化工原理教案-绪论3(李鑫)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
公共邮箱：hgylsw@126.com，密码：sw2007
绪论（ Introduction ）
• Part1 为什么要学化工原理 • Part2 什么是化工原理 化学工程与化工原理 化工原理课程内容及性质 • Part3 怎样学习化工原理 单位制与单位换算 五个基本概念和两条主线
Part1 为什么要学化工原理？
第 二 蒸 发 器
3.2.1五个基本概念(重点)
2.能量衡算 —— 能量守（机械能，热能）
Q Q Q ——热量衡算通式 I 0 L
3.过程速率 ——化工过程进行的快慢。
速率 = 过程推动力/过程阻力，计算设备尺寸的基本工具
4.物系平衡——过程进行的方向及其极限
两大平衡：相平衡与化学平衡。
学好本课程应注意的问题及培养的能力:
(1)要理论联系实际 (2)过程原理与设备并重 (3)掌握研究的方法
(4)着重培养自学能力、创新能力
(6)培养非智力因素（刻苦、勤奋、好学、多问、实干、毅力等） (7)培养工程观点（理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的 安全性、经济上的合理性。效益是评价工程合理性的最终判据。
参考文献
王志魁,化工原理(第三版),化学工业出版社，(教材) 姚玉英等主编：化工原理(第二版) ，天津大学出版社 谭天恩主编，化工原理(第三版)，化学工业出版社 陈敏恒,化工原理(第二版)，化学工业出版社
柴诚敬等主编：化工原理学习指导， 天津科技出版社
丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社 朱家骅等主编 化工原理 科学出版社 管国锋 化工原理 化学工业出版社
dimQ L M T I N J 式中：、、 、 量纲指数（因次）
注意量纲与单位的区别：
例如，速度u的量纲可写成dim u = LT-1, 量纲是： LT-1；SI单位是：m· s-1；量纲指数：长度(1)，时间 (1)，其它基本量(0)。 量纲一致性原理：任何一个理论（物理）方程两边的量纲必相等
限的几种基本过程(如流体输送、换热、蒸馏、吸收、蒸
发、萃取、结晶、干燥等)，这些基本过程称为单元操作
.
并三 最种 终传 可递 归过 结程 为存 速在 率着 问类 题似 进的 行规 研律 究， 。
流体 输送 气体 液化
过滤 与 沉降
搅拌
动量传递
液体 汽化
喷雾 干燥
流态 化
蒸发 浓缩
热量 传递
质量 传递
生物、制糖、环境、轻工工业等。
共同特点：扩大生产规模和提高经济效益→放大装置
→“放大效应”。
化学工程发展历程
第三个历程 第二个历程
第一个历程
“单元操作” (Unit operation) 概念的提出 1915年利特尔 (Little，A．D．) 在给MIT的报告中 提出
“三传一反” 概念的提出 1960年，美国威斯 康新大学的3名教 授等人一起出版的 《Transport phenomena》
课程改革
1.考试改革：开卷考试,强化应用能力考试 2.习题课：多讲例题,习题,前沿及实际应用。 3.实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解 所学理论。（单独设课） 4.辅导答疑 (1) 课间及课后 （2）考前几天 5． 作业 每章交一次，不用抄题。 6． 师生互动 分组,布置自学任务,学生上讲台
cm m m 英寸
s s s s
℃ ℃ K ℉
mol mol mol mol
A A A A
国际单位制(SI制) 我国法定计量单位
选定的非国际单位制
3.1.3
量纲(Dimension)
定义：任何物理量通过物理关系与基本量联系起来的关系式。
性质：若用符号L、M、T、I、、N、J分别表示7个基本量的量纲， 则导出量Q的量纲可用基本量量纲的组合来表示，即：
单元操作基本原理、 典型设备的构造及工 艺计算设备选型
任务 培养学生运用基础理论分析和解决相关专业工程 单元操作中工程实际问题的能力。
Part3：怎样学习化工原理
3.1 单位制与单位换算
3.1.1、单位制
基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。
任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)
单位制
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 相乘、除而构成的 。
注意！ 工程物理量＝数字＋单位
3.1.2、常用单位制
长度 质量 (重量) g kgf kg 磅 时间 温度 物质量 电流 发光强 度 cd(坎德拉) cd cd Cd
cgs制 工程制 SI制 英制
气液 吸收 液液 萃取
加热 冷却 结晶
气固 吸附 精馏
