化工原理課件緒論部分

1、講講 授授：劉劉 詩詩 麗麗TelTel：1860535753818605357538化化 工工 原原 理理（上（上 、下冊）、下冊）EmailEmail： 課課 程程 說說 明明 專業(yè)必修課程專業(yè)必修課程 理論課考核方式（理論課考核方式（平時平時30%+期末期末70%） 化工原理實(shí)驗(yàn)化工原理實(shí)驗(yàn)( (獨(dú)立設(shè)課）獨(dú)立設(shè)課） 考核方式（考核方式（平時平時50%+期末期末50%） 教 材n柴誠敬主編n普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材n化工原理n北京: 高等教育出版社n2005年6月（第一版）參 考 教 材 (1) 柴誠敬,張國亮. 化工流體流動與傳熱. 第二版 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007

2、 (2) 夏清，陳常貴. 化工原理，上冊. 天津: 天津大 學(xué)出版社, 2005 緒論 第一章 流體流動 第二章 流體輸送機(jī)械 第三章 非均相混和物分離及固體流態(tài)化 第四章 液體攪拌 第五章 傳熱 第六章 蒸發(fā) 4 講講 授授 內(nèi)內(nèi) 容容 ( (上冊）上冊） 講講 授授 內(nèi)內(nèi) 容容 ( (下冊）下冊） 第七章 傳質(zhì)與分離過程概論第八章 氣體吸收第九章 蒸餾第十章 液-液萃取和液-固浸取第十一章 固體物料的干燥第十二章 其他分離方法了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容了解本課程的性質(zhì)、內(nèi)容初步掌握化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)初步掌握化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)掌握國際單位制的構(gòu)成、使用方法掌握國際單位制的構(gòu)成、使用方法化

3、工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)國際單位制單位的使用國際單位制單位的使用教學(xué)目的：教學(xué)目的：重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)難點(diǎn)：第一章第一章 緒論緒論( (introduction)introduction)初步掌握單元操作的分類與特點(diǎn)初步掌握單元操作的分類與特點(diǎn) 了解工程學(xué)科的研究方法了解工程學(xué)科的研究方法第一章第一章 緒論緒論( (introduction)introduction)無機(jī)化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)理論知識理論知識 實(shí)踐實(shí)踐？H2N2catalystNH3原料氣中的雜質(zhì)如何去除？原料氣中的雜質(zhì)如何去除？反應(yīng)條件應(yīng)如何控制？反應(yīng)條件應(yīng)如何控制？化工化工 原理原理化工原理化工原理是理

4、工科專業(yè)學(xué)生本科階段所學(xué)的唯一一門與是理工科專業(yè)學(xué)生本科階段所學(xué)的唯一一門與生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系的學(xué)科。生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系的學(xué)科。 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論生產(chǎn)實(shí)踐生產(chǎn)實(shí)踐化工原理化工原理化工化工化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)(chemical industry)化學(xué)工程化學(xué)工程(chemical engineering science)化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)：是通過各種化工生產(chǎn)過程生產(chǎn)各種化學(xué)產(chǎn)品的一種工業(yè)。如醫(yī)藥、鋼鐵、石油、造紙、紡織、農(nóng)藥、礦山?；瘜W(xué)工程化學(xué)工程：是研究和探討是研究和探討化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中中共同性操作共同性操作的規(guī)律及其工程性質(zhì)的問題，并應(yīng)的規(guī)律及其工程性質(zhì)的問題，并應(yīng)用這些規(guī)律來解決化工生

5、產(chǎn)問題的科學(xué)。用這些規(guī)律來解決化工生產(chǎn)問題的科學(xué)。 化學(xué)工程的研究對象：化學(xué)工程的研究對象：化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程_簡稱化工過程簡稱化工過程(chemical process)化工過程化工過程( (chemical process)chemical process)原料原料物理物理、化學(xué)化學(xué)變化變化符合要求的符合要求的產(chǎn)品產(chǎn)品化工過程化工過程化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程是化工生產(chǎn)的核心核心，在，在反應(yīng)器反應(yīng)器中進(jìn)行中進(jìn)行物理變化過程：物理變化過程：干燥、蒸餾、流體輸送等干燥、蒸餾、流體輸送等尿素尿素(urea) 生產(chǎn)流程生產(chǎn)流程冷凝液氨二氧化碳泵壓縮合合 成成分 解 分 離吸 收蒸 發(fā)分

