化工原理0緒論課件

化工原理教師電話EmailPrinciplesofChemicalEngineering化工原理1教學(xué)計(jì)劃課堂講授：圍繞教學(xué)大綱進(jìn)行講授，以教材為藍(lán)本，但對(duì)教材中的內(nèi)容有所增減，自成體系。（講緒論及第1、2、5、9、11章，其余不講，自學(xué)）。實(shí)驗(yàn)教學(xué)：通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生理解所學(xué)理論。實(shí)驗(yàn)(32學(xué)時(shí))：雷諾、柏努利方程、阻力、離心泵、傳熱、板式塔、蒸餾、干燥實(shí)驗(yàn)（以實(shí)驗(yàn)安排為準(zhǔn)）。輔導(dǎo)答疑：考前作業(yè)

(1)

每章交一次，不用抄題，但要寫(xiě)清楚頁(yè)碼、題號(hào)2(2)

計(jì)算題求解步驟和要求（也適用于考試）：

a.

要寫(xiě)出已知條件和求解參數(shù)（10%）

b.

一般要畫(huà)出簡(jiǎn)圖（10%）

c.

解題步驟層次清晰，公式要準(zhǔn)確(50%)

d.

已知數(shù)據(jù)和單位一起代入公式(20%)

e.計(jì)算結(jié)果(要求保留3位或4位有效數(shù)字）(10%)考核

(1)

考勤10%（缺勤超3次者沒(méi)有考試資格）

(2)作業(yè)20%（缺作業(yè)超3次者沒(méi)有考試資格）(3)考試（閉卷）70%3研究化工

單元操作

的基本原理、典型化工單元設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)選型以及工藝尺寸的計(jì)算。

高等數(shù)學(xué)物理學(xué)物理化學(xué)從復(fù)雜事物中排除非主要因素，抽出關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以合理的簡(jiǎn)化方式建立物理和數(shù)學(xué)模型，解決工程問(wèn)題。綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)，有目的地解決

工程實(shí)際問(wèn)題目的并不只是認(rèn)識(shí)一些自然現(xiàn)象，而是解決真實(shí)的、復(fù)雜的生產(chǎn)問(wèn)題?；ぴ碇饕獌?nèi)容理論基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)工程學(xué)科概括5

化工生產(chǎn)過(guò)程與單元操作

對(duì)物料進(jìn)行大規(guī)模的物理或化學(xué)加工的過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)化工過(guò)程。盡管用不同原料生產(chǎn)不同的產(chǎn)品的化工過(guò)程相差很大，但它們都是由若干個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)程（單元操作）按一定的順序和方式組合而成的。

單元操作：指在各種化工過(guò)程中，遵守同一基本原理，所用設(shè)備相似，作用相同，僅發(fā)生物理變化過(guò)程的那些操作，稱(chēng)為單元操作。

單元操作一般占整個(gè)化工過(guò)程的80%左右。

本課程的研究對(duì)象就是各種單元操作，包括兩個(gè)方面：過(guò)程和設(shè)備。6基本化工過(guò)程原料預(yù)處理反應(yīng)后處理產(chǎn)品化學(xué)反應(yīng)工程化工原理7檸檬酸生產(chǎn)工藝流程白薯干粉碎發(fā)酵反應(yīng)過(guò)濾中和過(guò)濾酸解過(guò)濾產(chǎn)品石灰乳CaCO3

凈化H2SO4

廢糖液濃縮結(jié)晶離心干燥菌體、殘?jiān)?0個(gè)主要環(huán)節(jié)中單元操作占9個(gè)9研究各種單元操作的基本原理，典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能，工程和設(shè)備的基本計(jì)算方法，選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件，探索過(guò)程的強(qiáng)化途徑和方向。其目的是滿(mǎn)足工藝要求。

1、化工原理課程的任務(wù)一、化工原理課程的任務(wù)、內(nèi)容、性質(zhì)、特點(diǎn)10化工常用單元操作（p2）單元操作目的物態(tài)原理傳遞過(guò)程流體輸送輸送液或氣輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞攪拌混合或分散氣-液、液-液、固-液輸入機(jī)械能過(guò)濾非均相混合物分離氣-固液-固尺度不同的截留沉降非均相混合物分離氣-固液-固密度差引起的沉降運(yùn)動(dòng)加熱冷卻升溫、降溫改變物態(tài)液或氣利用溫度差傳入或移出熱量熱量傳遞蒸發(fā)溶劑與不揮發(fā)溶質(zhì)的分離液體供熱以汽化溶劑——具體的單元操作2、化工原理課程的內(nèi)容11

