化工原理讲义(天大版)
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《化工原理》课件第一章讲稿8(第一章)(天大版)
2.排出管：
2 lb + Σleb ub Σh fb = h fb + h fb ′ = (λb +ζc) da 2
Vs dbub ρ ε ub = A → Reb = µ 、 ⇒ λb db b 其中：la = 50m、Σleb =le b闸阀 + le b 截止阀 + 3le b 标准弯头； ζ = ζ ； 出口 c 3.总管路：Σh f = Σh fa + Σh fb ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
h
pa
操作条件下料液的物性： ρ = 890kg/m 3 µ = 1.3 × 10 −3 Pa ⋅ s 操作条件下料液的物性：
习题： 习题： 第20 、22题； 题 第20 题： 取贮槽液面为1-1截面，出口管内侧为 截面 截面； 取贮槽液面为 截面，出口管内侧为2-2截面； 截面
l + Σle p2 u2 We = z2 g + + Σhf 其中：Σhf = (λ + Σζ ) 2 d 2 qv du ρ ε u = A → Re = µ 、 ⇒ λ d ⇒ l总长 = 50m、 Σl = 2 × l +5 × l e e闸阀 e标准弯头；le闸阀 = 0.45m、le标准弯头 = 2.1m； Σζ = ζ 进口 + ζ 出口 + ζ 局部； ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
4.管件与阀门 4.管件与阀门
蝶阀
（二）当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力， 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成 直径相同、长度为 的直管所产生的阻力； 直径相同、长度为le的直管所产生的阻力；
化工原理课件(天大版)
利用液体混合物中各组分挥发性的差异，通 过加热使部分组分汽化，再经过冷凝使汽化 物重新液化，从而实现混合物分离的过程。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
化工原理课件 天大版
第三章非均相物系分离混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。
例如：互溶溶液及混合气体物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。
例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液不互溶液体构成的乳浊液液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相物系分散相分散物质处于分散状态的物质如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡连续相分散相介质包围着分散相物质且处于连续状态的流体如：气态非均相物系中的气体液态非均相物系中的连续液体分离机械分离沉降过滤不同的物理性质连续相与分散相发生相对运动的方式分散相和连续相3.1 沉降分离原理及设备•3.1.1 颗粒相对于流体的运动•一、颗粒的特性（大小和形状）• 1.球形颗粒—尺寸由直径d 确定•36d V π=•体积2ds π=•表面积dV S 6==α•比表面积2.非球形颗粒•用形状（球形度）和大小参数当量直径描述•（1）球形度：表示颗粒形状和球形的差异p S S s =φs φ——S ，与之等体积球体表面积；——Sp ，颗粒表面积对于球形颗粒，φs =1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs 值愈低。
（2）当量直径d e ①体积当量直径36P e V d π=•②比表面积当量直径体积表面积比表面积二、球形颗粒的自由沉降沉降在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
作用力重力惯性离心力重力沉降离心沉降球形颗粒的自由沉降设颗粒的密度为ρs ，直径为d，流体的密度为ρ，重力gd F s g ρπ36=浮力gd F b ρπ36=而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为：22u A F d ρξ=24dA π=对球形颗粒2422ud F d ρπξ⋅⋅=∴maF F F d b g =--a d ud g d g d s s ρπρπξρπρπ3223362466=--(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度u =0，因此阻力F d =0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑→F d ↑；u →u t 时，a=0。
化工原理讲稿8(第六章)(天大版).
