化工原理课件0绪 论
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第01章 绪论
■ 过程系统仿真 奥伦定义：仿真是一种基于模型的活动。通过对模型的试验以达到 研究系统的目的，或用模型对系统进行试验研究的过程。
“系统、模型、仿真”三者之间有着密切的关系。系统是研究的对 象，模型是系统的抽象，是仿真的桥梁，试验是仿真的手段。
2020年3月30日星期一
Process System Principle
A
B
B
（d）反馈连接 图1-2 单元的连接方式（2）
A
B
C
D
E
图1-3 复杂系统
2020年3月30日星期一
Process System Principle
7
过程系统概念
过程系统
根据输出的时间行为分类： 基于系统输出量随时间的变化关系，可分为： ① 连续系统； ② 间歇系统； ③ 拟连续系统。
2020年3月30日星期一
Process System Principle
返 回18
Process System Principle
16
实际系统 数学建模与形式化
图1-7 系统仿真的一般过程
修改数学模型
仿真建模
修改仿真模型
程序设计
程序修改
模型运行
Y
合理
N
N
程序问题
Y N
仿真模型
Y 数学模型
仿真实验
仿真结果处理
课程研究内容及方法
结论
《化工原理》是一门应用性课程，通过各有关过程的研究回答工业 应用中提出的问题：
12
课程研究内容及方法
研究内容
基础理论： 1、动量传递过程（单相或多相流动）---- 动量传递理论（速度） 2、热量传递过程 ---- 热量传递理论（温度） 3、物质传递过程 ---- 质量传递理论（浓度） 单元操作： 1、动量传递过程：流体输送、沉降、过滤等； 2、热量传递过程：加热、冷却和蒸发等； 3、物质传递过程：吸收、精馏、萃取、干燥等。
《化工原理》第一讲 化工原理概述
3 3 6m
1
1
2
2
吸入管路的能量衡算
总的能量能衡算
1、稳态的能量衡算
例题3、在换热器里将平均比热为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 和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸汽冷凝成同温度的饱和 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。 120℃的饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg， 120℃的饱 和水的焓值为503.67kJ/kg
5kg/s,100℃
换热 器
5kg/s,T℃
盐水
经验公式单位换算
练习
1、已知某离心泵特性曲线方程为H=45-2.22Q2（其中Q的单 位为m3/min）试将Q的单位换算为m3/s及m3/h 。
物料衡算
2、含1、2、3、4四种组分各0.25
（摩尔分率，下同）的某混合液，
以1000kmol/h的流量送入精馏塔 内分离，得到塔釜与塔顶两股产
绪论
1、化工原理包含的内容
过程原理（三传）和设备
（1）三传（ Transfer process）的概念
热量传递、质量传递和动量传递的过程原理（机理）和传递速率
（2）设备：输送设备、换热器、塔设备等等
绪论
2、单元操作分类
1）遵循流体动力基本规律的单元操作
流体输送、沉降、过滤、固体流态化等
2）遵循传热基本规律的单元操作
二
发
蒸
器
发
器
F1,x1
F2
x2=0.3
2、非稳态的物料衡算
例2、用氮气把体积为2个立方米的反应器中的 氧气吹扫干净，反应器中氧气的初始体积分 率为20%，要将氧气的体积分率吹扫到1%，氮 气的流率为1个立方米每分钟，求需要多长的 吹扫时间。
《化工原理》课件
进行期末考试，综合评估学生在整个课程中的学 习成果。
学习资源
1 教材推荐
2 参考书目
除了《化工原理》教材外， 我们还推荐以下参考教材， 有助于更深入地理解化工 原理。
在课程中提供的参考书目 中，您可以找络资源
我们提供一些网络资源， 供学生进一步学习化工原 理和实际应用。
推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
《化工原理》PPT课件
欢迎来到《化工原理》PPT课件！本课程将介绍化工基本原理和实际应用，帮 助您理解化工流程和反应动力学。
课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
学习资源
1 教材推荐
2 参考书目
除了《化工原理》教材外， 我们还推荐以下参考教材， 有助于更深入地理解化工 原理。
在课程中提供的参考书目 中，您可以找络资源
我们提供一些网络资源， 供学生进一步学习化工原 理和实际应用。
推荐使用《化工原理》教材， 该教材详细解释了化工原理 的基本概念和实际应用。
重要概念
1 反应原理
了解不同类型的化学反应和它们的原理，如 合成反应、分解反应和酸碱反应。
2 质量守恒与能量守恒
理解质量守恒定律和能量守恒定律，并学会 在化工过程中应用。
3 化学平衡
4 反应动力学
学习如何计算和控制化学反应中的平衡常数， 以及如何进行反应平衡的优化。
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课程介绍
课程目标
掌握化工基本原理，理解反 应动力学，培养化工工艺设 计的能力。
课程概述
介绍化工原理相关的重要概 念和实际应用，涵盖质量守 恒、能量守恒和化学平衡等 方面。
教材介绍
掌握反应速率和化学动力学的概念，了解如 何改变反应速率和提高反应效率。
实际应用
化工工艺流程
