化工原理-绪论
《化工原理绪论》课件
现代化工过程通常采用高度自动化的控制系 统，以实现高效、安全和可靠的生产。
化工过程的效率与能耗
效率
化工过程的效率是指输出有用产物与输入的原材料和能量之比，提高效率可以降低生产 成本和资源消耗。
能耗
化工过程的能耗是指生产过程中所消耗的能源和能量，降低能耗是化工过程的重要发展 方向，可以提高经济效益和环保性能。
VS
新技术
随着科技的不断发展，新技术也不断涌现 ，如微化工技术、3D打印技术等，这些 技术能够实现精细化工过程控制和产品制 造，提高化工过程的效率和安全性。
节能减排与可持续发展
节能减排
随着环保意识的不断提高，节能减排 成为了化工行业的重要发展方向，通 过优化化工过程和采用清洁能源，降 低能源消耗和减少污染物排放。
04
化工过程的优化与控制
化工过程的优化方法
数学模型法
通过建立数学模型描述化工过程 ，利用优化算法求解最优操作条
件。
实验优化法
通过实验设计、实验实施和实验数 据分析，找到最优的工艺参数。
人工智能法
利用机器学习、深度学习等人工智 能技术，对历史数据进行训练和学 习，自动找到最优操作条件。
化工过程的控制策略
化学反应
总结词：反应工程
详细描述：化学反应是化工生产的核 心，涉及到反应速率、反应条件以及 反应过程优化等，对于提高产品质量 和降低能耗具有重要意义。
03
化工过程的分类与特点
化工过程的分类
物理过程
物质状态变化或能量传递的过 程，如蒸发、冷凝、过滤等。
化学过程
物质发生化学反应的过程，如 燃烧、合成、分解等。
生物过程
生物发酵、酶催化等生物化学 过程。
《化工原理》教案
《化工原理》教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释化工原理的概念和重要性概述课程的目标和内容1.2 化工过程的基本类型介绍化工过程的四个基本类型：单元操作、单元过程、化学反应和物理变化解释每种类型的特点和应用1.3 化工工艺流程图介绍化工工艺流程图的符号和表示方法分析一个简单的化工工艺流程图1.4 化工生产中的安全和环保强调化工生产中的安全措施和注意事项讨论环保在化工生产中的重要性第二章：流体力学基础2.1 流体的性质介绍流体的定义和分类解释流体的密度、粘度和表面张力等基本性质2.2 流体力学方程介绍流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程解释这些方程在化工中的应用2.3 流体的流动讨论流体的层流和湍流流动分析流速、流量和流阻等概念2.4 泵与风机的原理及应用介绍泵和风机的分类和工作原理讨论泵和风机在化工生产中的应用和选择第三章：热力学基础3.1 热力学基本概念介绍热力学的定义和基本术语，如系统、状态、过程和能量解释热力学第一定律和第二定律3.2 热力学方程介绍热力学方程，如状态方程、焓方程和熵方程分析这些方程在化工中的应用3.3 相平衡讨论相平衡的基本原理和相图解释单组分系统和多组分系统的相平衡条件3.4 热传递介绍热传递的类型和方式，如导热、对流和辐射分析热传递的数学表达式和计算方法第四章：化学平衡与反应工程4.1 化学平衡的基本概念介绍化学平衡的定义和基本原理解释化学平衡常数和勒夏特列原理4.2 化学平衡的计算介绍化学平衡的计算方法和步骤分析化学平衡计算中的限制条件和优化问题4.3 反应动力学介绍反应动力学的定义和基本方程解释零级反应、一级反应和二级反应的特点和计算方法4.4 反应器设计介绍反应器的类型和设计原则分析反应器的操作条件、效率和优化问题第五章：分离工程5.1 分离方法概述介绍分离工程的概念和重要性概述常见的分离方法，如过滤、离心、吸附和蒸馏5.2 过滤原理与设备介绍过滤原理和过滤介质的选择分析过滤设备的设计和操作条件5.3 离心分离原理与设备解释离心力产生的原理和离心分离的适用范围讨论离心分离设备的设计和操作条件5.4 蒸馏原理与设备介绍蒸馏原理和蒸馏塔的设计分析蒸馏操作的条件和蒸馏效率的优化第六章：膜分离技术6.1 膜分离原理介绍膜分离技术的定义和基本原理解释膜的筛选作用和选择性分离机制6.2 膜材料的类型及选择讨论膜材料的种类，如聚合物膜、陶瓷膜和生物膜分析膜材料的选择依据和应用领域6.3 膜分离过程及设备介绍常见的膜分离过程，如微滤、超滤、纳滤和反渗透分析膜分离设备的设计和操作条件6.4 膜污染与清洗讨论膜污染的类型和影响因素介绍膜清洗的方法和技术第七章：吸附工程7.1 吸附原理介绍吸附的概念和吸附等温线解释吸附剂的选择和吸附过程的类型7.2 吸附平衡与动力学分析吸附平衡的数学表达式和影响因素讨论吸附动力学的基本方程和特点7.3 吸附塔的设计与操作介绍吸附塔的类型和设计原则分析吸附塔的操作条件、效率和优化7.4 吸附应用实例探讨吸附技术在化工、环境保护等领域的应用实例第八章：离子交换与电解8.1 离子交换原理介绍离子交换的定义和基本原理解释离子交换树脂的选择和离子交换过程的类型8.2 