同同 样一 的单 操元 作操 目作 的， ，可 也采 可用 采不 用同 不的 同操 的作 单条 元件 操和 作设 。型 ；
2.2 化工原理课程性质及内容
性质 工程技术基础课。
化工原理研究性质与内容
本课程的内容
动量传递 传递过程理论 三传热量传递 质量传递 单元操作
《化工原理》 Principles of Chemical Engineering
任课教师：李鑫
Dr. Li Xin
博客http://doctorlixin.blog.sohu.com/
http://www.sciencenet.cn/u/xinliscau/
E-mail：xinliscau@126.com
课程要求
1.课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本 2.习题课：讲完课后安排一次习题课，通过解答以往 的考题来复习所学内容及示范解题技能和技巧。作 业中的普遍性问题在作业发回时解答。 3.实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解所学理 论。（单独设课） 4.辅导答疑 (1) 课间及课后 （2）考前几天 5． 作业 (1) 每章交一次，不用抄题。
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？
中草药有效成分的提取分离
深海鱼油的ω-3型多不饱和脂肪酸
天然维生素E的提取
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？ •解决生活生产中的实际问题解决
•相关专业领域的工程实际问题 •培养和树立工程观点
在实际中各个环节都能用得到， 从设计到施工，再到生产、检验、质量。 如果不懂化工原理，很难做的很好。
Part2 什么是化工原理
2.1化学工程与化工原理
化学工程：研究化学工业和其他过程工业(process
industry)生产中所进行的化学过程和物
理过程共同规律与应用技术的工程领域。
过程工业:石油炼制、冶金、制药、建筑材料、食品、
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。
实验：寻找函数形式，决定参数
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。
进入了第三阶段? 产品工程？ 时空尺度？ (场)和(流)的概念？
材料工程，能源化工 环境化工，生物工程 微电子化工等等
“Chemical Engineering is about turning molecules into money”
化工生产过程
原料 原料预处理
物理过程 单元操作
化学过程
化学反应工程
产物后处理
物理过程 单元操作
产品
化工生产过程＝单元操作＋ 化学反应
化 学 工 程 ＝化工原理＋反应工程＝三传一反
单元操作及分类
例如： 甲醇的生产： 合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇 →冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%） 苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→ 减压蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%） 可见，构成多种化工产品生产的物理过程都可归纳为有
5.经济核算——设备费与操作费的总和
3.2.2 单元操作中的两条主线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。
• •
实验研究方法（经验的方法） 数学模型方法（半经验半理论的方法）
a.实验研究方法（经验的方法）
3.1.4
浓度的表示方法
物质的量浓度与摩尔分数
c 物质的量浓度： i ni V 摩尔分数：xi ni n
物质的质量浓度与物质的质量分数
物质的质量浓度： i mi V
物质的质量分数： wi mi m 摩尔比与质量比 摩尔比： X nA nB 质量比：X ' mA mB
(2) 计算题求解步骤和要求（也适用于考试）： a. 要写出已知条件和求解参数（不计分） b. 一般要画出简图（不计分） c. 公式要推导 d. 已知数据要代入公式 e. 计算结果一般要保留3位小数或4位有效数字 6． 考核 (1) 考勤及课堂表现 10% （缺勤超1/3者没有考试资格，多发问者加分） （2）作业 20%（缺作业超1/3者没有考试资格） （3）考试 70% 7. 学习要求 （1）认真听课（2）做好笔记（3）即时复习 （4）独立完成作业（5）有疑问即时问老师
3.2 五个基本概念及两条主线
3.2.1五个基本概念(重点)
1.物料衡算 —— 质量守恒定律
输入量 - 输出量 =累计量
