化工原料緒論課件

化工原理IPrincipleofChemicalEngineering

1化工原理教學組織及要求1．本學期化工原理講課學時安排

《化工原理》I，教學大綱共計48學時。緒論6學時第一章流體流動15學時第二章流體輸送機械6學時第三章機械分離6學時第四章

傳熱15學時2化工原理教學組織及要求2．教學環(huán)節(jié)與要求課堂教學（思路和概念為主）：認真聽講、記筆記，不遲到、早退，保證出勤率預習、復習、練習作業(yè)：嚴謹，獨立完成，及時答疑，平時成績20%。期末考試(閉卷)我的聯(lián)系方式Tel:QQ:346182231E-mail:3

1.《化工原理學習指南——問題與習題解析》，姚玉英等，天津大學出版社2.《化工原理教與學》，陳敏恒等，化學工業(yè)出版社3.《化工原理例題詳解》，陳敏恒等，化學工業(yè)出版社4.《化工原理習題精解》，何潮洪等，科學出版社TG024214-4輔助教學資料：5推薦幾個好的論壇海川化工論壇化工技術論壇馬后炮化工維遠論壇小木蟲論壇62、復雜性：難學。是在高等數(shù)學、物理學及物理化學等課程的基礎上開設的較綜合的課程。方法與前不同，公式多，知識比較零散。強調(diào)三點：1、重要性：化學工程技術人員必修之課，重要的專業(yè)技術基礎課，應用性課程；理論與工程實際相聯(lián)系的橋梁。3、嚴謹性：要求樹立嚴謹?shù)膽B(tài)度?；ゎ愌芯可荚嚒獙I(yè)課之一?7化學工程研究的是：如何把化學家們的小試研究成果開發(fā)放大為中試，再開發(fā)為生產(chǎn)規(guī)模。是在科學實驗與化工之間架橋的工作，是直接為人類服務的創(chuàng)造價值的勞動。本課程，不是教大家如何合成得到新物質(zhì)？如何提取新物質(zhì)？如何表征新物質(zhì)？這是化學家的事。9課程的展開方式過程分析過程數(shù)學描述實例分析定性定量應用10：是研究大規(guī)模地改變物料的化學組成和物理性質(zhì)而得到合乎要求的產(chǎn)品的工程技術學科。緒論一、“化工原理”課程的任務1、化學工程和單元操作化學工程一個化工產(chǎn)品生產(chǎn)要經(jīng)過很多步驟11高壓聚乙烯生產(chǎn)過程示意圖13

一切化工生產(chǎn)過程中的物理加工過程稱為“單元操作”。單元操作（UnitOperations）化工生產(chǎn)的兩大部分核心部分輔助部分化學反應過程前、后處理過程化工生產(chǎn)所不可缺少單元操作14蒸發(fā)：制糖工業(yè)——糖水的濃縮；制堿工業(yè)——苛性鈉溶液的濃縮；甘油和生物膠水溶液的濃縮；牛奶和橘汁的濃縮。精餾：釀酒，石油精制。

膜分離：海水淡化，血液透析，食鹽電解，水的凈化。單元操作15（1）遵循流體動力學基本規(guī)律的單元操作，包括流體輸送、沉降、過濾、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。從工程目的來看，這些操作都可將混合物進行分離，故又稱之為分離操作。單元操作分類17另外，還有一些新興單元操作：熱力過程（制冷）粉體工程（粉碎、顆粒分級、流態(tài)化）等單元操作。（4）同時遵循熱質(zhì)傳遞規(guī)律的單元操作，包括氣體的增濕與減濕、結晶、干燥等。單元操作分類18

2、它們都是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，但不同的化工過程中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序各異；

1、物理性操作，即只改變物料的狀態(tài)或物性，并不改變化學性質(zhì)；共同的研究對象——傳遞過程單元操作之特點19連續(xù)操作特點：物料的組成、溫度、壓強等參數(shù)僅隨位置的不同而不同，不隨時間的變化而變化U=U(x,y,z)化工生產(chǎn)過程多數(shù)為連續(xù)穩(wěn)定過程間歇操作特點：不穩(wěn)定操作。不僅是空間的函數(shù)，也是時間的函數(shù)U=U(x,y,z,θ)單元操作過程進行的方式21質(zhì)量傳遞：濃度在時空中分布的不均勻性。2、三傳:《化工原理》的共同規(guī)律和聯(lián)系

