化工原理教學(xué)課件緒論

1、化 工 原 理張立新( ) 中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院一、化工過程與單元操作 化工過程：對(duì)原料進(jìn)行化工加工獲得有用產(chǎn)品的過程稱為化工過程。 原料預(yù)處理過程、反應(yīng)過程和反應(yīng)產(chǎn)物后處理過程。200C、150MPa常溫、常壓乙烯壓縮機(jī)預(yù)熱器反應(yīng)器分離器?；鞒亍?50MPa 高壓聚乙烯成品0 緒論 單元操作： 化工生產(chǎn)過程的共有操作；只改變物料的物理性質(zhì)（T、P等）的物理操作過程；某些單元操作作用于不同的化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程時(shí)，其基本原理并無不同，而且進(jìn)行該操作的設(shè)備往往也是通用的。 根據(jù)各單元操作所遵循的基本規(guī)律，可將單元操作劃分為三大類，即： 動(dòng)量傳遞過程 流體輸送，沉降，過濾，固體流態(tài)化等 熱量傳遞

2、過程 加熱，冷卻，冷凝，蒸發(fā)等 物質(zhì)傳遞過程 蒸餾，吸收，萃取，結(jié)晶，干燥，膜分離等二、本課程的性質(zhì)及任務(wù)內(nèi)容：1、 性質(zhì)：化工原理是化工類、輕工、醫(yī)藥類專業(yè)學(xué)生的技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課2、 任務(wù)：1）根據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特點(diǎn)，進(jìn)行“過程和設(shè)備”的選擇，以適應(yīng)指定物系的特性，經(jīng)濟(jì)而有效地滿足工藝的要求。2）進(jìn)行過程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)。3） 進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的不同要求。在操作發(fā)生故障時(shí)如何尋找故障的緣由。3、內(nèi)容這門課主要就是研究各個(gè)單元操作的基本原理及設(shè)備。 、討論流體流動(dòng)和其接觸的固體發(fā)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本規(guī)律，以及主要受這些基本規(guī)律支配的單元操作，如流體輸送等。、

3、討論傳熱的基本規(guī)律，以及受這些基本規(guī)律支配的單元操作，如：加熱、冷卻、蒸發(fā)等。、討論物質(zhì)透過相界面遷移過程的基本規(guī)律，以及受這些基本規(guī)律支配的單元操作，如氣體的吸收和干燥等。三、基本概念：1、 物料衡算根據(jù)質(zhì)量守恒定律，任何一個(gè)化工生產(chǎn)過程F = d +AF輸入物料質(zhì)量的總和，kgd 輸出物料質(zhì)量的總和，kgA積累在過程中的物料質(zhì)量，kg此式是物料衡算的通式，可對(duì)總物料或其中某一組成列出物料衡算式，進(jìn)行求解。2、 能量衡算 根據(jù)能量守恒定律，在任何一個(gè)化工生產(chǎn)過程中，凡向該過程輸入的能量必等于該過程輸出的能量。在許多化工生產(chǎn)中所涉及的能量?jī)H為熱能，所以本課程中能量衡算簡(jiǎn)化為熱量衡算：QF =

4、QD + qQF輸入該過程的各物料帶入的總熱量,JQD輸出該過程的各物料帶出的總熱量,Jq該過程與環(huán)境交換的總熱量，當(dāng)系統(tǒng)向環(huán)境散熱時(shí)為正，稱為熱損,J 通過熱量衡算，可以了解在生產(chǎn)操作中熱量的利用和損失情況，而在生產(chǎn)過程與設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，利用熱量衡算可以確定是需要從外界引入熱量或向外界輸出熱量的問題。3、 平衡關(guān)系 物系在自然界發(fā)生變化時(shí)，其變化必趨于一定方向，如果任其發(fā)展，結(jié)果必達(dá)到平衡關(guān)系為止。 平衡狀態(tài)表示的就是各種自然發(fā)生的過程可能達(dá)到的極限程度，除非影響物系的情況有變化，否則其變化的極限是不會(huì)改變的。一般平衡關(guān)系則為各種定律所表明，如熱力學(xué)第二定律，拉烏爾定律等。 在化工生產(chǎn)過程中，可