离子交换设备及操作介绍离子交换设备的类型和操作条件分析离子交换效率和优化问题8.3 电解原理与设备解释电解的概念和电解池的类型讨论电解设备的设计和操作条件8.4 电解应用实例探讨电解技术在化工、能源等领域的应用实例第九章：热泵与制冷工程9.1 热泵原理与分类介绍热泵的概念和分类，如空气源热泵、水源热泵和地源热泵解释热泵的工作原理和性能评价指标9.2 热泵系统的设计与运行介绍热泵系统的设计方法和运行条件分析热泵系统的能效比和优化问题9.3 制冷原理与设备解释制冷的概念和制冷循环的类型讨论制冷设备的设计和操作条件9.4 制冷应用实例探讨制冷技术在空调、食品保鲜等领域的应用实例第十章：化工过程控制与优化10.1 过程控制的基本概念介绍过程控制的目标和基本原理解释控制器、传感器和执行机构等基本组成部分10.2 常用过程控制策略讨论常用的过程控制策略，如比例-积分-微分控制（PID控制）和模糊控制分析这些策略在化工过程中的应用10.3 过程优化方法介绍过程优化的基本方法和算法，如线性规划、非线性规划和小肠曲线法解释这些方法在化工过程中的应用和效果10.4 过程控制与优化的案例分析探讨实际化工过程中过程控制与优化的案例，分析其效果和经济效益第十一章：化工过程强化的途径11.1 过程强化的意义强调过程强化在提高化工生产效率和降低成本中的重要性讨论过程强化的目标和方法11.2 反应工程强化技术介绍反应工程中常用的强化技术，如微反应器、固定床反应器和流动床反应器分析这些技术在提高反应速率和选择性方面的应用11.3 分离工程强化技术讨论分离工程中常用的强化技术，如膜分离、吸附和离子交换分析这些技术在提高分离效率和降低能耗方面的应用11.4 能量工程强化技术介绍能量工程中常用的强化技术，如热泵、热交换器和制冷循环分析这些技术在提高能源利用效率和降低运行成本方面的应用第十二章：化工过程中的节能与减排12.1 节能的意义与途径强调节能对于化工生产的重要性讨论节能的途径和方法，如过程优化、设备改进和能源管理12.2 减排的意义与途径强调减排对于环境保护的重要性讨论减排的途径和方法，如废物利用、污染物控制和清洁生产12.3 节能减排技术的应用介绍节能减排技术在化工生产中的应用实例分析这些技术的经济效益和环境效益12.4 节能减排的政策与法规讨论国家和地方关于节能减排的政策和法规分析遵守这些政策和法规的重要性及应对措施第十三章：化工过程中的危险与防护13.1 危险源识别与风险评价介绍危险源识别和风险评价的方法和步骤分析化工过程中可能遇到的危险和风险13.2 安全技术与措施介绍化工过程中常用的安全技术和措施，如泄压装置、防火防爆设施和紧急停车系统分析这些技术和措施在防止事故发生和减轻事故损失方面的作用13.3 职业健康与防护强调职业健康在化工生产中的重要性讨论化工过程中职业病的类型和防护方法13.4 应急预案与救援介绍应急预案的编制和实施分析化工事故应急救援的方法和措施第十四章：化工企业的管理与组织14.1 企业管理的基本原理介绍企业管理的基本原理和方法，如目标管理、绩效评价和组织结构设计分析这些原理在化工企业中的应用和效果14.2 企业战略与规划强调企业战略和规划在化工企业发展中的重要性讨论企业战略的类型和制定方法14.3 企业技术创新与管理介绍企业技术创新的途径和方法分析企业技术创新在提高竞争优势和适应市场需求方面的作用14.4 企业文化建设与员工培训强调企业文化建设在提高员工凝聚力和促进企业发展中的重要性讨论员工培训的方法和内容第十五章：化工行业的现状与展望15.1 化工行业的现状分析全球化工行业的总体状况和发展趋势讨论我国化工行业的发展现状和存在问题15.2 化工行业的挑战与机遇强调化工行业面临的挑战和机遇分析应对这些挑战和机遇的方法和策略15.3 化工行业的发展方向介绍化工行业未来发展的趋势和方向分析低碳经济、绿色化学和可持续发展在化工行业发展中的重要性15.4 化工行业的技术创新与人才培养强调技术创新和人才培养在推动化工行业发展中的重要性讨论技术创新和人才培养的途径和方法重点和难点解析重点：1. 化工过程的基本类型和特点2. 流体力学、热力学和化学平衡的基础知识3. 常见单元操作和单元过程的原理和应用4. 泵与风机、膜分离技术、吸附工程、离子交换与电解、热泵与制冷工程的基本原理和设备设计5. 过程控制与优化的基本概念和方法6. 化工过程强化的途径、节能与减排的措施和技术7. 化工过程中的危险与防护、管理与组织、行业的现状与展望难点：1. 流体力学方程在复杂情况下的应用2. 热力学第二定律和熵的概念理解3. 化学平衡的计算和反应工程的优化4. 分离工程中膜污染和清洗的技术5. 吸附工程中吸附等温线和动力学的分析6. 离子交换与电解设备的设计和操作7. 过程控制中的PID控制和优化算法8. 化工过程强化、节能减排技术的实际应用和效果评估9. 化工企业管理和组织结构的优化10. 化工行业面临的挑战和机遇，以及低碳经济和可持续发展的实践这些重点和难点涵盖了教案《化工原理》的主要内容，学生在学习和理解这些知识点时，需要充分的实践和老师的指导。