了解化工工艺流程的基本原理，包括物料流动、反 应控制和产品分离等关键步骤。
催化剂的应用
探索催化剂在化工过程中的重要作用，了解如何选 择和使用催化剂以提高反应效率。
课程评估
课堂作业 期中考试 期末考试
通过完成课堂作业，巩固对课程知识的理解和应 用能力。 进行期中考试，评估学生对化工原理的掌握程度。
化工原理完整教材课件
实验原理理解
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
(完整版)化工原理课件(天大版)
以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
内蒙古大学化学原理基础实验讲义00绪论：化工原理实验基础知识
化工原理基础实验讲义化工学院化工原理教研室绪论：化工原理实验基础知识化工原理实验是化工、制药、环境、食品、生物工程等院系或专业教学计划中的一门必修课程。
化工原理实验属于工程实验范畴，与一般化学实验相比，不同之处在于它具有工程特点。
每个实验项目都相当于化工生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，同时，随着实验课的进行，会遇到大量的工程实际问题，对理工科学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段，可以发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系，也可以认识到对于一个看起来似乎很复杂的过程，一经了解，可以只用最基本的原理来解释和描述。
因此，在实验课的全过程中，学生在思维方法和创新能力方面都得到培养和提高，为今后的工作打下坚实的基础。
一、化工原理实验教学目的化工原理实验教学的目的主要有以下几点：1．巩固和深化理论知识在学习化工原理课程的基础上，进一步理解一些比较典型的已被或将被广泛应用的化工过程与设备的原理和操作，巩固和深化化工原理的理论知识。
2．提供一个理论联系实际的机会将所学的化工原理等化学化工的理论知识去解决实验中遇到的各种实际问题，同时学习在化工领域内如何通过实验获得新的知识和信息。
3．培养学生从事科学实验的能力实验能力主要包括：①为了完成一定的研究课题，设计实验方案的能力；②进行实验，观察和分析实验现象的能力和解决实验问题的能力；③正确选择和使用测量仪表的能力；④利用实验的原始数据进行数据处理以获得实验结果的能力；⑤运用文字表达技术报告的能力等。
学生只有通过一定数量的实验训练，才能掌握各种实验技能，为将来从事科学研究和解决工程实际问题打好坚实的基础。
4．培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风，提高自身素质水平。
二、化工原理实验的特点本课程内容强调实践性和工程观念，并将能力和素质培养贯穿于实验课的全过程。
围绕《化工原理》课程中最基本的理论，开设有设计型、研究型和综合型实验，培养学生掌握实验研究方法，训练其独立思考、综合分析问题和解决问题的能力。
化工原理完整(天大版)PPT课件
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
可编辑课件
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 2021/4/25
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
可编辑课件
返回 2 2021/4/25
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
可编辑课件
返回 3 2021/4/25
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
可编辑课件
返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
返回 4 2021/4/25
可编辑课件
返回 5 2021/4/25
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Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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《化工原理》PPT课件
精选课件ppt
17
返回
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，
如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢
管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
m3/s或m3/h。
2 、质量流量mS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体质量，
二、流速
kg/s或kg/h。
1、平均流速u ：单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，
m/ s。
2、质量流速G ：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，
三、相互关系： kg/（m2·s）。
mS=GA=πd2G/4
VS=uA=πd2u/4
流体流动应服从一般的守恒原理：质量守恒和能 量守恒。从这些守恒原理可得到反映流体流动规律 的基本方程式
连续性方程式（质量守恒）
柏努利方程式（能量守恒）
