化工原理绪论
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2010-02-27
盐城师范学院
---化工原理---
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， 基本单位：选择几个独立的物理量，根据方便原 则规定单位； 则规定单位； 导出单位：由有关基本单位组合而成 导出单位： 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 单位制度的不同， 大小不同。 大小不同。
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---化工原理---
(2)根据平衡关系，可以考察外界参数(如系统 根据平衡关系，可以考察外界参数 如系统 根据平衡关系 的压力和温度)对平衡的影响和体系中物料 的压力和温度 对平衡的影响和体系中物料 状态(如反应物浓度 添加剂的数量)对平衡 如反应物浓度、 状态 如反应物浓度、添加剂的数量 对平衡 转化率的作用， 转化率的作用，从而找出最大程度利用物 料或能量所应选择的条件。 料或能量所应选择的条件。 (3)可以用实际操作结果与平衡数据的比较作 可以用实际操作结果与平衡数据的比较作 为衡量过程的效率， 为衡量过程的效率，从而找出改进的方法 (如塔设备的塔板效率，或是改进塔板结构， 如塔设备的塔板效率， 如塔设备的塔板效率 或是改进塔板结构， 或是改进操作条件等) 或是改进操作条件等
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---化工原理---
2、研究方法论 、
（1）试验研究方法（经验方法）即对一些化工过程 ）试验研究方法（经验方法） 通过大量实验归纳影响过程的变量之间的关系， 通过大量实验归纳影响过程的变量之间的关系，常 借助于物理学的相似论和因次分析法的指导。 借助于物理学的相似论和因次分析法的指导。 （2）数学模型方法（半理论半经验方法）所谓数学 ）数学模型方法（半理论半经验方法） 模型法是将复杂的研究对象合理地简化为某个模型， 模型法是将复杂的研究对象合理地简化为某个模型， 这个简化了的模型应该与原过程近似地等效。 这个简化了的模型应该与原过程近似地等效。 数学模型方法应用于解决化工生产过程的实际问题， 数学模型方法应用于解决化工生产过程的实际问题，推 动了化学反应工程的迅速发展， 动了化学反应工程的迅速发展，使化学工程学摆脱了单 纯从实验数据归纳过程规律的传统做法。 纯从实验数据归纳过程规律的传统做法。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
主讲人：董庆华
2010-02-27
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---化工原理---
生物工程又称生物技术，是20世纪70年代初 开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。 生物工程是运用生物学、化学和工程学等学 科相结合的方法，利用生物体生产人类需要的产 品，改造生态系统和环境的应用技术体系。是生 命科学高新技术成果实现产业化的基础，是从实 验室研究通向大规模工业生产的桥梁。
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---化工原理---
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---化工原理---
0
绪论
INTRODUCTION
0.1 化工过程与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 单元操作中的基本概念 0.4 本课程的内容和学习目的
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---化工原理---
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---化工原理---
化工生产中主要的单元操作可归纳为三类过程 流体流动过程: 流体流动过程: 流体输送、沉降、过滤、混合、 流体输送、沉降、过滤、混合、流态化 热量传递过程: 热量传递过程: 加热、冷却、蒸发、冷凝 加热、冷却、蒸发、 质量传递过程: 质量传递过程: 蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、 蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、膜分离
过程推动力（∆） 速率（r）∝ 速率（ ） 过程阻力（R）
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---化工原理---
五、经济核算
为生产某种产品所需要的设备， 为生产某种产品所需要的设备，根据设 备的形式和材料的不同，可以有若干设计方案。 备的形式和材料的不同，可以有若干设计方案。 对同一台设备，所选的操作参数不同， 对同一台设备，所选的操作参数不同，会影响 到设备费用和操作费用。 到设备费用和操作费用。 要用经济核算确定最经济的设计方案。 要用经济核算确定最经济的设计方案。
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---Βιβλιοθήκη Baidu工原理---
物料衡算应用步骤
画出物料 流程示意图 选定计算基准 如时间等） （如时间等）
