化工原理專接本緒論new

化工原理

Unitoperations

PrinciplesofChemicalEngineering本課程的內(nèi)容化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)—單元操作(Unitoperations)化工過(guò)程常常包括原料預(yù)處理過(guò)程、反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)產(chǎn)物后處理過(guò)程等。200°C、150MPa常溫、常壓乙烯壓縮機(jī)預(yù)熱器反應(yīng)器分離器?；鞒亍?50MPa

高壓聚乙烯成品化工過(guò)程與單元操作化工生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)之一是步驟多。可分為：A以化學(xué)反應(yīng)為主(在反應(yīng)器中進(jìn)行)。B單元操作。典型化工工業(yè)流程化工過(guò)程與單元操作單元操作的特點(diǎn)：物理性操作(狀態(tài)、物理性質(zhì)改變，化學(xué)性質(zhì)不變)；化工過(guò)程中共有的操作(單元操作數(shù)目、名稱、排列順序各異)；某一單元操作的基本原理相同(某單元操作的設(shè)備往往是通用的，但有選型的問(wèn)題)。單元操作的分類：動(dòng)量傳遞：流體輸送、沉降、過(guò)濾、離心分離、攪拌、固體流態(tài)化等。熱量傳遞：加熱、冷卻、蒸發(fā)等。質(zhì)量傳遞：蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。這些單元操作的目的一般是將混和物分離，故又稱為分離過(guò)程。化學(xué)工程學(xué)的任務(wù)：尋找其規(guī)律性的問(wèn)題，使開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、操作減少盲目性，提高經(jīng)濟(jì)效益“化工原理”課程的兩條主線(1)實(shí)驗(yàn)研究方法(2)數(shù)學(xué)模型方法，即半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法研究工程問(wèn)題的方法論是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。以單元操作為內(nèi)容，以傳遞過(guò)程和研究方法論為主線組成了“化工原理”這一門(mén)課。

研究方法的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)放大相似論因次分析數(shù)學(xué)模型法各種化學(xué)工程研究方法的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)工作實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）該方法一般用因次分析和相似論為指導(dǎo)，依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定過(guò)程變量之間的關(guān)系，通過(guò)無(wú)因次數(shù)群（或稱準(zhǔn)數(shù)）構(gòu)成的關(guān)系式來(lái)表達(dá)。是一種工程上通用的基本方法。數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）該方法是在對(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)。如果一個(gè)物理過(guò)程的影響因素較少，各參數(shù)之間的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，能夠建立數(shù)學(xué)方程并能直接求解，則稱為解析法。研究方法：實(shí)驗(yàn)法→數(shù)學(xué)模型（半理論半經(jīng)驗(yàn)）→

研究方法總結(jié)純理論——數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)模型法——半理論半經(jīng)驗(yàn)因次分析法——經(jīng)驗(yàn)方法化工原理課程所回答的問(wèn)題如何根據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特點(diǎn)，進(jìn)行“過(guò)程和設(shè)備”的選擇，以適應(yīng)指定物系的特征，經(jīng)濟(jì)而有效地滿足工藝要求。如何進(jìn)行過(guò)程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)。在缺乏數(shù)據(jù)的情況下，如何組織實(shí)驗(yàn)以取得必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。如何進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的不同要求。在操作發(fā)生故障時(shí)如何尋找故障的緣由。

緒論

內(nèi)容概述教學(xué)安排及參考書(shū)▉

課程的內(nèi)容▉課程的發(fā)展▉

課程的教學(xué)目的▉基本概念▉

單位換算及單位制▉

介紹化工原理課程的發(fā)展及與鄰近學(xué)科的關(guān)系課程的發(fā)展及與

鄰近學(xué)科的關(guān)系化工原理是化學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要分支，與化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。工程學(xué)科的形成源于工業(yè)生產(chǎn)。19世紀(jì)末，逐步形成以產(chǎn)品劃分的各種化工產(chǎn)品的工藝學(xué)。1915年，化學(xué)工程的先驅(qū)在向MIT提交的一份報(bào)告中提出“單元操作”的概念。1922年，在美國(guó)化學(xué)工程師年會(huì)上，“單元操作”的概念被法定認(rèn)可。1923年，MIT教授等人寫(xiě)了第一部關(guān)于單元操作的書(shū)——Principlesofchemicalengineering。從化工生產(chǎn)工藝中抽象出各種單元操作，即從特殊性中總結(jié)出普遍性，是認(rèn)識(shí)上的一個(gè)飛躍。對(duì)化學(xué)工程學(xué)的形成和發(fā)展起了重要推動(dòng)作用，并促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。課程的發(fā)展及與

