化工原理-緒論

強(qiáng)不息 知行合一 強(qiáng)不息 知行合一 緒論 一、化工原理課程概述 二、化工原理處理問題的基本方法 三、單位與單位制 強(qiáng)不息 知行合一 一、化工原理課程簡(jiǎn)介 化學(xué)反應(yīng)和若干個(gè)單元操作串聯(lián)而成 化工原理 研究各個(gè)獨(dú)立的單元操作 1 化工原理的研究對(duì)象 單元操作 （ （ 1） 單元操作的概念 過程工程 原料的 預(yù)處理 化學(xué)反應(yīng)過程 反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提取 單元操作 過程工程中共有的物理操作 強(qiáng)不息 知行合一 強(qiáng)不息 知行合一 強(qiáng)不息 知行合一 強(qiáng)不息 知行合一 原油 電精制（脫 鹽脫水） 初餾 加熱 常壓 蒸餾 加熱 減壓 蒸餾 減壓各種餾分油 減壓渣油 瓦斯 輕汽油 瓦斯、汽油、煤油 輕柴油、重柴油 初餾 加熱初餾 常壓蒸餾加熱加熱初餾輕柴油、重柴油石油化工流程簡(jiǎn)圖 加熱常壓蒸餾加熱初餾 加熱初餾 減壓蒸餾加熱常壓蒸餾加熱初餾物理過程 強(qiáng)不息 知行合一 廢蓄電池 倒酸 破碎分離 填料 脫硫 脫硫料 浸出 浸出液 電解沉積 析出鉛 熔鑄 電鉛 貧電解液 合金錠 熔鑄 鉛銻合金 外殼回收 脫硫液 結(jié)晶 副產(chǎn)品 浸出結(jié)晶 浸出熔鑄結(jié)晶 浸出熔鑄結(jié)晶 浸出結(jié)晶 浸出結(jié)晶 浸出結(jié)晶 浸出結(jié)晶 浸出結(jié)晶鉛蓄電池回收工藝流程圖 倒酸脫硫浸出電解沉積浸出浸出浸出浸出浸出浸出浸出浸出化學(xué)過程 破碎分離熔鑄熔鑄結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶物理過程 強(qiáng)不息 知行合一 鐵礦石 篩分 皮帶傳送 料車 高爐爐頂 重力除塵 返粉 煤粉 氣力輸送 高爐 熱風(fēng)爐 鼓風(fēng)機(jī) 爐渣 鐵水 高爐煤氣 高爐鐵水 供煉鋼 重力除塵 噴吹攪拌 荒煤氣 換熱 擴(kuò)散 大灰倉(cāng) 噴水降溫 轉(zhuǎn)爐 布袋除塵 爐渣 鋼水 轉(zhuǎn)爐煙氣 凈煤氣 爐渣 汽化冷卻 除塵 飽和煙氣 鐵礦石 料車高爐爐頂返粉煤粉 高爐 熱風(fēng)爐爐渣 鐵水 高爐煤氣高爐鐵水 供煉鋼荒煤氣大灰倉(cāng)轉(zhuǎn)爐爐渣鋼水轉(zhuǎn)爐煙氣凈煤氣爐渣飽和煙氣篩分 皮帶傳送重力除塵氣力輸送重力除塵噴吹攪拌 換熱擴(kuò)散噴水降溫布袋除塵汽化冷卻除塵篩分 皮帶傳送重力除塵氣力輸送噴吹攪拌 換熱擴(kuò)散 布袋除塵汽化冷卻除塵物理過程 煉鐵煉鋼化工過程簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 氧氣 轉(zhuǎn)爐吹煉 氧氣底吹熔煉 高鐵渣 渣選礦 緩冷 渣精礦 鐵精礦 渣尾礦 返回熔煉 配料皮帶 煙氣 高品位銅锍 熔劑 粗銅 高鈣渣 陽(yáng)極爐精煉 返回熔煉 煙塵等返料 熔劑 銅精礦 氧氣 制酸 收塵 余熱回收 轉(zhuǎn)爐吹煉氧氣底吹熔煉陽(yáng)極爐精煉化學(xué)過程 渣選礦緩冷配料皮帶制酸收塵余熱回收物理過程 氧氣底吹煉銅 (火法 )流程圖 強(qiáng)不息 知行合一 礦石 精礦 脈石 焙燒礦 副產(chǎn)物 火法冶煉 化學(xué)處理 （焙燒等） 浸出 選礦 粉碎 過濾 凈液 電積 電銅 浸出渣 廢電解液 火法冶煉電積化學(xué)過程 化學(xué)處理（焙燒等）浸出選礦粉碎過濾物理過程 濕法煉銅流程簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 鋁土礦 溶出 稀釋 液固分離 葉濾 晶種分解 焙燒 洗滌 蒸發(fā) 分離 溶解 苛化 石灰 補(bǔ)充苛性堿 粗液 赤泥漿 精液 氫氧化鋁 母液 氧化鋁 蒸發(fā)母液 結(jié)晶碳酸鈉 熱水 赤泥 洗液 補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉補(bǔ)充苛性堿母液結(jié)晶碳酸鈉熱水補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉化學(xué)過程 