化工原理上課0-緒論-08藥學(xué)(1學(xué)時(shí))課件

1、化 工 原 理 教 師 孫金堂 電 話 7696327 Email sunjintangPrinciples of Chemical Engineering1教學(xué)計(jì)劃課堂講授：圍繞教學(xué)大綱進(jìn)行講授，以教材為藍(lán)本，但對(duì)教材中的內(nèi)容有所增減，自成體系。 （上冊(cè)第 5章、下冊(cè)第 2、3章不講，自學(xué)）。實(shí)驗(yàn)教學(xué)：通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生理解所學(xué)理論。實(shí)驗(yàn)(32學(xué)時(shí))：柏努利方程、流體阻力、離心泵、傳熱、蒸餾、吸收、干燥、固體流態(tài)化、膜分離共8個(gè)實(shí)驗(yàn)。 輔導(dǎo)答疑：考前作業(yè) (1) 每周交一次，不用抄題，但要寫清楚頁(yè)碼、題號(hào)2考核(1)考勤 10% (2) 作業(yè) 20% (3) 考試（閉卷） 70% （平

2、時(shí)成績(jī)按百分制每缺課1次扣10分，每缺作業(yè)1 次扣5分）（平時(shí)成績(jī)按百分制每缺課1次扣10分，每缺作業(yè)1 次扣5分）（平時(shí)成績(jī)按百分制每缺課1次扣10分，每缺作業(yè)1 次扣5分）（平時(shí)成績(jī)按百分制每缺課1次扣10分，每缺作業(yè)1 次扣5分）(2)計(jì)算題求解步驟和要求（也適用于考試）：a.要寫出已知條件和求解參數(shù)（10%）b.一般要畫出簡(jiǎn)圖（10%）c.解題步驟層次清晰，公式要準(zhǔn)確 ( 50%)d.已知數(shù)據(jù)和單位一起代入公式 ( 20% )e. 計(jì)算結(jié)果(要求保留3位或4位有效數(shù)字） (10%) (3) 作業(yè)紙張32開(半張A4)，個(gè)人統(tǒng)一規(guī)格，便于裝訂3本章主要內(nèi)容一、化工原理課程的任務(wù)、內(nèi)容、性

3、質(zhì)、 特點(diǎn)二、四個(gè)基本概念三、單位及單位換算四、化工原理課程的目的(培養(yǎng)四種能力）五、主要參考書籍六、化工原理學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)4研究化工 單元操作 的基本原理：典型化工單元設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)選型以及工藝尺寸的計(jì)算。 高等數(shù)學(xué)物理學(xué)物理化學(xué)從復(fù)雜事物中排除非主要因素，抽出關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以合理的簡(jiǎn)化方式建立物理和數(shù)學(xué)模型，解決工程問(wèn)題。綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)，有目的地解決工程實(shí)際問(wèn)題目的并不只是 認(rèn)識(shí)一些自然現(xiàn)象，而是解決真實(shí)的、復(fù)雜的生產(chǎn)問(wèn)題?；ぴ碇饕獌?nèi)容理論基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)工程學(xué)科概 括5基 本 化 工 過(guò) 程原料預(yù)處理反 應(yīng)后處理產(chǎn)品化學(xué)反應(yīng)工程化工原理7基 本 制 藥 過(guò) 程原料預(yù)處理反 應(yīng)后處

4、理原料藥有機(jī)合成反應(yīng)工程學(xué)化工原理(單元操作)產(chǎn)品制 劑藥劑學(xué)制藥工程學(xué)8 研究各種單元操作的基本原理，典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能，工程和設(shè)備的基本計(jì)算方法，選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件，探索過(guò)程的強(qiáng)化途徑和方向。 其目的是滿足工藝要求。 一、化工原理課程的任務(wù)、內(nèi)容、性質(zhì)、特點(diǎn)1、化工原理課程的任務(wù)10化工常用單元操作單元操作目 的物 態(tài)原 理傳遞過(guò)程流體輸送輸 送液或氣輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞攪 拌混合或分散氣-液、液-液、固-液輸入機(jī)械能過(guò) 濾非均相混合物分離氣-固液-固尺度不同的截留沉 降氣-固液-固密度差引起的沉降運(yùn)動(dòng)加 熱 冷 卻升溫、降溫改變物態(tài)液或氣利用溫度差傳入或移出熱量熱量傳遞蒸 發(fā)溶劑與不揮發(fā)