物料衡算的步骤 1.画出流程示意图，标出物料流 向与流量、组成等； 2.用虚线划出衡算范围； 3.定出衡算基准； 4.列出衡算式并求解。
F2 F0 W1 W2
第 一 蒸 发 器
F1
绪论（ Introduction ）
• Part1 为什么要学化工原理 • Part2 什么是化工原理 化学工程与化工原理 化工原理课程内容及性质 • Part3 怎样学习化工原理 单位制与单位换算 五个基本概念和两条主线
Part1 为什么要学化工原理？
第 二 蒸 发 器
3.2.1五个基本概念(重点)
2.能量衡算 —— 能量守（机械能，热能）
Q Q Q ——热量衡算通式 I 0 L
3.过程速率 ——化工过程进行的快慢。
速率 = 过程推动力/过程阻力，计算设备尺寸的基本工具
4.物系平衡——过程进行的方向及其极限
两大平衡：相平衡与化学平衡。
学好本课程应注意的问题及培养的能力:
(1)要理论联系实际 (2)过程原理与设备并重 (3)掌握研究的方法
(4)着重培养自学能力、创新能力
(6)培养非智力因素（刻苦、勤奋、好学、多问、实干、毅力等） (7)培养工程观点（理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的 安全性、经济上的合理性。效益是评价工程合理性的最终判据。
参考文献
王志魁,化工原理(第三版),化学工业出版社，(教材) 姚玉英等主编：化工原理(第二版) ，天津大学出版社 谭天恩主编，化工原理(第三版)，化学工业出版社 陈敏恒,化工原理(第二版)，化学工业出版社
柴诚敬等主编：化工原理学习指导， 天津科技出版社
丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社 朱家骅等主编 化工原理 科学出版社 管国锋 化工原理 化学工业出版社
dimQ L M T I N J 式中：、、 、 量纲指数（因次）
注意量纲与单位的区别：
例如，速度u的量纲可写成dim u = LT-1, 量纲是： LT-1；SI单位是：m· s-1；量纲指数：长度(1)，时间 (1)，其它基本量(0)。 量纲一致性原理：任何一个理论（物理）方程两边的量纲必相等
限的几种基本过程(如流体输送、换热、蒸馏、吸收、蒸
发、萃取、结晶、干燥等)，这些基本过程称为单元操作
.
并三 最种 终传 可递 归过 结程 为存 速在 率着 问类 题似 进的 行规 研律 究， 。
流体 输送 气体 液化
过滤 与 沉降
搅拌
动量传递
液体 汽化
喷雾 干燥
流态 化
蒸发 浓缩
热量 传递
质量 传递
生物、制糖、环境、轻工工业等。
共同特点：扩大生产规模和提高经济效益→放大装置
→“放大效应”。
化学工程发展历程
第三个历程 第二个历程
第一个历程
“单元操作” (Unit operation) 概念的提出 1915年利特尔 (Little，A．D．) 在给MIT的报告中 提出
“三传一反” 概念的提出 1960年，美国威斯 康新大学的3名教 授等人一起出版的 《Transport phenomena》
课程改革
1.考试改革：开卷考试,强化应用能力考试 2.习题课：多讲例题,习题,前沿及实际应用。 3.实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解 所学理论。（单独设课） 4.辅导答疑 (1) 课间及课后 （2）考前几天 5． 作业 每章交一次，不用抄题。 6． 师生互动 分组,布置自学任务,学生上讲台
cm m m 英寸
s s s s
℃ ℃ K ℉
mol mol mol mol
A A A A
国际单位制(SI制) 我国法定计量单位
选定的非国际单位制
3.1.3
量纲(Dimension)
定义：任何物理量通过物理关系与基本量联系起来的关系式。
性质：若用符号L、M、T、I、、N、J分别表示7个基本量的量纲， 则导出量Q的量纲可用基本量量纲的组合来表示，即：
单元操作基本原理、 典型设备的构造及工 艺计算设备选型
任务 培养学生运用基础理论分析和解决相关专业工程 单元操作中工程实际问题的能力。
Part3：怎样学习化工原理
3.1 单位制与单位换算
3.1.1、单位制
基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。
任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)
单位制
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 相乘、除而构成的 。
注意！ 工程物理量＝数字＋单位
3.1.2、常用单位制
长度 质量 (重量) g kgf kg 磅 时间 温度 物质量 电流 发光强 度 cd(坎德拉) cd cd Cd
cgs制 工程制 SI制 英制
气液 吸收 液液 萃取
加热 冷却 结晶
气固 吸附 精馏
同同 样一 的单 操元 作操 目作 的， ，可 也采 可用 采不 用同 不的 同操 的作 单条 元件 操和 作设 。型 ；
