化工原理化學(xué)工程課件

幾點(diǎn)說明：關(guān)于作業(yè)(1)每周交一次作業(yè)，每周第一次上課交作業(yè)。(2)由于班數(shù)眾多，請(qǐng)學(xué)習(xí)委員把作業(yè)送至敏行樓202。(3)兩個(gè)作業(yè)本寫上序號(hào)，請(qǐng)同學(xué)們把作業(yè)妥善保存。(4)禁止抄襲，否則雷同者將無此次作業(yè)成績(jī)。實(shí)在沒有作完，作業(yè)可順延一次再交。2.教材及參考書目(1)教材：高教版<<化工原理>>(2)主要參考書目：清華版<<化工原理>>天大版<<化工原理>>3.紀(jì)律(1)到課(2)聽課（3）到課幾點(diǎn)說明：關(guān)于作業(yè)2.教材及參考書目3.紀(jì)律1化工原理—化學(xué)工程（單元操作）

緒論一、學(xué)習(xí)對(duì)象化工過程中，除化學(xué)反應(yīng)外的所有物理

操作過程—單元操作?；み^程：用化工手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過程?；どa(chǎn)過程化學(xué)反應(yīng)單元操作反應(yīng)工程化工原理三傳一反化工原理—化學(xué)工程（單元操作）緒論化2玉米粉碎分離蒸煮發(fā)酵粗餾精餾乙醇（加熱）（反應(yīng)）(蒸餾)其間物料的輸送需要泵、管道等。1．乙醇的生產(chǎn)流程幾個(gè)典型的化工過程：玉米粉碎分離蒸煮發(fā)酵粗餾精餾乙醇（加熱）（反應(yīng)）(蒸餾)其間3（化學(xué)吸收）以上三流程涉及的單元操作有：輸送、過濾、傳熱、干燥、結(jié)晶、吸收、蒸餾、吸附、分離等。2．洗衣粉的工藝流程旋轉(zhuǎn)混合器燃硫轉(zhuǎn)化塔磺化器液體磺酸靜電除霧器堿洗塔氣凈氣放空反應(yīng)器NaOH配料缸其它液、固計(jì)量噴霧干燥塔包裝布袋除塵大氣（干燥）（反應(yīng)）（分離）（化學(xué)吸收）以上三流程涉及的單元操作有：輸送、過濾、4由以上流程可以看出：同一單元操作可在不同的化工過程中出現(xiàn)。雖然不同化工過程中的同一操作各有特殊性，但卻遵循共同的規(guī)律即具有共性.《化工原理》是研究諸單元操作及其共性的課程。限于學(xué)時(shí)，本課主要涉及流體流動(dòng)、流體輸送、非均相分離、傳熱、干燥、蒸餾、吸收、萃取諸單元操作及相應(yīng)的設(shè)備。注意一點(diǎn)：在上面流程中出現(xiàn)化學(xué)吸收操作，也歸于單元操作，似與定義中的“物理過程”相違背。但目前化工原理的單元操作范圍已拓寬。許多單元操作中已有化學(xué)反應(yīng)，只是這些反應(yīng)一般不以生產(chǎn)產(chǎn)品為目的。由以上流程可以看出：同一單元操作可在不同的化工過程中出現(xiàn)。雖5流體輸送、沉降、過濾、流態(tài)化加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥、膜分離等一反三傳化學(xué)工程動(dòng)量傳遞—遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律。熱量傳遞—遵循傳熱基本規(guī)律。質(zhì)量傳遞—遵循傳質(zhì)基本規(guī)律。根據(jù)單元操作的共性，可將單元操作分為三大類：《反應(yīng)工程》流體輸送、沉降、過濾、流態(tài)化加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)蒸餾、吸收6三、化工原理課程的研究方法1、實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）:用量綱分析和相似論為指導(dǎo)，依靠試驗(yàn)來確定過程變量之間的關(guān)系，通過量綱為一數(shù)群（或稱準(zhǔn)數(shù)）構(gòu)成的關(guān)系式來表達(dá)。是一種工程上通用的基本方法。三、化工原理課程的研究方法1、實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）:72、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）在對(duì)實(shí)際過程的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下，作出某種合理簡(jiǎn)化，建立物理模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，得出數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)。研究工程問題的方法是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。三、化工原理課程的研究方法2、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）三、化工原理課程的研究方法8四．化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型計(jì)算操作型計(jì)算質(zhì)量守恒能量守恒平衡關(guān)系速率關(guān)系