化工原理教学绪论课件PPT
解：（1）结晶产品量 P 及水分蒸发量 W
首先根据题意画出过程示意图。
水，W kg/h
料液
1000kg/h 20%KNO3
蒸发器
S kg/h
50%KNO3
R kg/h
37.5%KNO3
结晶器
结晶产品 P kg/h
4% 水
21
在图中绿色虚线方框所示的范围内作物料衡算。
因过例程0-2中b 无化学反应，且为连续稳定过程，故可写出总物
28
概括
主要内容
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
综合运用基础知识，有目的地解决 工程实际问题
目的并不只是 认识一些自然现象， 而是解决真实的、复杂的生产问题。
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。
经验方法 相似准则：利用经验公式和实验曲线进行设计和工程放大。
量纲分析：得出无因次准数方程，使实验参数最少，简化实验。
注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理， 得到的结果带局限性 ，不可任意推广。
理论方法 利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述——
建立数学模型。
10
课程研究主线
其目的是满足工艺要求。
6
2、化工原理课程的内容 ——具体的单元操作 化工常用单元操作
单元操作 目 的
物态
原 理 传递过程
流体输送 输 送
液或气 输入机械能
搅拌 过滤 沉降
混合或分散
化工原理绪论
生物化工原料的某些成分如蛋白质、酶之类都 是生物活性物质，在加工过程中会引起变性、 钝化或破坏。热敏性和氧化变质及易腐性是动 、植物原料的共有特点。
2.本课程的性质与任务
本课程是在高等数学、物理学及物理化学、化学 等课程的基础上开设的一门专业基础课程，其主要 任务是研究化工单元操作的基本原理，典型设备的 构造及工艺尺寸的计算或设备选型。
绪论
1.概述--化工生产过程与单元操作
化学工业:对原料进行化学加工以获得产品。 化工生产过程:用化工手段将原料加工成产品的生产 过程。
该生产过程的核心是化学反应过程，为使化学 反应经济有效的进行，反应前物料要达到一定纯度 ,即需要进行前处理;反应器内必须保持最佳反应条 件（压强、温度）;反应后还要进行后处理，使产 物与反应物分开、产物精制。前、后处理中，绝大 多数过程是纯物理过程。
⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–1000)×9.81×0.35=2163 (N/m2)
(2)管内流经气体时： ρ=2.5 kg/m3 ⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–2.5 )×9.81×0.35=5588 (N/m2)
本课程作为化学工程学的一个基础组成部分，是 化工、生物、制药、食品等专业的主干课程之一（ 学科基础课），其在基础课和专业课之间，起着承 上启下，由“理”过渡到“工”的桥梁作用。
3.本课程的内容，特点及学习方法
内容：以“三传”--流体流动过程（动量传递）； 传热过程（热量传递）；传质过程（质量传递 ）为核心和主线，讲述单元操作的基本原理， 典型设备的结构原理，操作性能和设计计算。
1.1.2 流体的粘度 1.牛顿粘性定律
流体流动时存在内摩擦力，流体流动时必须克 服内摩擦力作功。这种内摩擦力就是一种平行于 流体微元表面的表面力，通常又称作剪切力。
化工原理--绪论
绪论一、《化工原理》课程的研究对象与性质1.研究对象《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。
通常将这些物理操作过程称为单元操作。
2.单元操作（UnitOperations）使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。
单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。
化工原理是研究诸单元操作共性的课程。
一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。
这些物理加工过程称为“单元操作”。
流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。
3.《化工原理》课程的内容通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？反应物如何供给、产物又如何分离？如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？4.《化工原理》在化工领域中的地位本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。
