化工生產(chǎn)過程

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering1本課程為制藥工程專業(yè)必修課總課時：110學(xué)時，7學(xué)分其中，本學(xué)期85學(xué)時，

實驗25學(xué)時2

化工原理課程簡介

課程性質(zhì)課程任務(wù)課程內(nèi)容課程要求

工程性、實踐性強專業(yè)基礎(chǔ)課具有橋梁作用開發(fā)、設(shè)計、操作、強化

動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞自學(xué)能力創(chuàng)新能力理論聯(lián)系實際開發(fā)：選擇合適的過程及設(shè)備（按經(jīng)濟合理性、技術(shù)可行性、污染小、能耗低）設(shè)計：選擇設(shè)備的型號及主要尺寸（根據(jù)工藝對設(shè)備的要求）操作：如何進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的不同要求

強化

改造現(xiàn)有的生產(chǎn)過程和設(shè)備以提高效率（包括增產(chǎn)、降耗、節(jié)能）理論教學(xué)實驗教學(xué)課程設(shè)計3緒論一、化工生產(chǎn)過程二、單元操作及分類三、化工原理的傳遞過程四、單元操作中常用的基本概念五、單位換算4

一、化工過程原料前處理化學(xué)加工后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)達(dá)到必要的純度，物理變化過程生成新的物質(zhì)，化學(xué)變化過程精制、分離達(dá)必要的純度，物理變化過程化工過程包括化學(xué)反應(yīng)過程和物理過程。5單元操作特點：①所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質(zhì)，并不改變化學(xué)性質(zhì)。②單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，只是不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序不同。③單元操作作用于不同的化工過程時，基本原理相同，所用的設(shè)備也是通用的。

二、單元操作單元操作：化工生產(chǎn)中不涉及到化學(xué)反應(yīng)的一系列操作過程UnitOperations6單元操作的分類傳遞基礎(chǔ)單元操作名稱目

的流體流動(動量傳遞)流體輸送沉降過濾攪拌流態(tài)化以一定流量將流體從一處送到另一處。從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒、液滴或氣泡。從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒。使物料混和均勻或使過程加速。用流體使固體顆粒懸浮并使其具有流體狀態(tài)的特性。熱量傳遞換熱蒸發(fā)使物料升溫、降溫或改變相態(tài)。使溶液中的溶劑受熱汽化而與不揮發(fā)的溶質(zhì)分離，達(dá)到溶液濃縮。質(zhì)量傳遞吸收蒸餾萃取浸取吸附離子交換膜分離液體吸收劑分離氣體混合物。利用均相液體混合物中各組分揮發(fā)度不同使液體混合物分離。液體萃取劑分離均相液體混合物。液體浸漬固體物料，將其中的可溶組分分離出來。固體吸附劑分離氣體或液體混合物。離子交換劑從溶液中提取或除去某些離子。固體膜或液體膜分離氣體、液體混合物。熱、質(zhì)傳遞干燥增(減)濕結(jié)晶加熱固體使其所含液體汽化而除去。調(diào)節(jié)氣體中的水汽含量。使溶液中的溶質(zhì)變成晶體析出。7

單元操作

制藥生產(chǎn)是以化學(xué)變化和化學(xué)、物理處理為主要特征的生產(chǎn)過程，其原料來源廣泛，產(chǎn)品種類繁多，加工過程復(fù)雜多樣，但是，在各種過程中，除化學(xué)反應(yīng)外，其余步驟可歸納為單元操作（UnitOperation）：流體的輸送，沉降，過濾，攪拌，壓縮，傳熱，蒸發(fā)，結(jié)晶，干燥，精餾，吸收，萃取等等。

8三、化工原理課程的傳遞過程傳遞過程（從物理本質(zhì)上說又下列三種）(1)動量傳遞過程（單相或多相流動）；(2)熱量傳遞過程——傳熱(3)質(zhì)量傳遞過程——傳質(zhì)表1所列各單元操作皆歸屬傳遞過程，于是，傳遞過程成為統(tǒng)一的研究對象，也是聯(lián)系各單元操作的一條主線。三傳+一反構(gòu)成各種工藝制造過程，三傳又有彼此類似的規(guī)律可以合在一起研究，形成傳遞過程這門學(xué)科，是單元操作在理論方面的深入發(fā)展。9四.單元操作中常用的基本概念

1.物料衡算

2.能量衡算

3.物系的平衡關(guān)系

4.傳遞速率

101．物料衡算

(1)衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律非定態(tài)：輸入=輸出＋積存定態(tài)：輸入量=輸出量輸入系統(tǒng)輸出積累定態(tài)過程與非定態(tài)過程定態(tài)過程：物理量不隨時間而變，只隨位置變非定態(tài)：物理量隨時間和位置都變。11(2)衡算方法：a.

畫物料流程示意圖，流向用箭頭表示，標(biāo)明數(shù)據(jù)與待求量b.

確定衡算基準(zhǔn)：一般以單位進(jìn)料或出料量、時間或設(shè)備的單位體積c.