所用基本關(guān)系：化工計(jì)算分為四．化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型計(jì)算質(zhì)量守恒所用基本關(guān)系：化9《化工原理》研究的重點(diǎn)不是化學(xué)反應(yīng)的條件，但它所研究的各單元操作卻能為化學(xué)反應(yīng)準(zhǔn)備必要的反應(yīng)條件(溫度、壓力等)，并進(jìn)一步將反應(yīng)后的粗產(chǎn)品提純和分離(即前、后處理過程)。通常這些操作在工廠的設(shè)備投資和操作費(fèi)用中都占有主要的比例，甚至決定生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。二．學(xué)習(xí)目的要求本課程針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：１．“各類”單元操作的共同理論基礎(chǔ)；２．各單元操作的基本原理、典型設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作特性；３．過程和典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算或設(shè)備選型；４．設(shè)備的改進(jìn)及強(qiáng)化；５．分析研究問題的方法?！痘ぴ怼费芯康闹攸c(diǎn)不是化學(xué)反應(yīng)的條件，但它所研究10本課程的特點(diǎn)：

１．是第一門從理論到工程的技術(shù)基礎(chǔ)課;２．實(shí)踐性強(qiáng)：經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式多，各單元操作涉及的內(nèi)容面廣量大。對(duì)同學(xué)們的要求：

注意在學(xué)習(xí)中逐步建立起“工程觀念”。使自己逐步具備分析、解決單元操作中各種問題的能力，即具有操作管理、設(shè)計(jì)、強(qiáng)化及過程開發(fā)的本領(lǐng)，為以后的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。本課程的特點(diǎn)：對(duì)同學(xué)們的要求：注意在學(xué)習(xí)中逐11緒論0.1化工原理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)0.2單位制度及單位換算緒論0.1化工原理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)0.2單位制12一． 單位和單位制度1、基本單位和導(dǎo)出單位基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間和溫度速度、密度、加速度2、絕對(duì)單位制和重力單位制絕對(duì)單位制重力單位制長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間長(zhǎng)度、時(shí)間和力一． 單位和單位制度1、基本單位和導(dǎo)出單位基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)133、國(guó)際單位制（SI制）根據(jù)1960年10月國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過的一種單位制。4、《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》在SI制基礎(chǔ)上制定的。一． 單位和單位制度3、國(guó)際單位制（SI制）4、《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》一14二、單位換算1、物理量的換算基本物理量中為1m＝物理單位制中100cm＝英制3.2808ft2、經(jīng)驗(yàn)公式（或數(shù)字公式）的單位換算（a）物理方程（b）經(jīng)驗(yàn)方程換算方法見例0－2。二、單位換算1、物理量的換算基本物理量中為1m＝物15三．物料衡算和能量衡算研究單元操作須熟悉物料衡算、能量衡算、過程的速率和平衡關(guān)系等內(nèi)容。這是化工原理分析問題的基本方法。１．平衡與速率（1）平衡說明一個(gè)傳遞過程進(jìn)行的方向和極限。如：流體A流體B(T=TA-TB>0)傳熱（TA>TB）(被冷卻)(被加熱)當(dāng)T=0時(shí)，傳熱結(jié)束。(TA=TB達(dá)平衡)（2）速率傳遞進(jìn)行的快慢。速率的大小受推動(dòng)力(傳遞進(jìn)行時(shí)所處的狀態(tài)與平衡時(shí)的狀態(tài)之差)和阻力(其它的影響因素)的影響。二者關(guān)系為：過程的速率=推動(dòng)力阻力三．物料衡算和能量衡算研究單元操作須熟悉物料衡算、能162.物料衡算與能量衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，如：h，min，s。參數(shù)=f(x,y,z)以每批生產(chǎn)周期所用的時(shí)間為基準(zhǔn)。參數(shù)=f(x,y,z,)uA恒定uB=0=☆穩(wěn)定操作和非穩(wěn)定操作2.物料衡算與能量衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，如：h，min，s17B．衡算微分衡算(非穩(wěn)態(tài))三維一維dxdzdydz

