化工原理第一講

1、化工原理 （上）緒論1本課程的性質(zhì)和內(nèi)容1)性質(zhì)：化工原理是在高等數(shù)學、物理學、物理化學等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，屬工程學科，具有工程性和實用性,應(yīng)用范圍廣。2）內(nèi)容：把原材料加工成有價值產(chǎn)品的過程。一個化工生產(chǎn)過程所包括的步驟分為兩類： 一是化學反應(yīng)過程二是單元操作過程：化工生產(chǎn)中基本的物理處理過程。1單元操作特點：1）.都是物理操作。2）.都是化工生產(chǎn)過程中共有的操作。3）.用于不同化工生產(chǎn)過程的同一單元操作，其原理相同，所用設(shè)備亦通用?；卧僮鞯哪康氖牵何锪系妮斔?；物料物理狀態(tài)的改變；混合物料的分離。三傳理論：動量；熱量；質(zhì)量一反：化學反應(yīng)22 單位制與單位換算1） 單位

2、制7個基本量：長度:m；時間:s；質(zhì)量:kg；電磁強度:A(安培)；發(fā)光強度:cd(燭光)；物質(zhì)的量:mol(摩爾)；熱力學溫度:K。2個輔助量：平面角:rad(弧度)；立體角:sr(球面度)。特點：1.通用性；2.一貫性。我國法定計量單位國際單位制選定的非國際單位制32 ）單位換算.物理量：由一種單位換算成另一種單位時，量本身并不變化，只是數(shù)值要變化，換算時要乘或除以兩單位間的換算因數(shù)。換算因數(shù)：如；1m100cm，則換算因數(shù)為100cm/m 或0.01m/cm例0-1：已知1atm=1.033kgf/cm2,試用Pa表示。解：查附錄1知：1kgf=9.81N, 1cm2=10-4m2換算因

3、數(shù)：9.81N/kgf, 10-4m2/cm243）經(jīng)驗公式(數(shù)字公式)借助實驗或半實驗、半理論的方法處理得到的公式。它只反映各有關(guān)物理量之間的數(shù)字關(guān)系，每個符號只代表物理量的數(shù)字部分，而這些數(shù)字又與特定單位對應(yīng)。因此，使用經(jīng)驗公式時，各物理量必須采用指定單位。經(jīng)驗公式的單位換算，也可采用換算因數(shù)將規(guī)定單位換算成所要求單位。例0-2:水蒸汽在空氣中擴散系數(shù)為：式中：D擴散系數(shù)，ft2/h； P壓強，atm； T蘭氏溫度，oR。試將式中各符號單位換算成 D:m2/s；P:Pa；T:K53 物料衡算 遵循質(zhì)量守恒定律通式：GiGo+GA 適用于：1.任何指定的空間范圍；2.過程所涉及的全部變化：無

4、化學變化；混合物任一組分都符合此通式；有化學變化：各元素符合此通式；3.間歇、連續(xù)操作：間歇操作： GA0連續(xù)操作： GA06物料衡算的步驟：1.繪簡圖：方框表設(shè)備，箭頭表輸入輸出物流方向，箭頭旁注明條件。2.定基準：間歇操作：以一批物料為基準；連續(xù)操作：以單位時間為基準。3.劃范圍：其邊界要與待計算的物流相交4.列算式：總物料衡算式，1個某組分物料衡算式，N-1個7物料衡算舉例例0-1:已知原料液流量為1000kg/h，含20KNO3，進入蒸發(fā)器，蒸出水分W kg/h，濃縮液為S kg/h，含KNO350進入結(jié)晶器，結(jié)晶產(chǎn)品為P kg/h，含96KNO3，循環(huán)母液R kg/h，含37.5KN

5、O3，回到蒸發(fā)器再循環(huán)，求W,S,P,R各為多少kg/h？蒸發(fā)器結(jié)晶器1000kg/h20KNO3W kg/hS kg/h50KNO3P kg/h96KNO3R kg/h37.5KNO3IIIIII 解：1.繪簡圖： 2.定基準：1h 3.劃范圍：范圍I，II，III見圖84.列算式：方框I：總物料：1000=W+PKNO3組分:10000.2=W0+P0.96蒸發(fā)器結(jié)晶器1000kg/h20KNO3W kg/hS kg/h50KNO3P kg/h96KNO3R kg/h37.5KNO3IIIIIIW=791.7 kg/hP=208.3 kg/h方框II：總物料：S=P+RKNO3組分:S0.