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
精选返课件回ppt
2
1-2-1 流体的流量与流速
一、流量
1、体积流量VS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，
8
1-2-3 定态流动系统的质量守恒——连续性方程
精选课件ppt
流体流速与 管道的截面 积成反比， 截面积越大 流速越小， 反之亦然。 管内不同截 面流速之比 与其相应管 径的平方成 反比。
例1-9 7
【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径
d1=10cm，
细管内径d2=5cm，当流量 为 4×10 － 3m3/s 时 ，
精选课件ppt
化工原理(谭天恩)绪论课件
专 s 1kgf
s
（3） G = 2.45u 0.8∆p
式中 G
制 控 与 水蒸发速率，lb / ft 2 ⋅ h ；
u
水上方空气速度， ft / s ；
备 ∆ p
空气温度下，水饱和蒸汽压与空气中水汽分压差， atm 。
试求： u = 2 m/s ， ∆p = 100 Pa 时水的蒸发速率（SI 制）
绪论
教材
1．谭天恩，麦本熙，丁惠华．《化工原理》（上、下册，第二版）． 北京：化学工业出版
用 社，1998
2．阮 奇，叶长燊，黄诗煌．《化工原理优化设计与解题指南》．北京：化学工业出版社，
2001
使
业
斋．《化工原理》（上、下册）．北京：化学工业出版
控 社．2001 与 2．何洪朝，窦 梅，钱栋英．《化工原理操作型问题的分析》．北京：化学工业出版社．1998
州 G =1.089 ×10−2 lb/ft 2 ⋅ h
福=1.089 ×10−2
lb ft 2 ⋅ h
×
0.4536 kg 1lb
×
1ft 0.3048 m
2
×
1h 3600 s
= 1.477 ×10−5
kg/m 2 ⋅ s
公式变换：
G′ ： kg/m 2 ⋅ s ； u′ ： m/s ； ∆p′ ： Pa
者及实验设备条件的限制与影响，可能采用不同的单位制；所以应采用公式中各物理量规
定的单位进行运算，否则公式不成立且计算结果错误。
换算： （1）1kg：SI 制，质量；1kgf：工程制，重量
CSY-4-BOWANG
1kg 与 1kgf 数值上相同但物理意义完全不同，所以1kg ≠ 1kgf
电子教案与课件：《化工单元操作》电子课件 0绪论(2015版)
分离技术
沉降 过滤 蒸发 干燥 蒸馏 吸收 萃取 结晶 膜分离 吸附
从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒、液滴或气泡 从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒 使非挥发性物质中的溶剂气化，溶液增浓 使固体湿物料中所含湿分气化除去 利用组分的挥发度不同，分离均相混合液体 利用气体在液体（吸收剂）中溶解度不同，分离气相混合物 利用液体在液体（萃取剂）中溶解度不同，分离液相混合物 使溶液中某种溶质变成晶体析出 利用固体或液体的膜来分离气体或液体混合物 利用组分在固体吸附剂上吸附量不同，分离气相或液相混合物
作。化工单元操作（又名化工原理）就是研究这
些物理操作的。
化工单元操作—绪论
2021/2/3
化工单元操作—绪论
2021/2/3
二、单元操作的分类
类别
流体流动 及输送技术
名称
流体流动 及输送
功能与用途 将流体从一个设备输送到另一个设备、提高或降低气体的压力
传热技术
传 热 升温、降温或改变相态 冷 冻 将物料温度冷却到环境温度以下
二、课程目标
• 使学生获得常见化工单元操作的操作技能、
基础知识和基本计算能力，并受到足够的 操作技能训练和职业素质培养，为学生学 习后续专业课程和将来从事工程技术工作， 实施操作控制、工艺调整、生产管理奠定 知识、技能、素质基础。
化工单元操作—绪论
2021/2/3
任务三 了解解决工程问题的基本思路和方法
• 非定态操作: 指操作参数既与位置有关又与时间有关，
如非定态流动和非定态传热等。间歇生产通常属于非定态 操作。非定态操作的特点是过程进行的速率是随时间变化 的，系统内存在物质或能量的积累。
化工单元操作—绪论
2021/2/3
高职高专化工原理课件-陆美娟版-绪论
反应的特点：放热反应、吸热反应，加压、微负压， 反应温度
液 氨 汽化 气氨 CO2 H2O
磷石膏
过滤
碳 化 冷却
输送
搅拌 加热
转化
过滤
输 送
造粒
离心分离
蒸发结晶
输送
沉降中和
化工生产过程
化学反应过程
物理处理 过程
——单元操作
1、本门课研究的内容
• （1）单元操作：原理，计算 • （2）设备：合理结构、尺寸，改进的尺寸
计算包括：设计型计算和 操作型计算
• （3）传递过程速率的计算
• （4）过程的热力学极限与临界点的计算 （物理化学概念）
• （5）物性计算
三、物料衡算与热量衡算
1、物料衡算
衡算的步骤:
A、确定衡算范围
一个设备，一个过程，一个工段，一个车间，一个厂
B、选定衡算基准
时间基准 s ，h，d，y;物料量基准
物的某些基本特征 （3）是量纲分析法的基础
小结
• 1、本门课研究的主要内容 • 2、常用术语
C、选择联系物质，列衡算式
总物料形式、 组分形式
D、求解
2、热量衡算
如果有化学反应，则输入项应包括反应热Qr， 能量衡算的步骤与物料衡算一样（基准、范围）
3、衡算式的作用
• 确定过程设备的形式、尺寸 • 确定物料和能量的输出输入形式、方法及措施 • 物料及能量的综合利用 • 考察操作偏离正常情况的程度 • 优化工艺流程及操作参数
四、量纲一致性与单位一致性
