天津大學(xué)化工原理第1講-緒論概要課件

面向?qū)I(yè)：化工與制藥類

主講教師：胡建明

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邵陽學(xué)院生化系《化工原理》面向?qū)I(yè)：化工與制藥類

主講教師：胡建明

聯(lián)系方第1講緒論教學(xué)內(nèi)容：（1）課程簡介：介紹《化工原理》課程的性質(zhì)、地位、教學(xué)目的與要求及主要教學(xué)內(nèi)容。（2）化工過程與單元操作。（3）單位制度與單位換算。教學(xué)重點：單元操作的概念，單位制度及單位換算。教學(xué)難點：單位換算。第1講緒論教學(xué)內(nèi)容：1、《化工原理》課程簡介(1).地位、性質(zhì)：

《化工原理》是化學(xué)工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，以高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、工程制圖等課程為基礎(chǔ)，并為后期專業(yè)課（如分離工程、反應(yīng)工程、化工工藝學(xué)等）的學(xué)習(xí)和今后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。(2).目的和任務(wù)：

《化工原理》是以單元操作為主線，研究單元操作的基本原理、所用典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)、設(shè)備工藝尺寸的設(shè)計計算或選型。①掌握單元操作通用的學(xué)習(xí)方法和分析問題的思路，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的觀點方法；能對工業(yè)單元操作進(jìn)行調(diào)節(jié)并優(yōu)化；對工業(yè)裝置進(jìn)行工藝計算、對主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)計與選型；②學(xué)會以經(jīng)濟核算為杠桿，增加解決工程實際問題的能力。1、《化工原理》課程簡介(1).地位、性質(zhì)：(1).化工生產(chǎn)過程---對原料進(jìn)行大規(guī)模的加工處理，使其不僅在狀態(tài)與物理性質(zhì)上發(fā)生變化，而且在化學(xué)性質(zhì)上也發(fā)生變化，成為合乎要求的產(chǎn)品。2、

化工原理研究的對象（化工生產(chǎn)過程單元操作）各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理產(chǎn)品、中間產(chǎn)品物理變化過程目的：除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度和壓力化學(xué)變化過程(反應(yīng)過程)：通過化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)分離過程（物理變化過程）：過濾、精餾、吸收、干燥等(1).化工生產(chǎn)過程---對原料進(jìn)行大規(guī)模的加工處理，例：nC2H4

［C2H4］n例：nC2H4［C2H4］n(2).單元操作分析：各種化工過程差別很大，步驟繁簡不一，但尋找其共性，則可歸納為兩大類：A：以化學(xué)反應(yīng)為主的步驟，多在反應(yīng)器中進(jìn)行，如：管式反應(yīng)器、反應(yīng)釜、合成塔等。B：以物理變化為主的步驟→單元操作(unitoperation)

定義：化工生產(chǎn)過程中的物理加工過程稱為單元操作。----即為化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)所要研究的對象與內(nèi)容。(2).單元操作分析：各種化工過程差別很大，步驟繁簡不一，(3).單元操作的特點①他們都是物理性操作，故只改變物質(zhì)的狀態(tài)和物理性質(zhì)，不改變化學(xué)性質(zhì)。②他們都是化工生產(chǎn)中共有的操作，但不同的化工過程所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序各異。③某單元操作用于不同的化工過程，其原理并無不同，進(jìn)行該操作的設(shè)備往往也是通用的?！畛Ｒ妴卧僮饔校毫黧w輸送、沉降、過濾、離心分離、攪拌、傳熱、蒸發(fā)、吸收、精餾、萃取、結(jié)晶、干燥、膜分離等。(3).單元操作的特點①他們都是物理性操作，故只改變物質(zhì)(4)．單元操作的分類1）按單元操作的目的分類①物料的增壓、減壓和輸送；②物料的混合或分散；③物料的加熱或冷卻；④混合物（均相混合物、非均相混合物）的分離。2）根據(jù)單元操作所遵循的基本規(guī)律分類①

遵循流體動力學(xué)基本規(guī)律的動量傳遞過程(momentumtransferprocess)。

以流體力學(xué)為基礎(chǔ)，研究流體流動及流體和與之接觸的固

體壁面間發(fā)生相對運動時的基本規(guī)律。典型的單元操作有：

流體輸送、沉降、過濾、離心分離、攪拌、固體流態(tài)化等。(4)．單元操作的分類1）按單元操作的目的分類②遵循傳熱基本規(guī)律的

熱量傳遞過程(heattransferprocess)。

以熱量傳遞理論為基礎(chǔ)，研究傳熱的基本規(guī)律。典型的單元操作有：加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等。(4)．單元操作的分類③遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的

質(zhì)量傳遞過程(masstransferprocess)。

以質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)，研究物質(zhì)通過相界面發(fā)生遷移過程的基本規(guī)律。典型的單元操作有：蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。②遵循傳熱基本規(guī)律的

熱量傳遞過程(he3、研究方法：“兩條主線”（1）統(tǒng)一的研究對象——傳遞過程動量傳遞過程（單相或多相流動）；熱量傳遞過程（簡稱）傳熱）；質(zhì)量傳遞過程（簡稱傳質(zhì)）。傳遞過程成為統(tǒng)一的研究對象，也是聯(lián)系各單元操作的一條主線?！叭齻鳌?/p>

