化工原理B绪论

思考：比较R流股在I内外的情况有何不同？ I，III或II，III范围列算式时计算结果有何不同？
热量衡算举例
• 例0-4:在换热器中将平均比热为3.56kJ/(kg.℃)的某种溶液 自25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s。加热介质为 120℃的饱和水蒸汽，其消耗量为0.065kg/s，蒸汽冷凝成 同温度的饱和水后排出。试计算换热器的热损失占水蒸 汽所提供热量的百分数。
绪
论
绪论是对本门课程的研究对象、研究方法作的大体 的介绍。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。 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。化工原理课程体系包括三门相对独立 的课程：理论课、实验、课程设计。
换热器
• 4.列算式：查附录九：120℃饱和水蒸汽 H=2708.9kJ/kg，120℃饱和水H=503.67kJ/kg，则： • 1.0×3.56×(25-0)+0.095×2708.9=1.0×3.56×(800)+0.095×503.67+QL
QL=13.70 kW 水蒸汽提供热量：Q=0.095×(2708.9-503.67)＝209.5 kW ∴热损失百分数＝13.70/209.5=6.54％
任何一个物理量方程，只要理论上合理，则该方程 等号两边的量纲必定相等。
dim Q L M T I N J


四、单元操作的研究方法 （1）实验研究法 以量纲分析为指导，依靠实验建立过 程参数之间的相互关系，把这种关系表示成由若干参数组 成的特征数的关联。 （2）数学模型法（半理论半经验的方法） 数学模型法要对实际问题的机理做深入的分析，并立 足于对复杂的实际问题作出合理的简化，得出能基本反映 过程机理的物理模型，从而使方程得以建立；其次通过实 验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。故该法 是半理论半经验的方法。 五、贯穿本课程的主线——工程观点
化工原理 Principles of chemical engineering
化工原理教学组织及要求
• 1． 一年课程，其中划分为两部分：二门课 化工原理理论教学:64学时 化工原理实验 :32学时 • 2． 教学环节与要求 课堂教学（思路和概念为主） 预习、复习与课后练习 作业 ：独立完成，及时答疑 章节测试 (开卷):考试成绩占总评的30% 期末考试(闭卷或开卷):考试成绩占总评的70%
二、本课程的性质及任务内容
1、性质：技术基础课 2、任务： 1 ）根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行 “过程和设备”的选择，以适应指定物系的特性，经 济而有效地满足工艺的要求。
2）进行过程的计算和设备的设计。
3 ） 进行操作和调节以适应生产的不同要求。在操作 发生故障时如何寻找故障的缘由。 3、内容 这门课主要就是研究各个单元操作的基本原理及设备。
1000kg/h 20％KNO3
蒸发器
结晶器
• 4.列算式： • 方框I：总物料：1000=W+P • KNO3组 分:1000×0.2=W×0+P×0.96 方框II：总物料：S=P+R KNO3组分:S×0.5=P×0.96+R×0.375
W=791.7 kg/h P=208.3 kg/h
S=974.8 kg/h R=766.5 kg/h
物料衡算解决的问题 • 根据处理的物料量，确定设备的某些主要尺寸（如吸 收塔的塔径）; • 拟定加工方案或选择流程（如按处理的物料量确定是 否应该综合利用）; • 确定实际转化率下物系距平衡的远近，从而了解过程 推动力的大小（如传质过程的操作线）; • 揭示操作偏离正常情况的程度，为进一步改进提供依 据;
教材与参考书
教材 王志魁.《化工原理》（第三版） 化学工业出版社. 主要教学参考资料
1. 阮 奇，叶长燊，黄诗煌.《化工原理优化设计与解题指南》 . 2. 陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋.《化工原理》. 3. 何洪朝，窦 梅，钱栋英.《化工原理操作型问题的分析》. 4. 天津大学化工原理教研室.《化工原理》. 5. 丛德滋，方图南.《化工原理示例与练习》. 6. 姚玉英.《化工原理例题与习题》. 7. 陈世醒，张克铮，郭大光.《化工原理学习辅导》. 8. 大连理工大学化工原理教研室.《化工原理》. 9. W L McCabe，J C Smith，P Harriott. Unit Operations of Chemical engineering. McGraw-Hill Companies, Inc .
