化工傳遞過程

1、下午9時(shí)35分1 主講：王克冰主講：王克冰下午9時(shí)35分20.1 化工原理課程的地位化工原理課程的地位0.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容0.3 兩種基本研究方法兩種基本研究方法0.4 四個(gè)基本工具四個(gè)基本工具0.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算0.6 學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力緒論緒論 (Introduction）下午9時(shí)35分30.1 化工原理課程的地位化工原理課程的地位結(jié)構(gòu)化學(xué)高分子化學(xué).化學(xué)（單元操作）（單元操作）下午9時(shí)35分40.1 化工原理課程的地位化工原理課程的地位 解決的是為什么某種變化過程能夠發(fā)生，研究解決的是

2、為什么某種變化過程能夠發(fā)生，研究的是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律等；的是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律等； 針對(duì)的是怎么實(shí)現(xiàn)這些變化過程，研究的是實(shí)針對(duì)的是怎么實(shí)現(xiàn)這些變化過程，研究的是實(shí)現(xiàn)某種工業(yè)生產(chǎn)所需要的原料、設(shè)備、工藝流程和現(xiàn)某種工業(yè)生產(chǎn)所需要的原料、設(shè)備、工藝流程和廢棄物處理方法等。廢棄物處理方法等。 下午9時(shí)35分50.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 0.2.1 研究對(duì)象研究對(duì)象例如：天然氣制甲醇生產(chǎn)例如：天然氣制甲醇生產(chǎn) 化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程（Chemical Industrial Processes)：對(duì)原料進(jìn)行化學(xué)加工以獲得有用產(chǎn)品的過程。 甲醇制二甲醚生產(chǎn)甲醇制二甲醚生產(chǎn)圖

3、片圖片下午9時(shí)35分60.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容下午9時(shí)35分70.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容甲醇制二甲醚生產(chǎn)過程甲醇制二甲醚生產(chǎn)過程下午9時(shí)35分80.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容原料原料物理過程物理過程化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)物理過程物理過程產(chǎn)品產(chǎn)品原料原料原料原料產(chǎn)品產(chǎn)品原料原料原料原料產(chǎn)品產(chǎn)品原料原料物理過程物理過程物理過程物理過程化工原理的研究對(duì)象下午9時(shí)35分9物理操作物理操作 單元操作單元操作 (Unit Operation）三傳（化工原理）：三傳（化工原理）： 動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞 熱量傳遞熱量傳遞 質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞一反：化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)一反：化學(xué)反應(yīng)工程學(xué) 化學(xué)工程學(xué)的核心！化學(xué)工程學(xué)的核心！下午9時(shí)35

4、分100.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容0.2.2 單元操作的特點(diǎn)單元操作的特點(diǎn)所有的單元操作都是物理性操作所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。的狀態(tài)或物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。 單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，只是，只是不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序不同。排列順序不同。 單元操作作用于不同的化工過程時(shí)，單元操作作用于不同的化工過程時(shí)，基本原理基本原理相同，所用的設(shè)備也是通用的相同，所用的設(shè)備也是通用的。下午9時(shí)35分110.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容

5、0.2.3 課程任務(wù)課程任務(wù)單元操作包括過程和設(shè)備過程和設(shè)備兩個(gè)方面，要具備以下能力：n 單元操作和設(shè)備選擇的能力n 過程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)能力n 操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的能力n 了解優(yōu)化生產(chǎn)過程的途徑 課程具體研究?jī)?nèi)容：各單元操作的基本原理、所用典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)、設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算和設(shè)備選型。下午9時(shí)35分12通過實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)1、實(shí)驗(yàn)研究法（經(jīng)驗(yàn)法）、實(shí)驗(yàn)研究法（經(jīng)驗(yàn)法）2、數(shù)學(xué)模型法（半理論半經(jīng)驗(yàn)法）、數(shù)學(xué)模型法（半理論半經(jīng)驗(yàn)法）用因次分析法將諸因素轉(zhuǎn)換成無因次數(shù)群分析機(jī)理(合理簡(jiǎn)化)建立物理模型得出數(shù)學(xué)模型0.3 兩種基本研究方法兩種基本研究方法通過實(shí)驗(yàn)確定影響過程的主要因素通過實(shí)驗(yàn)建立無

