化工原理第一讲

1、化工原理 （上）绪论1本课程的性质和内容1)性质：化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程性和实用性,应用范围广。2）内容：把原材料加工成有价值产品的过程。一个化工生产过程所包括的步骤分为两类： 一是化学反应过程二是单元操作过程：化工生产中基本的物理处理过程。1单元操作特点：1）.都是物理操作。2）.都是化工生产过程中共有的操作。3）.用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理相同，所用设备亦通用。化工单元操作的目的是：物料的输送；物料物理状态的改变；混合物料的分离。三传理论：动量；热量；质量一反：化学反应22 单位制与单位换算1） 单位

2、制7个基本量：长度:m；时间:s；质量:kg；电磁强度:A(安培)；发光强度:cd(烛光)；物质的量:mol(摩尔)；热力学温度:K。2个辅助量：平面角:rad(弧度)；立体角:sr(球面度)。特点：1.通用性；2.一贯性。我国法定计量单位国际单位制选定的非国际单位制32 ）单位换算.物理量：由一种单位换算成另一种单位时，量本身并不变化，只是数值要变化，换算时要乘或除以两单位间的换算因数。换算因数：如；1m100cm，则换算因数为100cm/m 或0.01m/cm例0-1：已知1atm=1.033kgf/cm2,试用Pa表示。解：查附录1知：1kgf=9.81N, 1cm2=10-4m2换算因

3、数：9.81N/kgf, 10-4m2/cm243）经验公式(数字公式)借助实验或半实验、半理论的方法处理得到的公式。它只反映各有关物理量之间的数字关系，每个符号只代表物理量的数字部分，而这些数字又与特定单位对应。因此，使用经验公式时，各物理量必须采用指定单位。经验公式的单位换算，也可采用换算因数将规定单位换算成所要求单位。例0-2:水蒸汽在空气中扩散系数为：式中：D扩散系数，ft2/h； P压强，atm； T兰氏温度，oR。试将式中各符号单位换算成 D:m2/s；P:Pa；T:K53 物料衡算 遵循质量守恒定律通式：GiGo+GA 适用于：1.任何指定的空间范围；2.过程所涉及的全部变化：无

4、化学变化；混合物任一组分都符合此通式；有化学变化：各元素符合此通式；3.间歇、连续操作：间歇操作： GA0连续操作： GA06物料衡算的步骤：1.绘简图：方框表设备，箭头表输入输出物流方向，箭头旁注明条件。2.定基准：间歇操作：以一批物料为基准；连续操作：以单位时间为基准。3.划范围：其边界要与待计算的物流相交4.列算式：总物料衡算式，1个某组分物料衡算式，N-1个7物料衡算举例例0-1:已知原料液流量为1000kg/h，含20KNO3，进入蒸发器，蒸出水分W kg/h，浓缩液为S kg/h，含KNO350进入结晶器，结晶产品为P kg/h，含96KNO3，循环母液R kg/h，含37.5KN

5、O3，回到蒸发器再循环，求W,S,P,R各为多少kg/h？蒸发器结晶器1000kg/h20KNO3W kg/hS kg/h50KNO3P kg/h96KNO3R kg/h37.5KNO3IIIIII 解：1.绘简图： 2.定基准：1h 3.划范围：范围I，II，III见图84.列算式：方框I：总物料：1000=W+PKNO3组分:10000.2=W0+P0.96蒸发器结晶器1000kg/h20KNO3W kg/hS kg/h50KNO3P kg/h96KNO3R kg/h37.5KNO3IIIIIIW=791.7 kg/hP=208.3 kg/h方框II：总物料：S=P+RKNO3组分:S0.

6、5=P0.96+R0.375S=974.8 kg/hR=766.5 kg/h94 热量衡算 遵循能量守恒定律热量衡算通式： Qi=Qo+Q (wH) i=(wH)o+Q1物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成，称为焓(H，kJ/kg)。焓值为一相对值，且与状态有关，所以热量衡算时必须规定基准温度和基准状态，通常基准选273K液态(即此时H)。2热量除了伴随物料进出系统外，还可通过设备外壳、管壁由系统向外界散失或由外界传入系统，只要系统与外界存在温度差，就有热量的散失或传入，称热损失QL。10热量衡算举例例0-2:在换热器中将平均比热为3.56kJ/(kg.)的某种溶液自25加热到80，溶液流量

7、为1.0kg/s。加热介质为120的饱和水蒸汽，其消耗量为0.095kg/s，蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算换热器的热损失占水蒸汽所提供热量的百分数。换热器25溶液1.0kg/s80溶液1.0kg/s120饱和水蒸汽0.095kg/s120饱和水0.095kg/s解：1.绘简图2.定基准：1s，0，液体3.划范围：以换热器为衡算范围114.列算式：查附录九：120饱和水蒸汽H=2708.9kJ/kg，120饱和水H=503.67kJ/kg，则：1.03.56(25-0)+0.0952708.9=1.03.56(80-0)+0.095503.67+QL换热器25溶液1.0kg/s80溶液

8、1.0kg/s120饱和水蒸汽0.095kg/s120饱和水0.095kg/sQL=13.70 kW水蒸汽提供热量：Q=0.095(2708.9-503.67)209.5 kW热损失百分数13.70/209.5=6.5412本章总结掌握单元操作与化工生产过程的概念掌握物料衡算、热量衡算、单位制与单位换算了解本课程的性质、任务与内容13第一章 流体流动1.0 概述：流体：气体和液体的统称。流体的特性：流动性；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。流体流动规律在化工生产中的应用：解决流体的输送问题；压力、流速、流量的测量；为强化设备能力提供适宜的条件。141.1.1 流体

9、的密度定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用表示，单位kg/m。其表达式： 密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。 1.纯气体的密度气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、温度不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气体的密度计算公式为：1.1 流体的物理性质151).根据状态方程计算上标“”表查的状态无上标表操作状态下标“0”表标准状态无下标表操作状态 2).根据标准状态计算16 3).根据操作状态计算2 气体混合物的平均密度对理想气体，各组分混合前后质量不变，则1m3混合液体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。即混合气体的密度m可按下式计算：m=yii 式中：yi组分i在

10、混合物中的体积分率(质量分率)； i组分i单独存在时密度，kg/m3。仿照纯气体密度的计算：式中：Mm混合物平均分子量，g/kmol。 Mm=Miyi Mi组分i的分子量，kg/kmol； yi组分i的摩尔分率。173.纯液体的密度液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可忽略不计。纯液体的密度可从有关手册中查取。4 液体混合物的平均密度对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密度m可按下式计算：1/m=ai/i 式中：ai组分i在混合物中的质量分率； i组分i单独存在时密度，kg/m3。181.1.2 流体的粘性和理想流体1 牛顿粘性定律流体具有的特性：一方面，具有流动性，即无固定形状，在外力作用下其内部产生相对运动。另一方面，在运动的状态下，流体还具有抗拒内在向前运动的特性，称为粘性。这两方面是互为矛盾的两方面。粘性的存在使得流体流过固体壁面时，对壁面有粘附力作用，因而形成了一层静止的流体层。同时由于流体内部分子间的相互作用