列物料衡算式 进行计算
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箭头标流向， 箭头标流向，标出 已知量＆ 已知量＆未知量
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二、能量衡算(Energy Balances) 机械能、热量、电能、磁能、化学能、 机械能、热量、电能、磁能、化学能、原子能 等统称能量，化工生产中常以热量为主， 等统称能量，化工生产中常以热量为主，下面以 热量衡算为例说明能量衡算过程。 热量衡算为例说明能量衡算过程。
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二、常用单位制
国际单位制 SI制 制
物理单位制 CGS制 制
基本单位： 个 化工中常用有5个 基本单位：7个，化工中常用有 个，即长度 （米），质量（千克），时间（秒），温度 质量（千克） 时间（ （K），物质的量（摩尔） ） 物质的量（摩尔） 基本单位：长度（厘米cm） 质量（ 基本单位：长度（厘米 ），质量（克g）， ） 时间（ ） 时间（秒s）
.单元操作 单元操作（ Operation） 2 .单元操作（Unit Operation）
物理过程进一步细分为一系列的遵循不同物理定律， 物理过程进一步细分为一系列的遵循不同物理定律，具 有某种功用的基本操作过程，称之为单元操作 有某种功用的基本操作过程，称之为单元操作 每一种单元操作都概括了化工生产过程中一类具有共性的 操作
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---化工原理---
3、 化工原理课程的特点
• 化学工程的技术基础课 化学工程的技术基础课； • 学科的综合 学科的综合--- 综合利用数学、物理、化学、物理化学等学 科知识，侧重解决工程实际问题； • 较强的工程观念 理论上的可行性、技术可行性、环境与安全的可行性， 经济上的可行性。
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4、 化工原理课程的任务 、
研究常用的单元操作过程； 研究 学习典型的单元操作设备； 学习 培养分析和解决化学工程实际问题的能力。 培养
0.1化工生产过程与单元操作 化工生产过程与单元操作
1.化工生产过程 化工生产过程 将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应, 将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应 使其性质或形态产生变化,定向加工成对国民经济 使其性质或形态产生变化 定向加工成对国民经济 和人民生活水平改善有价值的化学产品的生产过程.
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四、过程速率 过程速率决定设备的生产能力。显然， 过程速率决定设备的生产能力。显然，过程速率 越高，设备生产能力越大，或设备的尺寸越小。 越高，设备生产能力越大，或设备的尺寸越小。 过程速率可用如下的基本关系表达： 过程速率可用如下的基本关系表达：
输入的 输出的 积累的 ＝ ＋ 物料量 物料量 物料量
输入物料质量的总和（kg）＝输出物料质量总和（kg）＋积累 输入物料质量的总和（ ）＝输出物料质量总和（ ）＋积累 ）＝输出物料质量总和 ）＋ 在该过程的物料质量（ ） 在该过程的物料质量（kg）
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---化工原理---
单元操作的研究内容与方向： 单元操作的研究内容与方向：
单元操作的基本原理； 单元操作的基本原理； 研究内容 单元操作典型设备的结构； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 单元操作设备选型设计计算 高效率、低能耗、环保； 高效率、低能耗、环保； 研究方向 开发新的单元操作 单元操作集成工艺与技术。 单元操作集成工艺与技术。
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---化工原理---
0.4本课程的内容和学习目的 本课程的内容和学习目的
1、化工原理课程的内容 化工原理课程的内容
（1）动量传递过程（单相或多相流动） ）动量传递过程（单相或多相流动） （2）热量传递过程 ）热量传递过程——传热 传热 （3）质量传递过程 ）质量传递过程——传质 传质
输入能量=输出能量 输入能量 输出能量 在有反应热效应的场合下，则为: 在有反应热效应的场合下，则为 输入能量+反应释出能量 输出能量+系统中积累能量 反应释出能量=输出能量 输入能量 反应释出能量 输出能量 系统中积累能量
∑Q = ∑Q
I
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O
+ QL
(0 − 1)
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---化工原理---
原料预处理
化学反应
产物后处理
物理过程 单元操作
化学反应过程 反应器
物理过程 物理过 单元操作 程 单元操 作 ---化工原理---
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---化工原理---