動量傳遞：流體內(nèi)部由于動量、密度的空間分布不均而引起動量在時空中的傳遞過程。

熱量傳遞：內(nèi)能在時空中的傳遞過程，是由溫度在空間的非均勻分布造成。22化工生產(chǎn)=單元操作+化學反應三傳=動量傳遞+熱量傳遞+質(zhì)量傳遞化學工程=化工原理+反應工程=三傳+一反23化工生產(chǎn)無機化學分析化學有機化學物理化學應用化學高分子化學化學教育科學實驗化工原理傳遞過程反應工程分離工程化工熱力學系統(tǒng)工程合成氨硫酸制造氯堿工業(yè)石油化工制糖業(yè)制漆業(yè)電鍍業(yè)水泥、玻璃制造業(yè)化學家化工專家251）、孕育時期1915年里特爾(A.D.Little)提出建立“單元操作”（UnitOperations）的概念化學工程史上的第一塊里程碑3、化學工程的發(fā)展史近幾百年，化學工程經(jīng)歷了孕育時期、奠基時期、飛躍時期和現(xiàn)代時期等四個發(fā)展階段264）、現(xiàn)代時期：70年代以后。能源有效利用問題、操作優(yōu)化問題逐漸突現(xiàn)起來系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合和系統(tǒng)優(yōu)化最優(yōu)設計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理計算機應用的快速發(fā)展，并推向了“過程優(yōu)化集成”、“分子模擬”的新階段3、化學工程的發(fā)展史29隨著科學技術的高速發(fā)展，化學工程與相鄰學科相融合逐漸形成了若干新的分支與生長點，諸如：生物化學工程、分子化學工程、環(huán)境化學工程、能源化學工程、計算化學工程、軟化學工程、微電子化學工程等。同時，上述新興產(chǎn)業(yè)與學科的發(fā)展，也推動了特殊領域化學工程的進步。3、化學工程的發(fā)展史30二、化工原理課程的特點理論與經(jīng)驗相結合的工程研究方法半經(jīng)驗半理論方法重要的專業(yè)技術基礎課，兼有“科學”與“技術”的特點綜合運用數(shù)學、物理、化學和算法語言等基礎知識，將自然科學中的基本原理（質(zhì)量守衡、能量守衡及平衡關系等）用來研究化工生產(chǎn)中內(nèi)在的共同規(guī)律，討論化工生產(chǎn)中共同的基本過程的基本原理、典型設備結構，工藝尺寸設計和設備的選型以及計算方法的一門工程學科31二、化工原理課程的特點

本課程強調(diào)工程觀點、定量運算、實驗技能及設計能力的培養(yǎng)，強調(diào)理論聯(lián)系實際。在化工類專門人才培養(yǎng)中，它承擔著工程科學與工程技術的雙重教育任務，擔負著由理論到工程、由基礎到專業(yè)的橋梁作用?；ぴ硎腔ゎ惛鲗I(yè)重點課程之一，是化工類學生最實用的一門課程，是化工類學生考研課程32隨著新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)或為實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，對物理過程提出了一些特殊要求，又不斷地發(fā)展出新的單元操作或化工技術，如膜分離、參數(shù)泵分離、電磁分離、超臨界技術等。同時，以節(jié)約能耗，提高效率或潔凈無污染生產(chǎn)的集成化工藝（如反應精餾、反應膜分離、萃取精餾、多塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)化熱集成等）將是未來的發(fā)展趨勢。單元操作的研究包括“過程”和“設備”兩個方面的內(nèi)容，故單元操作又稱為化工過程和設備?；ぴ硎茄芯恐T單元操作共性的課程。開發(fā)新的單元操作33三、化工原理的兩條主線、五個基本概念（一）化工原理課程的兩條主線1、動量傳遞、傳熱和傳質(zhì)皆屬于傳遞過程，是本門課程統(tǒng)一的研究對象，是聯(lián)系各單元操作的一條主線。a.實驗研究方法（經(jīng)驗的方法）b.數(shù)學模型法（半經(jīng)驗半理論的方法）2、研究工程問題的方法論是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。各單元操作有共同的研究方法。34數(shù)學模型法（半經(jīng)驗半理論）因次論指導下的實驗研究法實驗：尋找函數(shù)形式，決定參數(shù)三、化工原理的兩條主線、五個基本概念35（二）五個基本概念