分離溶解苛化補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉補(bǔ)充苛性堿結(jié)晶碳酸鈉化學(xué)過程 物理過程 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 電解 氣體凈化 凈化 澄清 鑄錠 氧化鋁 冰晶石 氟化鋁 陽(yáng)極糊（陽(yáng)極炭塊） 廢氣 鋁液 鋁錠 陽(yáng)極氣體 載氟氧化鋁 電解化學(xué)過程 電解氣體凈化凈化澄清鑄錠化學(xué)過程物理過程 鋁電解生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 液態(tài)鋼渣熱燜池 溢流 回水井 高溫高堿高鈣洗水 壓力輸送 高效氣液反應(yīng)（系統(tǒng)） 固液分離 液 補(bǔ)充新水 壓力輸送 低溫清液 噴灑 液態(tài)鋼渣 補(bǔ)充新水 效氣液反應(yīng)（系統(tǒng)） 化學(xué)過程 溢流壓力輸送 固液分離 壓力輸送 噴灑 物理過程 鋼燜渣循環(huán)水脫鈣流程簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 獨(dú)居石精礦 球 磨 堿液分解 沉 降 過 濾 濾餅（混合氫氧化物） 優(yōu)先溶解 過 濾 水 水 濾 液 綜合回收 2濾餅（釷 送溶劑萃取分離釷、鈾 濾液 （ 送密封保存 （副產(chǎn)品） 除 鐳 鋇鐳渣 濃縮結(jié)晶 劑萃取分組 輕稀土 濃縮結(jié)晶 中重稀土富集物 降過 濾沉 降過 濾沉 降堿液分解濃縮結(jié)晶過 濾沉 降過 濾沉 降球 磨堿液分解沉 降過 濾濾餅（混合氫氧化物）優(yōu)先溶解水水濾 液綜合回收濾餅（釷 鈾富集物）送溶劑萃取分離釷、鈾送密封保存除 鐳鋇鐳渣濃縮結(jié)晶 溶劑萃取分組輕稀土 中重稀土富集物沉 降過 濾沉 降過 濾沉 降沉 降沉 降沉 降沉 降水水濾 液濾餅（釷 鈾富集物）送密封保存鋇鐳渣濃縮結(jié)晶輕稀土 中重稀土富集物沉 降沉 降沉 降球 磨沉 降沉 降球 磨沉 降過 濾球 磨沉 降球 磨沉 降過 濾球 磨沉 降過 濾優(yōu)先溶解過 濾球 磨沉 降濃縮結(jié)晶過 濾優(yōu)先溶解過 濾球 磨沉 降堿液分解除 鐳 溶劑萃取分組 除 鐳溶劑萃取分組綜合回收除 鐳溶劑萃取分組化學(xué)過程 濃縮結(jié)晶濃縮結(jié)晶過 濾優(yōu)先溶解過 濾球 磨沉 降物理過程 稀土堿法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 硫酸焙燒 尾氣 尾氣處理 排空 濃硫酸 焙燒產(chǎn)物 浸出 中和 凈化后的浸出液 沉淀 水洗 過濾 碳酸稀土 洗水 廢水處理 排放 負(fù)載有機(jī)相 萃余水相 反萃取 全萃取 有機(jī)相 反萃液 沉淀 釤銪釓富集物 送廢水處理 反萃取 氯化稀土溶液 濃縮結(jié)晶 供分離單一稀土 結(jié)晶氯化稀土 有機(jī)相 水相 含釷渣 （封存） 水 排放尾氣尾氣處理排空濃硫酸焙燒產(chǎn)物浸出凈化后的浸出液沉淀水洗過濾碳酸稀土洗水廢水處理排放分組負(fù)載有機(jī)相 萃余水相有機(jī)相 反萃液沉淀釤銪釓富集物送廢水處理 反萃取氯化稀土溶液濃縮結(jié)晶 供分離單一稀土結(jié)晶氯化稀土有機(jī)相水相含釷渣（封存）水排放浸出水洗浸出過濾水洗浸出濃縮結(jié)晶過濾水洗浸出沉淀混合稀土精礦 有機(jī)相 硫酸焙燒中和沉淀 分組反萃取 全萃取沉淀 反萃取中和沉淀反萃取 全萃取沉淀 反萃取沉淀化學(xué)過程 尾氣處理 浸出水洗過濾廢水處理濃縮結(jié)晶浸出水洗過濾廢水處理濃縮結(jié)晶浸出水洗浸出過濾水洗浸出濃縮結(jié)晶過濾水洗浸出物理過程 稀土酸法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)圖 強(qiáng)不息 知行合一 過程工程 以物理變化為主的生產(chǎn)過程 以化學(xué)反應(yīng)為主的生產(chǎn)過程 單元操作 反應(yīng)工程 強(qiáng)不息 知行合一 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) 。 