(1)物料衡算（質(zhì)量衡算）物料衡算反映原料、產(chǎn)品、損失等各種物料流股間量(質(zhì)量/摩爾流量)的關(guān)系?？傮w衡算(穩(wěn)態(tài))其范圍可以是某設(shè)備的大部分、全部，或是由幾個(gè)設(shè)備組成的一段生產(chǎn)流程、一個(gè)車間甚至整個(gè)工廠。B．衡算微分衡算(非穩(wěn)態(tài))三維dxdzdydz(1)物料衡18物料衡算可以表示為：

GI=GO+GA(0-2)輸入的各種物料輸出的各種物料設(shè)備內(nèi)積累的各種物料此式為總物料衡算式，也適用于物料中的某個(gè)組分。如精餾：W,xwD,xDF,xF總流量物料衡算：F=D+W(因穩(wěn)定操作，故無積累一項(xiàng)。)A組分物料衡算：FxF=DxD+WxW注意：在有化學(xué)反應(yīng)的情況下，物料衡算式只適用于任一元素的衡算。物料衡算可以表示為：輸入的各種物料輸出的各種物料設(shè)備內(nèi)積累的19例1(清華版，P6)：穩(wěn)態(tài)時(shí)的總物料衡算及組分物料衡算解：首先根據(jù)題意畫出過程的物料流程圖生產(chǎn)KNO3的過程中，質(zhì)量分率為0.2的KNO3水溶液，以F=1000kg/h的流量送入蒸發(fā)器，在422K下蒸發(fā)出部分水得到50%的濃KNO3溶液。然后送入冷卻結(jié)晶器，在311K下結(jié)晶，得到含水0.04的KNO3結(jié)晶和含KNO30.375的飽和溶液。前者作為產(chǎn)品取出,后者循環(huán)回到蒸發(fā)器。過程為穩(wěn)定操作，試計(jì)算KNO3結(jié)晶產(chǎn)品量P、水分蒸發(fā)量W和循環(huán)的飽和溶液量R。例1(清華版，P6)：穩(wěn)態(tài)時(shí)的總物料衡算及組分物料衡算解：首20蒸發(fā)器422K冷卻結(jié)晶器311KF=100020%S50%R,37.5%W,0.0%P1-0.04解題思路：題求三個(gè)量，如何列物料衡算式。首先考慮劃定適宜的物衡范圍以利于解題。1．求KNO3結(jié)晶產(chǎn)品量P按虛線框作為物料衡算范圍，只涉及兩個(gè)未知量。