化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。
是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。
5.共同的研究对象——传递过程5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。
具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。
实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大6.单元操作按操作的目的分类如下：6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程6.3.均相混合物的分离――质量传递过程以上三种传递过程简称“三传”。
化工原理 第一章 绪论
3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。
化工原理__绪论
学习《化工原理》的目的和要求
掌握规律 诊断过程 开发工艺 强化操作 创新设计
课程:干粮 猎枪 学习本课程中，应注意以下几个方面能力的培养： 单元操作和设备选择的能力 工程设计能力 操作和调节生产过程的能力 过程开发或科学研究能力 将可能变现实，实现工程目的，这是综合创造 能力的体现。
二.单位制及单位换算
Hale Waihona Puke 绪 论本讲要点1.化工原理是化学工程学的分支，它研究化工生产中共
有的物理操作过程的基本原理、典型设备及其选用、计算
方法，是一门工程性较强的技术基础课程。研究方法 :实
验法和数学模型法。
2.本课程以传递过程为主线，划分与安排教学内容；以
研究方法为纵向主线，展开各单元操作内容的讨论。
单元操作的特点
共同的研究对象——传递过程 物理性操作，即只改变物料状态或物性，不改变化学性质; 都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所 包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同， 进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合 各化工过程的特点来考虑，如理化性质，生产规模等。 实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 三 传:《化工原理》的共同规律和联系 动量传递:流体内部由于动量、密度的空间分布不均而引 起动量在时空中的传递过程。 热量传递：内能在时空中的传递过程，是由温度在空间的 非均匀分布造成。 质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。
三.两条主线、五个概念
一.课程的由来发展、内容和性质
（一）由来和发展
萌牙时期:现代化工生产始于18世纪的法国,特点：以 研究某一产品的生产技术为 对象，形成了各种工艺学。 例如：纯碱工艺学、硫酸工艺学等 。 1922年美国化工学会年会 里特尔(A.D.LiThle) 提出建 立“单元操作” （Unit Operations）的概念 : “任何一个化学过程,不管它的规模如何,都可分解成为 一系列互相类同的被称作“单元操作”的组成部分， 如粉碎、混合、加热、焙烧、吸收、沉淀、结晶、过 滤、溶解等。这些基本单元操作的数目并不多，对于 一个特定的加工过程，可能只包括它们中的几个。要 使化学工程师们具备广博地适应职业需要的能力，只 能是对实际规模上所进行的过程作出分析并将其分成 多个单元操作来获得……”。
化工原理：绪论
表1 化工常用单元操作
单元操作 目的
物态
原理
传递过程
流体输送 搅拌 过滤 沉降 加热、冷却 蒸发
3、单元 操作的研究方法
化工原理是一门工程学科，对一些过程作出如实的、 逼真的数学描述几乎是不可能的。采用直接的数学描述 和方程求解的方法将是十分困难的。因此，探求合理的 研究方法是发展这门工程学科的重要方面。在这门学科 的历史发展中已经形成了两种基本的研究方法: (1)实验研究方法（经验方法）
依靠实验建立参数之间的相互关系式。 (2)数学模型方法（半理论半经验方法）
1、化工生产过程 称为单元操作
2、单元操作的特点及分类
1.特点 (1)它们都是物理性操作,即只改变物料的状态或其
物理性质,并不改变其化学性质 (2)它们都是轻化工生产过程中共有的操作 (3)某单元操作用于不同的化工过程,其基本原理相
同,进行该操作的设备往往也是通用的.