單元操作是過程工程中共有的操作 ， 只是不同的過程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過程工程時(shí) ， 基本原理相同 ， 所用的設(shè)備也是通用的 。 （ 2） 單元操作的特點(diǎn) 強(qiáng)不息 知行合一 （ 3） 單元操作的分類 遵循流體流動(dòng)基本規(guī)律的單元操作，包括流體輸送、沉降、過濾、物料混合（攪拌）。 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。 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。從工程目的來看，這些操作都可將混合物進(jìn)行分離，故又稱之為分離操作。 同時(shí)遵循流動(dòng) /熱量、流動(dòng) /質(zhì)量基本規(guī)律的單元操作，包括氣體的增濕與減濕、結(jié)晶、干燥等。 另外，還有熱力過程（制冷）、粉體工程（粉碎、顆粒分級(jí)、流態(tài)化）等單元操作。 強(qiáng)不息 知行合一 動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞 “三傳” 化學(xué)（冶金）反應(yīng)工程學(xué) “一反” 強(qiáng)不息 知行合一 本課程強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)技能及設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際。在過程工程類專門人才培養(yǎng)中，它承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育任務(wù)，擔(dān)負(fù)著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用。化工原理是過程工程類各專業(yè)重點(diǎn)課程之一，是過程工程類學(xué)生最實(shí)用的一門課程，是過程工程類學(xué)生考研課程。 理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的工程研究方法 半經(jīng)驗(yàn)半理論方法 重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，兼有 “ 科學(xué) ” 與 “ 技術(shù) ” 的特點(diǎn) 綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和算法語言等基礎(chǔ)知識(shí)，將自然科學(xué)中的基本原理（動(dòng)量守恒、質(zhì)量守衡、能量守衡及平衡關(guān)系等）用來研究過程工業(yè)生產(chǎn)中內(nèi)在的共同規(guī)律，討論過程工業(yè)生產(chǎn)中共同的基本過程的基本原理、典型設(shè)備結(jié)構(gòu)，工藝尺寸設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型以及計(jì)算方法的一門工程課程。 2. 化工原理的課程性質(zhì)與研究方法 （ 1） 化工原理課程性質(zhì) 強(qiáng)不息 知行合一 隨著新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)過程，對(duì)物理過程提出了一些特殊要求，又不斷地發(fā)展出新的單元操作或過程技術(shù)，如膜分離、參數(shù)泵分離 、電磁分離、超臨界技術(shù)等。同時(shí)，以節(jié)約能耗，提高效率或潔凈無污染生產(chǎn)的集成化工藝（如反應(yīng)精餾、反應(yīng)膜分離、萃取精餾、多塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)化熱集成等）將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。 