單元操作特點(diǎn)(1)都是物理加工過(guò)程。(2)都是化工生產(chǎn)過(guò)程中的共有操作。(3)用于不同化工生產(chǎn)過(guò)程的同一單元操作，其原理相同，設(shè)備通用。

例如：流體輸送

是一種單元操作。基本原理是：流體力學(xué)。所用設(shè)備是：泵或風(fēng)機(jī)、管道等。它的作用是：將流體從一個(gè)地方輸送到另一個(gè)地方。133、性質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課工程學(xué)科實(shí)用性經(jīng)濟(jì)性理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的工程研究方法4、特點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)方法理論方法相似準(zhǔn)則：利用經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)和工程放大。量綱分析：得出無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)方程，使實(shí)驗(yàn)參數(shù)最少，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)。利用基本定律對(duì)過(guò)程的微觀機(jī)理進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述——

建立數(shù)學(xué)模型。注：該方法著眼于過(guò)程參數(shù)的整體變化，不究其微觀機(jī)理，

得到的結(jié)果帶局限性，不可任意推廣。14課程研究主線用研究工程問(wèn)題的方法解決傳遞過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，是化工原理課程研究的主線。不同的

單元操作

的組合傳遞過(guò)程成千上萬(wàn)的具體工藝過(guò)程151、物料衡算設(shè)計(jì)設(shè)備尺寸之前，要確定所處理的物料量研究方法：（1）劃定衡算范圍（確定研究系統(tǒng)）；（2）定出衡算基準(zhǔn)。非穩(wěn)態(tài)過(guò)程

輸入＝輸出＋積累系統(tǒng)輸出輸入積累系統(tǒng)輸出輸入穩(wěn)態(tài)過(guò)程

積累＝0

輸入＝輸出17考慮進(jìn)出設(shè)備的物料本身的焓，與從外界加入或外界送出的熱。有化學(xué)反應(yīng)時(shí)則還包括反應(yīng)所吸收或放出的熱（反應(yīng)熱）。（1）劃定衡算范圍（確定研究系統(tǒng)）；

（2）定出衡算基準(zhǔn)：物料基準(zhǔn)、溫度基準(zhǔn)。2、熱量衡算研究方法：非穩(wěn)態(tài)過(guò)程

輸入＝輸出＋積累系統(tǒng)輸出輸入積累系統(tǒng)輸出輸入穩(wěn)態(tài)過(guò)程

積累＝0

輸入＝輸出183、物系的平衡關(guān)系物系的平衡可以用來(lái)判斷過(guò)程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的極限。當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，過(guò)程就會(huì)停止，平衡狀態(tài)是過(guò)程進(jìn)行的極限。19美國(guó)氣象衛(wèi)星的“失足”——計(jì)量單位的重要性

1998年2月，美國(guó)宇航局（NASA）發(fā)射探測(cè)火星氣象的衛(wèi)星失事。預(yù)定于1999年9月23日抵達(dá)火星，然而衛(wèi)星沒(méi)有進(jìn)入預(yù)定的軌道。問(wèn)題出在有些資料的計(jì)量單位沒(méi)有把英制轉(zhuǎn)換成公制，錯(cuò)誤起自承包工程的洛克希德馬丁航天公司。

這個(gè)“小錯(cuò)誤”造成的損失:僅衛(wèi)星的造價(jià)就高達(dá)1.25億美元。三、單位及單位換算21單位制基本單位長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間溫度物質(zhì)的量力SImkgsKkmol