2.分类 (1)按操作目的分类
5、学好本课程应注意的问题及培养的能力
理论教学 1、要理论联系实际 实验教学
课程设计
2、过程原理与设备并重 3、掌握研究的方法 4、着重培养自学能力、创新能力 5、通过本课程的学习，建立工程观点，培养工 程思维和解决工程实际问题的能力（P2)。
二、贯穿本课程的三大守恒定律
1、质量守恒定律——物料衡算
绪论
化工原理是化工、生工类本科生的一门综合性 技术基础课，从基础理论、设备构造、设计方法、 工程操作等多方面进行全面训练。该课程在教学内 容上与四大化学的不同在于接触单元操作、工程实 际，体现了所学的基础知识在实际中的应用，具有 工程性强、实践性强的特点。
化工原理-绪论
➢ 蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异）
➢ 吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）
➢ 吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）
➢ 萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金）
➢ 干燥：从固体产品中去除湿分
➢ 结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品
化学工程学科的发展
化学工程以化学工业的生产过程为研究对象，是一门探 讨化工生产过程的基本规律，并应用这些规律来解决化 工生产问题的学科。
洗液
水
滤饼
滤渣石膏
精制
磷酸（医药、 食品用）
化工过程与单元操作
化工生产过程由许多加工步骤串联而成，这些步骤可 分为两类：
化学操作 物理操作——单元操作Unit Operation 单元操作的特点： (1)它们都是物理性操作； (2)它们都是化工生产过程中共有的操作； (3)某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理 并无不同，进行该操作的设备往往也是通用的。
20世纪20年代以前：工艺学 对化工过程的研究侧重于单一化工过程的工艺特性方面， 每一类化工过程的工艺均被视为一门专门知识，彼此独立， 如硫酸工业，化学肥料制造工业等。
20世纪20年代到50年代：单元操作（Unit operation） 各种不同化学工艺的物理过程几乎都是由性质相似的单元 操作组成，而且不同工艺的相同操作单元遵循着相同的原 理。于是人们开始由原来的工艺知识转为“单元操作”的 研究。将具有共性的物理操作过程归纳成为数不多的若干 种单元操作，从而使单元操作在一定程度上具有“通用” 的性质， 因此在化学工程史上被称为第一块里程碑。
气体 液化
流体 输送
液体 汽化
过滤 与 沉降
动量传递
搅拌
化工原理-绪论
2021/8/21
求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。
对盐作物料衡算：
F0x0 F1x1
对总物料作衡算： 代入已知数据，得：
解得：
F0 W1F1
50 0 0 .1 0 2F 1x 1 50 0 10 4.4 6 F 3 1
F 1 35 .6 k 3 /g h 6 x 1 0 .16 1 9 .9 6 % 7 7
本章思考题
1. 本课程的研究对象是什么？ 2. 什么是单元操作？ 3. “三传一反”指的是什么？ 4. 什么是单位制，目前最常用的是什么单位制？
2021/8/21
课堂习题
• 在生产KNO3的过程中，质量分数为0.2的KNO3水溶液以1000kg/h的流量送 人蒸发器，在422K下蒸发出部分水而得到50%的KNO3浓溶液，然后送人冷 却结晶器，在311K下结晶，得到含水0.04的KNO3晶体和含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。过程为稳态操作，试 计算结晶产品量、水蒸发量和循环的饱和溶液量。
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。
2021/8/21
例 ： 在 换 热 器 里 将 平 均 比 热 为 3 . 5 6 kJ/（kg·℃） 的 某 溶 液 自 2 5 ℃ 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。
上述关系代入 ，得：
1 . 0c k 3 2 m g 3 1 . 0 f 3 0 9 . . 0 8 3 m N 2 1 1 1 . 0 1 5 N 3 0 /m 2
化工原理--绪论195页PPT
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、-绪论
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
化工原理绪论
式中
——量纲指数（因次）。
17
例如：
若
，则
所以Q称为量纲为1的量，或称为无量纲量 量纲一致性原理：任何一个理论（物理）方程两边的量纲
必相等。
18
五、单元操作中常用的基本概念与研究方法
1.物料衡算（material banlance） 依据质量守恒定律:
输入量 - 输出量 = 累积量 对于连续操作的过程：
单元操作共同特点：
1、是化工生产过程中的共有操作，但不同的化工生 产过程中，单元操作的数量、类型、顺序各异。
2、都是物理操作。 3、对于不同化工产品生产时，基本原理相同。 4、均以三传理论为基础，有时会涵盖两种以上的传
递理论。
6
三、物理量的单位与量纲
1．单位：计量中作为记数单元所规定的标准量。 2．单位(计量)制度：由基本单位和导出单位组成的一系列计量单位
的总称。
3. 单位制分类及简史
单位制
英单位制(FPS) 物理单位制(CGS) 国际单位制(SI) （含我国的法定单位制） 工程单位制（重力制）
7