單元操作的研究包括 “ 過程 ” 和 “ 設(shè)備 ” 兩個(gè)方面的內(nèi)容，故單元操作又稱為化工過程和設(shè)備。化工原理是研究諸單元操作共性的課程。 研究諸單元操作共性的課程 強(qiáng)不息 知行合一 “ 三傳 ” 是貫穿化工原理課程的一條理論主線 動(dòng)量傳遞、傳熱和傳質(zhì)皆屬于傳遞過程，是本門課程統(tǒng)一的研究對(duì)象，是聯(lián)系各單元操作的一條主線。 以熱 量傳遞為基礎(chǔ)的 第二部分 以質(zhì)量傳遞為基礎(chǔ)的 第三部分 以動(dòng)量傳遞為基礎(chǔ)的 第一部分 強(qiáng)不息 知行合一 研究工程問題的方法論是聯(lián)系各單元操作的另一條主線 。 各單元操作有共同的研究方法 。 因次分析法 直管湍流阻力系數(shù)的求解 數(shù)學(xué)模型法 過濾方程的建立 參數(shù)綜合法 過濾常數(shù) 當(dāng)量法 當(dāng)量直徑 、 當(dāng)量長(zhǎng)度等 類比法 動(dòng)量 、 熱量 、 質(zhì)量傳遞的類似律 （ 2） 課程的研究方法 強(qiáng)不息 知行合一 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) ， 依靠實(shí)驗(yàn)來確定過程變量之間的關(guān)系 ， 通常用無量綱數(shù)群 (或稱準(zhǔn)數(shù) )構(gòu)成的關(guān)系來表達(dá) 。 實(shí)驗(yàn)研究方法可避免建立數(shù)學(xué)方程 ， 是工程上通用的研究方法 。 因次論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究法 強(qiáng)不息 知行合一 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)理進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上 ， 抓住過程的本質(zhì) ， 作出某些合理的 “ 等效 ” 與 “ 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)。 數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論） 學(xué)模型法與因次分析方法的對(duì)比 數(shù)學(xué)模型法 因次分析方法 對(duì)象的認(rèn)識(shí)程度不同 機(jī)理比較清楚 機(jī)理不清、輸出與輸出 處理方法不同 等效、簡(jiǎn)化 因次一致性原理 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?確定參數(shù) 確定數(shù)學(xué)關(guān)系 參數(shù)意義不同 物理意義 /K 數(shù)字關(guān)系 /a 方程 物理方程 準(zhǔn)數(shù)方程 強(qiáng)不息 知行合一 3. 化工原理的學(xué)習(xí)方法 發(fā)展： 如何根據(jù)某個(gè)物理或物理化學(xué)原理開發(fā)成為一個(gè)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(duì)過程和設(shè)備作合理的選擇和組合 。 設(shè)計(jì)： 對(duì)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(duì)性能不十分掌握的過程和設(shè)備通過必要的試驗(yàn) ， 測(cè)取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ， 做逐級(jí)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 。 