第1讲(绪论)
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（2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
第一讲
W1
W2
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
蒸发器2
F2 x2=0.3
为求蒸发器1送出的 溶液浓度怎么办？
对盐作物料衡算：
对总物料作衡算： 解得：
F0 x0 F1x1
F0 W1 F1
F0=5000, x0=0.12,W1=0.3 两个方程, 两个未知
第二讲
本章小结
1.了解化工原理的研究对象和单元操作的分类。 2. 熟练掌握物料衡算和能量衡算方法。 3. 熟练掌握单位换算方法。
重点：物料衡算与能量衡算方法及单位换算 作业：P9：4
东北石油大学
化工原理
衡算的步骤：
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
衡算的范围
衡算的对象
整个生产过程或其中的一部分
某一设备 系统中的所有物料
原则：包括未知数 已知量最多
某一个组分
Company Logo
第一讲
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12 ％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出 5%的水分。试求：
化工原理来源于实践，又面向实践，应用于实践； 是化工技术工作者的看家本领。
为什么要学 ？
第一讲
§1.1 化工过程
例：聚氯乙烯塑料的生产过程
乙炔
吸收 提纯
氯化氢 提纯
加成反应 反应器
单体合成
聚合反应 聚合釜
单体精制 聚合
脱水
传热 传质
干燥
反应热 传热
压缩、冷凝
过滤
反应热 传热
离心分离
产品
问：为什么要进行提纯？
东北石油大学
化工原理
xFA AB 分离装置 F
A WA=? B WB =?
Q=? 3.2 物料衡算
定义－－依据质量守恒定律对总物料或组分列 出方程求解的运算过程。
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质 量和系统中积累的物料质量。
Company Logo
GI GO GA
有了物料衡算 方程如何进行 物料衡算呢？
F1 3536.6kg / h x1 0.1697 16.97%
第一讲
3.3 能量衡算
定义：依据能量守恒定律列方程求解未知量的过程。 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量 与损失的热量之和。
或写成
QI Q0 QL
——热量衡算通式
(wH) I
(wH )0 QL
化工原理
3.1稳定操作过程与非稳定操作过程
连续操作
间歇操作
稳定操作：各个位置上的物料的组成和温度、 压强、流速等参数不随时间而改变。不同位置 可以不同。
不稳定操作：各位置上的这些参数只要有一个 随时间而变化。
连续操作 过程
Company Logo
稳定操作 特点 过程
没有物料的积累 没有能量的积累
化工原理
2020-01-14
主讲教师：宋 华
LOGO
第一讲
绪 论
第一讲
化工原理也叫做化工单元操作（Unit Operation of Chemical engineering ），是化学工程学科中形成最早， 基础性最强，应用面最广的学科分支；
它是研究大规模化工生产中物理性质变化规律的工 程学科。
第一讲
§1.1 化工过程
原料的预处理：物理过程 进行化学反应：化学过程-过程的核心 反应产物的分离与提纯：物理过程
对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态 与物理性质上发生变化，而且在化学性质上也发生变 化，成为合格产品的过程。
化工过程
化学反应过程 基本物理过程
举例？流体的输送 重要性?
组合
化工原理的研 究对象什么？
溶液带入
从附录查出120℃饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg的热量？
蒸气带入的热量：Q1 95 2708.9 257400kJ/h
溶液带入的热量：Q2 1000 3.56 25 0 284800kJ/h
第一讲
冷凝水带出的 热量？
输出的热量： QO Q3 Q4
第二讲
力的
SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个： 单位？
长度m 、质量kg 、时间s
温度K（开尔文）、物质量mol（摩尔）
特点？
电流A(安培）、光强度单位cd(坎德拉）
第二讲
4.2 因次
物理量的单位与基本单位之间的关系叫做该物理量的 因次。
基本量 长度－－L 质量－－M 时间－－T
比如 速度的因次
重点：掌握物料衡算与能量衡算方法
第二讲
4.1单位及Βιβλιοθήκη 位制基 本 量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导 出 量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相
乘、除而构成的 。 单 位 制：基本单位与导出单位的总和。
水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数。 （书上第8页例0－5）
解： （1）根据题意画出流程图
120℃饱和水蒸 气
0.095kg/s
原则：包括已知数 已知量最多
25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s
（2）画衡算得范围
120℃饱和水 0.095kg/s
第一讲
120℃饱和水蒸 气
第一讲 3）单元操作的分类－－按其物理本质分为三类
流体流动过程 传热过程
准循流体流动的基本规 律，用动量传递理论研 究。
遵循热量传递基本规律 ，用热量传递理论研究
流体输送、 沉降、过滤 等。 传热、冷凝 、蒸发等。
传质过程
遵循质量传递基本规律 ，用质量传递理论研究
蒸馏、吸收 、萃取等。
第一讲
主要目的
L 气0.095kg/sI
Q0 13700kJ/h
百分数。
25℃溶液
换热器
80℃溶液
热量损失的百分数= 1.0kg/s 13700
1.0kg/s
100% 6.54%
257400 47900
120℃饱和水
0.095kg/s
第一讲
3.4 过程的平衡和速率