世界上普遍使用的计量（单位）制度有两个。一个是10世纪初由英国 人创立的Foot-Pound-Second Measurement System，简称英制(FPS)；另 一个是18世纪末由法国人发展的Centimeter-Gram-Second Measurement System，简称物理制(CGS)。后来工程界将物理制发展为Meter-KilogramSecond Measurement System，简称米制(MKS)。
供热以汽化溶剂
热量传递
气体吸收 均相混合物分离
气
各组分在溶剂中溶解度 热量传递 的不同
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-绪论和第一章
λ=ρ8uτ2 【引入摩擦系数，层流和湍流的摩擦系数值要分别讨论】
hf
=λ l
d
u2 2
管壁粗糙度对摩擦系数的影响
在层流时，摩擦系数与管壁粗糙度无关。
湍流时①层流内层厚度δb大于壁面的绝对粗糙度 ε，即δb＞ε，管壁粗糙度对摩擦系数的影响与层流接近。 ②层流内层厚度δb小于壁面的绝对粗糙度 ε，即δb＜ε，管壁粗糙度对摩擦系数的影响是重要因素。
热损失百分数=13.7÷(257.3-47.8)=6.54％
0.095Kg/s
25℃溶液 1.0kg/s
80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
第 1 章 流体流动
❀ 流体的物理性质 ☆流动性 液体和气体统称为流体。流体抗剪和抗张的能力都很小，在外力的作用下，流体内部会发生相对
最大速率
umax
=Δpf
4μl
R2
☆边界层 ①形成 流体流经固体壁面时，由于流体具有黏性，在 垂直于流体流动方向上产生速度梯度。在壁面附近
存在着较大速度梯度的流体层，称为流动边界层，简称边界层。
湍流边界层
us
us 层流边界层
δ
xc
层流内层
3
②发展
平板上边界层的厚度
层流边界层
xδ=R4e.6x04.5
或熔融体、油脂、淀粉悬浮液、蛋黄浆和油漆等。 ③涨塑性流体 特点：表观黏度随剪切速率的增大而增加
假塑性流体 牛顿型流体
涨塑性流体
du dy
或γ̇
2
举例：很少，玉米粉、糖溶液、湿沙和某些高浓度的粉末悬浮液等。 2.与时间有关的黏性流体
在一定剪切速率下，表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低或升高的流体 ①触变性流体 特点：表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低 举例：某些高聚物溶液、某些食品和油漆等。 ②流凝性流体 特点：表观黏度随剪切力作用时间的延长而增加 举例：某些溶胶和石膏悬浮液等。 3.黏弹性流体 特点：介于黏性流体和弹性固体之间，同时表现出黏性和弹性。在不超过屈服强度的条件下，剪切力除去以
化工原理 绪论
英文名： Principles of Chemical Engineering
课程类别： 化工类专业重要的技术基础课
• 内容：化工单元操作的基本原理，典型设备的结 构原理、操作性能和设计计算
三、物理量的单位和量纲
数值和单位， 基本量和基本单位， 导出量和导出单位， 单位制和SI单位制， ＳＩ单位制规定7个基本单位：长度（米，m）； 时间（秒，s）；质量（千克，kg）； 热力学温度（开尔文，K）；物质的量 （摩尔，mol）；电流强度（安培，A）； 发光强度（坎德拉，cd） 量纲和量纲一致性 单位一致性
四、混合物浓度的表示方法
质量浓度与质量分数 摩尔浓度与摩分数 摩尔比与质量比
X nA xA x nB xB 1 x
X ' mA wA w mB wB 1 w
五、单元操作中常用的基本概念
物料衡算 能量衡算 平衡关系 传递速率 经济核算
质量衡算 依据 质量守恒定律 能量衡算 依据 能量守恒定律、热力学第一定律
一、化工过程与单元操作
化工过程：以化学反应为特征的工业生产过程
一、化工过程与单元操作
一、化工过程与单元操作
单元操作：除化学反应外，其余步骤皆可 归纳为若干种基本的物理过程，如流体的 输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、 结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取等等。这 些基本的物理过程称为单元操作。
化工原理
英文名： Principles of Chemical Engineering
课程类别： 化工类专业重要的技术基础课
内容：化工单元操作的基本原理，典型设 备的结构原理、操作性能和设计计算
绪论
一、化工过程与单元操作 二、化工原理课程的性质与任务 三、物理量的单位和量纲 四、混合物浓度的表示方法 五、单元操作中常用的基本概念
化工原理0-绪论
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
化工单元操作
CaClO3 + H2O
吸收塔
氯气
石灰水
单元操作： 吸收 流体输送 传热
漂白水
化工原理—绪论
例3 白砂糖的生产
甘蔗
糖液 压榨
浓缩
浓缩液
白砂糖
脱色
晶种
干燥
湿砂糖
结晶 结晶糖
过滤
单元操作： 蒸发，吸附，结晶，过滤，干燥
化工原理—绪论
例4 食用酒精的生产
废糖蜜
发酵
发酵液 过滤
稀乙醇 精馏
酒精
单元操作： 过滤，精馏
化工原理
化工原理—绪论 1
化工原理—绪论 1
一、化工过程与单元操作
自然界中各种物质
化学与物理过程
化工原理—绪论
生产与生活资料
特点：化学反应过程----物质结构 发生变化的主要原因； 物理过程----物质的相态发生变化的过程。
化工过程：包含物理与化学过程，它们相互作用，相互影响，可 根据相互影响的规律及共性，将化工过程划分为单元操作。
五、 化工原2.理中水采解用明的胶研究蛋方白法
1 经验方法 2 数学模型法
（1）物料衡算式 （2）热量衡算式 （3）平衡关系式 （4）传递速率方程
化工原理—绪论
思考题
2. 水解明胶蛋白
化工原理研究的“三传”指的是什么？化工原 理中有那些单元操作?
