化工原理上冊(cè)天津大學(xué)柴誠(chéng)敬緒論課件

《化工原理》（上冊(cè)）1教材柴誠(chéng)敬主編普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材化工原理（上冊(cè)）北京:高等教育出版社2005年6月（第一版）2

(1)柴誠(chéng)敬,張國(guó)亮.化工流體流動(dòng)與傳熱.第二版

北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007(2)夏清，陳常貴.化工原理，上冊(cè).天津:天津大

學(xué)出版社,2005(3)W.L.McCabe,J.C.Smith.UnitOperationsof

ChemicalEngineering,6thed.NewYork:

McGraw.HillInc.,2001參考教材30.1化工原理課程的內(nèi)容和特點(diǎn)

緒論5化學(xué)工業(yè)和化學(xué)工程化學(xué)工業(yè)是將自然界中的各種物質(zhì)資源通過(guò)物理和化學(xué)的方法加工成具有規(guī)定質(zhì)量的物質(zhì)的工業(yè)?；瘜W(xué)工程是一門工程技術(shù)學(xué)科，它研究化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的基本規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律解決化工生產(chǎn)中的問(wèn)題?；瘜W(xué)工業(yè)是一個(gè)包含多個(gè)行業(yè)的工業(yè)部門?；瘜W(xué)工業(yè)包括石油煉制和裂解、煤焦化及煤焦油工業(yè)、基本有機(jī)合成工業(yè)、高分子合成、氯堿、制酸、化肥、以及精細(xì)化學(xué)工業(yè)等。產(chǎn)品歸納起來(lái)可分為25類化工產(chǎn)品根據(jù)技術(shù)密集高低、附加值利潤(rùn)大小、品種類型、產(chǎn)量多少、更新速度快慢以及應(yīng)用范圍不同又可分為兩大類。一類是通用化學(xué)品，另一類是精細(xì)化學(xué)品6化工產(chǎn)品種類繁多，制取的化工原料卻有限?？煞譃闊o(wú)機(jī)和有機(jī)原料兩大類。無(wú)機(jī)原料主要有空氣水和化學(xué)礦物；有機(jī)主要是煤、石油、天然氣和生物質(zhì)等。原料選擇原則1、考慮原料品位能否滿足生產(chǎn)要求，來(lái)源是否充足穩(wěn)定可靠。2、分析原料的經(jīng)濟(jì)性。要對(duì)原料路線和工藝路線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)衡。3、從綜合利用原料資源考察原料使用合理性。在遵守國(guó)家有關(guān)資源保護(hù)的法令和條例，兼顧聯(lián)合審查、發(fā)產(chǎn)品回收及三廢處理等方面盡可能提高原料利用率發(fā)揮原料單位相互力所能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益。7化學(xué)工程的發(fā)展化學(xué)工程發(fā)展的四個(gè)階段9化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的地位10化工原理課程內(nèi)容化工生產(chǎn)過(guò)程化學(xué)反應(yīng)單元操作反應(yīng)工程化工原理三傳一反11二、單元操作的分類和特點(diǎn)1、流體動(dòng)力過(guò)程：流體輸送、沉降、過(guò)濾、攪拌2、傳熱過(guò)程：換熱、蒸發(fā)3、傳質(zhì)過(guò)程：蒸餾、吸收、萃取、吸附、浸取、吸附、離子交換、膜分離4、熱質(zhì)同時(shí)傳遞過(guò)程：增減濕、結(jié)晶、干燥分類13化工原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科。單元操作的研究?jī)?nèi)容包括“過(guò)程”和“設(shè)備”兩個(gè)方面。所有的單元操作都可分解為動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞這三種傳遞過(guò)程和它們的結(jié)合。三種傳遞過(guò)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(guò)程是聯(lián)系各單元操作的一條主線。二、單元操作的分類和特點(diǎn)特點(diǎn)14包括流體輸送、沉降、過(guò)濾、離心分離、攪拌、固體流態(tài)化等以流體力學(xué)為基礎(chǔ)以熱量傳遞理論為基礎(chǔ)包括加熱、冷卻、蒸發(fā)等以質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)包括蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等化工生產(chǎn)中，主要的單元操作可以歸納為三類：分離過(guò)程將混合物分離152、數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）在對(duì)實(shí)際過(guò)程的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過(guò)程本質(zhì)的前提下，作出某種合理簡(jiǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)。研究工程問(wèn)題的方法是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。

三、化工原理課程的研究方法17四．化工過(guò)程計(jì)算的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型計(jì)算操作型計(jì)算質(zhì)量守恒能量守恒平衡關(guān)系速率關(guān)系

所用基本關(guān)系：化工計(jì)算分為18五．本課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面能力的培養(yǎng)：(1)單元操作和設(shè)備選擇的能力工程設(shè)計(jì)能力操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的能力過(guò)程開(kāi)發(fā)或科學(xué)研究能力實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?9一． 單位和單位制度1、基本單位和導(dǎo)出單位基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間和溫度速度、密度、加速度2、絕對(duì)單位制和重力單位制絕對(duì)單位制重力單位制長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間長(zhǎng)度、時(shí)間和力213、國(guó)際單位制（SI制）根據(jù)1960年10月國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)的一種單位制。4、《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》在SI制基礎(chǔ)上制定的。一． 單位和單位制度22國(guó)際單位制國(guó)際單位制的構(gòu)成

