陳敏恒化工原理上冊緒論

1、2022-3-6.化工原理化工原理2022-3-6.緒論緒論一、化工原理課程簡介一、化工原理課程簡介1.化工原理的研究對象化工原理的研究對象2.化工原理的學(xué)科性質(zhì)與研究方法化工原理的學(xué)科性質(zhì)與研究方法3.化工原理的學(xué)習(xí)方法化工原理的學(xué)習(xí)方法二、化工原理處理問題的方法二、化工原理處理問題的方法1.物料衡算物料衡算2.能量衡算能量衡算3.平衡與速率平衡與速率三、單位與單位制三、單位與單位制2022-3-6.化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程原料原料各種前處理各種前處理化學(xué)加工化學(xué)加工各種后處理各種后處理產(chǎn)品產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達(dá)到除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫必要的純度、溫度和壓力度和壓力物理變化過程物理變化過程反

2、應(yīng)生成新物反應(yīng)生成新物質(zhì)質(zhì)化學(xué)或生物化化學(xué)或生物化學(xué)變化過程學(xué)變化過程精制、分離、精制、分離、干燥等干燥等物理變化過程物理變化過程中間中間產(chǎn)品產(chǎn)品2022-3-6.乙炔乙炔氯化氫氯化氫提純提純提純提純單體合成單體合成單體精制單體精制壓縮、冷凝壓縮、冷凝聚合聚合脫水脫水干燥干燥成品成品單元操作：流體輸送、沉降、過濾，傳熱、蒸發(fā)、結(jié)晶、等單元操作：流體輸送、沉降、過濾，傳熱、蒸發(fā)、結(jié)晶、等反應(yīng)熱反應(yīng)熱反應(yīng)熱反應(yīng)熱2022-3-6. 一、化工原理課程簡介一、化工原理課程簡介 化學(xué)反應(yīng)和若干個單元操作串聯(lián)而成 化工原理化工原理研究各個獨(dú)立的單元操作研究各個獨(dú)立的單元操作化工原理的研究對象化工原理的研究

3、對象 單 元 操 作 （單 元 操 作 （ U n i t Operations）(1) 單元操作的概念單元操作的概念化工生產(chǎn)過程 原料的預(yù)處理 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純單元操作單元操作 原料的預(yù)處理 反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純化工生產(chǎn)中共有的物理操作2022-3-6.2）單元操作的特點(diǎn)）單元操作的特點(diǎn)所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，并不改變化學(xué)性質(zhì)。 單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，只是不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序不同。 單元操作作用于不同的化工過程時，基本原理相同，所用的設(shè)備也是通用的。 2022-3-6.3）單元操作的分類）單元操

4、作的分類根據(jù)單元操作所遵循的基本規(guī)律，分為三類：流體動力過程 遵循流體動力基本規(guī)律，用動量傳遵循流體動力基本規(guī)律，用動量傳 遞理論研究遞理論研究如：流體輸送、沉降、過濾、固體流態(tài)化熱過程 遵循傳熱基本規(guī)律，用熱量傳遞理論研究遵循傳熱基本規(guī)律，用熱量傳遞理論研究如：傳熱、冷凝、蒸發(fā)等傳質(zhì)過程遵循傳質(zhì)基本規(guī)律，用質(zhì)量傳遞理論研究遵循傳質(zhì)基本規(guī)律，用質(zhì)量傳遞理論研究 如：蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥等2022-3-6.2. 化工原理學(xué)科性質(zhì)與研究方法化工原理學(xué)科性質(zhì)與研究方法 1）學(xué)科性質(zhì)）學(xué)科性質(zhì)工程學(xué)科工程學(xué)科 用自然科學(xué)的基本原理來分析和處理化工生產(chǎn)中的物理過程 2）研究方法）研究方法工程方法