2
SI导出单位：
力：N 压力：Pa 能量：J 功率：w 撮氏度：℃
化工原理—绪论
量纲
基本量纲： L，M，T，I
Θ，N，J
量纲指数， 无量纲数（准数） 量纲一致性方程Βιβλιοθήκη 四、 混合物浓度的表示方法
化工原理—绪论
摩尔浓度 C 摩尔分数 x 质量分数 w
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2014-4-9
三、单位制与单位换算
1.单位及单位制
物理量的大小以数值加单位表示
压力：p=100KPa
数值 单位有基本单位和导出单位之分 单位制：基本单位与由这些基本单位导出的导出单位的集合 常用单位制：国际单位制（SI）、工程单位制、物理单位制等 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
计算结晶产品量、水蒸发量和循环的饱和溶液量。
2014-4-9
对盐作物料衡算： 对总物料作衡算： 代入已知数据，得：
F0 x0 F 1 x1
F0 W1 F1
5000 0.12 F1 x1 5000 1463 .4 F1
解得：
F1 3536.6kg / h x1 0.1697 16.97%
2014-4-9
2． 能量衡算
依据：能量守恒定律 即输入系统的总能量等于系统输出的总能量与损失的能量之和。
——物料衡算的通式
作物料衡算应注意的问题： 1、确定衡算范围 3、统一计算单位 2、明确衡算对象 4、选定计算基准
2014-4-9
例：在两个蒸发器中，每小时将 5000kg的无机盐水溶液从 12％浓缩到 30%。第二蒸 发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：
（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：首先画一个流程图表示进行的过程，用方框表示设备，输入输出设备的物 流方向用箭头表示。 划定衡算的范围为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一 圈封闭的虚线画出。
2014-4-9
常见的单元操作过程
• • • • • • • 流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备 过滤：液固混合物的分离 沉降：液固或气固混合物的分离 颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触 加热冷却：增加或降低特定物质的温度 蒸馏：液体混合物的分离 吸收：气体混合物的分离
2014-4-9
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s
25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s
120℃饱和水 0.095kg/s
2014-4-9
基准：1s 在图中虚线范围内作热量衡算 从附录 7 查出 120 ℃饱和水蒸气的焓值为 2708.9kJ/kg，120℃饱和水的焓值为 503.67kJ/kg。 在此系统中输入的热量： 蒸气带入的热量： 溶液带入的热量：
推动力：过程所处的状态与平衡状态的差距。 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。 过程速率是计算设备尺寸的基本工具。
2014-4-9
五. 化工原理的基本要求
发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本 求源。
选择：为了达到或实现某一工程目的，能否对过程和设备作合理的选择
2014-4-9
质量 千克 kg
时间 秒 S
温度 开尔文 K
长度 米 m
物质的量 摩尔 mol
电流强度 安培 A
发光强度 坎德拉 candela
2．单位换算
在生产实践中存在许多习惯用法，为了计算中单位的统一性，需要对一些单
位进行单位换算。 不同单位制中的单位换算
1kg=1000g
1m=100cm
1△℃=1△K ℉=℃×1.8+32
W1 F0=5000kg/h x0=0.12 蒸发器1 F1 x1
W2 蒸发器2 F2 x2=0.3
2014-4-9
确定衡算对象
此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的溶液浓度，因此，我们就以不同
衡算对象列出两个衡算式。 对盐作物料衡算：
F0 x0 F2 x2
5000 F2 W1 W2
热量损失的百分数=
13.7 6.54% 257.3 47.8
2014-4-9
3.过程的相平衡关系和过程速率
任何过程都是由不平衡状态向平衡状态进行的
平衡状态是自然过程所能达到的极限程度 用来判断过程进行的方向和所能达到的极限。
过程速率：是指过程由不平衡状态到平衡状态转化的快慢。
过程的速率＝推动力／阻力
和组合。 设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算以及对性能不十 分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。 操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不正常现象，寻找 其原因及可能采取的调节措施
2014-4-9
本章思考题
1. 2. 3. 4. 本课程的研究对象是什么？ 什么是单元操作？ “三传一反”指的是什么？ 什么是单位制，目前最常用的是什么单位制？
对总物料作衡算： 代入已知数据，得：