化工生产过程分析 从工业原料经过化学反应获得有用产品的任一化工生产 过程都可概括为原料预处理 化学反应和产物的分离三部 原料预处理、 过程都可概括为原料预处理、化学反应和产物的分离三部 分。 化工生产也可视为由物理过程和化学过程两类过程组 化工生产也可视为由物理过程和化学过程两类过程组 物理过程 成。
---化工原理---
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0.3单元操作中的基本概念 • • • • • ☆物料衡算 ☆能量衡算 ☆平衡关系 ☆传递过程与速率 ☆经济核算
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一、物料衡算(Material Balances)
根据质量守恒定律， 根据质量守恒定律，即在任何一个化工生产过程中凡向该过 程输入的物料质量等于从该过程输出的物料质量与积累该过 程中的物料质量之和， 程中的物料质量之和，即
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单元操作按其遵循的基本规律分类： 单元操作按其遵循的基本规律分类： （1）遵循流体动力学基本规律的单元操作： ）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、 流体输送、 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 ）遵循热量传递基本规律的单元操作： 加热、冷却、冷凝、蒸发等 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 ）遵循质量传递基本规律的单元操作： 蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、 括蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分 离等；
三、平衡关系 有关平衡的规律可以预告过程能够到达的极限， 有关平衡的规律可以预告过程能够到达的极限， 例如连通器中的液面最终是处于同一水平面 处于同一水平面， 例如连通器中的液面最终是处于同一水平面，换 热的极限是换热终了处冷热流体温度相同 温度相同， 热的极限是换热终了处冷热流体温度相同，气体 吸收的极限是当时条件下气体在液体中的溶解度 溶解度， 吸收的极限是当时条件下气体在液体中的溶解度， 反应的极限是当时条件下的平衡转化率 平衡转化率等 因此： 反应的极限是当时条件下的平衡转化率等。因此： (1)根据平衡关系，可以确定当时条件下物料或能量 根据平衡关系， 根据平衡关系 能够利用的极限， 能够利用的极限，从而可以确定产品加工的方案 (如转化率低的产品用循环利用的方法 。 如转化率低的产品用循环利用的方法)。 如转化率低的产品用循环利用的方法
工程单位制
基本单位：长度（ 重量或力（ 基本单位：长度（米），重量或力（千克力 kgf），时间（秒） ） 时间（
我国法定单位制为国际单位制 国际单位制（ 我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 制
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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 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。
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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， 基本单位：选择几个独立的物理量，根据方便原 则规定单位； 则规定单位； 导出单位：由有关基本单位组合而成 导出单位： 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 单位制度的不同， 大小不同。 大小不同。
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(2)根据平衡关系，可以考察外界参数(如系统 根据平衡关系，可以考察外界参数 如系统 根据平衡关系 的压力和温度)对平衡的影响和体系中物料 的压力和温度 对平衡的影响和体系中物料 状态(如反应物浓度 添加剂的数量)对平衡 如反应物浓度、 状态 如反应物浓度、添加剂的数量 对平衡 转化率的作用， 转化率的作用，从而找出最大程度利用物 料或能量所应选择的条件。 料或能量所应选择的条件。 (3)可以用实际操作结果与平衡数据的比较作 可以用实际操作结果与平衡数据的比较作 为衡量过程的效率， 为衡量过程的效率，从而找出改进的方法 (如塔设备的塔板效率，或是改进塔板结构， 如塔设备的塔板效率， 如塔设备的塔板效率 或是改进塔板结构， 或是改进操作条件等) 或是改进操作条件等
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2、研究方法论 、
（1）试验研究方法（经验方法）即对一些化工过程 ）试验研究方法（经验方法） 通过大量实验归纳影响过程的变量之间的关系， 通过大量实验归纳影响过程的变量之间的关系，常 借助于物理学的相似论和因次分析法的指导。 借助于物理学的相似论和因次分析法的指导。 （2）数学模型方法（半理论半经验方法）所谓数学 ）数学模型方法（半理论半经验方法） 模型法是将复杂的研究对象合理地简化为某个模型， 模型法是将复杂的研究对象合理地简化为某个模型， 这个简化了的模型应该与原过程近似地等效。 这个简化了的模型应该与原过程近似地等效。 数学模型方法应用于解决化工生产过程的实际问题， 数学模型方法应用于解决化工生产过程的实际问题，推 动了化学反应工程的迅速发展， 动了化学反应工程的迅速发展，使化学工程学摆脱了单 纯从实验数据归纳过程规律的传统做法。 纯从实验数据归纳过程规律的传统做法。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