工程ms

℃

kgfcgscmgs

mksmkgs

英制ftlb

℉

s22物理量的換算：物理量=數(shù)值·單位壓力的單位（最多，一定要清楚）1atm=101300N/m2

=101.3kPa

=1.033kgf/cm2

=10.33mH2O

=760mmHg1at=1kgf/cm2

=10mH2O

=735.6mmHg

=0.9807bar

=9.807×104Pa常溫下水的密度:r=1000kg/m3=

1g/cm3=62.4lb

/ft3=102kgf

/m3當(dāng)物理量A=物理量B時(shí)，其換算因子：1=物理量A/物理量B23四、化工原理課程的目的(四種能力）1、培養(yǎng)單元操作和設(shè)備選擇的能力：根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和物系特性，合理地選擇單元操作及設(shè)備。2、工程設(shè)計(jì)能力：學(xué)習(xí)進(jìn)行工藝過(guò)程計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)3、操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的能力4、過(guò)程開(kāi)發(fā)或科學(xué)研究能力掌握規(guī)律診斷過(guò)程開(kāi)發(fā)工藝強(qiáng)化操作創(chuàng)新設(shè)計(jì)25五、主要參考書(shū)籍1、柴誠(chéng)敬、夏清主編，《化工原理學(xué)習(xí)指南》高等教育出版社，2007，第1版2、姚玉英等編，《化工原理學(xué)習(xí)指南-問(wèn)題與習(xí)題解析》

天津大學(xué)出版社，2003，第1版3、陳敏恒等編，《化工原理》（上冊(cè)、下冊(cè)）化學(xué)工業(yè)出版社，1999，第2版26重力沉降含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖29離

心

沉

降30流態(tài)化31流化床干燥器32過(guò)濾33蒸發(fā)34蒸發(fā)示意動(dòng)畫(huà)35萃取36另外，還有熱力過(guò)程（制冷）、粉體工程（粉碎、顆粒分級(jí)、流態(tài)化）等單元操作。單元操作分類(lèi)：（1）遵循流體動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律的單元操作，包括流體輸送、沉降、過(guò)濾、物料混合（攪拌）。（2）遵循熱量傳遞基本規(guī)律的單元操作，包括加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等。（3）遵循質(zhì)量傳遞基本規(guī)律的單元操作，包括蒸餾、吸收、萃取、吸附、膜分離等。從工程目的來(lái)看，這些操作都可將混合物進(jìn)行分離，故又稱(chēng)之為分離操作。（4）同時(shí)遵循熱質(zhì)傳遞規(guī)律的單元操作，包括氣體的增濕與減濕、結(jié)晶、干燥等。小結(jié)37單元操作之特點(diǎn)1、物理性操作，即只改變物料的狀態(tài)或物性，并不改變化學(xué)性質(zhì)；共同的研究對(duì)象——傳遞過(guò)程2、它們都是化工生產(chǎn)過(guò)程中共有的操作，但不同的化工過(guò)程中所包含的單元操作數(shù)目、名稱(chēng)與排列順序各異；3、對(duì)同樣的工程目的，可采用不同的單元操作來(lái)實(shí)現(xiàn)；4、某單元操作用于不同的化工過(guò)程，其基本原理并無(wú)不同，進(jìn)行該操作的設(shè)備也往往是通用的。具體應(yīng)用時(shí)也要結(jié)合各化工過(guò)程的特點(diǎn)來(lái)考慮，如原材料與產(chǎn)品的理化性質(zhì)，生產(chǎn)規(guī)模等。小結(jié)38無(wú)機(jī)化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)應(yīng)用化學(xué)高分子化學(xué)化學(xué)教育科學(xué)實(shí)驗(yàn)化學(xué)家化工生產(chǎn)化工原理傳遞過(guò)程反應(yīng)工程（還有：分離工程、化工熱力學(xué)、系統(tǒng)工程）化工專(zhuān)家合成氨硫酸制造氯堿工業(yè)石油化工精細(xì)化工制藥業(yè)制糖業(yè)水泥、玻璃制造業(yè)小結(jié)化工原理在社會(huì)生產(chǎn)中的作用39化工生產(chǎn)過(guò)程的單元操作種類(lèi)大約有十來(lái)種，按照各單元操作遵循的基本原理，主要有下面三類(lèi)：1、動(dòng)量傳遞：以流體力學(xué)為基礎(chǔ)的單元操作，包括流體輸送、沉降、過(guò)濾、離心分離、攪拌及氣力輸送等；2、熱量傳