5000 0.12 0.3F2
F2 2000kg / h
W1 W2 3000kg / h
由题意知
W2 1.05W1
W1 1463 .4kg / h
2014-4-9
W2 1536 .6kg / h
求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。
1.033
kgf 9.81N 5 2 1 . 033 1 . 013 10 N / m 2 cm 2 0.01m
2014-4-9
四、化工过程计算的理论基础
1. 物料衡算
依据——质量守恒定律 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。
GI G0 G A
2014-4-9
单元操作的特点
1）所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性
质，并不改变化学性质。
2）单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产 中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。 3）单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设 备也是通用的。 4）对同样的工程目的，开采用不同的单元操作来实现。 例：液体混合物可以用精馏、萃取、膜分离等等
Q4 1.0 3.56 80 0 284.8kw
溶液带出的热量：
Q0 Q3 Q4 47.8 284.8 332.6kw
根据能量衡算式，有：
QI Q0 QL
QL QI Q0 346.3 332.6kw 13.7kw
Q Q Q I 1 2
Q 0.095 Βιβλιοθήκη 2708.9 257.3kw 1
Q2 1.0 3.56 25 0 89kw
Q 257.3 89 346.3kw I
输出的热量：
QO Q3 Q4
2014-4-9
冷凝水带出的热量：
Q 0.095 503.67 47.8kw 3
单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类： •动量传递
——实际流体内部由于动量、密度的空间分布不均匀而引起 动量在流体中的传递过程
如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化
•热量传递 —— 热能在空间的传递过程，是由温度在空间的非均匀分布
造成的
如：传热、冷凝、蒸发等 •质量传递 —— 某物质在混合物中的传递过程，是由浓度在混合物中的分 布不均造成的 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
Q Q Q I 0 L
——热量衡算通式 或写成
(wH )
I
( wH ) 0 QL
注： 热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。但衡算对象只能是物料的总体，而不是单个组分。 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
化工原理
材料科学与工程学院
主讲：王固霞 Email：guxia511@
2014-4-9
课程的性质和地位
• 本课程是高分子材料与工程专业的一门专业基础课。
考核办法
• 本课程为考试课程，平时成绩（包括作业、出勤等）占30%，期末考试 成绩占70%。
教
材：《化工原理》，李凤华等编著，大连理工大学出版社，2004年。
2014-4-9
二、 化工原理的学习研究方法
研究方法——工程方法
1） 实验研究方法（经验的方法）
依靠实验来确定过程变量间的关系，得到经验公式，理论基础为因次分析法和 方法论。
2） 数学模型法（半经验半理论的方法）
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，做出某种 合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参 数，得到半经验半理论公式。
参考书：
1、《化工原理》(上)，王世广主编，高等教育出版社，2002年。 2、《化工原理学习指南》，姚玉英等编著，天津大学出版社，2003年。 3、《化工原理》（上、下），姚玉英主著，天津科学技术出版社， 1992年。
2014-4-9
2014-4-9
化工原理
• 课程的性质及重要性
该课程是化工类及相近专业一门重要的技术基础课，是理科转向工 科的一个桥梁，为以后专业课的学习打下基础。兼有“科学”与“技术” 的特点，它是综合运用数学，物理，化学等基础知识。分析和解决化工 生产中各种物理过程的工程问题的学科。本课程强调工程观点，定量用 算，实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。 作为一门综合性技术学科的重要组成部分，主要研究个单元操作的 基本原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问 题，是一门重要的专业基础课
2014-4-9
一、化工原理课程研究内容
化工生产过程—
对原料进行化工加工获得有用产品的过程称为化工生产过程
2014-4-9
2014-4-9
2014-4-9
归纳各种化工过程如下： 核心
原料
物理操作 化学操作 物理操作
产品
这些物理操作统称单元操作（Unit Operations） 化工原理的研究对象—单元操作 定义：工艺过程中遵循相同的基本原理，只改变物理性质或物料状态， 不改变物料化学性质的过程