6、因次數(shù)群間的具體關(guān)系式下午9時(shí)35分13其中：G1 進(jìn)入系統(tǒng)物料總量 G2 離開系統(tǒng)物料總量 GA 累積物料總量(Accumulation) 依據(jù)：質(zhì)量守恒定律G1=G2+GAn 既適于間歇過程，也適于連續(xù)過程對(duì)連續(xù)操作對(duì)連續(xù)操作： G1=G2n 既適于總物料，也適于物料中任一組分或任一元素 1. 物料衡算（物料衡算（Material Balance）0.4 四個(gè)基本工具（重要?。┧膫€(gè)基本工具（重要?。┫挛?時(shí)35分14衡算方法和步驟衡算方法和步驟：1. 畫流程簡(jiǎn)圖，標(biāo)出物流方向。2. 劃定衡算范圍（設(shè)備的局部、整體或一組設(shè)備等）。3. 確定衡算基準(zhǔn)（單位時(shí)間或一批物料），列衡算式。0.4 四

7、個(gè)基本工具四個(gè)基本工具解出D和W易揮發(fā)組分：FxF=DxD+WxW總物料：F=D+W下午9時(shí)35分152. 能量衡算能量衡算（Energy Balance）LQQQ21依據(jù)：能量守衡定律LQwHwH21)()( 衡算步驟與物料衡算一樣，但要選定基準(zhǔn)溫度與狀態(tài)，通常規(guī)定0液體的焓值為0。0.4 四個(gè)基本工具四個(gè)基本工具對(duì)于熱量衡算對(duì)于熱量衡算:其中：Q1 進(jìn)入系統(tǒng)的總能量 Q2 離開系統(tǒng)的總能量 QL 系統(tǒng)的能量損失下午9時(shí)35分160.4 四個(gè)基本工具四個(gè)基本工具LQQQQQ4321QL下午9時(shí)35分17阻力推動(dòng)力過程速率 3. 相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系4. 速率關(guān)系速率關(guān)系推動(dòng)力：推動(dòng)力：過程所

8、處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)之間的距離阻力：阻力：各種因素對(duì)過程速率總的影響表明過程進(jìn)行的方向和達(dá)到的極限表明過程進(jìn)行的快慢0.4 四個(gè)基本工具四個(gè)基本工具下午9時(shí)35分180.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算0.5.1 單位制度（單位制度（Unit Systems)l 導(dǎo)出單位：導(dǎo)出單位：其它物理量的單位可根據(jù)它們與基本量的關(guān)系來確定。l 基本單位：基本單位：選擇幾個(gè)獨(dú)立獨(dú)立的物理量，根據(jù)使用方便的原則規(guī)定出它們的單位。一、基本單位和導(dǎo)出單位一、基本單位和導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位單位制度單位制度基本單位基本單位 對(duì)于基本量及其單位基本量及其單位的選擇不同，歷史產(chǎn)生了不同的單位制度。下午9時(shí)35

9、分19二、國(guó)際單位制（二、國(guó)際單位制（SI，1960年）年）0.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算物理量名稱單位名稱單位符號(hào)長(zhǎng)度米m質(zhì)量千克（公斤）kg時(shí)間秒s電流安【培】A熱力學(xué)溫度開【爾文】K發(fā)光強(qiáng)度砍【德拉】cd物質(zhì)的量摩【爾】moll 7個(gè)基本量和基本單位：個(gè)基本量和基本單位：l 7個(gè)基本量和基本單位：個(gè)基本量和基本單位：l 7個(gè)基本量和基本單位：個(gè)基本量和基本單位：下午9時(shí)35分200.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算l 由基本單位按定義方程式導(dǎo)出的具有專門名稱的導(dǎo) 出單位。如：如： 力力 F=ma Kgm/s2 N 牛牛 壓強(qiáng)壓強(qiáng) P=F/面積面積 N/m2 Pa 帕

