化工原理

称为 相同物理操作过程
单元操作
单元操作是指化工生产过程中基本原理和典型设 备的相同物理性操作。
成千上万的化工产品就是由不 同原料，使用不同的工艺方法和设 备而制成的。
但归结起来各种生产过程都是 由若干单元操作适当的组合而成的。
1.3 单元操作分类及特点
美国麻省理工大学（MIT)三位教授华克尔(Walker)、刘易 斯(lewis)、麦可阿丹姆士(Mcadams)在他们1923年所著 的教科书中，首先提出了“化工单元操作”的概念他们将 各种各样的化工生产过程当作一系列的“单元操作”处理。
Forth Edition,W.L Mccabe J.C Smith P.Harriott 7. Transport Processes and Unit Operations
C.J Greankoplis
（二）期刊
[1] 农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：《农业工程学报》 编辑部出版，全国中文核心期刊。（EI收录）
单元操作的应用及特点
若干个单元操作串、并联起来组成一个工艺过程。 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，
不改变其化学性质。
同一化工生产过程中，可能会包含多个相同的单元 操作。
单元操作用于不同的生产过程，其基本原理相同， 进行该操作的设备也可以通用。
单元操作与加工过程（举例）
奶粉生产工艺流程
冷冻盐水 自来水 饱和蒸汽
乳乳品品加加工工现现场场
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： •流体动力过程 ——遵循流体动力基本规律，用动量传
递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化
•热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热、冷凝、蒸发等
•传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
[5] 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信 息中心主办，北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家 优秀技术期刊。
[6] 中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：《中国粮油学报》编辑 部出版，全国食品工业类中文核心期刊。
[7] Cereal Chemical [8] Journal of Food Science [9] Journal of Food Engineering
物理量单位换算
基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm＝英 制3.2808ft
相等而单位不同的两个同名物理量的比值为换 算因子，如100cm/m
单位换算的基本规律： F=ma
１Kgf =1kg×9.81m/s2 =9.81kg·m/s2 =9.81N
=1000g×981cm/s2 =981000g·cm/s2
2 单位制与单位换算
2.1 单位和单位制度
1、任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的， 二者缺一不可 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
[2] 农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：《农业机械学报》 编辑部出 版，全国中文核心期刊。（EI收录）
[3] 食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中 国核心期刊
[4] 食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：《食品工业科技》 编辑部出版，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。
流体输送 传热 搅拌
动量传递 动量传递 动量传递
动量传递 热量传递 动量传递
均质牛奶
均质
动量传递与质量传递
技术参 数
−20℃ 常温 180℃
4℃ 90℃
巴氏灭菌 浓缩牛奶 分离水中的牛奶
传热 浓缩 物系分离
热量传递
热量传递、动量传递与质 量传递
动量传递与质量传递
80℃,20 min
浓度 10%
乳粉厂工艺流程图
原料
有用的化学品
化工过程是指用物理和化学的方法对原料进 行大规模加工处理，从而获得合乎产品要求 的化学工业生产过程。例如：
流程图1 高压聚乙烯生产过程流程示意图
不同化工生产过程使用各种物理加工过 程，根据他们的操作原理，可以归结为数 个应用广泛的基本物理操作过程，如流体 输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、 蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃 取、吸附、干燥等。
原料乳验收
预处理
冷却与过筛
出粉
预热杀菌
真空浓缩
加糖 喷雾干燥
过滤
包装、检验
成品
化工原理是一门实践性很强的工程学 科。单元操作的研究内容包括“过程”和 “设备”两个方面。
所有的单元操作都可分解为动量传递、 热量传递、质量传递这三种传递过程和它 们的结合。三种传递过程现象中存在着类 似的规律和内在的联系。传递过程是联系 各单元操作的一条主线。
同时，“三传理论”和单元操作也是 化工技术的理论和实践基础。
流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作 的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递 现象， 如干燥、精馏等。
1.4 化工原理课程的研究方法
1.试验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确定过程变量之间 的关系，通过量纲为一数群（或称准数）构成的关系式来表 达。是一种工程上通用的基本方法。
如：聚乙烯、化肥、制糖、味精、酒精、石油等生产过程 中都含有流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥、蒸馏、 吸收等单元 操作，在石油、食品、制药、造纸等行业中 都要进行干燥、蒸馏等操作，尽管在不同行业中所处理的 物料不同，但所用的干燥、蒸馏等操作具有相同原理。
名称 流体输送
化工生产中常见的
单元操作( p2表0-1)
上课、实验前要求预习、课后要求复习、 总结。
作业及时完成，不懂的及时弄懂。 不要缺课、认真听讲、开动脑筋、积极
思考。 重视实验，通过实验培养、提高实验能
力（分析、解决一般工程技术问题的能 力）。
四、参考资料
（一）书本
1.姚玉英主编， 化工原理， 天津：天津大学出版社，2003 2.夏清主编， 化工原理(下)， 天津：天津大学出版社，
目的
原理
设备
输送物料
机械能转换 管道和泵
传热 蒸发 蒸馏 膜分离 干燥
加热或冷却 利用温差传热 换热器
分离 溶剂 与溶 质
加热 使溶 剂汽 化
蒸发器
分离液相混合 各组分的挥发
物
度不同
塔器
分离混合物
固体或液体膜 过滤机、沉降器、膜
的截留
组件等等
固体去湿
加热 使湿 分汽
化
干燥器
萃取
分离不互溶液体 溶解度不同 萃取装置
=981000dyn
Example
1 atm（标准大气压）＝1.033 kgf/cm2,将其换算 成SI单位
解：气体压力的SI单位：Pa（N/m2），工程单 位：kgf/cm2，所以，只要将kgf、cm分别换算成 N、m即可。
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。通过实验确定模型参数。
研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线。
1.5 课程要求
掌握三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算 （核算）、选型（设计计算）及实验研究方法； 培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各 种工程实际问题(核算、设计及实验研究方法)的能力。
乘、除而构成的。如速度，u=L/t m/s。
2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制中基本单位：长度、质量、时间 重力单位制中基本单位：长度、时间和力
3、 国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种
单 位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》
在SI制基础上制定的。
2.2. SI制（Standard International Unit):
2.3 单位换算
同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应
地改变。这种换算称为单位换算。
注意事项： （1） 物理方程必须使用同一单位制的单位，若不同，必须 经过换算后再进行计算。但经验公式必须按指定的单位运 算。 （2） SI制和绝对单位制以质量为基本单位，而工程单位制 则以重力为基本单位，二者可由F＝ma表示其之间的关系。 （3） 计算结果正确与否，可以通过单位换算，就可查出。
Principles of Chemical Engineering
前言
一、课程安排 二、学习要求 三、教材
①柴诚敬主编， 化工原理(上，下)， 北京：高等教育出 版社，2005
②张金利，张建伟等主编，《化工原理实验》，天津： 天津大学出版社，2005
四、参考资料 五、考试方式
五、考试方式
理论课为闭卷考试、实验课为考查 。 实验课占总成绩的20％（包括预习、
操作、数据处理）。 理论课占总成绩的60％。 平时成绩占总成绩的20％。
绪论
1 化工原理课程的内容和特点 1.1 课程特点
是一门工程学科； 是生物工程、化学工艺、应用化学等专业的学生必修的重要基础技术课； 是一门理论紧密联系实际的课程: ➢ 以化工单元操作为教学内容； ➢ 以物理、化学、物理化学（包括动力学、热力学、传热学和传质学等）、
编号
名称
⑴
冷冻盐水管 道
⑵ 自来水管道
⑶ 蒸汽管道
⑷
贮罐
⑸
离心泵
（6） 板式换热器
⑺
配料槽
⑻
均质机
⑼
两段板式换 热器
⑽
升膜式蒸发 器
⑾ 旋液分离器
乳品工程原理解析
作用
单元操作
涉及的传递理论
提供冷却介质 提供流动介质 提供加热介质 贮存牛奶与缓冲作用
输送牛奶 冷却牛奶与加热空气 配料、混合与标准化
流体输送 流体输送 流体输送
上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”
三传理论
动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动
量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，都可以用动量传 递的理论去研究。
热量传递(heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物
20世纪60年代初国际度量衡会议提出,有7个 基本量和基本单位，即：
热力学 发光强
物质的
基本量 长度 质量 时间 温度 度 电流 量
坎德拉
摩尔
基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 开尔文k Cd 安培A mol
化学与
分子物
应用范围 力学 力学 力学 热学 光学 电学 理学
其他量称为导出量，其单位可由基本单位推导而出，称为导出单位
体的传热过程。
凡是遵循传热基本规律的单元操作，都可以用热量传递的 理论去研究。
质量传递(mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传
递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作，都可以用质量传递的 理论去研究。
单元操作与三传的关系
“三传理论”是单元操作的理论基础， 单元操作是“三传理论”的具体应用。
国际单位制 （SI）
—— 通用性：所有学科、部门均可采用，并且 容易比较；
—— 一贯性：任何一个SI导出单位均有七个基 本单位导出，不需要引入比例常数
我国规定1991年1月起，除个别领域外，不 允许再使用非法定单位（国务院 1977年确定逐 步采用SI，1984年发布命令：法定计量单位， 1990年底完成过渡，1991年1月起实施）。
数学、力学、制图、英语、计算机等课程为基础，涉及面广、计算复杂。
1.2 课程内容
主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。
单元操作
化学工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物 质加工成生活资料的工业。
化工生产 ：(1) 化学反应过程：如发酵、化学合成等 (2) 物理加工过程
化工过ห้องสมุดไป่ตู้是什么？
物理与化学方法
2005 3.陈敏恒主编， 化工原理， 北京：化学工业出版社，1985 4.伍钦、邹华生、高桂田等主编，《化工原理实验》，华南理
工大学出版社，2003 5.祁存谦编写，《虚拟化工原理实验》课件，中山大学，2000 6. Unit Operation of Chemical Engineering
一、课程安排（课堂教学72 学时）
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
流体流动 流体输送机械 非均相混合物分离 传热 蒸发 吸收 蒸馏 液—液萃取 固体物料的干燥
1学时 13学时 4学时 4学时
12学时 4学时 12学时 14学时
4学时 4学时
二、学习要求