GI=GO+GA蒸發(fā)器冷卻結(jié)晶器F=1000SR,37.5%W,021KNO3組分的物料衡算：F20%=W0%+P(100－4)%100020%=0+P96%則：P=208.3kg/h2．水分蒸發(fā)量W(物衡范圍同1.)總物料衡算式：F=W+P則：W=F－P=1000－208.3=791.7kg/h3．循環(huán)的飽和溶液量R此時(shí)以蒸發(fā)器或冷卻結(jié)晶器劃定為物衡范圍均可，但前者涉及4個(gè)量，后者僅3個(gè)量1個(gè)已知，因此宜以結(jié)晶器為衡算范圍。總物衡式：S=R+P即：S=R+208.3KNO3組分的物料衡算：2．水分蒸發(fā)量W(物衡范圍同1.22KNO3組分物衡：0.5S=0.375R+0.96P兩式聯(lián)立解得：R=766.6kg/h例2：非穩(wěn)態(tài)時(shí)的物料衡算（P6例0-4）用1.5m3/s送風(fēng)量將罐內(nèi)有機(jī)氣體由6%吹掃至0.1%(體積)，求所需時(shí)間。4mH=10m1.5m3/s，v=v%1.5m3/sv=0%解：∵罐內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間變化，∴用微分衡算。KNO3組分物衡：兩式聯(lián)立解得：例2：非穩(wěn)態(tài)時(shí)的物料衡算423在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)有機(jī)氣體的“體積”作衡算：根據(jù)GI=GO+GA，有1.5m3/s空氣0d=1.5m3/s有機(jī)氣vd+d內(nèi)排出的有機(jī)氣體量d內(nèi)罐內(nèi)濃度改變量d內(nèi)加入的有機(jī)氣體量整理并積分：在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)有機(jī)氣體的“體積”作衡算：1.5m24(2)能量衡算能量有很多種，如機(jī)械能、熱能、電能、磁能、化學(xué)能、原子能、聲能、光能等?；み^程中主要涉及物料的溫度與熱量的變化，因此：熱量衡算是化工中最常用的能量衡算。質(zhì)量衡算與能量衡算的異同點(diǎn)：同：都須劃定衡算的范圍和時(shí)間基準(zhǔn)。異：1)熱量衡算須選擇物態(tài)和溫度基準(zhǔn)，這是因?yàn)槲锪纤瑹崃浚剩┦菧囟群臀飸B(tài)的函數(shù)。液態(tài)物質(zhì)的溫度基準(zhǔn)常取273K。2)對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，須考慮反應(yīng)物、生成物的差異，因?yàn)榧仁雇瑴兀魸舛炔煌?，則它們的焓值及反應(yīng)熱亦不同。3)熱量除隨物料輸入/出外，還可通過熱量傳遞的方式輸入/出系統(tǒng)。(2)能量衡算能量有很多種，如機(jī)械能、熱能、電能25熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，即：QI=QO+QL+QA式中下標(biāo)符號(hào)的意義:I:進(jìn)入O:離開L:散失A:積累例溶液的平均比熱為3.56kJ/(kg.℃)求：換熱器熱損失QL占水蒸氣提供熱量的百分?jǐn)?shù)?120℃飽和水蒸氣0.095kg/s120℃飽和水0.095kg/s25℃溶液1.0kg/s80℃溶液1.0kg/sQL=?熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，即：QI=QO26解：查P357附錄九：120℃水蒸氣焓值為2708.9kJ/kg，120℃飽和水焓值為503.6kJ/kg。穩(wěn)定操作無積累QA=0，則有QI=QO+QL即蒸汽帶入Q1+溶液帶入Q2=凝液帶出Q3+溶液帶出Q4+QL如圖虛線為衡算范圍Q1=0.095×2708.9=257.3kwQ2=1×3.56×(25－0)=89kwQ3=0.095×503.67=47.8kwQ4=1×3.56×(80－0)=284.8kw即：熱損失：解：查P357附錄九：120℃水蒸氣焓值為2708.9kJ/27例4非穩(wěn)定熱量衡算舉例W=8t/hT3=100℃水蒸氣冷凝水G=20t罐內(nèi)盛有20t重油，初溫T1=20℃，用外循環(huán)加熱法進(jìn)行加熱，重油循環(huán)量W=8t/h。循環(huán)重油經(jīng)加熱器升溫至恒定的100℃后又送回罐內(nèi)，罐內(nèi)的油均勻混合。問：重油從T1升至T2=80℃需要多少時(shí)間，假設(shè)罐與外界絕熱（QL=0）。解：∵非穩(wěn)態(tài)，∴有QA項(xiàng)，以罐為物衡范圍，h為時(shí)間基準(zhǔn)，0℃為溫度基準(zhǔn)。例4非穩(wěn)定熱量衡算舉例W=8t/h水蒸氣冷凝水G=20t28在d時(shí)間內(nèi)：輸入系統(tǒng)重油的焓=WCpT3d輸出系統(tǒng)重油的焓=WCpTd系統(tǒng)內(nèi)積累的焓=GCpdT則：熱衡式：WCpT3d=WCpTd+GCpdT化簡(jiǎn)得：W(T3－T)d=GdT積分有：四、單位制和單位換算(自學(xué)P2)在d時(shí)間內(nèi)：則：熱衡式：WCpT3d=WCpTd29幾點(diǎn)說明：關(guān)于作業(yè)(1)每周交一次作業(yè)，每周第一次上課交作業(yè)。(2)由于班數(shù)眾多，請(qǐng)學(xué)習(xí)委員把作業(yè)送至敏行樓202。(3)兩個(gè)作業(yè)本寫上序號(hào)，請(qǐng)同學(xué)們把作業(yè)妥善保存。(4)禁止抄襲，否則雷同者將無此次作業(yè)成績(jī)。實(shí)在沒有作完，作業(yè)可順延一次再交。2.教材及參考書目(1)教材：高教版<<化工原理>>(2)主要參考書目：清華版<<化工原理>>天大版<<化工原理>>3.紀(jì)律(1)到課(2)聽課（3）到課幾點(diǎn)說明：關(guān)于作業(yè)2.教材及參考書目3.紀(jì)律30化工原理—化學(xué)工程（單元操作）

