化工原理专接本绪论new

化工原理

Unitoperations

PrinciplesofChemicalEngineering本课程的内容化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)—单元操作(Unitoperations)化工过程常常包括原料预处理过程、反应过程和反应产物后处理过程等。200°C、150MPa常温、常压乙烯压缩机预热器反应器分离器粒化器常温、150MPa

高压聚乙烯成品化工过程与单元操作化工生产过程的特点之一是步骤多。可分为：A以化学反应为主(在反应器中进行)。B单元操作。典型化工工业流程化工过程与单元操作单元操作的特点：物理性操作(状态、物理性质改变，化学性质不变)；化工过程中共有的操作(单元操作数目、名称、排列顺序各异)；某一单元操作的基本原理相同(某单元操作的设备往往是通用的，但有选型的问题)。单元操作的分类：动量传递：流体输送、沉降、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化等。热量传递：加热、冷却、蒸发等。质量传递：蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等。这些单元操作的目的一般是将混和物分离，故又称为分离过程。化学工程学的任务：寻找其规律性的问题，使开发、设计、操作减少盲目性，提高经济效益“化工原理”课程的两条主线(1)实验研究方法(2)数学模型方法，即半理论半经验的方法研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。以单元操作为内容，以传递过程和研究方法论为主线组成了“化工原理”这一门课。

研究方法的发展经验放大相似论因次分析数学模型法各种化学工程研究方法的基础是实验工作实验研究方法（经验法）该方法一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。数学模型法（半经验半理论方法）该方法是在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，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。如果一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能够建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。研究方法：实验法→数学模型（半理论半经验）→

研究方法总结纯理论——数学分析数学模型法——半理论半经验因次分析法——经验方法化工原理课程所回答的问题如何根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“过程和设备”的选择，以适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。如何进行过程的计算和设备的设计。在缺乏数据的情况下，如何组织实验以取得必要的设计数据。如何进行操作和调节以适应生产的不同要求。在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。

绪论

内容概述教学安排及参考书▉

课程的内容▉课程的发展▉

课程的教学目的▉基本概念▉

单位换算及单位制▉

介绍化工原理课程的发展及与邻近学科的关系课程的发展及与

邻近学科的关系化工原理是化学工程学的一个重要分支，与化学工程学的发展密切相关。工程学科的形成源于工业生产。19世纪末，逐步形成以产品划分的各种化工产品的工艺学。1915年，化学工程的先驱在向MIT提交的一份报告中提出“单元操作”的概念。1922年，在美国化学工程师年会上，“单元操作”的概念被法定认可。1923年，MIT教授等人写了第一部关于单元操作的书——Principlesofchemicalengineering。从化工生产工艺中抽象出各种单元操作，即从特殊性中总结出普遍性，是认识上的一个飞跃。对化学工程学的形成和发展起了重要推动作用，并促进了化学工业的发展。课程的发展及与

邻近学科的关系1960年，威斯康星大学的Bird等人将动量、热量和质量传递过程合并，编写了Transportphenomena一书，是工程学科的基础。与此同时，化学反应工程学形成与发展。至此，化学工程学学科发展到了“三传一反”的较完整阶段。20世纪60年代末，形成了化工系统工程学，同时发展了过程动态学与控制论。丰富与发展了化学工程学的内容。

化学工程学的发展

绪论

内容概述教学安排及参考书▉

课程的内容▉课程的发展▉课程的教学目的▉

基本概念▉

单位换算及单位制▉

介绍化工原理课程的性质及教学目的

课程的性质和目的化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业必修的主干技术基础课。本课程以传递过程理论为基础，以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”为对象，研究和考察化工生产过程中被处理物料的质量、动量和能量传递的基本规律，考察、解释和处理工程实际问题，通过理论解析和在理论指导下的实验研究方法，培养学生运用化学工程的基本原理去分析和解决化工生产过程中出现的各种实际问题的能力、动手操作能力与工程观念。本课程强调创新意识与创新能力的培养，强调定量计算和工程设计能力的训练，强调理论和实际相结合与实事求是的工作作风。通过本课程学习，促使学生达到能独立运用本课程所学知识分析和解决化工生产过程中出现的各种工程实际问题，能独立完成化工单元操作与设备的工艺计算、设计与选型工作，能独立完成化工单元过程的实验操作与实验设计，并为后续专业课程的学习打下良好的基础。选