2012年我國(guó)鋼渣產(chǎn)量 t，鋼渣是一種高鈣、高鐵資源渣，其中鐵品位 20%30%，鈣品位 35%50%，如何實(shí)現(xiàn)鋼渣中鐵、鈣資源的綜合利用，已成為我國(guó)鋼渣“零排放”以及鋼鐵工業(yè)走循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。 中冶建筑研究總院和中國(guó)京冶工程技術(shù)有限公司研發(fā)出的第三代鋼渣余熱自解熱燜處理工藝技術(shù)和設(shè)備，成功解決了鋼渣不穩(wěn)定的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了鋼渣的“零”排放，該技術(shù)入選 2009年國(guó)家先進(jìn)污染防治示范技術(shù)名錄。 該技術(shù) 2008年在鞍鋼鲅魚圈新煉鋼投建第一條生產(chǎn)線，目前已在新余中冶環(huán)保資源開發(fā)有限公司、九江中冶環(huán)保資源開發(fā)有限公司、本溪鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、唐山國(guó)豐鋼鐵有限公司、首鋼京唐鋼鐵公司（曹妃甸）、日照鋼鐵公司、包鋼集團(tuán)、馬鋼集團(tuán)等企業(yè)投建 30余條生產(chǎn)線，鋼渣處理量占全國(guó)年鋼渣產(chǎn)量的 直接經(jīng)濟(jì)效益已接近 40億元。 2 熱燜系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景（鞍鋼鲅魚圈 100萬噸鋼燜渣生產(chǎn)線） 熱燜池?zé)釥F過程 熱燜池?zé)釥F過程 回水井 回水管路 回水管路 在實(shí)際生產(chǎn)過程中系統(tǒng)循環(huán)供水極不穩(wěn)定，管路結(jié)垢現(xiàn)象非常嚴(yán)重，現(xiàn)在已投產(chǎn)的 30余條生產(chǎn)線均存在嚴(yán)重結(jié)垢問題。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線無法運(yùn)行， 但目前只能靠添加備用管路，人工機(jī)械清理來維持生產(chǎn)運(yùn)行 。 針對(duì)鋼渣熱燜循環(huán)洗水管路中的結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)狀，我們對(duì)鞍鋼鲅魚圈、新余等南北方典型生產(chǎn)線及管路結(jié)垢進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)： 結(jié)垢物為 熱燜過程中熱燜洗水循環(huán)造成鈣離子濃度過高（過飽和）、 于 12）是形成結(jié)疤的直接原因。如圖 3所示 圖 3 循環(huán)管路結(jié)垢物的 0 20 40 60 80 100 0 00500010000150002000025000300003500040000噸， 114； 鋼鋼渣熱燜循環(huán)水管路結(jié)垢情況 圖 鋼鋼渣熱燜循環(huán)水管路結(jié)垢情況 該技術(shù)的關(guān)鍵工藝包括： 液態(tài)鋼渣直接熱燜系統(tǒng) 圖 鋼渣余熱自解熱燜處理工藝流程示意圖 具體工藝步驟：自轉(zhuǎn)爐來的液態(tài)鋼渣倒入熱燜系統(tǒng) 熱燜水循環(huán)系統(tǒng) 然后由泵房直接向液態(tài)鋼渣噴水，利用鋼渣余熱自解熱燜使鐵渣分離。 由于液態(tài)鋼渣熱燜是在 1600 左右的高溫下進(jìn)行，熱燜過程中形成 “ 高蒸發(fā)、高水溫 ”工作狀態(tài) ,噴淋的熱燜循環(huán)水會(huì)被渣中自由鈣離子飽和 ,形成 “ 高硬度、高堿度 ” 的高鈣循環(huán)水 ,長(zhǎng)期循環(huán)使用導(dǎo)致循環(huán)洗水管路嚴(yán)重結(jié)垢 ,如圖 2所示。 