鄰近學(xué)科的關(guān)系1960年，威斯康星大學(xué)的Bird等人將動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞過(guò)程合并，編寫(xiě)了Transportphenomena一書(shū)，是工程學(xué)科的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)形成與發(fā)展。至此，化學(xué)工程學(xué)學(xué)科發(fā)展到了“三傳一反”的較完整階段。20世紀(jì)60年代末，形成了化工系統(tǒng)工程學(xué)，同時(shí)發(fā)展了過(guò)程動(dòng)態(tài)學(xué)與控制論。豐富與發(fā)展了化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容。

化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展

緒論

內(nèi)容概述教學(xué)安排及參考書(shū)▉

課程的內(nèi)容▉課程的發(fā)展▉課程的教學(xué)目的▉

基本概念▉

單位換算及單位制▉

介紹化工原理課程的性質(zhì)及教學(xué)目的

課程的性質(zhì)和目的化工原理課程是化學(xué)工程、化工工藝類及相近專業(yè)必修的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程以傳遞過(guò)程理論為基礎(chǔ)，以化工生產(chǎn)中的物理加工過(guò)程為背景，按其操作原理的共性歸納成的若干“單元操作”為對(duì)象，研究和考察化工生產(chǎn)過(guò)程中被處理物料的質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞的基本規(guī)律，考察、解釋和處理工程實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)理論解析和在理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)工程的基本原理去分析和解決化工生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題的能力、動(dòng)手操作能力與工程觀念。本課程強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)定量計(jì)算和工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際相結(jié)合與實(shí)事求是的工作作風(fēng)。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，促使學(xué)生達(dá)到能獨(dú)立運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)分析和解決化工生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種工程實(shí)際問(wèn)題，能獨(dú)立完成化工單元操作與設(shè)備的工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)與選型工作，能獨(dú)立完成化工單元過(guò)程的實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。選

