【大學(xué)課件】化工原理Principles of Chemical Engineering（多學(xué)時(shí)課堂教學(xué)）

化工原理化工原理是化學(xué)工程學(xué)科的核心課程，涵蓋了化學(xué)工程的基本原理和單元操作。本課程將深入探討物質(zhì)平衡、能量平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等關(guān)鍵概念。課程概述目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生掌握化工過(guò)程的基本原理和應(yīng)用能力。內(nèi)容涵蓋物質(zhì)平衡、能量平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等核心知識(shí)點(diǎn)。地位是化工專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。物質(zhì)平衡一般原理定義物質(zhì)在化工過(guò)程中的輸入、輸出和積累關(guān)系。基本方程輸入=輸出+積累應(yīng)用用于分析和設(shè)計(jì)化工過(guò)程，確保物料的合理利用。物質(zhì)平衡在單元操作中的應(yīng)用蒸餾計(jì)算各組分在不同相中的分配。萃取確定溶劑用量和萃取效率。吸收計(jì)算氣體吸收量和吸收劑用量。能量平衡一般原理1定義系統(tǒng)能量的輸入、輸出和轉(zhuǎn)化關(guān)系。2基本方程?E=Q-W（能量變化=熱量-功）3應(yīng)用優(yōu)化化工過(guò)程的能量利用，提高能效。能量平衡在單元操作中的應(yīng)用換熱器計(jì)算熱交換效率和所需傳熱面積。反應(yīng)器分析反應(yīng)熱效應(yīng)，確定冷卻或加熱需求。蒸發(fā)器計(jì)算蒸發(fā)所需能量和蒸汽消耗量?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基本概念反應(yīng)速率單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化。反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的數(shù)學(xué)關(guān)系。速率常數(shù)反映反應(yīng)速度快慢的參數(shù)?；罨芊磻?yīng)發(fā)生所需的最小能量?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響因素1溫度影響反應(yīng)速率常數(shù)。2壓力影響氣相反應(yīng)的平衡。3濃度直接影響反應(yīng)速率。4催化劑降低活化能，加快反應(yīng)速度。反應(yīng)器設(shè)計(jì)及應(yīng)用1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析確定反應(yīng)速率方程。2反應(yīng)器類(lèi)型選擇批量、連續(xù)攪拌或管式反應(yīng)器。3尺寸計(jì)算基于物料平衡和能量平衡。4操作條件優(yōu)化溫度、壓力和停留時(shí)間。傳質(zhì)操作：擴(kuò)散原理分子擴(kuò)散分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的傳質(zhì)。對(duì)流傳質(zhì)流體整體運(yùn)動(dòng)引起的傳質(zhì)。界面?zhèn)髻|(zhì)兩相之間的物質(zhì)傳遞。傳質(zhì)操作在單元操作中的應(yīng)用吸收氣體組分向液相的傳遞。吸附氣體或液體組分在固體表面的富集。萃取溶質(zhì)在兩種不互溶液體間的分配。流體力學(xué)：流體性質(zhì)及測(cè)量密度單位體積的質(zhì)量，影響流體靜壓力。粘度流體內(nèi)部摩擦力，影響流動(dòng)阻力。表面張力液體表面的收縮力，影響界面現(xiàn)象。測(cè)量方法密度計(jì)、粘度計(jì)和表面張力儀等。流體力學(xué)：流動(dòng)原理連續(xù)性方程描述流體質(zhì)量守恒原理。伯努利方程描述流體能量守恒原理。雷諾數(shù)判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的無(wú)量綱數(shù)。流體流動(dòng)在單元操作中的應(yīng)用泵用于液體輸送，選型基于流量和壓頭。