緒論一、學(xué)習(xí)對(duì)象化工過程中，除化學(xué)反應(yīng)外的所有物理

操作過程—單元操作?；み^程：用化工手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過程?；どa(chǎn)過程化學(xué)反應(yīng)單元操作反應(yīng)工程化工原理三傳一反化工原理—化學(xué)工程（單元操作）緒論化31玉米粉碎分離蒸煮發(fā)酵粗餾精餾乙醇（加熱）（反應(yīng)）(蒸餾)其間物料的輸送需要泵、管道等。1．乙醇的生產(chǎn)流程幾個(gè)典型的化工過程：玉米粉碎分離蒸煮發(fā)酵粗餾精餾乙醇（加熱）（反應(yīng)）(蒸餾)其間32（化學(xué)吸收）以上三流程涉及的單元操作有：輸送、過濾、傳熱、干燥、結(jié)晶、吸收、蒸餾、吸附、分離等。2．洗衣粉的工藝流程旋轉(zhuǎn)混合器燃硫轉(zhuǎn)化塔磺化器液體磺酸靜電除霧器堿洗塔氣凈氣放空反應(yīng)器NaOH配料缸其它液、固計(jì)量噴霧干燥塔包裝布袋除塵大氣（干燥）（反應(yīng)）（分離）（化學(xué)吸收）以上三流程涉及的單元操作有：輸送、過濾、33由以上流程可以看出：同一單元操作可在不同的化工過程中出現(xiàn)。雖然不同化工過程中的同一操作各有特殊性，但卻遵循共同的規(guī)律即具有共性.《化工原理》是研究諸單元操作及其共性的課程。限于學(xué)時(shí)，本課主要涉及流體流動(dòng)、流體輸送、非均相分離、傳熱、干燥、蒸餾、吸收、萃取諸單元操作及相應(yīng)的設(shè)備。注意一點(diǎn)：在上面流程中出現(xiàn)化學(xué)吸收操作，也歸于單元操作，似與定義中的“物理過程”相違背。但目前化工原理的單元操作范圍已拓寬。許多單元操作中已有化學(xué)反應(yīng)，只是這些反應(yīng)一般不以生產(chǎn)產(chǎn)品為目的。由以上流程可以看出：同一單元操作可在不同的化工過程中出現(xiàn)。雖34流體輸送、沉降、過濾、流態(tài)化加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥、膜分離等一反三傳化學(xué)工程動(dòng)量傳遞—遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律。熱量傳遞—遵循傳熱基本規(guī)律。質(zhì)量傳遞—遵循傳質(zhì)基本規(guī)律。根據(jù)單元操作的共性，可將單元操作分為三大類：《反應(yīng)工程》流體輸送、沉降、過濾、流態(tài)化加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)蒸餾、吸收35三、化工原理課程的研究方法1、實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）:用量綱分析和相似論為指導(dǎo)，依靠試驗(yàn)來確定過程變量之間的關(guān)系，通過量綱為一數(shù)群（或稱準(zhǔn)數(shù)）構(gòu)成的關(guān)系式來表達(dá)。是一種工程上通用的基本方法。三、化工原理課程的研究方法1、實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）:362、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）在對(duì)實(shí)際過程的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下，作出某種合理簡(jiǎn)化，建立物理模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，得出數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)。研究工程問題的方法是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。三、化工原理課程的研究方法2、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）三、化工原理課程的研究方法37四．化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型計(jì)算操作型計(jì)算質(zhì)量守恒能量守恒平衡關(guān)系速率關(guān)系