九、塔高与塔径的计算 （一）塔板效率
指反映实际塔板的气液两相传质的完善程度； 表示方法有总板效率、单板效率等； 1.总板效率（又称全塔效率）ET 指达到指定分离效果所需理论板层数与实际塔板 层数的比值；
ET
NT Np
100%
理论板数 实际板数
Np
NT ET
NT：不包括塔釜再沸器，再沸器相当一块理论板；
问： （1）此时产品组成将有何变化？ （2）若维持xD不变，可采用哪些 措施，并比较这些方法的优缺点？
十二、特殊精馏 1.恒沸精馏
原理：在混合液中加入第三组分（称为挟带剂） 形成新的最低恒沸物；
2.萃取精馏 原理：向混合液中加入溶剂(又称萃取剂)，萃取剂
不与原料液中任何组分形成恒沸物；
P73页 习题15、16；
xF 对xD, xW 的影响
b. 加料板位置上移
结论：xD , xW
加料板位置对xD, xW 的影响
c. R 结论：xD , xW
R 对xD, xW 的影响
d. q , R 不变， D不变， V’ 结论：xD , xW
q 对xD, xW 的影响
十一、 精馏装置的热量恒算
xn1 xn xn1 f '( yn )
xn1 xn
xn1 f '( xn1 )
习题16
1.y1 xD
F L'
2.
D
V
'
L
'
x1
V
'
yW
WxW
3.yW
1
xW ( 1)xW
指反映实际塔板的气液两相传质的完善程度； 表示方法有总板效率、单板效率等； 1.总板效率（又称全塔效率）ET 指达到指定分离效果所需理论板层数与实际塔板 层数的比值；
ET
NT Np
100%
理论板数 实际板数
Np
NT ET
NT：不包括塔釜再沸器，再沸器相当一块理论板；
问： （1）此时产品组成将有何变化？ （2）若维持xD不变，可采用哪些 措施，并比较这些方法的优缺点？
十二、特殊精馏 1.恒沸精馏
原理：在混合液中加入第三组分（称为挟带剂） 形成新的最低恒沸物；
2.萃取精馏 原理：向混合液中加入溶剂(又称萃取剂)，萃取剂
不与原料液中任何组分形成恒沸物；
P73页 习题15、16；
xF 对xD, xW 的影响
b. 加料板位置上移
结论：xD , xW
加料板位置对xD, xW 的影响
c. R 结论：xD , xW
R 对xD, xW 的影响
d. q , R 不变， D不变， V’ 结论：xD , xW
q 对xD, xW 的影响
十一、 精馏装置的热量恒算
xn1 xn xn1 f '( yn )
xn1 xn
xn1 f '( xn1 )
习题16
1.y1 xD
F L'
2.
D
V
'
L
'
x1
V
'
yW
WxW
3.yW
1
xW ( 1)xW
化工原理讲稿2(第五章)(天大版)
湿物料中水分质量 w = 湿物料总质量 Gw = G
干物料] ②干基含水量 X [kg水/kg干物料 水 干物料
湿物料中水分质量 X = 湿物料中绝干物料质量 Gw = G − Gw
湿 物 料 中 绝 干 物 料 质 量 ： G C = G − G w；
五、空气通过干燥器时的状态 一、等焓干燥过程 指绝热干燥过程或理想干燥过程； 指绝热干燥过程或理想干燥过程； —— 空气在进、出干燥器的焓值不变； 空气在进、出干燥器的焓值不变；
H ↑ I1 = (1.01 + 1.88 H1 ) t1 + 2490 H1 I1 = I 2 ；其中： t ↓ I 2 = (1.01 + 1.88 H 2 ) t2 + vH vH （ kg 水 k g 干 气 = kg 水 3 m 湿 气 k g干 气 m 3湿 气 ）
t1 I2 其中： ⇒ I1 = I 2 ⇒ ⇒ 查 H − I图 ⇒ H H 0 = H1 ϕ 2 ⇒ ∆H = H 2 − H1
2
习题7： 习题 ：
w1 X1 = 1 − w1 G = G（1 − w 2） W 2 1. ⇒ ⇒ L= （ a式 ） ； （ H 2 − H1 W = G X 1 − X 2） X = w2 2 1 − w2 ϕ 0 ps 0 a、 H 0 = H 1 = 0.622 （ t 0 → p s 0） p − ϕ 0 ps0 b、 干 燥 器 热 量 衡 算 ： L ( I 1 − I 2 ) = G C ( I 2 ' − I 1 ' ) + Q（ b 式 ） ； L
'' 3.V（风量） LvH ( m 3湿气 h ) =
干物料] ②干基含水量 X [kg水/kg干物料 水 干物料
湿物料中水分质量 X = 湿物料中绝干物料质量 Gw = G − Gw
湿 物 料 中 绝 干 物 料 质 量 ： G C = G − G w；
五、空气通过干燥器时的状态 一、等焓干燥过程 指绝热干燥过程或理想干燥过程； 指绝热干燥过程或理想干燥过程； —— 空气在进、出干燥器的焓值不变； 空气在进、出干燥器的焓值不变；