①平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。 平衡是一个动态的过程。 ② 速率
第一讲
§1.2 化工原理的研究对象——单元操作
1) 单元操作——化工生产中基本物理操作
物理过程本身也 是基本加工过程
举例： 常减压
化工原理内容：单元操作的基本原理及典型单元 设备的的结构及工艺尺寸的计算等。
第一讲
2）单元操作的特点 ①所有的单元操作都是物理过程，只改变物料的状态或物
理性质，并不改变化学性质。 ②同一单元操作在不同的化工生产中遵循相同的过程规律， 但在操作中条件及设备类型（或结构）方面会有很大差别。 ③对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现。
过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。 过程的速率表示为：
过程的速率＝推动力／阻力 推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离。 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。
第二讲
绪论 复习
概 1）《化工原理》课程的发展、性质、地位和作用
2）化工生产过程？单元操作的内容与分类以及研究内容
述 3）化工过程的物料衡算与能量衡算的基本概念与计算步骤
（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量； （2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
解： （1）首先画一个流程示意图表示进行的过程 用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。
(2) 划定衡W算1 的范围
W2
为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，
用F0一=5圈00封0k闭g/h的蒸虚发线器画1出。F1
（4）列衡算式
两个方程, 三个未知数？
对盐作物料衡算： F0 x0 F2 x2
对总物料作衡算： F0 F2 W1 W2
第一讲
已知条件：第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。
由题意知 W2 1.05W1
F2 2000 kg / h
W1 1463.4kg / h W2 1536.6kg / h
化 工 理论基础 原 理
工程学科
课程学习
研究化工单元操作的基本原理， 典型化工单元设备的原理、结构、 选型以及工艺尺寸的计算。
高等数学 物理学 物理化学
研究内容
解决的问题： 综合运用基础知识，有目的地解
决工程中真实的、复杂的生产实际问 题
怎样解决问题： 从复杂事物中排除非主要因素，
抽出关键环节，以合理 的简化方式建 立物理和数学模型，解决工程问题。
第二讲
4.3单位换算
已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。 按题意需将kgf/cm2中的kgf换算成N，cm2换算成m2, 查附录1： 1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述关系代入 ，得：
1.033 kgf cm2
1.033
9.81N
0.01m2
1.013105 N / m2
第一讲
能量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先 划定衡算范围及衡算基准。
此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上 选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
第一讲
例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg·℃）的某溶液自 25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120℃的饱 和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和
第一讲
1）学科性质——工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程
2）研究方法——工程方法 因次分析法 ——直管湍流阻力 数学模型法 ——双膜模型的建立
我们学 习那些
？
当 量 法 ——当量直径、当量长度等
类 比 法 ——动量、热量、质量传递的类似律
参数综合法 ——过滤常数
东北石油大学
溶液带出 的热量？
120℃饱和水的焓值为503.67kJ/kg。
冷凝水带出的热量： Q3 95 503.67 47900kJ/h
溶液带出的热量： Q4 1000 3.56 80 0 284800kJ/h
Q Q 求：此换热器的热损失
占水蒸气所提供热量的
120℃饱和水蒸
第二讲
4.4单位的正确运用
理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间 的关系，又叫物理方程。 具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位 来表示各物理量即可。
经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量 的数字之间的关系，又叫数字公式 。 公式中单位是指定的，计算中只将数字代入， 算结果，然后加上规定的单位。
0.095kg/s
25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s
(3) 选择衡算的基准：1s
120℃饱和水
0.095kg/s
(4)列衡算方程 在图中虚线范围内作热量衡算损失
根据能量衡算式，有： QI Q0 QL
蒸气带入的热 量怎么求？
在此系统中输入的热量： QI Q1 Q2
蒸发器2 F2
x0=0.12
x1
x2=0.3
第一讲
W1
W2
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
蒸发器2
F2 x2=0.3
（3）选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇
操作以一批操作为基准）原则：包括未知数
由于连续操作，以1小时为基已准知。量F最0=多5000, x0=0.12, x2=0.3
第一讲
W1
W2
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
蒸发器2
F2 x2=0.3
为求蒸发器1送出的 溶液浓度怎么办？
对盐作物料衡算：
对总物料作衡算： 解得：
F0 x0 F1x1
F0 W1 F1
F0=5000, x0=0.12,W1=0.3 两个方程, 两个未知
第二讲
本章小结
1.了解化工原理的研究对象和单元操作的分类。 2. 熟练掌握物料衡算和能量衡算方法。 3. 熟练掌握单位换算方法。
重点：物料衡算与能量衡算方法及单位换算 作业：P9：4
东北石油大学
化工原理
衡算的步骤：
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
衡算的范围
衡算的对象
整个生产过程或其中的一部分
某一设备 系统中的所有物料
原则：包括未知数 已知量最多
某一个组分
Company Logo
第一讲
画流程示意图
确定衡算范围
确定衡算基准
列衡算式
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12 ％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出 5%的水分。试求：
化工原理来源于实践，又面向实践，应用于实践； 是化工技术工作者的看家本领。
为什么要学 ？
第一讲
§1.1 化工过程
例：聚氯乙烯塑料的生产过程
乙炔
吸收 提纯
氯化氢 提纯
加成反应 反应器
单体合成
聚合反应 聚合釜
单体精制 聚合
脱水
传热 传质
干燥
反应热 传热
压缩、冷凝
过滤
反应热 传热
离心分离
产品
问：为什么要进行提纯？
东北石油大学
化工原理
xFA AB 分离装置 F
A WA=? B WB =?
Q=? 3.2 物料衡算
定义－－依据质量守恒定律对总物料或组分列 出方程求解的运算过程。
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质 量和系统中积累的物料质量。
Company Logo
GI GO GA
有了物料衡算 方程如何进行 物料衡算呢？
F1 3536.6kg / h x1 0.1697 16.97%
第一讲
3.3 能量衡算
定义：依据能量守恒定律列方程求解未知量的过程。 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量 与损失的热量之和。
或写成
QI Q0 QL
——热量衡算通式
(wH) I
(wH )0 QL
化工原理
3.1稳定操作过程与非稳定操作过程
连续操作
间歇操作
稳定操作：各个位置上的物料的组成和温度、 压强、流速等参数不随时间而改变。不同位置 可以不同。
不稳定操作：各位置上的这些参数只要有一个 随时间而变化。
连续操作 过程
Company Logo
稳定操作 特点 过程
没有物料的积累 没有能量的积累
化工原理
2020-01-14
主讲教师：宋 华
LOGO
第一讲
绪 论
第一讲
化工原理也叫做化工单元操作（Unit Operation of Chemical engineering ），是化学工程学科中形成最早， 基础性最强，应用面最广的学科分支；
它是研究大规模化工生产中物理性质变化规律的工 程学科。
第一讲
§1.1 化工过程
原料的预处理：物理过程 进行化学反应：化学过程-过程的核心 反应产物的分离与提纯：物理过程
对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态 与物理性质上发生变化，而且在化学性质上也发生变 化，成为合格产品的过程。
化工过程
化学反应过程 基本物理过程
举例？流体的输送 重要性?
组合
化工原理的研 究对象什么？
溶液带入
从附录查出120℃饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg的热量？
蒸气带入的热量：Q1 95 2708.9 257400kJ/h
溶液带入的热量：Q2 1000 3.56 25 0 284800kJ/h
第一讲
冷凝水带出的 热量？
输出的热量： QO Q3 Q4
第二讲
力的
SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个： 单位？
长度m 、质量kg 、时间s
温度K（开尔文）、物质量mol（摩尔）
特点？
电流A(安培）、光强度单位cd(坎德拉）
第二讲
4.2 因次
物理量的单位与基本单位之间的关系叫做该物理量的 因次。
基本量 长度－－L 质量－－M 时间－－T
比如 速度的因次
重点：掌握物料衡算与能量衡算方法
第二讲
4.1单位及Βιβλιοθήκη 位制基 本 量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导 出 量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相
乘、除而构成的 。 单 位 制：基本单位与导出单位的总和。
水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数。 （书上第8页例0－5）
解： （1）根据题意画出流程图
120℃饱和水蒸 气
0.095kg/s
原则：包括已知数 已知量最多
25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s
（2）画衡算得范围
120℃饱和水 0.095kg/s
第一讲
120℃饱和水蒸 气
第一讲 3）单元操作的分类－－按其物理本质分为三类
流体流动过程 传热过程
准循流体流动的基本规 律，用动量传递理论研 究。
遵循热量传递基本规律 ，用热量传递理论研究
流体输送、 沉降、过滤 等。 传热、冷凝 、蒸发等。
传质过程
遵循质量传递基本规律 ，用质量传递理论研究
蒸馏、吸收 、萃取等。
第一讲
主要目的
L 气0.095kg/sI
Q0 13700kJ/h
百分数。
25℃溶液
换热器
80℃溶液
热量损失的百分数= 1.0kg/s 13700
1.0kg/s
100% 6.54%
257400 47900
120℃饱和水
0.095kg/s
第一讲
3.4 过程的平衡和速率
①平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。 平衡是一个动态的过程。 ② 速率