10、帕 能能 F距離距離 Kgm2/s2 Nm J 焦焦 功率功率 功功/時(shí)間時(shí)間 Kgm2/s3 J/s W 瓦瓦 .下午9時(shí)35分21物理量名稱物理量名稱 物理量符號(hào)物理量符號(hào)單位名稱單位名稱 單位符號(hào)單位符號(hào) 面積面積A，（，（S）平方米平方米m²體積體積V立方米立方米m³速度速度v米每秒米每秒m/s加速度加速度a米每二次方秒米每二次方秒m/s²頻率頻率f，赫赫【茲【茲】Hz密度密度千克每立方米千克每立方米kg/m³力力F牛?！绢D【頓】N壓強(qiáng)壓強(qiáng)p帕帕【斯卡【斯卡】Pa功功W，（，（A）焦焦【耳【耳】J功率功率P瓦瓦【特

11、【特】W電荷電荷【量【量】Q庫(kù)庫(kù)【侖【侖】C電勢(shì)差電勢(shì)差U，（，（V）伏伏【特【特】V電阻電阻R歐歐【姆【姆】磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B特特【斯拉【斯拉】T光通量光通量流流【明【明】lm光照度光照度勒勒【克斯【克斯】lx放射性活度放射性活度貝可貝可【勒爾【勒爾】Bq吸收劑量吸收劑量戈戈【瑞【瑞】Gy下午9時(shí)35分22我國(guó)法定計(jì)量單位選定的非國(guó)際單位制國(guó)際單位制三、中華人民共和國(guó)法定單位制（三、中華人民共和國(guó)法定單位制（1990年）年）量的名稱單位名稱單位符號(hào)換算關(guān)系和說明時(shí)間分，小時(shí)，天min，h，d旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)每分r/min體積升L1L=1m的-3次方長(zhǎng)度 海里n mile1nmile=1852m

12、 (只用于航程) 0.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算下午9時(shí)35分230.5.2 單位換算單位換算(Conversion of Unit)2. 代入換算式，引入新單位，消去舊單位22)01. 0(81. 9033. 1/033. 1mNcmkgfPamN101330/10013. 1251kgf=9.81N 1cm=0.01m1. 查出原單位與新單位間的關(guān)系，即換算因子。例：將1atm=1.033kgf/cm2換算成SI制，即Pa。0.5 單位制度和單位換算單位制度和單位換算下午9時(shí)35分240.6 學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力學(xué)好本課程應(yīng)注意的問題及培養(yǎng)的能力 1、理論聯(lián)系實(shí)

13、際 2、過程原理與設(shè)備并重 3、掌握研究的方法（四個(gè)工具） 4、著重培養(yǎng)自學(xué)能力、創(chuàng)新能力 5、培養(yǎng)非智力因素（刻苦、勤奮、好學(xué)、多 問、實(shí)干、毅力等） 理論教學(xué)試驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)計(jì)下午9時(shí)35分25主要參考書：主要參考書：1 1、夏青等編，化工原理（上、下冊(cè)）、夏青等編，化工原理（上、下冊(cè)）2 2、王志魁，化工原理、王志魁，化工原理3 3、陳敏恒，化工原理、陳敏恒，化工原理4 4、蔣維鈞等編，化工原理、蔣維鈞等編，化工原理5 5、清華大學(xué)化工系編，傳遞過程與單元操作、清華大學(xué)化工系編，傳遞過程與單元操作6 6、祁存謙等編，化工原理、祁存謙等編，化工原理7 7、柴誠(chéng)敬等編，化工原理課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)、柴

14、誠(chéng)敬等編，化工原理課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)下午9時(shí)35分26本章小結(jié)本章小結(jié)下午9時(shí)35分271.了解化工原理的研究對(duì)象了解化工原理的研究對(duì)象2. 熟悉單元操作的分類。熟悉單元操作的分類。2. 熟練掌握物料衡算和能量衡算方法。熟練掌握物料衡算和能量衡算方法。3. 熟練掌握單位換算方法。熟練掌握單位換算方法。下午9時(shí)35分28【例【例】在兩個(gè)蒸發(fā)器中，每小時(shí)將在兩個(gè)蒸發(fā)器中，每小時(shí)將5000kg的無機(jī)鹽水溶液的無機(jī)鹽水溶液從從12（質(zhì)量，下同）濃縮到（質(zhì)量，下同）濃縮到30%。第二蒸發(fā)器比第一。第二蒸發(fā)器比第一蒸發(fā)器多蒸出蒸發(fā)器多蒸出5%的水分。試求：的水分。試求：（1）各蒸發(fā)器每小時(shí)蒸）各蒸發(fā)器每小時(shí)蒸出

