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”。是《化工原理》的共同规律和联系。

《化工原理》课程研究对象就是研究“三传”理论和“三传”理论的应用。

“三传理论的建立”是单元操作在理论上的进一步发展和深化。传递过程是联系各单元操作的一条主线。

7.性质

《化工原理》课程是高等数学、物理、物理化学等课程的后继课程。它是一门专业技术课程，属于工程学科，具有工程性、应用性。在我们的教学计划中起到了自然学科与应用学科的桥梁作用。作为一门综合性技术学科的一个重要组成部分，主要研究各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。、本课程是一门实践性很强的工程学科，在长期的发展过程中，形成两种基本研究方法，即：

7.1．实验研究方法（经验法）

7.2．数学模型法（半经验半理论方法）

8.化工原理课程的两条主线

8.1.动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。

8.2.研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。各单元操作有共同的研究方法。

a.实验研究方法（经验的方法）

一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（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。

b.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，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。如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。

二、《化工原理》课程的任务

1.研究与掌握化工单元操作过程的基本原理并能进行过程的选择；

2.进行设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；

3.根据生产的不同的要求进行操作和调节，并具有一定寻找故障的原因及排除故障的能力；

4.了解强化过程的途径。

通过本课程的学习，培养学生有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。总之，学习《化工原理》的目的是：掌握规律、开发工艺、创新设计、诊断过程、强化操作。

三、单位制度及单位换算

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。如管长为10m，水的流速为3.5m/s等。

（一）单位制度

在工程和科学中，单位制度有不同的分类方法。

1．基本单位和导出单位

基本单位：一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。

导出单位：其它的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。我国的法定计量单位（简称法定单位）是以国际单位制为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位构成。见本教材P327附录一。

国际上趋向于采用国际单位制（SI制）。SI制基本单位7个：

长度L：米（m）；质量M：千克（kg）；时间T：秒（s）；热力学温度θ：开尔文（k）；物质的量：摩尔（mol）；电流I：安培（A）；发光强度：坎德拉（cd）

SI制主要优点：

①通用性：是一套完整的单位制，适合于各个领域；