劃定衡算范圍，列衡算式，求解例：連續(xù)蒸發(fā)過程總物料衡算：F=V+W溶質(zhì)物料衡算：FxF=WxW+VxVVxVWxwFxF

蒸發(fā)器12

例：在兩個蒸發(fā)器中，每小時將5000kg的無機鹽水溶液從12％（質(zhì)量％）濃縮到30%。第二蒸發(fā)器比第一蒸發(fā)器多蒸出5%的水分。試求：（1）各蒸發(fā)器每小時蒸出水分的量；（2）第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。

解：首先畫一個流程圖表示進(jìn)行的過程用方框表示設(shè)備，輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示。

劃定衡算的范圍為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，以整個流程為衡算范圍，用一圈封閉的虛線畫出。13選擇衡算基準(zhǔn)（連續(xù)操作以單位時間為基準(zhǔn)，間歇操作以一批操作為基準(zhǔn)）由于連續(xù)操作，以1小時為基準(zhǔn)。蒸發(fā)器1蒸發(fā)器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.314

確定衡算對象此題中有兩個未知數(shù)，蒸發(fā)的水量及送出的鹽溶液量B，因此，我們就以不同衡算對象列出兩個衡算式。對鹽作物料衡算：對總物料作衡算：代入已知數(shù)據(jù)，得：由題意知15

求第一個蒸發(fā)器送出的溶液濃度，選擇第一個蒸發(fā)器為衡算范圍。對鹽作物料衡算：

對總物料作衡算：

代入已知數(shù)據(jù)，得：解得：162.能量衡算衡算依據(jù)：能量守恒定律非定態(tài)：輸入=輸出＋積存定態(tài)：輸入量=輸出量指明基準(zhǔn)溫度（一般物料的焓從0℃算起，也可選其它溫度作基準(zhǔn)，必須指明）

17

例：在換熱器里將平均比熱為3.56kJ/（kg·℃）的某溶液自25℃加熱到80℃，溶液流量為1.0kg/s，加熱介質(zhì)為120℃的飽和水蒸氣，其消耗量為0.095kg/s，蒸氣冷凝成同溫度的飽和水排出。試計算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。解：根據(jù)題意畫出流程圖

換熱器120℃飽和水蒸氣0.095kg/s120℃飽和水0.095kg/s1.0kg/s25℃溶液80℃溶液1.0kg/s18基準(zhǔn)：1s在圖中虛線范圍內(nèi)作熱量衡算從附錄查出120℃飽和水蒸氣的焓值為2708.9kJ/kg，120℃飽和水的焓值為503.67kJ/kg。在此系統(tǒng)中輸入的熱量：蒸氣帶入的熱量：溶液帶入的熱量：輸出的熱量：

19冷凝水帶出的熱量：

溶液帶出的熱量：

根據(jù)能量衡算式，有：

熱量損失的百分?jǐn)?shù)=

203.平衡關(guān)系

過程的平衡問題說明過程進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限。當(dāng)過程不是處于平衡態(tài)時，則此過程必將以一定的速率進(jìn)行。例如傳熱過程，當(dāng)兩物體溫度不同時，即溫度不平衡，就會有凈熱量從高溫物體向低溫物體傳遞，直到兩物體的溫度相等為止，此時過程達(dá)到平衡，兩物體間也就沒有凈的熱量傳遞。214.傳遞速率

傳遞過程的速率和傳遞過程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)的距離及其它很多因素有關(guān)。傳遞過程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)之間的距離通常稱為過程的推動力。例如兩物體間的傳熱過程，其過程的推動力就是兩物體的溫度差。增大速率可通過：增大推動力或減小阻力來實現(xiàn)

通常存在以下關(guān)系式：

22五、物理量的單位

表0-1國際單位制的基本單位量

的

名

稱單

位

名

稱單

位

符

號長

度米m質(zhì)

量千

克kg時

間秒s電

流安

培A熱力學(xué)溫度開爾文K物質(zhì)的量摩

爾mol23表0-2國際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位量

的

名

稱單

位

名

稱單

位

符

號其它表示式示例頻率赫茲Hzs－1力；重力牛頓N㎏·m/s2壓力（壓強），應(yīng)力帕斯卡PaN/m2能量，功，熱焦耳JN·m功率瓦特WJ/s攝氏溫度攝氏度℃*24表0-3CGS制與工程制的基本單位

CGS制工程制量的名稱長度質(zhì)量時間溫度長度力時間溫度單位符號cmgs℃mkgfs℃25[例0-1]已知1atm=1.033kgf·cm-2，試將此壓強換算為SI單位。1kgf=1kg×９.８１ｍ·ｓ－２＝９.８１Ｎ所以，1atm=１.０３３×９.８１Ｎ（１０－２ｍ）－２＝１.０１３Ｎｍ－２

例題26參考文獻(xiàn)姚玉英等主編：化工原理，天津科技出版社

柴誠敬等主編：化工原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)，天津科技出版社

叢德滋等主編：化工原理詳解與應(yīng)用化學(xué)工業(yè)出版社

何潮洪等主編：化工原理習(xí)題精解科學(xué)出版社

朱家驊等主編化工原理科學(xué)出版社

管國鋒化工原理化學(xué)工業(yè)出版社

王志魁化工原理化學(xué)工業(yè)出版社

譚天恩等主編：化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社27化工原理課程基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)生物學(xué)學(xué)科交叉、融合發(fā)展出新的學(xué)科28?？29過程工程相關(guān)課程間的關(guān)系圖30化工是物質(zhì)合成、提取與制造的科學(xué)與技術(shù)，可以合成地球已有物質(zhì)，亦可制造地球沒有的功能物質(zhì)；是21世紀(jì)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展策略，解決資源、能源以及環(huán)境危機，提高人類生存質(zhì)量和保證國家與民眾安全的核心基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)。國際公認(rèn)化學(xué)科學(xué)與工程是一門專業(yè)跨度大學(xué)科交叉性強，是國民經(jīng)濟許多傳統(tǒng)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)、科學(xué)基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，有為廣譜性工業(yè)服務(wù)的特征，該學(xué)科作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的原動力。31化工信息材料航天生命輕工食品能源環(huán)境建筑農(nóng)牧業(yè)化肥農(nóng)藥高能電池。。。醫(yī)藥功能材料添加劑