算

過(guò)程與設(shè)備的選擇

過(guò)程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)用如何操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的要求化工原個(gè)理課的旨教學(xué)目饑的你們是誰(shuí)德、智擇、體全辦面發(fā)展翼，據(jù)有覆良好的卵學(xué)科素繁養(yǎng)，掌第握了化渡學(xué)基本淺理論、文基本知精識(shí)和基撕本技能伶，并受徒到基礎(chǔ)路研究和洞應(yīng)用研沈究初步岔訓(xùn)練的化學(xué)專追門(mén)人才。你們將從限事的工作騰：科研部享門(mén)、高君校、廠殖礦企業(yè)廟、事業(yè)極單位、街行政部服門(mén)等。由此嗎可知不論水你們從事狗基礎(chǔ)研究辭還是應(yīng)用湯研究或開(kāi)所發(fā)性工作暈，都需要墻具備化學(xué)鳴工程的基散本知識(shí)和未概念。學(xué)習(xí)該課盆程的目的墨是使你們乒獲得一定顫的化學(xué)工程腦概念、知縫識(shí)和方法，了解化學(xué)工業(yè)偉的實(shí)踐與肅發(fā)展等慨況纖，提高工程技術(shù)穴方面的素郵養(yǎng)，開(kāi)拓加你們以創(chuàng)后自身三工作領(lǐng)包域的思頁(yè)路，并遍使你們繪具有更朋強(qiáng)的適宜能熱力和工窗作能力。緒論內(nèi)容概述教學(xué)安排接及參考書(shū)▉課程的內(nèi)砌容▉課程的島發(fā)展▉課程的亭教學(xué)目眨的▉基本概堂念▉單位換邊算及單鬼位制▉三種衡康算平衡關(guān)艙系過(guò)程速婚率三種衡算動(dòng)量衡算——牛頓第二定律熱量衡算——能量守恒(焦耳Joule)質(zhì)量衡算——物質(zhì)不滅(拉瓦錫Lavoisier)1、物料衡替算根據(jù)質(zhì)量守弱恒定律，任何一館個(gè)化工生盡產(chǎn)過(guò)程F=d+與AF──輸入物柱料質(zhì)量熊的總和溉，kgd─晚─輸出物額料質(zhì)量報(bào)的總和遞，kgA──積累在過(guò)摸程中的物殲料質(zhì)量，kg此式是物席料衡算的疤通式，可刻對(duì)總物料蔽或其中某糊一組成列市出物料衡擇算式，進(jìn)能行求解?；靖趴茨罾?解：各股啟物系的流煙程圖如附敵圖所示，披計(jì)算基準(zhǔn)惑取1，由于玩是連續(xù)漫穩(wěn)定操考作，總肌物料衡磨算式為F＝V＋W溶質(zhì)衡溜算式為FxF=Wxw由此兩千式解得W=（xF/xw）F，V=（1-xF/xw）F例1附圖用連續(xù)嫁操作的薪蒸發(fā)器說(shuō)把含鹽咸濃度為鮮（質(zhì)量啊分率）稅的衡鹽量水溶液博蒸發(fā)到姜濃度為簡(jiǎn)（質(zhì)量紀(jì)分率）涌的濃鹽齊水溶液逢，每小跨時(shí)衡鹽遮水溶液協(xié)的進(jìn)料戶量為Fkg。試求僅每小時(shí)造所得濃過(guò)鹽水溶民液量W及水分蒸蘿發(fā)量V各為多忘少。2、能量衡算根據(jù)能量守示恒定律，在任何趕一個(gè)化工除生產(chǎn)過(guò)程槳中，凡向良該過(guò)程輸踐入的能量而必等于該叢過(guò)程輸出所的能量。劈燕在許多化稀工生產(chǎn)中濾所涉及的您能量?jī)H為現(xiàn)熱能，所薪以本課程源中能量衡退算簡(jiǎn)化為浮熱量衡算燦：QF=QD+qQF––輸入該園過(guò)程的掏各物料丹帶入的離總熱量,JQD––輸出該濃過(guò)程的滲各物料沫帶出的啦總熱量,Jq––該過(guò)程煮與環(huán)境佩交換的選總熱量欣，當(dāng)系積統(tǒng)向環(huán)揉境散熱跑時(shí)為正于，稱為鞏熱損,J通過(guò)熱具量衡算斑，可以翁了解在乎生產(chǎn)操擠作中熱營(yíng)量的利貍用和損英失情況襲，而在添生產(chǎn)過(guò)芒程與設(shè)堵備設(shè)計(jì)猴時(shí)，利劍用熱量無(wú)衡算可豬以確定板是需要擔(dān)從外界瞇引入熱盼量或向欄外界輸宿出熱量哭的問(wèn)題座?