H ↑ I1 = (1.01 + 1.88 H1 ) t1 + 2490 H1 I1 = I 2 ；其中： t ↓ I 2 = (1.01 + 1.88 H 2 ) t2 + vH vH （ kg 水 k g 干 气 = kg 水 3 m 湿 气 k g干 气 m 3湿 气 ）
t1 I2 其中： ⇒ I1 = I 2 ⇒ ⇒ 查 H − I图 ⇒ H H 0 = H1 ϕ 2 ⇒ ∆H = H 2 − H1
2
习题7： 习题 ：
w1 X1 = 1 − w1 G = G（1 − w 2） W 2 1. ⇒ ⇒ L= （ a式 ） ； （ H 2 − H1 W = G X 1 − X 2） X = w2 2 1 − w2 ϕ 0 ps 0 a、 H 0 = H 1 = 0.622 （ t 0 → p s 0） p − ϕ 0 ps0 b、 干 燥 器 热 量 衡 算 ： L ( I 1 − I 2 ) = G C ( I 2 ' − I 1 ' ) + Q（ b 式 ） ； L
'' 3.V（风量） LvH ( m 3湿气 h ) =
化工原理课件(天大版)
反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
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反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
(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。
化工原理讲稿8(第六章)(天大版)
对 全 回 流 操 作 ： y n +1 = x n、 y n = x n −1 y n − y n +1 x n −1 − x n E mV = y * − y = f ( x ) − x n n +1 n n 则： x n −1 − x n E = x n −1 − x n = x n −1 − x n = mL x n −1 − x n * x n −1 − f '( y n ) x n −1 − f '( x n −1 )
习题16 习题
1. y1 = xD F = L ' ⇒ L ' x1 = V ' yW + WxW 2. D = V ' α xW 3. yW = 1 + (α − 1) xW 4.EmV y1 − yW = y1 * − yW
设： F = 1kmol / h Dx D x F − xW x D 0.2 − xW 0.28 η D = 0.8 = = = ⇒ xW = 0.0857 Fx F x D − xW x F 0.28 − xW 0.2 D = 0.57 kmol / h、 W = 0.43kmol / h F = L ' F W ⇒ L ' x1 = V ' y W + Wx W ⇒ y W = x1 − xW D D D = V ' 1 0.43 ⇒ 0.206 = x1 − × 0.094 ⇒ x1 = 0.158 0.57 0.57 y1 = x D = 0.28 y1 − y W α xW 2.5 × 0.094 = = 0.206 由于： E mV = 其中： yW = y1 * − y W 1 + (α − 1) xW 1 + 1.5 × 0.094 α x1 2.5 × 0.158 = = 0.319 y1 * = 1 + (α − 1) x1 1 + 1.5 × 0.158 0.28 − 0.206 E mV = = 0655 0.319 − 0.206
化工原理课件(天大版)
综合计算
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
化工原理讲稿3(第五章)(天大版)
一、物料的平衡关系 1.平衡水分（X *）与自由水分（X－X*） 2.结合水分与非结合水分； 3.物料水分=平衡水分+自由水分=非结合水+结合水；
当φ=100%，则平衡水分X*=结合水；
•平衡水分与空气的状态有关，且为结合水分； •结合水分与非结合水分只与物料的性质有关；
二、物料的干燥关系
1.干燥速率定义
Xc Xc
3.总干燥时间
1
2
GC Gc ( X c X ) X c X ln SU ( X 1 X C ) SU X2 X C c
P272页、例 5-10题：
Gc GC 已知：X 1、X 2、X C、X 0、U C、 ； S SU C
对于恒速干燥： U=UC=const. ①恒速干燥所需时间： 当X1 当X1 XC时： X2
GC 1 ( X1 X C ) SU C