2.2 化工原理课程性质及内容
性质 工程技术基础课。
化工原理研究性质与内容
本课程的内容
动量传递 传递过程理论 三传热量传递 质量传递 单元操作
《化工原理》 Principles of Chemical Engineering
任课教师：李鑫
Dr. Li Xin
博客http://doctorlixin.blog.sohu.com/
http://www.sciencenet.cn/u/xinliscau/
E-mail：xinliscau@126.com
课程要求
1.课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本 2.习题课：讲完课后安排一次习题课，通过解答以往 的考题来复习所学内容及示范解题技能和技巧。作 业中的普遍性问题在作业发回时解答。 3.实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解所学理 论。（单独设课） 4.辅导答疑 (1) 课间及课后 （2）考前几天 5． 作业 (1) 每章交一次，不用抄题。
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？
中草药有效成分的提取分离
深海鱼油的ω-3型多不饱和脂肪酸
天然维生素E的提取
Part1 为什么要学化工原理？
Part1 为什么要学化工原理？ •解决生活生产中的实际问题解决
•相关专业领域的工程实际问题 •培养和树立工程观点
在实际中各个环节都能用得到， 从设计到施工，再到生产、检验、质量。 如果不懂化工原理，很难做的很好。
Part2 什么是化工原理
2.1化学工程与化工原理
化学工程：研究化学工业和其他过程工业(process
industry)生产中所进行的化学过程和物
理过程共同规律与应用技术的工程领域。
过程工业:石油炼制、冶金、制药、建筑材料、食品、
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。
实验：寻找函数形式，决定参数
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。
进入了第三阶段? 产品工程？ 时空尺度？ (场)和(流)的概念？
材料工程，能源化工 环境化工，生物工程 微电子化工等等
“Chemical Engineering is about turning molecules into money”
化工生产过程
原料 原料预处理
物理过程 单元操作
化学过程
化学反应工程
产物后处理
物理过程 单元操作
产品
化工生产过程＝单元操作＋ 化学反应
化 学 工 程 ＝化工原理＋反应工程＝三传一反
单元操作及分类
例如： 甲醇的生产： 合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇 →冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%） 苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→ 减压蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%） 可见，构成多种化工产品生产的物理过程都可归纳为有
5.经济核算——设备费与操作费的总和
3.2.2 单元操作中的两条主线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。
• •
实验研究方法（经验的方法） 数学模型方法（半经验半理论的方法）
a.实验研究方法（经验的方法）
3.1.4
浓度的表示方法
物质的量浓度与摩尔分数
c 物质的量浓度： i ni V 摩尔分数：xi ni n
物质的质量浓度与物质的质量分数
物质的质量浓度： i mi V
物质的质量分数： wi mi m 摩尔比与质量比 摩尔比： X nA nB 质量比：X ' mA mB
(2) 计算题求解步骤和要求（也适用于考试）： a. 要写出已知条件和求解参数（不计分） b. 一般要画出简图（不计分） c. 公式要推导 d. 已知数据要代入公式 e. 计算结果一般要保留3位小数或4位有效数字 6． 考核 (1) 考勤及课堂表现 10% （缺勤超1/3者没有考试资格，多发问者加分） （2）作业 20%（缺作业超1/3者没有考试资格） （3）考试 70% 7. 学习要求 （1）认真听课（2）做好笔记（3）即时复习 （4）独立完成作业（5）有疑问即时问老师
3.2 五个基本概念及两条主线
3.2.1五个基本概念(重点)
1.物料衡算 —— 质量守恒定律
输入量 - 输出量 =累计量
物料衡算的步骤 1.画出流程示意图，标出物料流 向与流量、组成等； 2.用虚线划出衡算范围； 3.定出衡算基准； 4.列出衡算式并求解。
F2 F0 W1 W2
第 一 蒸 发 器
F1