5、溶質(zhì)的分離液體供熱以汽化溶劑具體的單元操作2、化工原理課程的內(nèi)容11化工常用單元操作 ( 續(xù) )單元操作目 的物 態(tài)原 理傳遞過(guò)程氣體吸收均相混合物分離氣體混合物各組分在溶劑中的溶解度不同質(zhì)量傳遞液體精餾液體混合物各組分揮發(fā)度不同萃 取液體混合物各組分在溶劑中的溶解度不同吸 附液或氣各組分在溶劑中的吸附能力不同干 燥除濕固或液供熱汽化熱、質(zhì)同時(shí)傳遞12理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的工程研究方法4、特點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)方法理論方法相似準(zhǔn)則：利用經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)和工程放大。量綱分析：得出無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)方程，使實(shí)驗(yàn)參數(shù)最少，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)。利用基本定律對(duì)過(guò)程的微觀機(jī)理進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述建立數(shù)學(xué)模型。注：該方法著眼于過(guò)程參數(shù)

6、的整體變化，不究其微觀機(jī)理， 得到的結(jié)果帶局限性 ，不可任意推廣。3、性質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課工程學(xué)科實(shí)用性經(jīng)濟(jì)性安全性14課程研究主線 用研究工程問(wèn)題的方法解決傳遞過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，是化工原理課程研究的主線。不同的單元操作的組合傳遞過(guò)程成千上萬(wàn)的具體工藝過(guò)程151、物料衡算設(shè)計(jì)設(shè)備尺寸之前，要確定所處理的物料量研究方法：（1）劃定衡算范圍（確定研究系統(tǒng)）；（2）定出衡算基準(zhǔn)。非穩(wěn)態(tài)過(guò)程輸入輸出積累系統(tǒng)輸出輸入積累系統(tǒng)輸出輸入穩(wěn)態(tài)過(guò)程積累 0輸入輸出17 考慮進(jìn)出設(shè)備的物料本身的焓，與從外界加入或外界送出的熱。有化學(xué)反應(yīng)時(shí)則還包括反應(yīng)所吸收或放出的熱（反應(yīng)熱）。 （1）劃定衡算范圍（確定研究

7、系統(tǒng)）；（2）定出衡算基準(zhǔn)：物料基準(zhǔn)、溫度基準(zhǔn)。2、熱量衡算研究方法：非穩(wěn)態(tài)過(guò)程輸入輸出積累系統(tǒng)輸出輸入積累系統(tǒng)輸出輸入穩(wěn)態(tài)過(guò)程積累0輸入輸出183、物系的平衡關(guān)系物系的平衡可以用來(lái)判斷過(guò)程能否進(jìn)行，以及進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限。 當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，過(guò)程就會(huì)停止，平衡狀態(tài)是過(guò)程進(jìn)行的極限。194、過(guò)程速率 任何一個(gè)物系，如果不是處于平衡狀態(tài)，必然存在一個(gè)趨向平衡的過(guò)程，而過(guò)程的快慢即過(guò)程的速率受多方面的影響。 過(guò)程的推動(dòng)力依具體過(guò)程有所不同，它可以是壓差、溫度差或濃度差等。過(guò)程速率反映了過(guò)程進(jìn)行的快慢程度。20三、單位及單位換算美國(guó)氣象衛(wèi)星的“失足” 計(jì)量單位的重要性 1998

8、年2月，美國(guó)宇航局（NASA）發(fā)射探測(cè)火星氣象的衛(wèi)星失事。預(yù)定于1999年9月23日抵達(dá)火星，然而衛(wèi)星沒(méi)有進(jìn)入預(yù)定的軌道。 問(wèn)題出在有些資料的計(jì)量單位沒(méi)有把英制轉(zhuǎn)換成公制，錯(cuò)誤起自承包工程的洛克希德馬丁航天公司。 這個(gè) “小錯(cuò)誤”造成的損失:僅衛(wèi)星的造價(jià)就高達(dá) 1.25 億美元。21單位制基 本 單 位長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間溫度物質(zhì)的量力SImkgsKkmol工程mskgfcgscmgsmksmkgs英制ftlb s22【例 0-1】某物質(zhì)的比熱容 cp =1.00 BTU / (IbF)，試從基本單位換算入手，將其換算為 SI 單位，即 kJ / (kg) （參考：書 p3- p4例題 ）解：查表：

9、1.00 BTU = 1.005 kJ 1 lb = 0.4536 kg 1 F = 5/9 1=1.005 kj/BTU1=1 lb/0.4536kg1=1 F/(5/9) 24解：解：（1）結(jié)晶產(chǎn)品量 P 及水分蒸發(fā)量 W首先根據(jù)題意畫出過(guò)程示意圖。例0-2【例 0-2】質(zhì)量百分比為20%的KNO3水溶液，以1000kg/h的流量送入蒸發(fā)器。在常壓、149條件下蒸出部分水，得到濃度為50%的濃縮液。該濃縮液送入結(jié)晶器冷卻至38后，析出含有4%結(jié)晶水的KNO3晶體并不斷分離出去；濃度為37.5%的KNO3飽和母液則返回蒸發(fā)器循環(huán)處理。試求結(jié)晶產(chǎn)品量 P、水分蒸發(fā)量 W、循環(huán)母液量 R 及濃縮

