《化工原理》緒論

1、Principles of Chemical Engineering（化工原理）1PrincipleA basic idea or rule that explains or controls how something happens or works.2Processes of Chemical Industries3Chemical Processes are the processes that comprise chemical reactions.化學(xué)過程：含有化學(xué)反應(yīng)的過程。Unit Operations are physical processes in chemical in

2、dustries in which there are no chemical processes, or the chemical processes are secondary.單元操作：化工過程中不含化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)次要的物理過程。4PREFACECheck（1）Examination80%（2）Homework10%（3）Note 10%5過程和物系過程：物系狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過物系：作為研究對(duì)象的物質(zhì)6Contents This Course流體流動(dòng)過程(傳動(dòng)過程)：流體輸送、沉降、過濾、（流態(tài)化）等；傳熱過程：熱交換、（蒸發(fā)）等；傳質(zhì)過程：蒸餾、吸收、（萃?。?、干燥、（結(jié)晶）等7T

3、asks of This Course介紹三傳的基本原理。介紹主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造、操作原理、計(jì)算、選型、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究方法。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決單元操作中各種問題的能力。8Units of Physical Quantities1單位：計(jì)量中作為記數(shù)單元所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)量。2單位(計(jì)量)制度：由基本單位和導(dǎo)出單位組成的一系列計(jì)量單位的總稱。93.單位制分類及簡(jiǎn)史10Units of Physical Quantities世界上普遍使用的計(jì)量（單位）制度有兩個(gè)。一個(gè)是10世紀(jì)初由英國人創(chuàng)立的Foot-Pound-Second Measurement System，簡(jiǎn)稱英制(FPS)；另一

4、個(gè)是18世紀(jì)末由法國人發(fā)展的Centimeter-Gram-Second Measurement System，簡(jiǎn)稱物理制(CGS)。后來工程界將物理制發(fā)展為Meter-Kilogram-Second Measurement System，簡(jiǎn)稱米制(MKS)。11Units of Physical Quantities1960年第十一屆國際計(jì)量大會(huì)對(duì)米制進(jìn)行了規(guī)范化，建立了International System of Units，簡(jiǎn)稱國際制(SI)。工程制是工程界在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。12國際單位制基本量長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間基本單位米千克秒工程單位制基本量長(zhǎng)度力時(shí)間基本單位米千克力秒13Inter

5、national System of Units 一千克力定義為一千克質(zhì)量的物體在北緯45o海平面上所受的重力，根據(jù)牛頓第二定律，可知1千克力等于9.80665牛頓。我國目前市場(chǎng)上使用的市制(MS, Market System)是在米制基礎(chǔ)上對(duì)我國舊市制進(jìn)行修改而形成的。14單位換算同一物理量用不同單位計(jì)量時(shí)，其數(shù)值是不同的，又由于目前常用的物理、化學(xué)數(shù)據(jù)和工程圖表仍有許多使用物理制和工程制，所以單位換算在化工計(jì)算中是非常重要的。實(shí)踐證明，單位換算時(shí)，不僅初學(xué)者常常造成混亂，就是很有經(jīng)驗(yàn)的人，如不遵守一定的規(guī)則，也會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。15單位換算單位換算時(shí)，先從查出換算關(guān)系，后將換算關(guān)系代入原單位中即

6、可進(jìn)行單位換算。在化工計(jì)算中，先用換算關(guān)系將各物理量不同單位制的數(shù)值換算成同一種單位制的數(shù)值，然后再進(jìn)行計(jì)算，就能避免差錯(cuò)。16經(jīng)驗(yàn)方程的換算若已知物理量的單位與經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位不相符，則要將已知物理量的單位換算成經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位后才能進(jìn)行運(yùn)算；若經(jīng)驗(yàn)方程要經(jīng)常使用，則可以將經(jīng)驗(yàn)方程加以變換，使經(jīng)驗(yàn)方程中各物理量采用計(jì)算者所希望的單位，這就是經(jīng)驗(yàn)方程的換算。17如Antoine蒸汽壓方程：物理量=數(shù)值單位數(shù)值轉(zhuǎn)換關(guān)系18理 論系統(tǒng)化了的理性認(rèn)識(shí)。客觀事物的本質(zhì)、規(guī)律性的正確反應(yīng)。其重要意義在于指導(dǎo)實(shí)踐。沒有理論指導(dǎo)的實(shí)踐是盲目的實(shí)踐。脫離實(shí)際的理論是空洞的理論。 19理論方程以定義、定