+“一反”構(gòu)成各種化工工藝制造過程。（2）研究工程問題的方法每個單元操作都是在特定的設(shè)備中完成的，設(shè)備復(fù)雜的幾何形狀和多變的物性及各種不確定因素的干擾，不可能對實際過程進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述。由此產(chǎn)生了兩種基本的研究方法：實驗研究方法------實驗法或經(jīng)驗法數(shù)學(xué)模型法------半理論半經(jīng)驗的方法3、研究方法：“兩條主線”（1）統(tǒng)一的研究對象——傳遞過程4．學(xué)習(xí)本課程的總體要求（1）能理論聯(lián)系實際用工程和經(jīng)濟觀點解決化工單元操作中的各類問題。（2）會篩選出合理的單元操作，完成給定的生產(chǎn)任務(wù)。（3）在設(shè)備設(shè)計工作中會尋求和應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)或公式。（4）能管理和調(diào)試運轉(zhuǎn)的設(shè)備，遇到故障時通過分析能找出原因并及時排除故障。（5）具有獨立進(jìn)行科學(xué)研究和強化設(shè)備的能力。（6）初步具有開發(fā)新設(shè)備和新的單元操作能力。注意：①要理論聯(lián)系實際；②過程原理與設(shè)備并重；③掌握研究解決問題的方法。4．學(xué)習(xí)本課程的總體要求（1）能理論聯(lián)系實際用工程和經(jīng)濟觀點5、單位制度（無單位的數(shù)字毫無意義）(1)．單位制度單位制：基本單位與導(dǎo)出單位的總和?；締挝唬涸诿恳环N單位制中，選擇幾個獨立的物理量，規(guī)定其單位，稱為基本量?；玖康膯挝环Q為基本單位。導(dǎo)出單位：通過基本單位而導(dǎo)出的單位稱為導(dǎo)出單位。①物理單位制（cgs）：cm、g、s②國際單位制（SI）：m、kg、s、K、mol、cd、A③工程單位制：m、kgf（公斤力）※注意：①②屬絕對單位制系統(tǒng)——以質(zhì)量為基本單位③屬重力單位制系統(tǒng)——以力為基本單位5、單位制度（無單位的數(shù)字毫無意義）(1)．單位制度A、基本單位7個。其中：力學(xué)范疇—m、kg、s；熱力學(xué)范疇—K；化學(xué)和分子物理學(xué)范疇—mol；光學(xué)范疇—cd（坎德拉，簡稱“坎”，表示發(fā)光強度）；電學(xué)范疇—A。B、常用的導(dǎo)出單位：

Pa·s（粘度）、Pa（N/m2）（壓強）、m/s（速度）

J(N·m)（能量）（熱、功）、W（J/s）（功率）等。C、常用冠詞表示倍數(shù)或分?jǐn)?shù)：M（106、兆）、K（103、千）、h（102、百）、da（101、十）、d（10-1、分）、c（10-2、厘）、m（10-3、毫）、μ（10-6、微）、n（10-9、納）。SI制：A、基本單位7個。其中：力學(xué)范疇—m、kg、s；熱力學(xué)范疇—6、單位換算(1).單位制度的正確運用①統(tǒng)一單位制度：數(shù)據(jù)+單位計算。理論公式—根據(jù)物理規(guī)律建立的物理量方程。②規(guī)定單位：數(shù)據(jù)計算經(jīng)驗公式—根據(jù)實驗結(jié)果整理建立的。(2).單位換算方法①根據(jù)換算因數(shù)換算：適用于簡單物理量的換算。②單位逐個換算：將復(fù)雜的單位分解成簡單的單位逐個換算。適用于導(dǎo)出單位。6、單位換算(1).單位制度的正確運用

例0-1：從已有資料中查出常溫下苯的導(dǎo)熱系數(shù)λ為0.0919BTU/（ft·h·℉），試從基本單位開始，將苯的導(dǎo)熱系數(shù)單位換算成W/(m·℃)。

解：單位換算時，一般先從附錄二查出原單位與要換算的新單位間的關(guān)系，即單位換算因子。由附錄二查出：

1m=3.2808ft，1J=9.486×10-4BTU，1℃=1.8℉，1h=3600S，則：例0-1：從已有資料中查出常溫下苯的導(dǎo)熱系例0-2：管壁對周圍空氣的對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗公式為：式中——管壁對周圍空氣的對流傳熱系數(shù)BTU/（h·ft2·℉），

G——空氣的質(zhì)量速度，lb/(ft2.h);D——管子外徑，ft。試對上式進(jìn)行換算，將單位改為國際制單位。解：查附錄得：1kg=2.20462lb,1ft=0.3048m,1h=3600S,1BTU=1.055×103J,1℃=1.8℉(1)質(zhì)量速度G的換算例0-2：管壁對周圍空氣的對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗公式為：式中(2)外徑D的換算(3)對流傳熱系數(shù)α的換算將（1）（2）（3）代入：(2)外徑D的換算(3)對流傳熱系數(shù)α的換算將（1）

課堂練習(xí)1

一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1atm)的壓強等于1.033kgf/cm2，將其換算成SI制單位。解：1kgf=9.81N，1cm=0.01m，則：課堂練習(xí)1一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1atm)

課堂練習(xí)2

已知某一傳熱過程的傳熱系數(shù)為0.05cal/(cm2.s.℃)，試將其換算成國際制單位W/（m2·K）。解：1cal=4.18J，1cm=0.01m，1℃=1K（