壓縮機(jī)用于氣體壓縮，考慮壓縮比和功耗。管道流體輸送系統(tǒng)，計(jì)算壓降和流速。熱量傳遞：基本原理1導(dǎo)熱熱量在固體中的傳遞。2對(duì)流熱量在流體運(yùn)動(dòng)中的傳遞。3輻射通過(guò)電磁波傳遞熱量。熱量傳遞在單元操作中的應(yīng)用換熱器利用導(dǎo)熱和對(duì)流原理實(shí)現(xiàn)熱量交換。蒸發(fā)器通過(guò)相變實(shí)現(xiàn)熱量傳遞和濃縮。冷凝器利用相變?cè)韺?shí)現(xiàn)氣體冷卻和液化。加熱爐結(jié)合輻射和對(duì)流原理實(shí)現(xiàn)高溫加熱。蒸餾：基本原理及應(yīng)用1理論基礎(chǔ)利用組分沸點(diǎn)差異實(shí)現(xiàn)分離。2平衡關(guān)系氣液相平衡決定分離效果。3操作方式連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。4應(yīng)用領(lǐng)域石油分餾、酒精提純等。吸附與離子交換：原理及應(yīng)用吸附原理利用固體表面吸附特性分離氣體或液體中的組分。離子交換原理利用離子交換樹(shù)脂選擇性交換離子。應(yīng)用氣體純化、廢水處理、軟化水等。萃取：基本原理及應(yīng)用原理利用溶質(zhì)在兩種不互溶液體中的不同溶解度進(jìn)行分離。萃取劑選擇基于分配系數(shù)和選擇性。操作方式單級(jí)萃取和多級(jí)逆流萃取。應(yīng)用藥物提取、金屬分離等。干燥：基本原理及應(yīng)用原理通過(guò)蒸發(fā)或升華去除固體中的水分。干燥曲線描述含水率隨時(shí)間的變化。干燥方法對(duì)流干燥、接觸干燥和輻射干燥。應(yīng)用食品加工、制藥、化工產(chǎn)品干燥等?；旌吓c分離操作的綜合應(yīng)用混合均勻分散多種組分。過(guò)濾分離固液混合物。離心分離利用密度差分離混合物。過(guò)程設(shè)計(jì)：工藝流程圖1符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)使用統(tǒng)一的設(shè)備和管道符號(hào)。2物料流向清晰標(biāo)注各物流的走向。3主要設(shè)備標(biāo)明反應(yīng)器、分離設(shè)備等。4控制點(diǎn)標(biāo)注關(guān)鍵參數(shù)的控制位置。過(guò)程設(shè)計(jì)：設(shè)備選型和參數(shù)確定設(shè)備類(lèi)型根據(jù)工藝要求選擇合適的設(shè)備類(lèi)型。尺寸計(jì)算基于物料平衡和能量平衡確定設(shè)備尺寸。材料選擇考慮腐蝕性、溫度等因素選擇材料。操作參數(shù)確定溫度、壓力、流量等關(guān)鍵參數(shù)。過(guò)程控制：基本原理1反饋控制根據(jù)輸出調(diào)節(jié)輸入。2前饋控制預(yù)測(cè)干擾提前調(diào)節(jié)。3級(jí)聯(lián)控制多層次控制策略。4比例積分微分控制PID控制器的應(yīng)用。過(guò)程控制：自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制目標(biāo)確定明確需要控制的參數(shù)。控制策略選擇選擇適合的控制方法。儀表選型選擇合適的傳感器和執(zhí)行器。控制器調(diào)優(yōu)優(yōu)化控制參數(shù)以提高系統(tǒng)性能。環(huán)境保護(hù)：污染防治技術(shù)廢水處理物理、化學(xué)和生物處理方法。廢氣處理吸附、吸收和催化燃燒等技術(shù)。固廢處理資源化、無(wú)害化處理技術(shù)。安全與環(huán)保：作業(yè)場(chǎng)所安全個(gè)人防護(hù)正確使用防護(hù)設(shè)備。設(shè)備安全定期檢查和維護(hù)設(shè)備。應(yīng)急預(yù)案制定并演練緊急情況處置方案。安全培訓(xùn)定期開(kāi)展安全意識(shí)和操作培訓(xùn)。化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)實(shí)踐操作能力。內(nèi)容包括流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等典型單元操作實(shí)驗(yàn)。方法結(jié)合理論講解、實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析?；ぴ碇?/p>