算

过程与设备的选择

过程的计算和设备的设计用如何操作和调节以适应生产的要求化工原个理课的旨教学目饥的你们是谁德、智择、体全办面发展翼，据有覆良好的卵学科素繁养，掌第握了化渡学基本浅理论、文基本知精识和基撕本技能伶，并受徒到基础路研究和洞应用研沈究初步岔训练的化学专追门人才。你们将从限事的工作腾：科研部享门、高君校、厂殖矿企业庙、事业极单位、街行政部服门等。由此吗可知不论水你们从事狗基础研究辞还是应用汤研究或开所发性工作晕，都需要墙具备化学鸣工程的基散本知识和未概念。学习该课盆程的目的墨是使你们乒获得一定颤的化学工程脑概念、知缝识和方法，了解化学工业伟的实践与肃发展等慨况纤，提高工程技术穴方面的素邮养，开拓加你们以创后自身三工作领包域的思页路，并遍使你们绘具有更朋强的适宜能热力和工窗作能力。绪论内容概述教学安排接及参考书▉课程的内砌容▉课程的岛发展▉课程的亭教学目眨的▉基本概堂念▉单位换边算及单鬼位制▉三种衡康算平衡关舱系过程速婚率三种衡算动量衡算——牛顿第二定律热量衡算——能量守恒(焦耳Joule)质量衡算——物质不灭(拉瓦锡Lavoisier)1、物料衡替算根据质量守弱恒定律，任何一馆个化工生尽产过程F=d+与AF──输入物柱料质量熊的总和溉，kgd─晚─输出物额料质量报的总和递，kgA──积累在过摸程中的物歼料质量，kg此式是物席料衡算的疤通式，可刻对总物料蔽或其中某糊一组成列市出物料衡择算式，进能行求解。基本概看念例1解：各股启物系的流烟程图如附敌图所示，披计算基准惑取1，由于玩是连续漫稳定操考作，总肌物料衡磨算式为F＝V＋W溶质衡溜算式为FxF=Wxw由此两千式解得W=（xF/xw）F，V=（1-xF/xw）F例1附图用连续嫁操作的薪蒸发器说把含盐咸浓度为鲜（质量啊分率）税的衡盐量水溶液博蒸发到姜浓度为简（质量纪分率）涌的浓盐齐水溶液逢，每小跨时衡盐遮水溶液协的进料户量为Fkg。试求仅每小时造所得浓过盐水溶民液量W及水分蒸萝发量V各为多忘少。2、能量衡算根据能量守示恒定律，在任何赶一个化工除生产过程桨中，凡向良该过程输践入的能量而必等于该丛过程输出所的能量。劈燕在许多化稀工生产中滤所涉及的您能量仅为现热能，所薪以本课程源中能量衡退算简化为浮热量衡算灿：QF=QD+qQF––输入该园过程的掏各物料丹带入的离总热量,JQD––输出该浓过程的渗各物料沫带出的啦总热量,Jq––该过程煮与环境佩交换的选总热量欣，当系积统向环揉境散热跑时为正于，称为巩热损,J通过热具量衡算斑，可以翁了解在乎生产操挤作中热营量的利狸用和损英失情况袭，而在添生产过芒程与设堵备设计猴时，利剑用热量无衡算可猪以确定板是需要担从外界眯引入热盼量或向栏外界输宿出热量哭的问题座。基本概昆念物料衡鹊算计算读步骤及我要点：1、物流图2、确定衡勤算体系（雪某设备、哀车间、整半个工厂）3、确定衡打算基准；4、确定削着眼物揭料；5、列衡傅算方程能量守衡关键：1、物流必图2、划定妨系统3、确定衡珠算基准4、确定皂着眼物庄料5、选定基堂准温度：0℃基准温垮度（焓旋值是相继对值）6、列衡需算方程7、有反应查发生的要刻考虑反应震热。例一、魄每小时剪将100恩0kg含20％（质馒量分数挥，下同必）某种束盐水溶窃液送至诊蒸发器搏内，用冷水蒸气症加热使姓之气化霸，蒸出奇一部分轧水汽，觉由蒸发仗器顶部梦排出。四溶液被紫浓缩到50％后，捏由结晶登器底部帜取出产纹品P，结晶器龟内含无机堆盐37.5％的母液R送回蒸发体器与原料俭液合并进眼入蒸发器词再蒸发，汇试求：1、每小时倦由蒸发器剪蒸出的水沈气量W及由结磁晶器排迹出的产昂品P。可以豪不考虑怨结晶产娘品表面岸附着的尘母液：2、每小阴时由结脱晶器排隔出的母更液量R由蒸发器趋排出的浓起溶液量B；3、进入蒸绿发器的混业合液（原毙料液与母盐液）中的快浓度。例题解六答：一、解增：F=10蹄00kg水/hr,般a=2熔0％求处：(1)喜w,裹P草(2)因R,氧B败(3)痰M(1)、求W、P大体系胆物料衡吃算：P=2巩08.吊3kg甩/hw=79止1.7k惜g/h(2)以局部为亲着眼点，勒划定衡算次范围：以右为个基准：R＝766换.5k鼠g/hB=7眠66.蚂5+2黄08.兽3=9馆74.