1、单位与单位制
任何物理量的大小都是用数字与单位的乘积来表示 的，因此，物理量的单位与数字应一并纳入运算。
CGS制（物理单位制）、MKS制（米制单位制）、 工程单位制、国际单位制（SI制）
化工原理完整(天大版)PPT课件
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
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返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
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uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
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返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
化工原理0-绪论
1000 × 16%=（1000-X） × 0.8%+X X=153Kg
23.03.2022
能量衡算
本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。
王红芳
热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。
23.03.2022
物系的平衡关系
• 过程的平衡问题说明过程进行的方向和所 能达到的极限。当过程不是处于平衡态时， 则此过程必将以一定的速率进行。例如传 热过程，当两物体温度不同时，即温度不
23.03.2022
2、数学模型法（半经验半理论方法）
在对实际过程的机理深入分析的基础上，在 抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实王验红确芳 定模型参数。
研究工程问题的方法是联系各单元操作的另 一条主线。
23.03.2022
三 化工过程计算的理论基础
毕业的日子。 三 年 ， 从 宿舍 经过食 堂到教 室不长 的距离 ，但是 重复了 三年。 餐厅打 饭时漫 长 的 等 候 ， 校园里 那几棵 不知名 的大树 ，悄然 无声不 知落了 多少叶 子，在 教室里 偶 尔 能 听 到 同学们 一起哼 着经曲 老歌， 图书馆 里页页 翻过的 杂志总 能找到 和我们 心 情 一 样 的 句子， 操场上 大家一 起运动 的身影 ，还有 大家说 过一起 为了明 天一起
丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社
王红芳
朱家骅等主编 化工原理 科学出版社 管国锋 化工原理 化学工业出版社 王志魁 化工原理 化学工业出版社 谭天恩等主编：化工原理， 化学工业出版社
23.03.2022
五 本课程的学习要求
23.03.2022
能量衡算
本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。
王红芳
热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。
23.03.2022
物系的平衡关系
• 过程的平衡问题说明过程进行的方向和所 能达到的极限。当过程不是处于平衡态时， 则此过程必将以一定的速率进行。例如传 热过程，当两物体温度不同时，即温度不
23.03.2022
2、数学模型法（半经验半理论方法）
在对实际过程的机理深入分析的基础上，在 抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实王验红确芳 定模型参数。
研究工程问题的方法是联系各单元操作的另 一条主线。
23.03.2022
三 化工过程计算的理论基础
毕业的日子。 三 年 ， 从 宿舍 经过食 堂到教 室不长 的距离 ，但是 重复了 三年。 餐厅打 饭时漫 长 的 等 候 ， 校园里 那几棵 不知名 的大树 ，悄然 无声不 知落了 多少叶 子，在 教室里 偶 尔 能 听 到 同学们 一起哼 着经曲 老歌， 图书馆 里页页 翻过的 杂志总 能找到 和我们 心 情 一 样 的 句子， 操场上 大家一 起运动 的身影 ，还有 大家说 过一起 为了明 天一起
丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社
王红芳
朱家骅等主编 化工原理 科学出版社 管国锋 化工原理 化学工业出版社 王志魁 化工原理 化学工业出版社 谭天恩等主编：化工原理， 化学工业出版社
23.03.2022
五 本课程的学习要求
化工原理----绪论
单元操作的研究内容：各种单元操作的基本原理 与单元操作过程计算、典型单元操作设备的合理结构 及其工艺尺寸的设计与计算、设备操作性能的分析以 及组织工程性实验以取得必要的设计数据，找出强化 过程、改进设备的途径。 操作方式：连续操作和间歇操作； 定常操作与不定常操作。
表0－1 单元操作的名称及分类
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Biblioteka 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）
任何一个化工生产过程都是由若干种完成特定任 务的设备（包括反应器、完成各单元操作的设备和 贮料设备）按一定顺序、由各种管道和输送装置连 接起来的组合体。
(四)单元操作计算的基本内容