化工過程計算可分為設計型計算和操作型計算兩類，其在不同計算中的處理方法各有特點，但是不管何種計算都是以質(zhì)量守恒、能量守恒、平衡關系和速率關系為基礎的。上述五種基本關系將在有關章節(jié)陸續(xù)介紹。物料衡算、能量衡算、物料的平衡關系、過程速率和經(jīng)濟核算五個基本概念貫穿于各個單元操作的始終。三、化工原理的兩條主線、五個基本概念36

穩(wěn)定過程：連續(xù)操作:某一固定位置上物料組成、溫度、壓強、流速等參數(shù)不隨時間變化。穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程

不穩(wěn)定過程：間歇操作、連續(xù)操作中的開車、波動及故障等。37過程速率：單位時間內(nèi)所傳遞的能量（動量，熱量）或物質(zhì)量,是決定化工設備的重要因素。過程速率的增大可節(jié)約時間，提高設備的生產(chǎn)能力。平衡關系：(L-LG-LV-LG-SL-S)平衡關系可判斷過程能否進行，及進行的方向和限度。任何傳遞過程都有一個極限，當傳遞過程達到極限時，其過程進行的推動力為零，此時凈的傳遞速率為零，即稱為“平衡”。流體流動→ΔP熱量傳遞→ΔT傳質(zhì)過程→ΔC38學習《化工原理》的目的和要求

掌握規(guī)律診斷過程開發(fā)工藝強化操作創(chuàng)新設計學習本課程中，應注意以下幾個方面能力的培養(yǎng)：（1）單元操作和設備選擇的能力（2）工程設計能力（3）操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的能力（4）過程開發(fā)或科學研究能力將可能變現(xiàn)實，實現(xiàn)工程目的，這是綜合創(chuàng)造能力的體現(xiàn)。39四、單位制及單位換算SI制主要優(yōu)點：①通用性：是一套完整的單位制，適合于各個領域；②一貫性：每種物理量只有一個單位，如熱功都用J（焦耳）表示。國際單位制（SI制）SI制基本單位7個：長度L：米（m)質(zhì)量M：千克（kg）時間T：秒（s）熱力學溫度θ：開爾文（k）物質(zhì)的量：摩爾（mol）電流I：安培（A）發(fā)光強度：燭光（cd）（一）單位制：40基本物理量單位制長度（L）時間（T）質(zhì)量（M）重力（F）絕對單位制Cgs制cmsgkgms制mskg英制ftslb工程單位制米制mskgf英制ftslbf不同單位制的不同基本量導出量力――N；壓強――Pa（N/m2）；功，能，熱―J；功率―W41（三）單位換算（二）、單位的正確運用理論公式：用同一單位，中途不能更改（SI）經(jīng)驗公式：按指定單位1kg(f)=9.8Np244附錄一單位換算表如1atm＝1.01325×105Pa壓強：atm，mmHg，mmH2O42補例0-1、通用氣體常數(shù)R＝0.08206atm·L／mol·K，試用國際單位J／mol·K表示。解：R＝0.08206atm·L／mol·K＝0.08206atm·L／mol·K×1m3／1000L×101325Pa／atm＝8.314Pa·m3／mol·K＝8.314J／mol·K43五、物料衡算質(zhì)量守恒定律輸入控制體的量+控制體內(nèi)生成的量=輸出控制體的量+控制體內(nèi)量的積累穩(wěn)定過程：輸入控制體的量=輸出控制體的量衡算目的：決定要處理的量或任何一個物理量；決定設備尺寸大小衡算基準：單位時間44補例0-2濃度為20%（質(zhì)量百分比）的KNO3水溶液以1000kg/h的流量送入蒸發(fā)器。在149℃溫度下蒸出一部分水得到濃度為50%的水溶液，再送入結晶器，冷卻至38℃后，析出含有4%結晶水的KNO3晶體并不斷取走，濃度為37.5%的KNO3飽和母液則返回蒸發(fā)器循環(huán)處理。試求結晶產(chǎn)品量P、水分蒸發(fā)量W、循環(huán)母液量R及濃縮溶液量S。解：（1）結晶產(chǎn)品量P及水分蒸發(fā)量W首先根據(jù)題意畫出過程示意圖。料液1000kg/h20%KNO3Rkg/h37.5%KNO3Skg/h50%KNO3結晶產(chǎn)品Pkg/h4%水水，Wkg/h結晶器蒸發(fā)器45料液1000kg/h20%KNO3Rkg/h37.5%KNO3Skg/h50%KNO3結晶產(chǎn)品Pk