；靖爬ツ钗锪虾怡o算計(jì)算讀步驟及我要點(diǎn)：1、物流圖2、確定衡勤算體系（雪某設(shè)備、哀車(chē)間、整半個(gè)工廠）3、確定衡打算基準(zhǔn)；4、確定削著眼物揭料；5、列衡傅算方程能量守衡關(guān)鍵：1、物流必圖2、劃定妨系統(tǒng)3、確定衡珠算基準(zhǔn)4、確定皂著眼物莊料5、選定基堂準(zhǔn)溫度：0℃基準(zhǔn)溫垮度（焓旋值是相繼對(duì)值）6、列衡需算方程7、有反應(yīng)查發(fā)生的要刻考慮反應(yīng)震熱。例一、魄每小時(shí)剪將100恩0kg含20％（質(zhì)饅量分?jǐn)?shù)揮，下同必）某種束鹽水溶竊液送至診蒸發(fā)器搏內(nèi)，用冷水蒸氣癥加熱使姓之氣化霸，蒸出奇一部分軋水汽，覺(jué)由蒸發(fā)仗器頂部夢(mèng)排出。四溶液被紫濃縮到50％后，捏由結(jié)晶登器底部幟取出產(chǎn)紋品P，結(jié)晶器龜內(nèi)含無(wú)機(jī)堆鹽37.5％的母液R送回蒸發(fā)體器與原料儉液合并進(jìn)眼入蒸發(fā)器詞再蒸發(fā)，匯試求：1、每小時(shí)倦由蒸發(fā)器剪蒸出的水沈氣量W及由結(jié)磁晶器排跡出的產(chǎn)昂品P?？梢院啦豢紤]怨結(jié)晶產(chǎn)娘品表面岸附著的塵母液：2、每小陰時(shí)由結(jié)脫晶器排隔出的母更液量R由蒸發(fā)器趨排出的濃起溶液量B；3、進(jìn)入蒸綠發(fā)器的混業(yè)合液（原斃料液與母鹽液）中的快濃度。例題解六答：一、解增：F=10蹄00kg水/hr,般a=2熔0％求處：(1)喜w,裹P草(2)因R,氧B敗(3)痰M(1)、求W、P大體系膽物料衡吃算：P=2鞏08.吊3kg甩/hw=79止1.7k惜g/h(2)以局部為親著眼點(diǎn)，勒劃定衡算次范圍：以右為個(gè)基準(zhǔn)：R＝766換.5k鼠g/hB=7眠66.螞5+2黃08.獸3=9館74.絲式8kg請(qǐng)/h或以左部肅分為衡算頸范圍：（3）以局部據(jù)點(diǎn)為衡算宜范圍：1000＋R＝M＝100蚊0＋766.兆5=17軍66.51000演·20%址+766股.53·扶7.5%廳=M·x爆%x%=2摟00+2碼87.4蓬/176晌6.5=規(guī)27.6枯%例二、旱系統(tǒng)能盞量衡算六：濁采用本謊題附圖什所示的噸蒸發(fā)器灑，每小糠時(shí)將2000犬kg水溶液濤，從含單固體5％（質(zhì)緩量分?jǐn)?shù)占，下同猴）濃縮心至30％。已則知在操顧作條件劍下溶液濃在蒸發(fā)怪器內(nèi)的廢沸點(diǎn)為78℃，水的汽天化熱為2319棒.5KJ揮/kg.原料液溫窄度為20℃，比熱隔容為4KJ/關(guān)(kg·歇℃)。加熱咐蒸汽壓穗強(qiáng)為200修kPa成,冷凝水于腐熱蒸汽的悔飽和，溫震度下排除卻，熱損失狗為100芽0W，忽略溶筍液的稀釋讓熱，濃溶祖液在蒸發(fā)羽器操作沸勒點(diǎn)下排出刻，水蒸氣播于75℃時(shí)離開(kāi)凝蒸發(fā)器仁，試求刻每小時(shí)勺加熱蒸嘴汽消耗握量。例2、熱量衡棗算：已知躬溶液沸點(diǎn)斗：78℃γ＝231斤9.5萌kg/挑kg耕H=2勿633顆.5k龜g/k飼g進(jìn)料：T0＝20%CP0＝4kJ排/kg動(dòng)·℃濃縮液：CP1＝4.19萍kJ/濁kg·℃加熱蒸公汽：P＝200班Pa,冷凝水杰：飽和麗溫度Q損＝1000匹0W。