強(qiáng)不息 知行合一 液態(tài)鋼渣熱燜池 溢流 回水井 高溫高堿高鈣洗水 壓力輸送 高效氣液反應(yīng)（系統(tǒng)） 固液分離 液 補(bǔ)充新水 壓力輸送 低溫清液 噴灑 液態(tài)鋼渣 補(bǔ)充新水 效氣液反應(yīng)（系統(tǒng)） 化學(xué)過程 溢流壓力輸送 固液分離 壓力輸送 噴灑 物理過程 鋼燜渣循環(huán)水脫鈣流程簡(jiǎn)圖 內(nèi)容 內(nèi)容 內(nèi)容 圖 驗(yàn)裝置圖 拌模式對(duì) 0 1 2 3 4 5 6 70100200300400500600700ia m e t e r(m e a n )(m m )有導(dǎo)流筒 無導(dǎo)流筒 圖 不同攪拌模式下 的氣泡微細(xì)化圖及氣泡直徑直方圖 0 1 2 3 4 5 6 70100200300400500600700ia m e b e r(m e a n )(m m )無導(dǎo)流筒 6 1 防飛濺隔板， 2 反應(yīng)槽， 3 射流器， 4 止回閥， 5 轉(zhuǎn)子流量計(jì)， 6 電磁流量計(jì)， 7 電機(jī)水泵組， 8 放液、排污閥， 9 返流攪動(dòng)水槍， 10 儲(chǔ)液罐， 11 溢流管 圖 驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖 of 立了國(guó)內(nèi)首套鋼渣余熱自解熱燜用“鋼渣熱燜含鈣循環(huán)水噴吹 范裝置系統(tǒng)， 已在新余中冶環(huán)保資源開發(fā)有限公司完成了工業(yè)放大試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：該技術(shù)不但具有高效軟化鋼渣熱燜含鈣循環(huán)水效果，有效解決了管路結(jié)垢問題；更重要的是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廢水中鈣和 到納米碳酸鈣，如圖 5所示。 圖 5 含鈣循環(huán)水噴吹 回水井洗水入口 處理后清液出口 固液分離系統(tǒng) 19 處理前后蓄水池對(duì)比 9 ),( 、(50),( 2121g (5),( 2121g (54321 )()( 21 (5氣含率準(zhǔn)數(shù)方程關(guān)系式 20 過濾后收得的碳酸鈣產(chǎn)品 強(qiáng)不息 知行合一 （ 1）以 工程技術(shù)觀點(diǎn) 和 經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn) 來分析和處理過程工程的實(shí)際問題的能力； （ 2）熟練的進(jìn)行過程工程的基本運(yùn)算。以便在生產(chǎn)過程、科研和設(shè)計(jì)工作中達(dá)到 強(qiáng)化 生產(chǎn)過程， 提高產(chǎn)品質(zhì)量 ， 提高設(shè)備能力及效率 ， 降低設(shè)備投資及產(chǎn)品成本 ， 節(jié)約能耗 ， 防止污染 以及加速新技術(shù)開發(fā)等方面的目的。 通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)樹立起工程觀點(diǎn)（ 安全適用、經(jīng)濟(jì)合理 ），掌握解決工程實(shí)際的方法，培養(yǎng)下列兩種基本能力： 強(qiáng)不息 知行合一 化學(xué)工程研究的是：如何把化學(xué)家們的小試研究成果開發(fā)放大為中試，再開發(fā)為生產(chǎn)規(guī)模。是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工之間架橋的工作，是直接為人類服務(wù)的創(chuàng)造價(jià)值的勞動(dòng)。 本課程，不是教大家如何合成得到新物質(zhì)？如何提取新物質(zhì)？如何表征新物質(zhì)？這是化學(xué)家的事。 強(qiáng)不息 知行合一 二、化工原理處理問題的方法 物料衡算的通式 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。 強(qiáng)不息 知行合一 定態(tài)過程，積累為零。