7、律為基礎(chǔ)，經(jīng)邏輯推理而得的某些物理量之間的關(guān)系。其重要意義在于其廣泛的適用性，可以指導(dǎo)實(shí)踐。如流體靜力學(xué)基本方程：可以適用于任何靜止流體。20經(jīng) 驗(yàn)感性認(rèn)識(shí)。是人們?cè)趯?shí)踐過程中，通過自己的肉體感官直接接觸客觀外界而獲得的，對(duì)各種事物的表面現(xiàn)象的初步認(rèn)識(shí)。 21經(jīng)驗(yàn)方程以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，經(jīng)數(shù)學(xué)擬合而得的某些物理量之間的關(guān)系。其特點(diǎn)在于其專用性，可作為理論方程的補(bǔ)充。當(dāng)理論方程較復(fù)雜時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)方程簡(jiǎn)化計(jì)算；當(dāng)沒有理論方程時(shí)，可通過實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)方程以滿足工程應(yīng)用的需要。如Antoine蒸汽壓方程22Dimension“量綱”定義：某類物理量B（可以相互比較的一類物理量）的量綱是該類物理量不同單位的

8、統(tǒng)稱，記為dimB。237個(gè)基本量的量綱量綱長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量發(fā)光強(qiáng)度符號(hào)LMTINJ24導(dǎo)出量Q的量綱導(dǎo)出量Q的量綱可用基本量量綱的組合來表示，即 式中 稱為量綱指數(shù)（因次）25例如：若 Q稱為量綱為1的量，或稱為無量綱量26Dimensionally Homogeneous Equation量綱一致性方程原理：任何一個(gè)理論（物理）方程兩邊的量綱必相等。27Basic and Main TheoryMass Transfer Process(傳質(zhì)過程)Heat Transfer Process(傳熱過程)Momentum Transfer Process(傳動(dòng)過程)28Mat

9、erial Balances物料衡算是質(zhì)量守恒定律在流動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，也就是進(jìn)入和離開某一衡算范圍的質(zhì)量總和之差等于該衡算范圍內(nèi)的質(zhì)量累積，即GI = GO + GAGI -輸入物料的總和GO -輸出物料的總和GA -累積的物料量(accumulate)29若過程中累積的物料量為零，則有：GI=GO 30注意：（1）G的單位：與質(zhì)量或物質(zhì)的量的單位一致；（2）當(dāng)過程沒有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可適用物料、任一組分、任一元素的衡算；（3）當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，只適用于任一元素的衡算。31定態(tài)（穩(wěn)態(tài)）：物料的流速、濃度、溫度、壓強(qiáng)等參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化。一般的連續(xù)操作過程為定態(tài)過程，累積的物料量為零。非定態(tài)（非穩(wěn)態(tài)）：物料的流速、濃度、溫度、壓強(qiáng)等參數(shù)隨時(shí)間的變化而變化。一般的間歇操作（分批操作）過程為非定態(tài)過程，累積的物料量不為零。32進(jìn)行物料衡算時(shí)，先按題意畫出流程圖，并畫出衡算范圍，再進(jìn)行計(jì)算。33Energy Balances能量衡算是能量守恒定律在流動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，也就是進(jìn)入和離開某一衡算范圍的能量總和之差等于該衡算范圍內(nèi)的能量累積，即QI 隨物料進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量，kJ或kw；Q0隨物料離開系統(tǒng)的總熱量，kJ或kw；QL向系統(tǒng)周圍散失的熱量，kJ或kw；QI=Q0+QL34Energy Balances當(dāng)