15、水分的量；（出水分的量；（2） 第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。 3) 選擇衡算基準(zhǔn)（連續(xù)操作以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，選擇衡算基準(zhǔn)（連續(xù)操作以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，間歇操作以一批操作為基準(zhǔn)）間歇操作以一批操作為基準(zhǔn)） 本題由于連續(xù)操作，以本題由于連續(xù)操作，以1小時(shí)為基準(zhǔn)。小時(shí)為基準(zhǔn)。解：解：1) 首先畫一個(gè)流程圖表示進(jìn)行的過程。首先畫一個(gè)流程圖表示進(jìn)行的過程。用方框表用方框表示設(shè)備，輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示。示設(shè)備，輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示。 2) 劃定衡算的范圍。劃定衡算的范圍。為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，以整個(gè)流程為衡算范圍，用以整個(gè)流程為衡算范

16、圍，用一圈封閉的虛線一圈封閉的虛線畫出畫出。下午9時(shí)35分29蒸發(fā)器蒸發(fā)器1蒸發(fā)器蒸發(fā)器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1 F2x2=0.3 4) 確定衡算對(duì)象確定衡算對(duì)象 求求各蒸發(fā)器蒸出的水量（各蒸發(fā)器蒸出的水量（W1、W2），列出兩個(gè)衡算式。），列出兩個(gè)衡算式。)(112200 xFxFxFkg/h6 .1536kg/h 4 .146321WW由題意知由題意知1205. 1WW kg/h300021WWkg/h20002F23 . 012. 05000F代入已知數(shù)據(jù)，得：代入已知數(shù)據(jù)，得：對(duì)對(duì)總物料總物料作衡算：作衡算：2125000WWF對(duì)對(duì)鹽鹽作物料衡算：作物料衡

17、算：下午9時(shí)35分30%97.161697. 01xkg/h6 .35361F解得：解得：14 .14635000F1112. 05000 xF 代入已知數(shù)據(jù)，得：代入已知數(shù)據(jù)，得：110FWF 對(duì)總物料作衡算：對(duì)總物料作衡算：1100 xFxF 第一個(gè)蒸發(fā)器送出的溶液濃度第一個(gè)蒸發(fā)器送出的溶液濃度x1，以蒸發(fā)器，以蒸發(fā)器1為衡算范圍。為衡算范圍。對(duì)鹽作物料衡算：對(duì)鹽作物料衡算：蒸發(fā)器蒸發(fā)器1蒸發(fā)器蒸發(fā)器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1 F2x2=0.3下午9時(shí)35分31【例【例】在換熱器里將平均比熱為在換熱器里將平均比熱為3.56kJ/（kg）的某）的某溶液自溶液自25

18、加熱到加熱到80，溶液流量為，溶液流量為1.0kg/s，加熱介質(zhì)，加熱介質(zhì)為為120的飽和水蒸氣，其消耗量為的飽和水蒸氣，其消耗量為0.095kg/s，蒸氣冷，蒸氣冷凝成同溫度的飽和水排出。試計(jì)算此換熱器的熱損失占凝成同溫度的飽和水排出。試計(jì)算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。換熱器換熱器120飽和水蒸氣飽和水蒸氣0.095kg/s120飽和水飽和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液溶液 80溶液溶液 1.0kg/s解：根據(jù)題意畫出流程圖及衡算范圍。解：根據(jù)題意畫出流程圖及衡算范圍。Q3Q4Q1Q2Q損失下午9時(shí)35分32kW3 .346893 .257IQkW8902556. 30 . 12Q溶液帶入的熱量溶液帶入的熱量：kW3 .2579 .2708095. 01Q蒸氣帶入的熱量：蒸氣帶入的熱量： 解：基準(zhǔn)：解：基準(zhǔn)：1s，在圖中在圖中虛線范圍內(nèi)作熱量衡算虛線范圍內(nèi)作熱量衡算 從表中查出從表中查出120飽和水蒸氣的焓值為飽和水蒸氣的焓值為2708.9k