化工原理完整(天大版)PPT课件
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
气
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
.
返回 8 2020/5/23
单元操作的研究内容与方向：
单元操作的基本原理；
研究内容
单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。
设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保；
我国法定单位制为国际单位制（即SI制）
.
返回 11 2020/5/23
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。（附
录二）
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。
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
.
返回 2 2020/5/23
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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返回 3 2020/5/23
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
.
返回 4 2020/5/23
.
返回 5 2020/5/23
.
返回 6 2020/5/23
2 . 单元操作（Unit Operation）
单元操作按其遵循的基本规律分类：
.
返回 10 2020/5/23
二、常用单位制
➢ 国际单位 制（SI制）
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
3．循环的饱和溶液量R 此时以蒸发器或冷却结晶器划定为物衡范围均可，
但前者涉及4个量，后者仅3个量1个已知，因此宜以结 晶器为衡算范围。
总物衡式： S=R+P
.
即：S = R + 208.3 返回 18
2020/5/23
KNO3组分物衡： 0.5S = 0.375R + 0.96P
两式联立解得：
R=766.6 kg/h
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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返回 1 2020/5/23
dx
一维
dz
衡算
总体衡算(稳态) 其范围可以是某设备的大部分、 全部，或是由几个设备组成的一段生产流程、一 个车间甚至整个工厂。
(1)物料衡算（质量衡算）
物料衡算反映原料、产品、损失等各种物料流股间 量(质量/摩尔流量)的关系。
.
返回 14 2020/5/23
物料衡算可以表示为：
GI = GO + GA (0-2)
输 入 的 各 输 出 的 各 设备内积累
种物料 种物料
的各种物料
此式为总物料衡算式，也适用
D,xD
于物料中的某个组分。如精馏：
总流量物料衡算：F=D+W
A组分物料衡算：FxF=DxD+WxW F,xF
(因稳定操作，故无积累一项。)
注意：在有化学反应的情况下，物料 衡算式只适用于任一元素的衡算。
W,xw
（1）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、固体流态化等；
（2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加 热、冷却、冷凝、蒸发等；
（3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸 馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等；
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返回 7 2020/5/23
洗衣粉的工艺流程
净气放空
燃硫
转化塔
研究方向 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
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返回 9 2020/5/23
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，以使用方便
为原则规定出它们的单位；
导出单位：根据其本身的意义，由有关基本单 位组合而成。 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 大小不同。
例2：非稳态时的物料衡算 （P6例 0-4） 用1.5m3/s送
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返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
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0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
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uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
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返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
气
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
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单元操作的研究内容与方向：
单元操作的基本原理；
研究内容
单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。
设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保；
我国法定单位制为国际单位制（即SI制）
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返回 11 2020/5/23
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。（附
录二）
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。
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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返回 2 2020/5/23
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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返回 3 2020/5/23
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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返回 4 2020/5/23
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返回 5 2020/5/23
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返回 6 2020/5/23
2 . 单元操作（Unit Operation）
单元操作按其遵循的基本规律分类：
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二、常用单位制
➢ 国际单位 制（SI制）
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
3．循环的饱和溶液量R 此时以蒸发器或冷却结晶器划定为物衡范围均可，
但前者涉及4个量，后者仅3个量1个已知，因此宜以结 晶器为衡算范围。
总物衡式： S=R+P
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即：S = R + 208.3 返回 18
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KNO3组分物衡： 0.5S = 0.375R + 0.96P
两式联立解得：
R=766.6 kg/h
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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返回 1 2020/5/23
dx
一维
dz
衡算
总体衡算(稳态) 其范围可以是某设备的大部分、 全部，或是由几个设备组成的一段生产流程、一 个车间甚至整个工厂。
(1)物料衡算（质量衡算）
物料衡算反映原料、产品、损失等各种物料流股间 量(质量/摩尔流量)的关系。
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返回 14 2020/5/23
物料衡算可以表示为：
GI = GO + GA (0-2)
输 入 的 各 输 出 的 各 设备内积累
种物料 种物料
的各种物料
此式为总物料衡算式，也适用
D,xD
于物料中的某个组分。如精馏：
总流量物料衡算：F=D+W
A组分物料衡算：FxF=DxD+WxW F,xF
(因稳定操作，故无积累一项。)
注意：在有化学反应的情况下，物料 衡算式只适用于任一元素的衡算。
W,xw
（1）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、固体流态化等；
（2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加 热、冷却、冷凝、蒸发等；
（3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸 馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等；
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洗衣粉的工艺流程
净气放空
燃硫
转化塔
研究方向 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
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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，以使用方便
为原则规定出它们的单位；
导出单位：根据其本身的意义，由有关基本单 位组合而成。 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 大小不同。
例2：非稳态时的物料衡算 （P6例 0-4） 用1.5m3/s送