所用基本關(guān)系：化工計(jì)算分為四．化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型計(jì)算質(zhì)量守恒所用基本關(guān)系：化38《化工原理》研究的重點(diǎn)不是化學(xué)反應(yīng)的條件，但它所研究的各單元操作卻能為化學(xué)反應(yīng)準(zhǔn)備必要的反應(yīng)條件(溫度、壓力等)，并進(jìn)一步將反應(yīng)后的粗產(chǎn)品提純和分離(即前、后處理過程)。通常這些操作在工廠的設(shè)備投資和操作費(fèi)用中都占有主要的比例，甚至決定生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。二．學(xué)習(xí)目的要求本課程針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：１．“各類”單元操作的共同理論基礎(chǔ)；２．各單元操作的基本原理、典型設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作特性；３．過程和典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算或設(shè)備選型；４．設(shè)備的改進(jìn)及強(qiáng)化；５．分析研究問題的方法?！痘ぴ怼费芯康闹攸c(diǎn)不是化學(xué)反應(yīng)的條件，但它所研究39本課程的特點(diǎn)：

１．是第一門從理論到工程的技術(shù)基礎(chǔ)課;２．實(shí)踐性強(qiáng)：經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式多，各單元操作涉及的內(nèi)容面廣量大。對(duì)同學(xué)們的要求：

注意在學(xué)習(xí)中逐步建立起“工程觀念”。使自己逐步具備分析、解決單元操作中各種問題的能力，即具有操作管理、設(shè)計(jì)、強(qiáng)化及過程開發(fā)的本領(lǐng)，為以后的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。本課程的特點(diǎn)：對(duì)同學(xué)們的要求：注意在學(xué)習(xí)中逐40緒論0.1化工原理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)0.2單位制度及單位換算緒論0.1化工原理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)0.2單位制41一． 單位和單位制度1、基本單位和導(dǎo)出單位基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間和溫度速度、密度、加速度2、絕對(duì)單位制和重力單位制絕對(duì)單位制重力單位制長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間長(zhǎng)度、時(shí)間和力一． 單位和單位制度1、基本單位和導(dǎo)出單位基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)423、國(guó)際單位制（SI制）根據(jù)1960年10月國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過的一種單位制。4、《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》在SI制基礎(chǔ)上制定的。一． 單位和單位制度3、國(guó)際單位制（SI制）4、《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》一43二、單位換算1、物理量的換算基本物理量中為1m＝物理單位制中100cm＝英制3.2808ft2、經(jīng)驗(yàn)公式（或數(shù)字公式）的單位換算（a）物理方程（b）經(jīng)驗(yàn)方程換算方法見例0－2。二、單位換算1、物理量的換算基本物理量中為1m＝物44三．物料衡算和能量衡算研究單元操作須熟悉物料衡算、能量衡算、過程的速率和平衡關(guān)系等內(nèi)容。這是化工原理分析問題的基本方法。１．平衡與速率（1）平衡說明一個(gè)傳遞過程進(jìn)行的方向和極限。如：流體A流體B(T=TA-TB>0)傳熱（TA>TB）(被冷卻)(被加熱)當(dāng)T=0時(shí)，傳熱結(jié)束。(TA=TB達(dá)平衡)（2）速率傳遞進(jìn)行的快慢。速率的大小受推動(dòng)力(傳遞進(jìn)行時(shí)所處的狀態(tài)與平衡時(shí)的狀態(tài)之差)和阻力(其它的影響因素)的影響。二者關(guān)系為：過程的速率=推動(dòng)力阻力三．物料衡算和能量衡算研究單元操作須熟悉物料衡算、能452.物料衡算與能量衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，如：h，min，s。參數(shù)=f(x,y,z)以每批生產(chǎn)周期所用的時(shí)間為基準(zhǔn)。參數(shù)=f(x,y,z,)uA恒定uB=0=☆穩(wěn)定操作和非穩(wěn)定操作2.物料衡算與能量衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，如：h，min，s46B．衡算微分衡算(非穩(wěn)態(tài))三維一維dxdzdydz

(1)物料衡算（質(zhì)量衡算）物料衡算反映原料、產(chǎn)品、損失等各種物料流股間量(質(zhì)量/摩爾流量)的關(guān)系。總體衡算(穩(wěn)態(tài))其范圍可以是某設(shè)備的大部分、全部，或是由幾個(gè)設(shè)備組成的一段生產(chǎn)流程、一個(gè)車間甚至整個(gè)工廠。B．衡算微分衡算(非穩(wěn)態(tài))三維dxdzdydz(1)物料衡47物料衡算可以表示為：