主讲人：董庆华
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生物工程又称生物技术，是20世纪70年代初 开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。 生物工程是运用生物学、化学和工程学等学 科相结合的方法，利用生物体生产人类需要的产 品，改造生态系统和环境的应用技术体系。是生 命科学高新技术成果实现产业化的基础，是从实 验室研究通向大规模工业生产的桥梁。
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绪论
INTRODUCTION
0.1 化工过程与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 单元操作中的基本概念 0.4 本课程的内容和学习目的
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化工生产中主要的单元操作可归纳为三类过程 流体流动过程: 流体流动过程: 流体输送、沉降、过滤、混合、 流体输送、沉降、过滤、混合、流态化 热量传递过程: 热量传递过程: 加热、冷却、蒸发、冷凝 加热、冷却、蒸发、 质量传递过程: 质量传递过程: 蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、 蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥、膜分离
过程推动力（∆） 速率（r）∝ 速率（ ） 过程阻力（R）
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五、经济核算
为生产某种产品所需要的设备， 为生产某种产品所需要的设备，根据设 备的形式和材料的不同，可以有若干设计方案。 备的形式和材料的不同，可以有若干设计方案。 对同一台设备，所选的操作参数不同， 对同一台设备，所选的操作参数不同，会影响 到设备费用和操作费用。 到设备费用和操作费用。 要用经济核算确定最经济的设计方案。 要用经济核算确定最经济的设计方案。
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物料衡算应用步骤
画出物料 流程示意图 选定计算基准 如时间等） （如时间等）
列物料衡算式 进行计算
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箭头标流向， 箭头标流向，标出 已知量＆ 已知量＆未知量
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二、能量衡算(Energy Balances) 机械能、热量、电能、磁能、化学能、 机械能、热量、电能、磁能、化学能、原子能 等统称能量，化工生产中常以热量为主， 等统称能量，化工生产中常以热量为主，下面以 热量衡算为例说明能量衡算过程。 热量衡算为例说明能量衡算过程。
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二、常用单位制
国际单位制 SI制 制
物理单位制 CGS制 制
基本单位： 个 化工中常用有5个 基本单位：7个，化工中常用有 个，即长度 （米），质量（千克），时间（秒），温度 质量（千克） 时间（ （K），物质的量（摩尔） ） 物质的量（摩尔） 基本单位：长度（厘米cm） 质量（ 基本单位：长度（厘米 ），质量（克g）， ） 时间（ ） 时间（秒s）
.单元操作 单元操作（ Operation） 2 .单元操作（Unit Operation）
物理过程进一步细分为一系列的遵循不同物理定律， 物理过程进一步细分为一系列的遵循不同物理定律，具 有某种功用的基本操作过程，称之为单元操作 有某种功用的基本操作过程，称之为单元操作 每一种单元操作都概括了化工生产过程中一类具有共性的 操作
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3、 化工原理课程的特点
• 化学工程的技术基础课 化学工程的技术基础课； • 学科的综合 学科的综合--- 综合利用数学、物理、化学、物理化学等学 科知识，侧重解决工程实际问题； • 较强的工程观念 理论上的可行性、技术可行性、环境与安全的可行性， 经济上的可行性。
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4、 化工原理课程的任务 、
研究常用的单元操作过程； 研究 学习典型的单元操作设备； 学习 培养分析和解决化学工程实际问题的能力。 培养
0.1化工生产过程与单元操作 化工生产过程与单元操作
1.化工生产过程 化工生产过程 将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应, 将各种原材料通过不同条件下所进行的化学反应 使其性质或形态产生变化,定向加工成对国民经济 使其性质或形态产生变化 定向加工成对国民经济 和人民生活水平改善有价值的化学产品的生产过程.