分为设计计算和操作计算两类。 物料衡算（质量守恒定律）、能量衡算（能量守恒定 律，即热力学第一定律）；
传递过程的推动力 过程速率： 传递过程速率＝ 传递过程的阻力
过程的极限以及物性计算。
三、单位及单位换算
1、单位制 （1）cgs制（物理单位制） 基本单位：长度cm，质量g，时间s
输入总热量 = 输出总热量 注：由于焓是相对值，与物料衡算不同的是，衡算 基准除了选取时间基准或物料量基准外，还需选取物流焓 的基准态。
3.物流焓的基准态： 包括物流的基准压强p0、基准温度t0和基准相状态φ0： (1)基准压强：通常取p0 ＝100kPa，一般在压强不高的 情况下，常可忽略， (2)基准温度：可取0℃。 (3)基准相态：选择可视具体情况而定。 由于焓是相对值，基准态的选择有一定任意性， 在压强不高时，主要是确定基准温度和基准相态。各组 分的基准态可以不同，但同一组分必须在同一基准念下 进行计算。
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绪论
3、单元操作计算的主要内容 （1）物料衡算 根据质量守恒定律（Conservation law of mass） 输入质量 = 输出质量 + 积存质量（可为正值或负值） 对于连续稳定的过程：积存的量 = 0
输入质量 = 输出质量
绪论
例 采用两个连续操作的串联的蒸发器浓缩NaOH溶液。 每小时有5吨12%（质量%） NaOH溶液进入第一个蒸发器 ，浓缩到20%后输送到第二个蒸发器，进一步浓缩成50%的 溶液而排出。试分别求出两个蒸发器每小时蒸发的水量及从 第二个蒸发器送出的浓溶液量。 A 5000kg/h 12% B 20% C D 50%
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。
化工原理
（上 册）
福州大学化学化工学院
教材与参考书
教材（作者. 书名. 出版地：出版社. 出版时间）
谭天恩，窦梅，周明华.《化工原理》（上册，第三版）.
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》（上册，第 二版）. 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》（上册）. 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 .
③ 确定衡算基准，对稳定的连续过程，一般以单位时间为 衡算基准，对间歇过程一般以一批操作作为衡算基准；
注：对于热量衡算，由于焓值大小与从哪一温度算起有 关，因而热量衡算还要指明基准温度。物料的焓值常从0℃ 算起，若以0℃为基准，则可不再指明；有时为方便计，以 进料温度或环境温度作为基准温度，或采用数据资料的基准 温度，这时就一定要指 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）
单元操作：物料在各种各样的前、后处理过程中的物理 变化。
绪论
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
绪论
（3）传递过程速率
传递推动力 传递过程速率 传递阻力
（4）过程的极限（平衡）
绪论
4、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。 5、贯穿本课程的主线——工程观点
绪论
2、单位换算
（1）理论公式 根据物理规律推导的
F kma
[F ] kg m/s2 N(牛顿)
（2）经验公式 根据实验结果整理出的
（k = 1）
5.3 0.036 u
对流给热系数
k cal (工 程 制 ) 2 o m h C
气体速度 cm/s(cgs制)
绪论
（3）物理量的单位换算
基本单位：长度cm，质量g，时间s
导出单位：如 力 g· cm/s2=dyn（达因） 力 = 质量× 加速度 即
力的符号 质量的符号
F = ma
加速度的符号
（1）
[F] = g · （cm/s2）= dyn （达因）
方括号表示物 理量的单位
绪论
（2）工程制 基本单位：长度m，重量（重力）kgf，时间s 导出单位：如 质量
脱水
传热 传质 干燥
提纯
过滤 反应热 离心分离 产品 传热
问：为什么要进行提纯？
绪论
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。 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。
质量m = 1kg的物体在地面附近的重量为1kgf（工程制）
重力
1kgf 1kg 9.81m/s2 9.81N(SI制)
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。
绪论
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。
绪论
（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。
绪论
二、单位及单位换算
1、单位制 （1）cgs制（物理单位制）
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 ℃
蒸发器1
蒸发器2
图1 例3流程图
绪论
（2）热量衡算 根据能量守恒定律（Conservation law of energy） 输入热量 = 输出热量 + 热损失 对于稳定过程、忽略热损失： 输入热量 = 输出热量
绪论
物料衡算与热量衡算共同的解题步骤：
① 画出流程示意图，用箭头表示物料或热量的传递方向； ② 确定衡算范围；