GI=GO+GA(0-2)輸入的各種物料輸出的各種物料設(shè)備內(nèi)積累的各種物料此式為總物料衡算式，也適用于物料中的某個(gè)組分。如精餾：W,xwD,xDF,xF總流量物料衡算：F=D+W(因穩(wěn)定操作，故無積累一項(xiàng)。)A組分物料衡算：FxF=DxD+WxW注意：在有化學(xué)反應(yīng)的情況下，物料衡算式只適用于任一元素的衡算。物料衡算可以表示為：輸入的各種物料輸出的各種物料設(shè)備內(nèi)積累的48例1(清華版，P6)：穩(wěn)態(tài)時(shí)的總物料衡算及組分物料衡算解：首先根據(jù)題意畫出過程的物料流程圖生產(chǎn)KNO3的過程中，質(zhì)量分率為0.2的KNO3水溶液，以F=1000kg/h的流量送入蒸發(fā)器，在422K下蒸發(fā)出部分水得到50%的濃KNO3溶液。然后送入冷卻結(jié)晶器，在311K下結(jié)晶，得到含水0.04的KNO3結(jié)晶和含KNO30.375的飽和溶液。前者作為產(chǎn)品取出,后者循環(huán)回到蒸發(fā)器。過程為穩(wěn)定操作，試計(jì)算KNO3結(jié)晶產(chǎn)品量P、水分蒸發(fā)量W和循環(huán)的飽和溶液量R。例1(清華版，P6)：穩(wěn)態(tài)時(shí)的總物料衡算及組分物料衡算解：首49蒸發(fā)器422K冷卻結(jié)晶器311KF=100020%S50%R,37.5%W,0.0%P1-0.04解題思路：題求三個(gè)量，如何列物料衡算式。首先考慮劃定適宜的物衡范圍以利于解題。1．求KNO3結(jié)晶產(chǎn)品量P按虛線框作為物料衡算范圍，只涉及兩個(gè)未知量。

GI=GO+GA蒸發(fā)器冷卻結(jié)晶器F=1000SR,37.5%W,050KNO3組分的物料衡算：F20%=W0%+P(100－4)%100020%=0+P96%則：P=208.3kg/h2．水分蒸發(fā)量W(物衡范圍同1.)總物料衡算式：F=W+P則：W=F－P=1000－208.3=791.7kg/h3．循環(huán)的飽和溶液量R此時(shí)以蒸發(fā)器或冷卻結(jié)晶器劃定為物衡范圍均可，但前者涉及4個(gè)量，后者僅3個(gè)量1個(gè)已知，因此宜以結(jié)晶器為衡算范圍?？偽锖馐剑篠=R+P即：S=R+208.3KNO3組分的物料衡算：2．水分蒸發(fā)量W(物衡范圍同1.51KNO3組分物衡：0.5S=0.375R+0.96P兩式聯(lián)立解得：R=766.6kg/h例2：非穩(wěn)態(tài)時(shí)的物料衡算（P6例0-4）用1.5m3/s送風(fēng)量將罐內(nèi)有機(jī)氣體由6%吹掃至0.1%(體積)，求所需時(shí)間。4mH=10m1.5m3/s，v=v%1.5m3/sv=0%解：∵罐內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間變化，∴用微分衡算。KNO3組分物衡：兩式聯(lián)立解得：例2：非穩(wěn)態(tài)時(shí)的物料衡算452在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)有機(jī)氣體的“體積”作衡算：根據(jù)GI=GO+GA，有1.5m3/s空氣0d=1.5m3/s有機(jī)氣vd+d內(nèi)排出的有機(jī)氣體量d內(nèi)罐內(nèi)濃度改變量d內(nèi)加入的有機(jī)氣體量整理并積分：在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)有機(jī)氣體的“體積”作衡算：1.5m53(2)能量衡算能量有很多種，如機(jī)械能、熱能、電能、磁能、化學(xué)能、原子能、聲能、光能等?；み^程中主要涉及物料的溫度與熱量的變化，因此：熱量衡算是化工中最常用的能量衡算。質(zhì)量衡算與能量衡算的異同點(diǎn)：同：