5、工程方法 因次分析法 數(shù)學(xué)模型法 參數(shù)綜合法 當(dāng)量法 類比法直管湍流阻力雙膜模型的建立過濾常數(shù)當(dāng)量直徑、當(dāng)量長度等動量、熱量、質(zhì)量傳遞的類似律2022-3-6.3. 化工原理的學(xué)習(xí)方法化工原理的學(xué)習(xí)方法 發(fā)展：如何根據(jù)某個物理或物理化學(xué)原理開發(fā)成為一個單元操作，尋本求源。 選擇：為了達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)某一工程目的，能否對過程和設(shè)備作合理的選擇和組合。 設(shè)計(jì)：對已掌握了性能的過程和設(shè)備作直接的設(shè)計(jì)計(jì)算以及對性能不十分掌握的過程和設(shè)備通過必要的試驗(yàn)，測取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，做逐級放大。 操作：如何根據(jù)基本原理發(fā)現(xiàn)操作上可能出現(xiàn)的各種不正?，F(xiàn)象，尋找其原因及可能采取的調(diào)節(jié)措施。2022-3-6.二、化工原理處理問題的

6、方法二、化工原理處理問題的方法物料衡算物料衡算 依據(jù)質(zhì)量守恒定律 輸入系統(tǒng)的物料質(zhì)量等于從系統(tǒng)輸出的物料質(zhì)量和系統(tǒng)中積累的物料質(zhì)量。AGGIG0物料衡算的通式物料衡算的通式2022-3-6.定態(tài)過程，積累為零。則：0GGI衡算的系統(tǒng)整個生產(chǎn)過程某一設(shè)備系統(tǒng)中的所有物料某一個組分衡算的對象例例2022-3-6. 例：例：在兩個蒸發(fā)器中，每小時將5000kg的無機(jī)鹽水溶液從12（質(zhì)量）濃縮到30%。第二蒸發(fā)器比第一蒸發(fā)器多蒸出5%的水分。試求：（1）各蒸發(fā)器每小時蒸出水分的量；（2） 第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。 解：解：首先畫一個流程圖表示進(jìn)行的過程首先畫一個流程圖表示進(jìn)行的過程 用方框表示設(shè)備，

7、輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示。 劃定衡算的范圍劃定衡算的范圍 為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，以整個流程為衡算范圍，用一圈封閉的虛線畫出。2022-3-6. 選擇衡算基準(zhǔn)（連續(xù)操作以單位時間為基準(zhǔn)，間歇操作選擇衡算基準(zhǔn)（連續(xù)操作以單位時間為基準(zhǔn)，間歇操作以一批操作為基準(zhǔn)）以一批操作為基準(zhǔn)） 由于連續(xù)操作，以1小時為基準(zhǔn)。蒸發(fā)器1蒸發(fā)器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.32022-3-6. 確定衡算對象確定衡算對象 此題中有兩個未知數(shù)，蒸發(fā)的水量及送出的NaOH溶液量B，因此，我們就以不同衡算對象列出兩個衡算式。 對鹽作物料衡算：2200 xFxF對總物料作衡算：2

8、125000WWF代入已知數(shù)據(jù)，得：23 . 012. 05000FhkgF/20002hkgWW/300021由題意知1205. 1WW hkgWhkgW/6 .1536 /4 .1463212022-3-6. 求第一個蒸發(fā)器送出的溶液濃度，選擇第一個蒸發(fā)器為衡算范圍。對鹽作物料衡算：1100 xFxF 對總物料作衡算：110FWF 代入已知數(shù)據(jù)，得：1112. 05000 xF14 .14635000F解得：hkgF/6 .35361%97.161697. 01x2022-3-6.2 熱量衡算熱量衡算依據(jù)：能量守恒定律依據(jù)：能量守恒定律 即任何時間內(nèi)輸入系統(tǒng)的總熱量等于系統(tǒng)輸出的總熱量與損

9、失的熱量之和。LQQIQ0 熱量衡算通式熱量衡算通式或?qū)懗蒐IQwHwH0)()(2022-3-6. 熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同，也必須首先劃定衡算范圍及衡算基準(zhǔn)。 此外應(yīng)注意焓是相對值，因此必須指明基準(zhǔn)溫度，習(xí)慣上選0為基準(zhǔn)溫度，并規(guī)定0時液態(tài)的焓值為零。3.過程的平衡和速率過程的平衡和速率 平衡問題平衡問題 過程的平衡問題是說明過程進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限。 平衡是一個動態(tài)的過程。 例例2022-3-6. 速率速率 過程的速率表示為： 過程的速率推動力阻力過程的速率推動力阻力推動力：過程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)的距離，阻力：過程的阻力是各種因素對速率影響的總的體現(xiàn)。 過程的速率是