第一讲
§1.2 化工原理的研究对象——单元操作
1) 单元操作——化工生产中基本物理操作
物理过程本身也 是基本加工过程
举例： 常减压
化工原理内容：单元操作的基本原理及典型单元 设备的的结构及工艺尺寸的计算等。
第一讲
2）单元操作的特点 ①所有的单元操作都是物理过程，只改变物料的状态或物
理性质，并不改变化学性质。 ②同一单元操作在不同的化工生产中遵循相同的过程规律， 但在操作中条件及设备类型（或结构）方面会有很大差别。 ③对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现。
过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。 过程的速率表示为：
过程的速率＝推动力／阻力 推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离。 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。
第二讲
绪论 复习
概 1）《化工原理》课程的发展、性质、地位和作用
2）化工生产过程？单元操作的内容与分类以及研究内容
述 3）化工过程的物料衡算与能量衡算的基本概念与计算步骤
（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量； （2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
解： （1）首先画一个流程示意图表示进行的过程 用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。
(2) 划定衡W算1 的范围
W2
为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，
用F0一=5圈00封0k闭g/h的蒸虚发线器画1出。F1
（4）列衡算式
两个方程, 三个未知数？
对盐作物料衡算： F0 x0 F2 x2
对总物料作衡算： F0 F2 W1 W2
第一讲
已知条件：第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。
由题意知 W2 1.05W1
F2 2000 kg / h
W1 1463.4kg / h W2 1536.6kg / h
化 工 理论基础 原 理
工程学科
课程学习
研究化工单元操作的基本原理， 典型化工单元设备的原理、结构、 选型以及工艺尺寸的计算。
高等数学 物理学 物理化学
研究内容
解决的问题： 综合运用基础知识，有目的地解
决工程中真实的、复杂的生产实际问 题
怎样解决问题： 从复杂事物中排除非主要因素，
抽出关键环节，以合理 的简化方式建 立物理和数学模型，解决工程问题。
第二讲
4.3单位换算
已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。 按题意需将kgf/cm2中的kgf换算成N，cm2换算成m2, 查附录1： 1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述关系代入 ，得：
1.033 kgf cm2
1.033
9.81N
0.01m2
1.013105 N / m2
第一讲
能量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先 划定衡算范围及衡算基准。
此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上 选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
第一讲
例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg·℃）的某溶液自 25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120℃的饱 和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和
第一讲
1）学科性质——工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程
2）研究方法——工程方法 因次分析法 ——直管湍流阻力 数学模型法 ——双膜模型的建立
我们学 习那些
？
当 量 法 ——当量直径、当量长度等
类 比 法 ——动量、热量、质量传递的类似律
参数综合法 ——过滤常数
东北石油大学
溶液带出 的热量？
120℃饱和水的焓值为503.67kJ/kg。
冷凝水带出的热量： Q3 95 503.67 47900kJ/h
溶液带出的热量： Q4 1000 3.56 80 0 284800kJ/h
Q Q 求：此换热器的热损失
占水蒸气所提供热量的
120℃饱和水蒸
第二讲
4.4单位的正确运用
理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间 的关系，又叫物理方程。 具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位 来表示各物理量即可。
经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量 的数字之间的关系，又叫数字公式 。 公式中单位是指定的，计算中只将数字代入， 算结果，然后加上规定的单位。
0.095kg/s
25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s
(3) 选择衡算的基准：1s
120℃饱和水
0.095kg/s
(4)列衡算方程 在图中虚线范围内作热量衡算损失
根据能量衡算式，有： QI Q0 QL
蒸气带入的热 量怎么求？
在此系统中输入的热量： QI Q1 Q2
蒸发器2 F2
x0=0.12
x1
x2=0.3
第一讲
W1
W2
F0=5000kg/h 蒸发器1 F1
x0=0.12
x1
蒸发器2
F2 x2=0.3
（3）选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇
操作以一批操作为基准）原则：包括未知数
由于连续操作，以1小时为基已准知。量F最0=多5000, x0=0.12, x2=0.3