丝式8kg请/h或以左部肃分为衡算颈范围：（3）以局部据点为衡算宜范围：1000＋R＝M＝100蚊0＋766.兆5=17军66.51000演·20%址+766股.53·扶7.5%厅=M·x爆%x%=2搂00+2码87.4蓬/176晌6.5=规27.6枯%例二、旱系统能盏量衡算六：浊采用本谎题附图什所示的吨蒸发器洒，每小糠时将2000犬kg水溶液涛，从含单固体5％（质缓量分数占，下同猴）浓缩心至30％。已则知在操顾作条件剑下溶液浓在蒸发怪器内的废沸点为78℃，水的汽天化热为2319棒.5KJ挥/kg.原料液温窄度为20℃，比热隔容为4KJ/关(kg·歇℃)。加热咐蒸汽压穗强为200修kPa成,冷凝水于腐热蒸汽的悔饱和，温震度下排除却，热损失狗为100芽0W，忽略溶笋液的稀释让热，浓溶祖液在蒸发羽器操作沸勒点下排出刻，水蒸气播于75℃时离开凝蒸发器仁，试求刻每小时勺加热蒸嘴汽消耗握量。例2、热量衡枣算：已知躬溶液沸点斗：78℃γ＝231斤9.5萌kg/挑kg耕H=2勿633颗.5k龟g/k饲g进料：T0＝20%CP0＝4kJ排/kg动·℃浓缩液：CP1＝4.19萍kJ/浊kg·℃加热蒸公汽：P＝200班Pa,冷凝水杰：饱和丽温度Q损＝1000匹0W。(1)先求物摸流量：节（流量晌，1hr）200没0=w晒+R，2000×5%=w×0+3细0%×R则w=1窝666咐.7k跑g/h，R=3凡33.酒3kg倡/h(2)热量衡记算：QF＋QD＝Qw+QR+QP+Q损以0℃为基态，挽求焓值：①QF＝F·CP·△T＝200衬0×4递×（20－0）＝1.6×拐105kJ/h②QD：200陶kPa查表，T＝120.好2℃h=27允09.2心kJ/k渗gQD=270蔽9.2D尖kJ/h③Qw：查75℃蒸汽，示焓值H=2渐633悄.5k贿J/k图gQw=16继66.凳726奏33.荡5=4幅3.8陆910壮5④QR：＝R·CP·△T＝333.桥3×4.都19×（78－0）＝1.09壳×105kJ/越h⑤QP：冷凝水拨：120却℃排放，桑水焓：493.培71kJ抄/kgQP=49涂3.7舰1×D⑥Q损：＝(100伞00w/苍1000撑)36吧00=0功.36×烦105kJ/h衡算：1.6×外105＋270丸9.2耽×D＝493.耍71＋1.0拆9×1躺05＋43.8滴9×105＋0.36偷×105D＝1794院.3kg逮/h过程的平熔衡与速率过程的仙平衡问油题过程进行哥的方向和类所能达到冲的极限化工热隶力学研召究的领忍域过程的速颠率过程进行刺的快慢3、平衡关艳系物系在作自然界馒发生变奴化时，孩其变化滔必趋于陶一定方桐向，如柔果任其及发展，宫结果必轻达到平拜衡关系演为止。平衡状躲态表示的就桥是各种自脑然发生的创过程可能好达到的极先限程度，稀除非影响狮物系的情敌况有变化吃，否则其顽变化的极忙限是不会形改变的。邪一般平衡汁关系则为另各种定律织所表明，画如热力学溪第二定谣律，拉乌尔屠定律等。在化工生茧产过程中模，可以从善物系平衡盾关系来推从知其能否滤进行以及幸进行到何嫁种程度。规平衡关系嘉也为设备灭尺寸的设渐计提供了损理论依据均。基本概念4、过程速吓率：何一个孕不处于成平衡状肤态的物匙系，必否然发生诉使物系减趋向平梨衡的过栽程，但状过程以三什么速甚率趋向锯平衡，分这不决申定于平钱衡关系堪，而是畏由多方义面的因她素影响准的，由普于对这形些因素培有些还刃不清楚通，目前互过程速专率是近荒似的采壤用除以症阻力表惧示。这里的甲过程推国动力，拆可依据脖具体过除程而有恶不同的获理解，穴但必要质的条件寒是物系咐在平衡慰状态时岩推动力嘱必须等漠于零。至于过阳程的阻秀力则较阴为复杂顾，要具盼体情况也具体分交析。基本概念绪论内容概亭述教学安蠢排及参佛考书▉课程的内怖容▉课程的陈发展▉课程的教堤学目的▉基本概念▉单位换员算及单肃位制▉单位制：SI制，物理成制，工程近制单位换我算1、单位制单度任何物理兽量都是用掘数字和单受位联合表祸达的。基本单即位：一般先滴选几个独互立的物理惊量，以使修用方便为与原则规定非出它们的脆单位。导出单位：根据物纷理本身的愉物理意义豆，由有关岸基本单位宜组合构成后的基本单担位和导毅出单位饶构成一钉个完整脚的体系紧，称为单位制。单位制禽和单位搂换