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四、过程速率 过程速率决定设备的生产能力。显然， 过程速率决定设备的生产能力。显然，过程速率 越高，设备生产能力越大，或设备的尺寸越小。 越高，设备生产能力越大，或设备的尺寸越小。 过程速率可用如下的基本关系表达： 过程速率可用如下的基本关系表达：
输入的 输出的 积累的 ＝ ＋ 物料量 物料量 物料量
输入物料质量的总和（kg）＝输出物料质量总和（kg）＋积累 输入物料质量的总和（ ）＝输出物料质量总和（ ）＋积累 ）＝输出物料质量总和 ）＋ 在该过程的物料质量（ ） 在该过程的物料质量（kg）
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单元操作的研究内容与方向： 单元操作的研究内容与方向：
单元操作的基本原理； 单元操作的基本原理； 研究内容 单元操作典型设备的结构； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 单元操作设备选型设计计算 高效率、低能耗、环保； 高效率、低能耗、环保； 研究方向 开发新的单元操作 单元操作集成工艺与技术。 单元操作集成工艺与技术。
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0.4本课程的内容和学习目的 本课程的内容和学习目的
1、化工原理课程的内容 化工原理课程的内容
（1）动量传递过程（单相或多相流动） ）动量传递过程（单相或多相流动） （2）热量传递过程 ）热量传递过程——传热 传热 （3）质量传递过程 ）质量传递过程——传质 传质
输入能量=输出能量 输入能量 输出能量 在有反应热效应的场合下，则为: 在有反应热效应的场合下，则为 输入能量+反应释出能量 输出能量+系统中积累能量 反应释出能量=输出能量 输入能量 反应释出能量 输出能量 系统中积累能量
∑Q = ∑Q
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物理过程 单元操作
化学反应过程 反应器
物理过程 物理过 单元操作 程 单元操 作 ---化工原理---
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一、物料衡算(Material Balances)
根据质量守恒定律， 根据质量守恒定律，即在任何一个化工生产过程中凡向该过 程输入的物料质量等于从该过程输出的物料质量与积累该过 程中的物料质量之和， 程中的物料质量之和，即
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单元操作按其遵循的基本规律分类： 单元操作按其遵循的基本规律分类： （1）遵循流体动力学基本规律的单元操作： ）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、 流体输送、 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 ）遵循热量传递基本规律的单元操作： 加热、冷却、冷凝、蒸发等 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 ）遵循质量传递基本规律的单元操作： 蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、 括蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分 离等；
三、平衡关系 有关平衡的规律可以预告过程能够到达的极限， 有关平衡的规律可以预告过程能够到达的极限， 例如连通器中的液面最终是处于同一水平面 处于同一水平面， 例如连通器中的液面最终是处于同一水平面，换 热的极限是换热终了处冷热流体温度相同 温度相同， 热的极限是换热终了处冷热流体温度相同，气体 吸收的极限是当时条件下气体在液体中的溶解度 溶解度， 吸收的极限是当时条件下气体在液体中的溶解度， 反应的极限是当时条件下的平衡转化率 平衡转化率等 因此： 反应的极限是当时条件下的平衡转化率等。因此： (1)根据平衡关系，可以确定当时条件下物料或能量 根据平衡关系， 根据平衡关系 能够利用的极限， 能够利用的极限，从而可以确定产品加工的方案 (如转化率低的产品用循环利用的方法 。 如转化率低的产品用循环利用的方法)。 如转化率低的产品用循环利用的方法
工程单位制
基本单位：长度（ 重量或力（ 基本单位：长度（米），重量或力（千克力 kgf），时间（秒） ） 时间（
我国法定单位制为国际单位制 国际单位制（ 我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 制
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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 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。