重力
1kgf 1kg 9.81m/s 9.81N(SI制)
2
1kgf = 9.81N
9.81N 1 1 k gf
换算因数
9.81N 5 kgf 5 kgf 49.05 N 1 kgf
换算因数彼此是属于两个不同单位制的物理量，它们 是等量关系，它们之间的比值为纯数1。
3.量纲一致 物理量的基本量的量纲为其本身。 SI制中长度， 质量，时间，温度， 物质的量，电流，发光强度等7 个基本量的量纲符号为L、M 、 T 、 I 、 Θ 、 N 、 J。 导出量Q的量纲为
能量衡算解决的问题
• 根据能量的形式和转化，确定能量输入或输出的基本 方法（如加压或减压，加热，冷却）; • 根据过程需要输入或输出能量的大小，确定设备的基 本尺寸（如泵的功率，换热器的面积）; • 根据能量关系，确定能量综合利用途径; • 根据能量衡算，预计反应或过程进行的情况及必须采 取的措施（如预先估计放热反应可能引起的温升）; • 考察操作偏离正常或设计条件的程度;
质量的符号
[ F ] kgf 2 [ m] kgf s /m 2 [a] m/s
（3）SI制（国际单位制）
基本单位：长度m，质量kg，时间s，温度K，
物质量单位mol，电流A，光强度cd（坎德拉） 1 ℃ =（273.15+1）K 导出单位：如 比热容（cp ） kJ/(mol · K)或kJ/(kg · K) 温度差1K=1 ℃
物料衡算举例
• 例0-3:已知原料液流量为1000kg/h，含20％KNO3，进入 蒸发器，蒸出水分W kg/h，浓缩液为S kg/h，含KNO350 ％进入结晶器，结晶产品为P kg/h，含96％KNO3，循环 母液R kg/h，含37.5％KNO3，回到蒸发器再循环，求 W,S,P,R各为多少kg/h？ 解：1.绘简图： W kg/h
七.单元操作中的五个基本概念 1. 物料衡算 基本形式：输入量－输出量＝累积量 对于稳定流动操作：输入量＝输出量 运用步骤（1）画出过程示意图（2）确定衡算范围（3） 确定衡算对象和基准 2. 能量衡算 满足能量守恒、热力学第一定律 热量衡算通式： ΣQi=ΣQo+QＬ Σ(wH) i=Σ(wH)o+QＬ 运用步骤（1）画出过程示意图（2）确定衡算范围（3） 确定衡算基准（基准温度和热损失） 3. 平衡关系 相平衡、化学平衡 4. 传递速率 传递速率＝推动力/阻力 5. 经济核算
一、化工过程与单元操作
1、化工过程 化工过程的特点之一是步骤多，而且因为不同的化学 工业所用的原料与所得产品不同，所以各种化工过程的差 别大。 一个化工过程所包含的步骤可分为两大类——化学变 化和单元操作，简称为“三传一反” ： 化学反应：进行化学反应为主，在反应器中进行；是 化工过程的核心，其投资约占化工过程总投资的10~20%；
单元操作：不进行化学反应，是物理变化过程。如： 原料和反应物的前、后处理工序，仅发生压力、温度、组 成、相态等物理变化过程，是生产过程必不可少的操作。
2、单元操作
例1：味精的生产过程
生化反应 化学反应 流体输送
中和 传质 传质、传热
原料
发酵
预热
蒸发
结晶
干燥
味精
化学或量化变化 传热 在发酵罐中进行 （物理变化过程）
② 都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过 程所包含的单元数目、名称与排列顺序各异。
③ 某个单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并 无不同，进行操作的设备往往也是通用的。但是反应过程 却不一样，不同的反应，反应机理不同，设备也不同。
（2）分类 根据内在的理论基础，可归并为三类： ① 以流体力学为基础，包括流体输送、沉降、过滤 、离心分离、搅拌、固体流态化等； ② 以热量传递理论为基础，包括加热、冷却、蒸发 等； ③ 以质量传递理论为基础，包括蒸馏、吸收、吸附 、萃取、干燥、结晶、膜分离等。
单元操作：物料在各种各样的前、后处理过程中的物理 变化。
例2：聚氯乙烯塑料的生产过程
吸收 乙炔 氯化氢 提纯 加成反应 反应器 单体合成 反应热 传热 聚合反应 聚合釜 聚合 单体精制 压缩、冷凝
脱水
传热 传质 干燥
提纯
过滤 反应热 离心分离 产品 传热
单元操作的特点与分类
（1）特点
① 都是不进行化学反应的过程，是物理性操作，即只 改变物料的状态或物理性质，不改变其化学性质。
℃饱和水蒸汽 解：1.绘简图 1200.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s 80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
换热器
2.定基准：1s，0℃，液体 3.划范围：以换热器为衡算范围
120℃饱和水蒸汽 0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s 80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
2、单位换算
（1）理论公式 根据物理规律推导的
F kmaLeabharlann [F ] kg m/s2 N(牛顿)
（ k = 1）
（2）经验公式 根据实验结果整理出的
5.3 0.036 u