(1)先求物摸流量：節(jié)（流量晌，1hr）200沒(méi)0=w曬+R，2000×5%=w×0+3細(xì)0%×R則w=1窩666咐.7k跑g/h，R=3凡33.酒3kg倡/h(2)熱量衡記算：QF＋QD＝Qw+QR+QP+Q損以0℃為基態(tài)，挽求焓值：①Q(mào)F＝F·CP·△T＝200襯0×4遞×（20－0）＝1.6×拐105kJ/h②QD：200陶kPa查表，T＝120.好2℃h=27允09.2心kJ/k滲gQD=270蔽9.2D尖kJ/h③Qw：查75℃蒸汽，示焓值H=2漸633悄.5k賄J/k圖gQw=16繼66.凳726奏33.蕩5=4幅3.8陸910壯5④QR：＝R·CP·△T＝333.橋3×4.都19×（78－0）＝1.09殼×105kJ/越h⑤QP：冷凝水撥：120卻℃排放，桑水焓：493.培71kJ抄/kgQP=49涂3.7艦1×D⑥Q損：＝(100傘00w/蒼1000撐)36吧00=0功.36×煩105kJ/h衡算：1.6×外105＋270丸9.2耽×D＝493.耍71＋1.0拆9×1躺05＋43.8滴9×105＋0.36偷×105D＝1794院.3kg逮/h過(guò)程的平熔衡與速率過(guò)程的仙平衡問(wèn)油題過(guò)程進(jìn)行哥的方向和類所能達(dá)到?jīng)_的極限化工熱隸力學(xué)研召究的領(lǐng)忍域過(guò)程的速顛率過(guò)程進(jìn)行刺的快慢3、平衡關(guān)艷系物系在作自然界饅發(fā)生變奴化時(shí)，孩其變化滔必趨于陶一定方桐向，如柔果任其及發(fā)展，宮結(jié)果必輕達(dá)到平拜衡關(guān)系演為止。平衡狀躲態(tài)表示的就橋是各種自腦然發(fā)生的創(chuàng)過(guò)程可能好達(dá)到的極先限程度，稀除非影響?yīng){物系的情敵況有變化吃，否則其頑變化的極忙限是不會(huì)形改變的。邪一般平衡汁關(guān)系則為另各種定律織所表明，畫(huà)如熱力學(xué)溪第二定謠律，拉烏爾屠定律等。在化工生繭產(chǎn)過(guò)程中模，可以從善物系平衡盾關(guān)系來(lái)推從知其能否濾進(jìn)行以及幸進(jìn)行到何嫁種程度。規(guī)平衡關(guān)系嘉也為設(shè)備滅尺寸的設(shè)漸計(jì)提供了損理論依據(jù)均?；靖拍?、過(guò)程速嚇率：何一個(gè)孕不處于成平衡狀膚態(tài)的物匙系，必否然發(fā)生訴使物系減趨向平梨衡的過(guò)栽程，但狀過(guò)程以三什么速甚率趨向鋸平衡，分這不決申定于平錢(qián)衡關(guān)系堪，而是畏由多方義面的因她素影響準(zhǔn)的，由普于對(duì)這形些因素培有些還刃不清楚通，目前互過(guò)程速專率是近荒似的采壤用除以癥阻力表懼示。這里的甲過(guò)程推國(guó)動(dòng)力，拆可依據(jù)脖具體過(guò)除程而有惡不同的獲理解，穴但必要質(zhì)的條件寒是物系咐在平衡慰狀態(tài)時(shí)巖推動(dòng)力囑必須等漠于零。至于過(guò)陽(yáng)程的阻秀力則較陰為復(fù)雜顧，要具盼體情況也具體分交析?；靖拍罹w論內(nèi)容概亭述教學(xué)安蠢排及參佛考書(shū)▉課程的內(nèi)怖容▉課程的陳發(fā)展▉課程的教堤學(xué)目的▉基本概念▉單位換員算及單肅位制▉單位制：SI制，物理成制，工程近制單位換我算1、單位制單度任何物理獸量都是用掘數(shù)字和單受位聯(lián)合表禍達(dá)的?；締渭次唬阂话阆鹊芜x幾個(gè)獨(dú)互立的物理驚量，以使修用方便為與原則規(guī)定非出它們的脆單位。導(dǎo)出單位：根據(jù)物紛理本身的愉物理意義豆，由有關(guān)岸基本單位宜組合構(gòu)成后的基本單擔(dān)位和導(dǎo)毅出單位饒構(gòu)成一釘個(gè)完整腳的體系緊，稱為單位制。單位制禽和單位摟換