = nRT两边的量纲均为ML2T-2 (单位是J)通常可用量纲分析法通过工程实验建立经验关联式。254. 物理方程单位的一致性同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。 对: PV = nRT通用气体常数 R0.08206 Latm

9、/molK (P,V单位？) 8.313 J/molK (P,V单位？)265. 实验方程的单位换算与理论式不同，实验方程式(经验式)等号两边的单位往往不一致。使用不同单位时其表达式的常数项也不一样。液体蒸气压方程(Antoine equ.):（附录十，附有常用物质的A,B,C数值）27因为：1kPa=7.50061 mmHg，有 Ps =7.50061 P0，代人(1)式即可得28四、混合物浓度的表示方法物质的量浓度与物质的量分数 (摩尔浓度与摩尔分数)292. 物质的质量浓度(密度)与物质的质量分数3031323. 摩尔比与质量比(反映相对值大小)33例题0-1 P734气体混合物组成的表

10、示方法（1）摩尔分数, yi（2）分压力, pi = niRT / V（3）体积分数i=Vi / V = ni / n （4）气体混合中组分i的浓度ci = ni / V = pi / RT（5）双组分气体混合物中的摩尔比 VA / VB = pA / pB = nA / nB 35例题0-2混合物平均摩尔质量的定义36五、单元操作中的常用基本概念 物料衡算 能量衡算 物系平衡关系 传递速率 经济核算5个基本概念贯穿化工设备的设计、操作过程37物料衡算 依据质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。物料衡算的通式38定态过程，积累为零。则：衡算的系统整个生

11、产过程某一设备系统中的所有物料某一个组分衡算的对象39物料衡算的步骤：（1）画出系统流程示意图，物料流向，标出已知数据和待求量。（2）选定计算基准，一般选用单位进料量或排出量(质量、体积等)为计算的标准。列出衡算式求解。40例0-3 P9求 W，V？412 热量衡算依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。 热量衡算通式42 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。 此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0为基准温度，并规定0时液态的焓值为零。433.过程的平衡关系 平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。 平衡是一个动态的过