10、溶液量 S。(參考：書 p5- p7例題 ）蒸發(fā)器結(jié)晶器料液1000kg/h20%KNO3R kg/h37.5%KNO3S kg/h50%KNO3結(jié)晶產(chǎn)品P kg/h4% 水水，W kg/h蒸發(fā)器結(jié)晶器25例0-2 c（2）循環(huán)母液量 R 及濃縮溶液量 S S = R + P = R + 208.3 S（0.50）= R（0.375）+ 208.3（1-0.04） 解得 R = 766.5 kg/h料液1000kg/h20%KNO3R kg/h37.5%KNO3S kg/h50%KNO3結(jié)晶產(chǎn)品P kg/h4% 水水，W kg/h蒸發(fā)器結(jié)晶器料液1000kg/h20%KNO3R kg/h37.

11、5%KNO3S kg/h50%KNO3結(jié)晶產(chǎn)品P kg/h4% 水水，W kg/h蒸發(fā)器結(jié)晶器對(duì)結(jié)晶器作總物料衡算及 KNO3 衡算(粉紅色虛框可不畫） S = 947.8 kg/h27四、化工原理課程的目的(培養(yǎng)四種能力）1、培養(yǎng)單元操作和設(shè)備選擇的能力：根據(jù)生產(chǎn)工藝 要求和物系特性，合理地選擇單元操作及設(shè)備。2、工程設(shè)計(jì)能力：學(xué)習(xí)進(jìn)行工藝過(guò)程計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)3、操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的能力4、過(guò)程開發(fā)或科學(xué)研究能力掌握規(guī)律 診斷過(guò)程 開發(fā)工藝 強(qiáng)化操作 創(chuàng)新設(shè)計(jì)28五、主要參考書籍1、柴誠(chéng)敬等編，化工原理課程學(xué)習(xí)指導(dǎo) 天津大學(xué)出版社， 2005，第2版2、姚玉英等編，化工原理學(xué)習(xí)指南-問(wèn)題與習(xí)題

12、解析 天津大學(xué)出版社， 2003，第1版3、柴誠(chéng)敬、夏清主編，化工原理學(xué)習(xí)指南 高等教育出版社，2007，第1版29六、化工原理學(xué)習(xí)應(yīng)注意： 2、重視計(jì)算和例題，掌握基本解題思路和計(jì)算方法，計(jì)算要準(zhǔn)確。 3、注意本課程的性質(zhì)、特點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果除了準(zhǔn)確之外，還要 從工程的角度考慮其結(jié)果的合理性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。 5、重視附錄及教材中圖、表、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的使用，已知數(shù)據(jù)要擴(kuò)展 6、與計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)結(jié)合，有些習(xí)題可編程解決或直接利用 EXCEL 計(jì)算、做圖。 4、重視實(shí)驗(yàn)，注意觀察管路、設(shè)備的結(jié)構(gòu)，增加感性認(rèn)識(shí)。 1、課時(shí)少，內(nèi)容多，加之以多媒體教學(xué)，每節(jié)課信息量大， 且第一次接觸工程內(nèi)容，學(xué)習(xí)有一定難度，所

13、以最好要有 預(yù)習(xí)，必須復(fù)習(xí)。 30 書p8：1、5作 業(yè)31重力沉降含塵氣體凈化氣體顆粒降塵室操作示意圖32離心沉降 33流態(tài)化 34流化床干燥器35過(guò) 濾36蒸 發(fā)37蒸發(fā)示意動(dòng)畫38萃 取39另外，還有熱力過(guò)程（制冷）、粉體工程（粉碎、顆粒分級(jí)、流態(tài)化）等單元操作。單元操作分類 ：（1）遵循流體動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律的單元操作，包括流體輸送、沉降、過(guò)濾、物料混合（攪拌）。（2）遵循熱量傳遞基本規(guī)律的單元操作，包括加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等。（3）遵循質(zhì)量傳遞基本規(guī)律的單元操作，包括蒸餾、吸收、萃取、吸附、膜分離等。從工程目的來(lái)看，這些操作都可將混合物進(jìn)行分離，故又稱之為分離操作。（4）同時(shí)遵循熱質(zhì)傳遞規(guī)律的單元操作，包括氣體的增濕與減濕、結(jié)晶、干燥等。小結(jié)40單元操作之特