6、 離冷凝減壓干燥造粒尿素尿素NH2CONH2含氨凝液水蒸氣冷卻水 吸 收丙烯腈回收乙腈回收輕組分分離精 餾高沸物丙烯腈丙烯腈乙腈HCN丙烯氨空氣流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器丙烯腈丙烯腈(propylene cyanide)合成的流程合成的流程單元操作單元操作(chemical engineering unit operation)單元操作單元操作：在化工生產(chǎn)過程中，具有共同的物理變化，：在化工生產(chǎn)過程中，具有共同的物理變化，遵循共同的物理學(xué)定律，具有某種作用的基本操作。遵循共同的物理學(xué)定律，具有某種作用的基本操作。單元操作的特點(diǎn)：單元操作的特點(diǎn)：1 1、它們都是物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性

7、質(zhì)。、它們都是物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)。2 2、都是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，每個化工過程都是由、都是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，每個化工過程都是由若干個單元操作適當(dāng)?shù)卮?lián)成的。若干個單元操作適當(dāng)?shù)卮?lián)成的。3 3、某個單元操作作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其基本原理、某個單元操作作用于不同的化工生產(chǎn)過程，其基本原理都是相同的。都是相同的。單元操作的研究內(nèi)容包括“過程”和“設(shè)備”兩個方面。尿素尿素生產(chǎn)和生產(chǎn)和丙烯腈丙烯腈合成中的基本單元合成中的基本單元過程過程尿素生產(chǎn)尿素生產(chǎn)丙烯腈生產(chǎn)丙烯腈生產(chǎn)主導(dǎo)規(guī)律主導(dǎo)規(guī)律流體動力過程流體動力過程(動量傳遞過程動量傳遞過程)流體的輸送流體的輸送氣體

8、的壓縮氣體的壓縮氣液的分離氣液的分離系統(tǒng)的減壓系統(tǒng)的減壓流體的輸送流體的輸送催化劑的流化催化劑的流化流體靜力學(xué)和動流體靜力學(xué)和動力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律熱量傳遞過程熱量傳遞過程蒸餾中的加熱蒸餾中的加熱蒸氣的冷凝蒸氣的冷凝蒸發(fā)蒸發(fā)流體間的換熱流體間的換熱加熱加熱冷凝冷凝傳導(dǎo)、對流、輻傳導(dǎo)、對流、輻射的傳熱規(guī)律射的傳熱規(guī)律質(zhì)量傳遞過程質(zhì)量傳遞過程精餾精餾(氣液傳質(zhì)氣液傳質(zhì))干燥干燥(氣液傳質(zhì)氣液傳質(zhì))精餾精餾(氣液傳質(zhì)氣液傳質(zhì))吸收吸收(氣液傳質(zhì)氣液傳質(zhì))解吸解吸(氣液傳質(zhì)氣液傳質(zhì))相平衡和兩相間相平衡和兩相間擴(kuò)散傳質(zhì)規(guī)律擴(kuò)散傳質(zhì)規(guī)律化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程尿素合成反應(yīng)尿素合成反應(yīng)丙烯腈合成反應(yīng)丙烯腈合成

9、反應(yīng)綜合傳遞過程和綜合傳遞過程和化學(xué)反應(yīng)規(guī)律化學(xué)反應(yīng)規(guī)律根據(jù)物理本質(zhì)的不同，單元操作可歸納為三種不根據(jù)物理本質(zhì)的不同，單元操作可歸納為三種不同的同的傳遞過程傳遞過程：質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞(mass transfer)動量傳遞動量傳遞(momentum transfer)熱量傳遞熱量傳遞(heat transfer)單元操作單元操作簡稱簡稱“三傳三傳”所有的單元操作都可分解為動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞這三種傳遞過程和它們的結(jié)合。三種傳遞過程現(xiàn)象中存在著類似的規(guī)律和內(nèi)在的聯(lián)系。傳遞過程是聯(lián)系各單元操作的一條主線。本課程的內(nèi)容本課程的內(nèi)容(content)化工過程化工過程化工原理化工原理傳遞過程：傳遞

10、過程：“三傳三傳”化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程反應(yīng)器反應(yīng)器理論：理論：“一反一反”化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程(reactor engineering)是化學(xué)工程一個新的分支，是化學(xué)工程一個新的分支，它以熱力學(xué)、動力學(xué)以及它以熱力學(xué)、動力學(xué)以及“三傳三傳”原理為基礎(chǔ)，研究工業(yè)規(guī)?；頌榛A(chǔ)，研究工業(yè)規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)的規(guī)律，為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造提供理論依據(jù)。學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造提供理論依據(jù)。 本課程只討論本課程只討論三傳三傳基本原理。基本原理?！叭齻饕环慈齻饕环础眴卧僮骰瘜W(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)化工原理課程的研究方法1、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)，依靠試驗(yàn)來確定過程變

