化工原理专接本绪论

化工原理

Unitoperations

PrinciplesofChemicalEngineering本课程的内容化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)—单元操作(Unitoperations)化工过程经常包括原料预处置过程、反响过程和反响产物后处置过程等。200°C、150MPa常温、常压乙烯紧缩机预热器反应器分别器粒化器常温、150MPa高压聚乙烯废品化工过程与单元操作化工消费过程的特点之一是步骤多。可分为：A以化学反响为主(在反响器中进展)。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(形状、物理性质改动，化学性质不变)；化工过程中共有的操作(单元操作数目、称号、陈列顺序各异)；某一单元操作的根本原理一样(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：动量传送：流体保送、沉降、过滤、离心分别、搅拌、固体流态化等。热量传送：加热、冷却、蒸发等。质量传送：蒸馏、吸收、吸附、萃取、枯燥、结晶、膜分别等。这些单元操作的目的普通是将混和物分别，故又称为分别过程。化学工程学的义务：寻觅其规律性的问题，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)实验研讨方法(2)数学模型方法，即半实际半阅历的方法研讨工程问题的方法论是联络各单元操作的另一条主线。以单元操作为内容，以传送过程和研讨方法论为主线组成了“化工原理〞这一门课。研讨方法的开展阅历放大类似论因次分析数学模型法各种化学工程研讨方法的根底是实验任务实验研讨方法〔阅历法〕该方法普通用因次分析和类似论为指点，依托实验来确定过程变量之间的关系，经过无因次数群〔或称准数〕构成的关系式来表达。是一种工程上通用的根本方法。数学模型法〔半阅历半实际方法〕该方法是在对实践过程的机理深化分析的根底上，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，进展数学描画，得出数学模型。经过实验确定模型参数。假设一个物理过程的影响要素较少，各参数之间的关系比较简单，可以建立数学方程并能直接求解，那么称为解析法。研讨方法：实验法→数学模型〔半实际半阅历〕→

研讨方法总结纯理论——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▉课程的开展▉课程的教学目的▉根本概念▉单位换算及单位制▉引见化工原理课程的开展及与临近学科的关系课程的开展及与

临近学科的关系化工原理是化学工程学的一个重要分支，与化学工程学的开展亲密相关。工程学科的构成源于工业消费。19世纪末，逐渐构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A.D.Lihle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W.H.Walker等人写了第一部关于单元操作的书——Principlesofchemicalengineering。从化工消费工艺中笼统出各种单元操作，即从特殊性中总结出普遍性，是认识上的一个飞跃。对化学工程学的构成和开展起了重要推进作用，并促进了化学工业的开展。课程的开展及与

临近学科的关系1960年，威斯康星大学的Bird等人将动量、热量和质量传送过程合并，编写了Transportphenomena一书，是工程学科的根底。与此同时，化学反响工程学构成与开展。至此，化学工程学学科开展到了“三传一反〞的较完好阶段。20世纪60年代末，构成了化工系统工程学，同时开展了过程动态学与控制论。丰富与开展了化学工程学的内容。化学工程学的开展绪论内容概述教学安排及参考书▉课程的内容▉课程的开展▉课程的教学目的▉根本概念▉单位换算及单位制▉引见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根底课。本课程以传送过程实际为根底，以化工消费中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的假设干“单元操作〞为对象，研讨和调查化工消费过程中被处置物料的质量、动量和能量传送的根本规律，调查、解释和处置工程实践问题，经过实际解析和在实际指点下的实验研讨方法，培育学生运用化学工程的根本原理去分析和处理化工消费过程中出现的各种实践问题的才干、动手操作才干与工程观念。本课程强调创新认识与创新才干的培育，强调定量计算和工程设计才干的训练，强调实际和实践相结合与实事求是的任务作风。经过本课程学习，促使学生到达能独立运用本课程所学知识分析和处理化工消费过程中出现的各种工程实践问题，能独立完成化工单元操作与设备的工艺计算、设计与选型任务，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根底。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理以顺应消费的要求化工原理课的教学目的他们是德、智、体全面开展，据有良好的学科素养，掌握了化学根本实际、根本知识和根本技艺，并遭到根底研讨和运用研讨初步训练的化学专门人才。他们将从事的任务：科研部门、高校、厂矿企业、事业单位、行政部门等。由此可知不论他们从事根底研讨还是运用研讨或开发性任务，都需求具备化学工程的根本知识和概念。学习该课程的目的是使他们获得一定的化学工程概念、知识和方法，了解化学工业的实际与开展等慨况，提高工程技术方面的素养，开辟他们以后本身任务领域的思绪，并使他们具有更强的适宜才干和任务才干。绪论内容概述教学安排及参考书▉课程的内容▉课程的开展▉课程的教学目的▉根本概念▉单位换算及单位制▉三种衡算平衡关系过程速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、

物料衡算根据质量守恒定律，任何一个化工消费过程F=d+AF──输入物料质量的总和，kgd──输出物料质量的总和，kgA──积累在过程中的物料质量，kg此式是物料衡算的通式，可对总物料或其中某一组成列出物料衡算式，进展求解。根本概念例1

解：各股物系的流程图如附图所示，计算基准取1，由于是延续稳定操作，总物料衡算式为

F＝V＋W溶质衡算式为

FxF=Wxw由此两式解得

W=〔xF/xw〕F，V=〔1-xF/xw〕F

例1

附图用延续操作的蒸发器把含盐浓度为〔质量分率〕的衡盐水溶液蒸发到浓度为〔质量分率〕的浓盐水溶液，每小时衡盐水溶液的进料量为Fkg。试求每小时所得浓盐水溶液量W及水分蒸发量V各为多少。2、