國(guó)際單位制及其國(guó)際簡(jiǎn)稱SI是在第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)（1960）上通過(guò)的，包括SI單位和SI單位的倍數(shù)單位。SI單位是國(guó)際單位制中由基本單位和導(dǎo)出單位構(gòu)成一貫單位制的那些單位。除質(zhì)量外，均不帶SI詞頭（質(zhì)量的SI單位為千克）。SI單位的倍數(shù)單位包括SI單位的十進(jìn)倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù)單位。233.5米制厘米克秒（CGS）制：物理制長(zhǎng)度(cm),質(zhì)量(g),時(shí)間(s),溫度(℃),絕對(duì)溫標(biāo)(K)絕對(duì)單位制(absolutesystemofunits)：以長(zhǎng)度、質(zhì)量及時(shí)間為基本單位。工程單位制(engineeringsystemofunits)：以長(zhǎng)度、力及時(shí)間為基本單位米千克秒（MKS）制:SI長(zhǎng)度(m),質(zhì)量(kg),時(shí)間(s)

絕對(duì)單位制25米制工程制:

長(zhǎng)度(m),力(kgf),時(shí)間(s)為基本單位，質(zhì)量成為導(dǎo)出單位。千克力：1千克質(zhì)量的物體于真空中所受的重力。（g=9.81m/s2）

1kgf=1kg×9.81m/s2=9.81kg.m/s2=9.81N質(zhì)量工程單位：一物體在1kgf的作用下，得到1m/s2的加速度，該物體的質(zhì)量為1質(zhì)量工程單位（kgf.s2/m）

1質(zhì)量工程單位=1質(zhì)量工程單位的數(shù)值相當(dāng)于SI質(zhì)量的9.81倍26二、單位換算單位換算的原則：屬于不同因次的單位，不能進(jìn)行加減乘除等數(shù)學(xué)運(yùn)算，相同因次而不同單位要運(yùn)算時(shí)，須先將其轉(zhuǎn)換成相同的單位，才能進(jìn)行加加減乘除等數(shù)學(xué)運(yùn)算。單位換算的方法（連接單位法）

1.先查出同一因次不同單位制的換算系數(shù)，寫成比例形式。

2.將需要換算的量和單位根據(jù)其間的關(guān)系寫成數(shù)字附帶單位連乘、連除的式子，再進(jìn)行運(yùn)算29二、單位換算1、物理量的換算基本物理量中為1m＝物理單位制中100cm＝英制3.2808ft2、經(jīng)驗(yàn)公式（或數(shù)字公式）的單位換算（a）物理方程（b）經(jīng)驗(yàn)方程換算方法見(jiàn)例0－2。301.物料衡算

依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開(kāi)某一化工過(guò)程的物料質(zhì)量之差，等于該過(guò)程中累積的物料質(zhì)量，即輸入量－輸出量＝累積量

對(duì)于連續(xù)操作的過(guò)程，若各物理量不隨時(shí)間改變，即穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)，過(guò)程中不應(yīng)有物料的積累。則物料衡算關(guān)系為輸入量＝輸出量用物料衡算式可由過(guò)程的已知量求出未知量。三、幾個(gè)基本概念311、畫出流程示意圖，標(biāo)出物料流向與流量、組成等；2、用虛線劃出衡算范圍；3、定出衡算基準(zhǔn)；4、列出衡算式并求解。物料衡算可按下列步驟進(jìn)行：322.能量衡算在化工生產(chǎn)中，能量的消耗是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是衡量工藝過(guò)程、設(shè)備設(shè)計(jì)、操作制度是否先進(jìn)合理的主要指標(biāo)之一。能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進(jìn)行完備的物料衡算后才能作出能量衡算。能量衡算依據(jù)于能量守恒定律：輸入的能量=輸出的能量+積累的能量33本課程中所用到的能量主要是機(jī)械能和熱能。能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。機(jī)械能衡算將在第一章流體流動(dòng)中說(shuō)明；熱量衡算也將在傳熱、蒸餾、干燥等章中結(jié)合具體單元操作有詳細(xì)說(shuō)明。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。343平衡關(guān)系平衡是在一定條件下物系變化可能達(dá)到的極限。通過(guò)平衡關(guān)系可以判斷過(guò)程能否進(jìn)行，及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的程度。平衡關(guān)系對(duì)于分析化工生產(chǎn)過(guò)程具有重要的意義。354過(guò)程速率化工原理中涉及傳熱速率和傳質(zhì)速率，稱為過(guò)程速率。過(guò)程速率的大小，直接影響設(shè)備的尺寸大小，生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)效益等。過(guò)程速率是過(guò)程推動(dòng)力和過(guò)程阻力的比值365.經(jīng)濟(jì)核算

(Economicalaccounting)為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需