5、以從物系平衡關(guān)系來推知其能否進(jìn)行以及進(jìn)行到何種程度。平衡關(guān)系也為設(shè)備尺寸的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。4、過程速率： 何一個(gè)不處于平衡狀態(tài)的物系，必然發(fā)生使物系趨向平衡的過程，但過程以什么速率趨向平衡，這不決定于平衡關(guān)系，而是由多方面的因素影響的，由于對(duì)這些因素有些還不清楚，目前過程速率是近似的采用除以阻力表示。 這里的過程推動(dòng)力，可依據(jù)具體過程而有不同的理解，但必要的條件是物系在平衡狀態(tài)時(shí)推動(dòng)力必須等于零。 至于過程的阻力則較為復(fù)雜，要具體情況具體分析。四、單位制和單位換算：1單位制度任何物理量都是用數(shù)字和單位聯(lián)合表達(dá)的?；締挝唬阂话阆冗x幾個(gè)獨(dú)立的物理量（如質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度等） ，以使用方便

6、為原則規(guī)定出它們的單位。導(dǎo)出單位：根據(jù)物理本身的物理意義，由有關(guān)基本單位組合構(gòu)成的（如速度、加速度、密度等）?；締挝缓蛯?dǎo)出單位構(gòu)成一個(gè)完整的體系，稱為單位制。2 絕對(duì)單位制度和重力單位單位（工程單位）制度 絕對(duì)單位制以長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間為基本物理量，力是導(dǎo)出物理量，其單位為導(dǎo)出單位；重力單位制以長(zhǎng)度、時(shí)間和力為基本物理量，質(zhì)量是導(dǎo)出物理量，其單位為導(dǎo)出單位。力和質(zhì)量的關(guān)系用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)聯(lián)3 國(guó)際單位制度（SI制） 1960年10月第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了一種新的單位制度，稱為國(guó)際單位制度，其代號(hào)為SI，它是mks制的引伸。2、單位換算：換算因子彼此相等而單位不同的兩個(gè)同名物理量（包括

7、單位在內(nèi)）的比值稱為換算因子。如1m和100cm的換算因子為100cm/m。物理量的單位換算密度單位：g/cm3=10-3kg/10-6m3=103kg/m3流量單位：150L/min=15010-3m3/60s=0.0025m3/s壓強(qiáng)單位：1atm=1.033kgf/cm2=1.033/10-4m =1.013105N/m2經(jīng)驗(yàn)公式的換算： 理論公式將任一單位制的數(shù)據(jù)代入這一類公式中，解出的結(jié)果總是屬于同一單位制。經(jīng)驗(yàn)公式必須按公式要求換成適當(dāng)單位。將諸物理量的數(shù)據(jù)換算成經(jīng)驗(yàn)公式中指定的單位后，再分別代入經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算；若經(jīng)驗(yàn)公式需經(jīng)常使用，對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行單位換算很繁瑣，則可將公式加以

8、變換，使式中各符號(hào)都采用所希望的單位制度?！纠?-1】質(zhì)量速度的英制單位為lb/(ft2h)，試將其換算為SI制，即kg/(m2s)。解：在本教材附錄二中查不到質(zhì)量速度不同單位制之間的換算關(guān)系，則只能從基本單位換算入手。從附錄二查出基本物理量的換算關(guān)系為 1kg = 2.20462lb m = 3.2808ft 1h = 3600s采用“原單位消去法”便得到新的單位。質(zhì)量速度 習(xí)題：p11 1、2、3參考書籍姚玉英主編. 化工原理(上冊(cè)) （第一章流體流動(dòng)）天津：天津大學(xué)出版社1999參考書籍1陳敏恒等化工原理，北京：化學(xué)工業(yè)出版社19992譚天恩等化工原理，北京：化學(xué)工業(yè)出版社19903蔣維鈞 化工原理，北京：清華大學(xué)出版社19924姚玉英 化工原理例題與習(xí)題，第三版北京：化學(xué)工業(yè)出版社19985柴誠(chéng)敬等化工原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)天津：天津科技出版社19926柴誠(chéng)敬，張國(guó)亮化工流體流動(dòng)和傳熱北京：化學(xué)工業(yè)出版社20007張言文化工原理60講，北京：輕工業(yè)出版社19978J.M.Coulson and J.F.Richrdson.Chemical Engineering Vol2.3rd ed.oxford:Pergamon,19949C.J Geankoplis. Transport Processes and Unit Operations, 2rd ed.Boston: