化工绪论ppt

加速度——［LT－2］
力——［MLT－2］ 若某物理量以［MaLbTc］表示，则称它为该物理量的因次 或量纲。严格说，指数a、b、c称为因次。［MaLbTc］称为该 物理量的因次式或量纲式），表示该物理量的单位与基本量的 单位之间的关系。当a＝b＝c＝0时，时［M0L0T0］＝［1］， 称为无因次，或量纲为1的量。
结晶、吸收、蒸馏、粉碎、萃取、吸附、干燥等。
这些基本的物理过程称为单元操作。
单元操作的特点
若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程； 同一生产过程中可能包含多个相同的单元操作； 单元操作均为物理性操作，只改变物料的状态或其
物理性质，不改变其化学性质；
单元操作用于不同生产过程，其基本原理相同，进 行该操作的设备也可以通用。
体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用 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，到可以用质量传递的 理论去研究。
单元操作与三传理论的关系
“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 “三传理论”和单元操作也是化工生 产的理论和实践基础
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。
2 课程性质、内容及任务
2.1 课程性质
化工原理是化工及相关工科专业的专业基础课。 先修课：高等数学、物理、化学、物理化学等。
2.2 课程内容
主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。
＝1.033kgf/cm2
4
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
4.1 物料衡算（material balance）
依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料
质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即
输入量－输出量＝累积量
对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳 定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为
4.3 平衡关系(relationship of system balance)
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。
以食盐的溶解和结晶为例：
食盐浓度>饱和浓度：结晶
食盐浓度<饱和浓度：溶解 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。
平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行
的方向和能达到的限度。
4.4 传递速率（rate of transfer process）
本课程中，各单元操作的计算、设备的 选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以 最优经济效益作为最终的设计方案。
颗粒大小和搅拌对溶解速率的影响：
由大块改为小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不
搅拌改为搅拌，能加速溶液质点对流。其结果能减小溶解过程 的阻力（resistance）。
过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即
传递速率
推动力 阻力
此关系类似于电学中欧姆定律。
过程的传递速率是决定化工设备的重要因素：
化工原理
Principles of Chemical Engineering
教材简介
化工原理，王志魁主编，化学工业出版社。 2010年第四版， 2004年第三版
学时安排
总学时：56学时（理论） 16学时（实验）
参考书:
参考资料
1.化工原理，谭天恩等编，化学工业出版社，2006年出版。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
输入量＝输出量
用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。
物料衡算的步骤：
（1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用 箭头表示，并标上已知数据与待求量。 （2）确定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间 及设备的单位体积等作为计算的基准。 （3）划定衡算范围，列出衡算式，求解未知量。
例：采用两个连续操作的串联蒸发器浓缩NaOH溶液，
绪 论
1 化工过程及单元操作
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 生产资料和生活资料的工业。 一种产品的生产过程中往往包含很多个过程。有化学反应 过程，还有大量的物理加工过程。
原料 → 化学反应器 → （中间）产品
前处理
除杂，调节温度 压力等条件
后处理
精制、分离 干燥等
乳品生产线
2.化工原理，钟理等主编，化学工业出版社，2008年出版。
3.化工原理，夏清，陈常贵主编，天津大学出版社，2005年出版。 4.化工原理习题解，钟秦等编著，国防工业出版社，2008年出版。
5.化工原理学习指导，丁忠伟主编，化学工业出版社，2006年出版。
6.化工原理实验，周立清等编，华南理工大学出版社，2010年出版。
每小时 5 吨 12 ％ NaOH 溶液进入第一个蒸发器，浓缩到
20 ％后输送到第二个，进一步浓缩到 50 ％后排出。试
分别求出每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。
4.2 能量衡算（energy balance）
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。 热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。
重要导出单位：
力——F=ma； N
压强——P=F/A； 功率——功/时间；
N/m2
Pa
N.m J
能量、功、热——F×距离l
J/s
J/kg.K
W
比热——热/质量· 温度；
3.2 因次
法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分
别用符号L、M、T、θ表示，则导出量可由这些基本量的符号
组合而成。 例：速度——［LT－1］
传递速率大，设备尺寸小
4.5 经济核算(economic evaluations)
效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生 产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的 不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作
参数不同，会影响到设备费与操作费。
因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。
上述三个过程包含了三种理论，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，到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
2.3 课程任务
介绍三传理论，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、
选型及实验研究方法
培养学生运用基础理论分析和解决生产过程单元操作中 各种工程实际问题（计算、选型、操作及实验研究方法 ）的能力
3 单位与单位换算
3.1 单位制
国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具 有专门名称的导出单位构成的。 基本单位有： 长度——米(m) 时间——秒(s) 电流——安(A) 发光强度——坎(cd) 质量——千克(kg) 温度——开(K) 物质的量——摩尔(mol)
以食盐溶解为例： 不饱和食盐溶液：溶解速率（单位时间内溶解的食盐质
量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。
饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零 溶液浓度越远离平衡浓度，其溶解速率越大；溶液浓度
越接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度
之差值，可以看作是溶解过程的推动力（driving force）
果汁饮料生产工艺流程
粉碎 过滤 沉降
原料选择→清洗和分选→破碎→压榨→粗滤→澄清→ 精滤→糖酸调整→脱气→杀菌→包装。 过滤 调味 解吸 需要 热量 生产包含 流体输送
化工生产 ：(1) 化学反应过程：如各种产品的生成 (2) 物理加工过程 不同化工的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操作过程， 如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、
单元操作的分类
单元操作按其理论基础可分为下列三类：
（1）流体流动过程（fluid flow process）:
包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。
（2）传热过程（heat transfer process）: 包括热交换、蒸发等。 （3）传质过程（mass transfer process）: 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。
3.3 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。
力—N（牛顿）
1N=1kg.m/s2
1kgf(千克力)=9.81N=9.81kg.m/s2 压强（压力）—Pa（帕斯卡） 1Pa=1N/m2
能、功、热—焦耳J
1J=1N.m
1atm ＝ 760mmHg ＝ 1.0133×105Pa ＝ 10.33mH2O