GC XC时： 1 SU ( X1 X 2 ) C
•UC的来源：
（1）由干燥速率曲线查得 （2） 用 U C (t tw ) kH ( H w H ) 计算
四、 恒定干燥条件下的干燥速率 恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流速及物 料接触方式不变。 （一）干燥速率定义 指单位时间、单位干燥面积汽化水分量；
dW U Sd
[kg水/(m2∙s)]
dW GCdX
C
W GC ( X 1 X )
U GSddX
（二）干燥曲线及干燥速率曲线
X*
t X*
2. 自由水分（X－X*）：可用干燥方法除去的水分；
三、结合水分与非结合水分
1.结合水分：水与物料有结合力，pw< ps；
《化工原理》课件第一章讲稿2(第一章)(天大版)
⇒ p1 + ρB g m + R） p2 + ρB gm + ρA gR （ = ⇒ p1 − p2 = ρA − ρB）gR （
若被测流体为气体， 若被测流体为气体，则 ρA >> ρB
得：p1 − p2 ≈ RρA g
思考题： 形压差计安装在倾斜管路中， 思考题：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时 形压差计安装在倾斜管路中 反映了什么？ 读数 R反映了什么？ 反映了什么
O′
则： p1 − p 2 = ( ρ B − ρ A ) gR 当 ρ A ≪ ρ B时，则： p1 − p 2 ≈ ρ B gR
另：复式压差计适用于压差较大的情况； 复式压差计适用于压差较大的情况；
2. 斜管压差计 适用于压差较小的情况，为得到精确读数R； 适用于压差较小的情况，为得到精确读数 ；
∆V =
π
4
D h=
2
π
4
d 2R
例1-2
如附图所示，用一复式 形压差计测量某 如附图所示，用一复式U形压差计测量某
种流体流过管路A、 两点的压力差 两点的压力差。 种流体流过管路 、B两点的压力差。已知流体的 密度为ρ，指示液的密度为ρ 且两U形管指示液 密度为 ， 指示液的密度为 0 ， 且两 形管指示液 之间的流体与管内流体相同。 之间的流体与管内流体相同。已知两个 U形压差计的读数分别 形压差计的读数分别 试推导A、 为 R1 、 R2 ， 试推导 、 B两点压力差的计算式 ， 两点压力差的计算式， 两点压力差的计算式 由此可得出什么结论？ 由此可得出什么结论？
（2）远距离液位测量装置 ） 利用气体传递压强 如在管道中充满氮气， 如在管道中充满氮气， 其密度较小， 其密度较小，近似认为 ：
若被测流体为气体， 若被测流体为气体，则 ρA >> ρB
得：p1 − p2 ≈ RρA g
思考题： 形压差计安装在倾斜管路中， 思考题：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时 形压差计安装在倾斜管路中 反映了什么？ 读数 R反映了什么？ 反映了什么
O′
则： p1 − p 2 = ( ρ B − ρ A ) gR 当 ρ A ≪ ρ B时，则： p1 − p 2 ≈ ρ B gR
另：复式压差计适用于压差较大的情况； 复式压差计适用于压差较大的情况；
2. 斜管压差计 适用于压差较小的情况，为得到精确读数R； 适用于压差较小的情况，为得到精确读数 ；
∆V =
π
4
D h=
2
π
4
d 2R
例1-2
如附图所示，用一复式 形压差计测量某 如附图所示，用一复式U形压差计测量某
种流体流过管路A、 两点的压力差 两点的压力差。 种流体流过管路 、B两点的压力差。已知流体的 密度为ρ，指示液的密度为ρ 且两U形管指示液 密度为 ， 指示液的密度为 0 ， 且两 形管指示液 之间的流体与管内流体相同。 之间的流体与管内流体相同。已知两个 U形压差计的读数分别 形压差计的读数分别 试推导A、 为 R1 、 R2 ， 试推导 、 B两点压力差的计算式 ， 两点压力差的计算式， 两点压力差的计算式 由此可得出什么结论？ 由此可得出什么结论？
（2）远距离液位测量装置 ） 利用气体传递压强 如在管道中充满氮气， 如在管道中充满氮气， 其密度较小， 其密度较小，近似认为 ：
讲6(第六化工原理章)(天大版)
以直角梯级图解法为主； y
①操作线的作法
q线
a
a.精馏段操作线的作法
可用点截距法；
d
b.提馏段操作线的作法 可用点-点法；
b
e
c. q线的作法可用 点-斜率法；
c
0 xW xF
xD x
②图解法 •用图解法求理论板层数的方法称为M-T法； •理论板的具体求解步骤；
② 计算条件：
yn=f（xn）； 汽液平衡关系： xn =f （yn）； 汽液操作关系： yn+1=f（xn）；
2.逐板计算法
①精馏段逐板计算方法：
设塔顶全凝器：y1=xD
精馏段为（n-1）块板，第n块为加料板；
②提馏段逐板计算方法： 提馏段为（m-1）块板，再沸器相当于一块理论板；
2.图解法：
•图解法最佳进料板：跨越两操作线交点的梯级， NT最少；
最宜的进料位置
P27页 例 1-6题
1. 过q点的梯级为加料板； 2. 最后一个梯级为再沸器，理论板数为（N-1） ；
五、直接蒸汽加热
①操作条件
D
•难挥发组分为水溶液混合物； F
•采用水蒸汽直接加热；
xF
•塔釜省去再沸器；
W
②提馏段物料衡算
解： 1）操作线方程
2）塔内最下一层理论板下降的液相组成 再沸器相当于一层理论板
与 呈操作关系
七、多股进料
•两股进料： F1、xF1、F2、xF2； 分别与相应塔板组成 与xF1、xF2相当；
F1 q1 xF1
F2 q2
П
xF2
Ш
D xD
W xW
两股进料将塔分成三段，得三个操作线方程 第一段： 第二段：
四、理论板数的求法
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
.
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(天大版)---(上册)第一章 流体流动
以上两式为管内定态流动的连续性方程式
s
u1A1
u1
4
d12
u2
4
d22
u1 (d2 )2 u2 d1
1 wS1
1´
2 wS2
2´
1-2-4能量衡算方程式
一 流动系统的总能量衡算
衡算范围：1-1 ´截面´~2-2 ´截面 衡算基准：1Kg流体 1Kg流体进出系统时输入、输出的能量包括以下几项
z z1，p1
p p dz z
pdxdy (p p)dxdy gdxdydz 0
p dzdxdy
z
gdxdydz
0
dz
z
dy
p g 0
①
z2，p2 dx p
z
沿x轴：
p x
0
②
沿y轴：
p y
0
③
y
x
① xdz+ ② xdx+ ③ xdy得： dp+gdz=0 积分得：
1-1-4流体静力学基本方程式的应用
2) 倾斜液柱压差计
P1-P2=（ A- B）gR D>>d R=R1sin 对一定的压差，R是不变的， 越小，R1越大
1-1-4流体静力学基本方程式的应用
3) 微差压差计
根据P1-P2=（ A- B）gR
➢ 微差压差计的特点： i. 压差计内装有两种密度相近且不互溶的
以上a、b、c三式称为流体静力学基本方程式
流体静力学基本方程式适用条件：恒密度、静止的、连续的
同一种液体内。
推论：
1) 静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平面上各点的压强 相等
s
u1A1
u1
4
d12
u2
4
d22
u1 (d2 )2 u2 d1
1 wS1
1´
2 wS2
2´
1-2-4能量衡算方程式
一 流动系统的总能量衡算
衡算范围：1-1 ´截面´~2-2 ´截面 衡算基准：1Kg流体 1Kg流体进出系统时输入、输出的能量包括以下几项
z z1，p1
p p dz z
pdxdy (p p)dxdy gdxdydz 0
p dzdxdy
z
gdxdydz
0
dz
z
dy
p g 0
①
z2，p2 dx p
z
沿x轴：
p x
0
②
沿y轴：
p y
0
③
y
x
① xdz+ ② xdx+ ③ xdy得： dp+gdz=0 积分得：
1-1-4流体静力学基本方程式的应用
2) 倾斜液柱压差计
P1-P2=（ A- B）gR D>>d R=R1sin 对一定的压差，R是不变的， 越小，R1越大
1-1-4流体静力学基本方程式的应用
3) 微差压差计
根据P1-P2=（ A- B）gR
➢ 微差压差计的特点： i. 压差计内装有两种密度相近且不互溶的
以上a、b、c三式称为流体静力学基本方程式
流体静力学基本方程式适用条件：恒密度、静止的、连续的
同一种液体内。
推论：
1) 静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平面上各点的压强 相等
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☆ 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
13:24:35
dy
dz
三维
dx
微分衡算(非稳态)
衡算
一维
dz
总体衡算(稳态) 其范围可以是某设备的大部分、 全部，或是由几个设备组成的一段生产流程、一 个车间甚至整个工厂。
（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作：包括 流体输送、沉降、过滤、固体流态化等；
（2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加 热、冷却、冷凝、蒸发等；
（3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸 馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等； 返回 7
13:24:35
洗衣粉的工艺流程
净气放空
燃硫
转化塔
气
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
返回 8 13:24:35
单元操作的研究内容与方向：
研究内容 研究方向
单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
返回 16 13:24:35
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。
0.1 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
返回 4 13:24:35
返回 5 13:24:35
返回 6 13:24:35
2 . 单元操作（Unit Operation） 单元操作按其遵循的基本规律分类：
总流量物料衡算：F=D+W
A组分物料衡算：FxF=DxD+WxW F,xF
(因稳定操作，故无积累一项。)
注意：在有化学反应的情况下，物料 衡算式只适用于任一元素的衡算。
W,xw
返回 15 13:24:35
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
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
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 13:24:36
GI=GO+GA
返回 17 13:24:35
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 3．循环的饱和溶液量R 此时以蒸发器或冷却结晶器划定为物衡范围均可，
13:24:35
三、单位换算
物理量的单位换算 换算因数：同一物理量，若单位不同其数值就不 同，二者包括单位在内的比值称为换算因数。
（附录二）
经验公式的单位换算
经验公式是根据实验数据整理而成的，式中各符 号只代表物理量的数字部分，其单位必须采用指 定单位。
返回 12 13:24:35
0.3 物料衡算与能量衡算
0 绪论 1 流体流动
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
5 蒸馏 6 吸收 7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
返回 2 13:24:35
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
返回 3 13:24:35
0 绪论
1.5m3/s v=v%
风量将罐内有机气体由6%
但前者涉及4个量，后者仅3个量1个已知，因此宜以结 晶器为衡算范围。
总物衡式： S=R+P
即：S = R + 208.3 返回 18
13:24:35
KNO3组分物衡： 0.5S = 0.375R + 0.96P
两式联立解得：
R=766.6 kg/h
例2：非稳态时的物料衡算 （P6例 0-4） 用1.5m3/s送
(1)物料衡算（质量衡算）
物料衡算反映原料、产品、损失等各种物料流股间 量(质量/摩尔流量)的关系。
返回 14 13:24:35
物料衡算可以表示为：
GI = GO + GA (0-2)
输入的各 输出的各 设备内积累
种物料 种物料
的各种物料
此式为总料衡算式，也适用
D,xD
于物料中的某个组分。如精馏：
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
返回 9 13:24:35
0.2 单位制与单位换算
一、基本单位与导出单位
基本单位：选择几个独立的物理量，以使用方便 为原则规定出它们的单位；
导出单位：根据其本身的意义，由有关基本单 位组合而成。 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 大小不同。
返回 10 13:24:35
二、常用单位制
国际单位 制（SI制）