10、指過程由不平衡到平衡進(jìn)行的快慢。 2022-3-6. 例例：在換熱器里將平均比熱為3.56kJ/（kg）的某溶液自25加熱到80，溶液流量為1.0kg/s，加熱介質(zhì)為120的飽和水蒸氣，其消耗量為0.095kg/s，蒸氣冷凝成同溫度的飽和水排出。試計(jì)算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。解：解：根據(jù)題意畫出流程圖 換熱器120飽和水蒸氣0.095kg/s120飽和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/s2022-3-6.基準(zhǔn)：1s在圖中虛線范圍內(nèi)作熱量衡算從附錄查出120飽和水蒸氣的焓值為278.9kJ/kg，120飽和水的焓值為503.67kJ/kg。在此系統(tǒng)

11、中輸入的熱量： 21QQIQ蒸氣帶入的熱量： kwQ3 .2579 .2708095. 01溶液帶入的熱量：kwQ8902556. 30 . 12kwIQ3 .346893 .257輸出的熱量： 43QQQO2022-3-6.冷凝水帶出的熱量： kwQ8 .4767.503095. 03溶液帶出的熱量： kwQ8 .28408056. 30 . 14kwQQQ6 .3328 .2848 .47430根據(jù)能量衡算式，有： LIQQQ0kw.kw.QQQIL713633233460熱量損失的百分?jǐn)?shù)= %54. 68 .473 .2577 .132022-3-6.三、單位及單位制三、單位及單位制1.

12、單位及單位單位及單位 基本量：任意選定的幾個獨(dú)立的物理量(如長度,時間等)。 基本單位：根據(jù)使用方便的原則制定的基本量的單位。 導(dǎo)出量：根據(jù)物理量與基本量之間的關(guān)系來確定的量。 導(dǎo)出單位：導(dǎo)出量的單位稱為導(dǎo)出單位，均由基本單位相乘、除而構(gòu)成的 。 單位制：單位制：基本單位與導(dǎo)出單位的總和。 2022-3-6.物理單位制：基本單位：長度cm 質(zhì)量g 時間s工程單位制：基本單位：長度cm 力 kgf 時間s SI單位制：基本單位有7個，化工中常用的有5個： 長度cm 、質(zhì)量kg 、時間s 、溫度K、 物質(zhì)量mol2單位衡算單位衡算 已知1atm=1.033kgf/cm2,將其換算成N/m2。 按題

13、意需將kgf/cm2中的單位換算成N，cm2換算成m2,查附錄1：換算關(guān)系為：2022-3-6.1kgf=9.81N， 1cm=0.01m上述關(guān)系代入 ，得：2522/10013. 101. 081. 9033. 1033. 1mNmNcmkgf3單位的正確運(yùn)用單位的正確運(yùn)用 理論公式理論公式：根據(jù)物理規(guī)律建立的，反映各有關(guān)物理量之間 的關(guān)系，又叫物理方程。 具有單位一致性，只要采用同一單位制的單位 來表示各物理量即可。 2022-3-6. 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理出來的，反映各有關(guān)物理量 的數(shù)字之間的關(guān)系，又叫數(shù)字公式數(shù)字公式 。 公式中所用的單位一般都是指定的，在計(jì)算 中只要將數(shù)字代入，算出結(jié)果，然后加上規(guī) 定的單位就行了。2022-3-6.課程主要任務(wù)課程主要任務(wù) 掌握化工過程的基本原理，典型設(shè)備的掌握化工過程的基本原理，典型設(shè)備的構(gòu)造、性能及操作原理；構(gòu)造、性能及操作原理； 掌握這些過程的基本計(jì)算方法和設(shè)備的掌握這些過程的基本計(jì)算方法和設(shè)備的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)； 尋求適宜的操作條件，探索強(qiáng)化過程的尋求適宜的操作條件，探索強(qiáng)化過程的方向及改進(jìn)設(shè)備的途徑。方向及改進(jìn)設(shè)備的途徑。2022-3-6.學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力 1、要理論聯(lián)系實(shí)際、要理論聯(lián)系實(shí)際 2、過程原理與設(shè)備并重、過程原理