則 ： 0衡算的系統(tǒng) 整個(gè)生產(chǎn)過程 某一設(shè)備 系統(tǒng)中的所有物料 某一個(gè)組分 衡算的對(duì)象 例 強(qiáng)不息 知行合一 例 1： 在兩個(gè)蒸發(fā)器中 ， 每小時(shí)將 50002 （ 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(shí)蒸出水分的量； （ 2） 第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度 。 解： 首先畫一個(gè)流程圖表示進(jìn)行的過程 用方框表示設(shè)備 ， 輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示 。 其次劃定衡算的范圍 為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，以整個(gè)流程為衡算范圍，用 一圈封閉的虛線 畫出 。 強(qiáng)不息 知行合一 選擇衡算基準(zhǔn) （ 連續(xù)操作以單位時(shí)間為基準(zhǔn) ， 間歇操作以一批操作為基準(zhǔn) ） 由于連續(xù)操作 ， 以 1小時(shí)為基準(zhǔn) 。 蒸發(fā)器 1 蒸發(fā)器 2 1 0=5000kg/h 1 F2 .3 強(qiáng)不息 知行合一 確定衡算對(duì)象 此題中有兩個(gè)未知數(shù) ， 蒸發(fā)的水量及送出的無機(jī)鹽溶液量 B， 因此 ， 我們就以不同衡算對(duì)象列出兩個(gè)衡算式 。 2200 對(duì) 總物料 作衡算： 2125000 代入已知數(shù)據(jù) ， 得： 0 0 F2 0 0 02 300021 由題意知 12 W 3 6 / 6 3 21 對(duì)鹽作物料衡算： 強(qiáng)不息 知行合一 求第一個(gè)蒸發(fā)器送出的溶液濃度 ， 選擇第一個(gè)蒸發(fā)器為衡算范圍 。 對(duì)鹽作物料衡算： 1100 對(duì)總物料作衡算： 110 代入已知數(shù)據(jù) ， 得： 6 35 0 0 0 F解得： 3 61 % 9 強(qiáng)不息 知行合一 2 熱量衡算 依據(jù)：能量守恒定律 即任何時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的總熱量等于系統(tǒng)輸出的總熱量與損失的熱量之和 。 熱量衡算通式 或?qū)懗?)()(強(qiáng)不息 知行合一 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(duì)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(shí)液態(tài)的焓值為零 。 例 強(qiáng)不息 知行合一 例 2：在換熱器里將平均比熱為 ） 的某溶液自 25 加熱到80 ， 溶液流量為 s， 加熱介質(zhì)為 120 的飽和水蒸氣 ， 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： 根據(jù)題意畫出流程圖 換熱器 120 飽和水蒸氣 s 120 飽和水 s s 25 溶液 80 溶液 s 強(qiáng)不息 知行合一 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 120 飽和水的焓值為 在此系統(tǒng)中輸入的熱量： 21 蒸氣帶入的熱量： 0 80 9 溶液帶入的熱量 ： 7輸出的熱量： 43 強(qiáng)不息 知行合一 冷凝水帶出的熱量： 0 30 9 溶液帶出的熱量： 有： 1363323346熱量損失的百分?jǐn)?shù) = % 強(qiáng)不息 知行合一 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(gè)動(dòng)態(tài)的過程 。 平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。例如，在一定溫度下，不飽和的食鹽溶液與固體食鹽接觸時(shí)，食鹽向溶液中溶解，直到溶液為食鹽所飽和，食鹽就停止溶解，此時(shí)固體食鹽表面已與溶液成動(dòng)平衡狀態(tài)。反之，若溶液中食鹽濃度大于飽和