6、5=P0.96+R0.375S=974.8 kg/hR=766.5 kg/h94 熱量衡算 遵循能量守恒定律熱量衡算通式： Qi=Qo+Q (wH) i=(wH)o+Q1物料所具有的熱量由顯熱與潛熱兩部分組成，稱為焓(H，kJ/kg)。焓值為一相對值，且與狀態(tài)有關(guān)，所以熱量衡算時必須規(guī)定基準溫度和基準狀態(tài)，通?；鶞蔬x273K液態(tài)(即此時H)。2熱量除了伴隨物料進出系統(tǒng)外，還可通過設(shè)備外殼、管壁由系統(tǒng)向外界散失或由外界傳入系統(tǒng)，只要系統(tǒng)與外界存在溫度差，就有熱量的散失或傳入，稱熱損失QL。10熱量衡算舉例例0-2:在換熱器中將平均比熱為3.56kJ/(kg.)的某種溶液自25加熱到80，溶液流量

7、為1.0kg/s。加熱介質(zhì)為120的飽和水蒸汽，其消耗量為0.095kg/s，蒸汽冷凝成同溫度的飽和水后排出。試計算換熱器的熱損失占水蒸汽所提供熱量的百分數(shù)。換熱器25溶液1.0kg/s80溶液1.0kg/s120飽和水蒸汽0.095kg/s120飽和水0.095kg/s解：1.繪簡圖2.定基準：1s，0，液體3.劃范圍：以換熱器為衡算范圍114.列算式：查附錄九：120飽和水蒸汽H=2708.9kJ/kg，120飽和水H=503.67kJ/kg，則：1.03.56(25-0)+0.0952708.9=1.03.56(80-0)+0.095503.67+QL換熱器25溶液1.0kg/s80溶液

8、1.0kg/s120飽和水蒸汽0.095kg/s120飽和水0.095kg/sQL=13.70 kW水蒸汽提供熱量：Q=0.095(2708.9-503.67)209.5 kW熱損失百分數(shù)13.70/209.5=6.5412本章總結(jié)掌握單元操作與化工生產(chǎn)過程的概念掌握物料衡算、熱量衡算、單位制與單位換算了解本課程的性質(zhì)、任務(wù)與內(nèi)容13第一章 流體流動1.0 概述：流體：氣體和液體的統(tǒng)稱。流體的特性：流動性；無固定形狀，隨容器的形狀而變化；在外力作用下其內(nèi)部發(fā)生相對運動。流體流動規(guī)律在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用：解決流體的輸送問題；壓力、流速、流量的測量；為強化設(shè)備能力提供適宜的條件。141.1.1 流體

9、的密度定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用表示，單位kg/m。其表達式： 密度為流體的物性參數(shù)，隨溫度、壓力而變化。 1.純氣體的密度氣體的密度與溫度和壓力有關(guān)。一般當壓力不太高、溫度不太低的情況下，可按理想氣體處理。這樣，純氣體的密度計算公式為：1.1 流體的物理性質(zhì)151).根據(jù)狀態(tài)方程計算上標“”表查的狀態(tài)無上標表操作狀態(tài)下標“0”表標準狀態(tài)無下標表操作狀態(tài) 2).根據(jù)標準狀態(tài)計算16 3).根據(jù)操作狀態(tài)計算2 氣體混合物的平均密度對理想氣體，各組分混合前后質(zhì)量不變，則1m3混合液體的質(zhì)量等于各組分單獨存在時的質(zhì)量之和。即混合氣體的密度m可按下式計算：m=yii 式中：yi組分i在

10、混合物中的體積分率(質(zhì)量分率)； i組分i單獨存在時密度，kg/m3。仿照純氣體密度的計算：式中：Mm混合物平均分子量，g/kmol。 Mm=Miyi Mi組分i的分子量，kg/kmol； yi組分i的摩爾分率。173.純液體的密度液體的密度一般只隨溫度而變化，壓力的影響可忽略不計。純液體的密度可從有關(guān)手冊中查取。4 液體混合物的平均密度對理想溶液，各組分混合前后體積不變，則1kg混合液體的體積等于各組分單獨存在時的體積之和。即混合液體的密度m可按下式計算：1/m=ai/i 式中：ai組分i在混合物中的質(zhì)量分率； i組分i單獨存在時密度，kg/m3。181.1.2 流體的粘性和理想流體1 牛頓粘性定律流體具有的特性：一方面，具有流動性，即無固定形狀，在外力作用下其內(nèi)部產(chǎn)生相對運動。另一方面，在運動的狀態(tài)下，流體還具有抗拒內(nèi)在向前運動的特性，稱為粘性。這兩方面是互為矛盾的兩方面。粘性的存在使得流體流過固體壁面時，對壁面有粘附力作用，因而形成了一層靜止的流體層。同時由于流體內(nèi)部分子間的相互作用