11、量之間的關(guān)系，通過量綱為一數(shù)群（或稱準(zhǔn)數(shù)）構(gòu)成的關(guān)系式來表達(dá)。是一種工程上通用的基本方法。2、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法） 在對實(shí)際過程的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下，作出某種合理簡化，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)。 研究工程問題的方法是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。 化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)化工計(jì)算分為設(shè)計(jì)型計(jì)算操作型計(jì)算所用基本關(guān)系：質(zhì)量守恒能量守恒平衡關(guān)系速率關(guān)系 1、質(zhì)量守衡質(zhì)量守衡(principle of mass conservation)對于某一個劃定的范圍（一個工廠、一個車間、一臺設(shè)備等）：對于某一個劃定的范圍（一個工廠、一個車

12、間、一臺設(shè)備等）：+累積量累積量溢流普通貯槽普通貯槽FV非定態(tài)流動非定態(tài)流動普通貯槽普通貯槽FV非定態(tài)流動非定態(tài)流動恒位槽恒位槽FV定態(tài)流動定態(tài)流動累積量累積量0物料衡算物料衡算(mass balance)輸入的物料量（輸入的物料量（F）=輸出的物料量（輸出的物料量（V）化工過程計(jì)算的理論基礎(chǔ)2、能量守恒能量守恒(principle of energy conservation) 定態(tài)條件下：定態(tài)條件下： 輸入的能量輸出的能量輸入的能量輸出的能量有反應(yīng)熱效應(yīng)的條件下：有反應(yīng)熱效應(yīng)的條件下： 輸入的能量輸入的能量+反應(yīng)放出能量輸出的能量反應(yīng)放出能量輸出的能量+系統(tǒng)中累積能量系統(tǒng)中累積能量能量衡算

13、能量衡算(energy balance)對于某一個劃定的范圍對于某一個劃定的范圍 輸入的能量輸出的能量輸入的能量輸出的能量+累積量累積量3、物系的平衡關(guān)系物系的平衡關(guān)系包括包括：熱平衡、相平衡、壓力平衡、化學(xué)平衡等：熱平衡、相平衡、壓力平衡、化學(xué)平衡等作用作用：利用平衡關(guān)系，可以判斷某個過程能否進(jìn)行、進(jìn)行：利用平衡關(guān)系，可以判斷某個過程能否進(jìn)行、進(jìn)行 的方向如何、過程能夠達(dá)到的極限。的方向如何、過程能夠達(dá)到的極限。平衡狀態(tài)的兩種屬性：屬性：相對性和可變性相對性和可變性利用平衡的可變性使平衡向有利于生產(chǎn)的方向移動。4、過程速率過程速率：單位時間內(nèi)過程的變化率，它決定設(shè)備的生：單位時間內(nèi)過程的變化

14、率，它決定設(shè)備的生 產(chǎn)能力。產(chǎn)能力。 過程推動力（）過程推動力（）過程的速率（過程的速率（r） 過程阻力（過程阻力（R）推動力推動力是過程在某一瞬間物系的狀態(tài)偏離平衡的程度，可以是過程在某一瞬間物系的狀態(tài)偏離平衡的程度，可以是壓力差、位差、溫度差、濃度差等。是壓力差、位差、溫度差、濃度差等。NOTENOTE：在提高速率的同時不應(yīng)降低物料的利用率，也不宜使在提高速率的同時不應(yīng)降低物料的利用率，也不宜使設(shè)備投資過高。設(shè)備投資過高。國際單位制國際單位制(international unit system)1、國際單位制（國際單位制（SI）的組成的組成物理量名稱物理量名稱單位名稱單位名稱單位符號單位符

15、號基基本本單單位位輔助輔助單位單位長度長度質(zhì)量質(zhì)量時間時間電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度物質(zhì)的量物質(zhì)的量平面角平面角立體角立體角米米(meter)千克千克(kilogram)秒秒(second)安安培培(ampere)開開爾文爾文(kelvin)坎坎德拉德拉(candela)摩摩爾爾(mole)弧度弧度(radian)球面度球面度(spherical)mkgsAKcdmolradsr（2）國際單位制詞頭：）國際單位制詞頭：m（10-3）、）、k（103）等等（1）國際單位制單位：）國際單位制單位：7個基本單位、個基本單位、 2個輔助單位、導(dǎo)出單位個輔助單位、導(dǎo)出單位2、國際單位制單位的使用國際單位制單位的使用國際單位制國際單位制(international unit system)（1）所有的國際單位制單位的符號都用羅馬字正體書寫；）所有的國際單位制單位的符號都用羅馬字正體書寫；（2）國際單位制單位的符號，除來源于人名的專有名稱（如）國際單位制單位的符號，除來源于人名的專有名稱（如J、 W、