能量衡算根据能量守恒定律，在任何一个化工消费过程中，凡向该过程输入的能量必等于该过程输出的能量。在许多化工消费中所涉及的能量仅为热能，所以本课程中能量衡算简化为热量衡算：QF=QD+qQF––输入该过程的各物料带入的总热量,JQD––输出该过程的各物料带出的总热量,Jq––该过程与环境交换的总热量，当系统向环境散热时为正，称为热损,J经过热量衡算，可以了解在消费操作中热量的利用和损失情况，而在消费过程与设备设计时，利用热量衡算可以确定是需求从外界引入热量或向外界输出热量的问题。根本概念物料衡算计算步骤及要点：1、物流图2、确定衡算体系〔某设备、车间、整个工厂〕3、确定衡算基准；4、确定着眼物料；5、列衡算方程能量守衡关键：1、物流图2、划定系统3、确定衡算基准4、确定着眼物料5、选定基准温度：0℃基准温度〔焓值是相对值〕6、列衡算方程7、有反响发生的要思索反响热。例一、每小时将1000kg含20％〔质量分数，下同〕某种盐水溶液送至蒸发器内，用水蒸气加热使之气化，蒸出一部分水汽，由蒸发器顶部排出。溶液被浓缩到50％后，由结晶器底部取出产品P，结晶器内含无机盐37.5％的母液R送回蒸发器与原料液合并进入蒸发器再蒸发，试求：1、每小时由蒸发器蒸出的水气量W及由结晶器排出的产品P。可以不思索结晶产品外表附着的母液：2、每小时由结晶器排出的母液量R由蒸发器排出的浓溶液量B；3、进入蒸发器的混合液〔原料液与母液〕中的浓度。例题解答：一、解：F=1000kg/hr,a=20％求：(1)w,P(2)R,B(3)M(1)、求W、P大体系物料衡算：

P=208.3kg/hw=791.7kg/h(2)以部分为着眼点，划定衡算范围：以右为基准：R＝766.5kg/hB=766.5+208.3=974.8kg/h或以左部分为衡算范围：〔3〕以部分点为衡算范围：1000＋R＝M＝1000＋766.5=1766.51000·20%+766.53·7.5%=M·x%x%=200+287.4/1766.5=27.6%例二、系统能量衡算：

采用此题附图所示的蒸发器，每小时将2000kg水溶液，从含固体5％〔质量分数，下同〕浓缩至30％。知在操作条件下溶液在蒸发器内的沸点为78℃，水的汽化热为2319.5KJ/kg.原料液温度为20℃，比热容为4KJ/(kg·℃)。加热蒸汽压强为200kPa,冷凝水于热蒸汽的饱和，温度下排除，热损失为1000W，忽略溶液的稀释热，浓溶液在蒸发器操作沸点下排出，水蒸气于75℃时分开蒸发器，试求每小时加热蒸汽耗费量。例2、热量衡算：知溶液沸点：78℃γ＝2319.5kg/kgH=2633.5kg/kg进料：T0＝20%CP0＝4kJ/kg·℃浓缩液：CP1＝4.19kJ/kg·℃加热蒸汽：P＝200Pa,冷凝水：饱和温度Q损＝10000W。(1)先求物流量：〔流量，1hr〕2000=w+R，2000×5%=w×0+30%×R那么w=1666.7kg/h，R=333.3kg/h(2)热量衡算：QF＋QD＝Qw+QR+QP+Q损以0℃为基态，求焓值：①QF＝F·CP·△T＝2000×4×〔20－0〕＝1.6×105kJ/h②QD：200kPa查表，T＝120.2℃h=2709.2kJ/kgQD=2709.2DkJ/h③Qw：查75℃蒸汽，焓值H=2633.5kJ/kgQw=1666.72633.5=43.89105④QR：＝R·CP·△T＝333.3×4.19×〔78－0〕＝1.09×105kJ/h⑤QP：冷凝水：120℃排放，水焓：493.71kJ/kgQP=493.71×D⑥Q损：＝(10000w/1000)3600=0.36×105kJ/h衡算：1.6×105＋2709.2×D＝493.71＋1.09×105＋43.89×105＋0.36×105D＝1794.3kg/h过程的平衡与速率过程的平衡问题过程进展的方向和所能到达的极限化工热力学研讨的领域过程的速率过程进展的快慢3、

平衡关系物系在自然界发生变化时，其变化必趋于一定方向，假设任其开展，结果必到达平衡关系为止。平衡形状表示的就是各种自然发生的过程能够到达的极限程度，除非影响物系的情况有变化，否那么其变化的极限是不会改动的。普通平衡关系那么为各种定律所阐明，如热力学第二定律，拉乌尔定律等。在化工消费过程中，可以从物系平衡关系来推知其能否进展以及进展到何种程度。平衡关系也为设备尺寸的设计提供了实际根据。根本概念4、过程速率：何一个不处于平衡形状的物系，必然发生使物系趋向平衡的过程，但过程以什么速率趋向平衡，这不决议于平衡关系，而是由多方面的要素影响的，由于对这些要素有些还不清楚，目前过程速率是近似的采用除以阻力表示。这里的过程推进力，可根据详细过程而有不同的了解，但必要的条件是物系在平衡形状时推进力必需等于零。至于过程的阻力那么较为复杂，要详细情况详细分析。