化工原理绪论

Q0 Q3 Q4 47.8 284.8 332.6kw
根据能量衡算式，有： QI Q0 QL
QL QI Q0 346.3 332.6kw 13.7kw
13.7 热量损失的百分数= 6.54% 257.3 47.8
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主要参考书： 《化工原理学习指南》 天大：柴诚敬 夏清 主编
高等教育出版社
《化工原理800例 》 王湛 主编 国防工业出版社 《化工原理全程导学及习题全解》 范文元 王钰 主编 中国时代经济出版社
《化工原理例题与习题》 其他 类似书目及教材
《化工生产仿真实训》 徐宏主编
化学工业出版社
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例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg· ℃）的某溶液自 25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120℃的饱 和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和 水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百 分数。 解：根据题意画出流程图
即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的
总热量与损失的热量之和。
Q Q Q I 0 L
或写成
I
——热量衡算通式
0
(wH ) (wH )
QL
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热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，即
确定衡算范围、衡算对象及衡算基准然后列衡算式
注意：焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上
四：单位及单位制
1：单位制及单位
基本量：选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导出量：根据物理量与基本量之间的物理关系来确定的量 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 。 单位制：基本单位与导出单位的总和。
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（2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
解：首先画一个流程图表示进行的过程
用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。
划定衡算的范围 为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围， 用一圈封闭的虚线画出。
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W1
F0=5000kg/h F1
W2 F2
x0=0.12
蒸发器1
x1
蒸发器2
F0 x0 F1 x1 F0 W1 F1
5000 0.12 F1 x1
对总物料作衡算：
代入已知数据，得：
解得：
5000 1463 .4 F1 F1 3536 .6kg / h
x1 0.1697 16.97%
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2． 热量衡算 依据：能量守恒定律
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
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基准：1s 在图中虚线范围内作热量衡算 从附录查出 120℃饱和水蒸气的焓值为 278.9kJ/kg，120℃饱 和水的焓值为503.67kJ/kg。 在此系统中输入的热量： Q Q Q I 1 2 蒸气带入的热量： Q 0.095 2708.9 257.3kw
换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量
（包括单位在内）的比值 常用的换算因子见附录二：表1、2 3：单位的正确运用 理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理
量之间的关系，又叫物理方程。 特点：具有单位一致性，只要采用同一单位制的单
位来表示各物理量即可。
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经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关
4：单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律，分为四类：
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•流体动力过程 ——遵循流体动力学基本规律，用
动量传递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化 •热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热、冷凝、蒸发等 •传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研 究 如：蒸馏、吸收、萃取、浸取…
一、化工原理课程简介
1.化工原理的研究对象
2.化工原理的学科性质与研究方法
3.化工原理的学习方法
绪论
二、化工原理处理问题的方法
1.物料衡算
2.能量衡算 3.平衡与速率
三、单位与单位制
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一、化工原理课程简介
1：化工生产过程
粉碎 混合 换热 沉降 过 滤 输送 吸收 吸附 蒸发 等 未反应物循环 精馏 吸收 蒸发 吸附 萃取 沉降 结晶 等 副产物
选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
3：过程的平衡和速率关系
①：平衡问题
过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极 限程度。 平衡是一个动态的过程。
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② ：速率 过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。 过程的速率表示为： 过程的速率＝推动力／阻力 推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离， 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的 体现。
•热质传递过程 ——遵循传质、传热基本规律， 如：干燥、增减湿、结晶
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二： 化工原理学科性质与研究方法 1：学科性质——工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的 物理过程 2：研究方法——工程方法
因次分析法 ——直管湍流阻力
数学模型法 ——双膜模型的建立 参数综合法 ——过滤常数 当量法 类比法
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——当量直径、当量长度等
——动量、热量、质量传递的类似律
3： 化工原理的学习目标和研究方法 1）：目标 操作：如何根据基本原理发现操作上可能出 现的各种不正常现象，寻找原因并采取相应的调
节措施。
选择：为了达到或实现某一工程目的，对过程 和设备作合理的选择和组合。 设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的 设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过 必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。
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三：化工原理处理问题的方法
1：物料衡算
依据——质量守恒定律
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统 中积累的物料质量。
GI G0 G A ——物料衡算的通式
G ——输入物料的总和 I
G0 ——输出物料的总和
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衡算步骤
A：画简图并确定衡算范围
x2=0.3
选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，
间歇操作以一批操作为基准）
由于连续操作，以1小时为基准。
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确定衡算对象 此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的NaOH溶液量 B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。 对盐作物料衡算： 对总物料作衡算：
F0 x0 F2 x2
物理量的数字之间的关系，又叫数字公式 。
特点：公式中所用的单位一般都是指定的，在计算 中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单 位就行了。 量纲：用一定单位制度的基本物理量来表示某一物 理量，称为该物理量的量纲； 基本物理量的量纲是规定的。
如：SI制：质量M、长度L、时间T、热力学温度θ
力MLT-2；在工程制中：力F；质量？
整个生产过程 某一设备
B：衡算基准
连续操作：单位时间
间歇操作：一个生产周期 系统中的所有物料 某一个组分
C：衡算对象
D：确定累积量；对定态过程，积累为零。
E：列式
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G G I 0
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从 12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸 出5%的水分。试求： （1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；
物理单位制：基本单位：长度cm 工程单位制：基本单位：长度m
质量g
时间s
力 kgf 时间s
注意： 质量是导出单位Kgfs2 m-1 SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个： 长度m 、质量kg 、时间s 、温度K、 物 质的量mol SI单位制中常用的词头:见附录一
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2：单位换算
原 材 输送 料
化学 反应 输送
产品或 中间体
三废 处理
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2：化工原理的研究对象 ——单元操作
具有共同的基本原理和通用的典型设备的物理 操作过程（共有的）——单元操作 化工生产过程：化学反应和若干个单元操作串联 而成
5000 F2 W1 W2
代入已知数据，得： 5000 0.12 0.3F2
F2 2000 kg / h
W1 W2 3000 kg / h
由题意知 W2 1.05W1
W1 1463 .4kg / h
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W2 1536 .6kg / h
求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡 算范围。 对盐作物料衡算：
化工原理——研究各个独立的单元操作 包括单元操作的基本原理、过程计算和典型设备
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3：单元操作的特点 ①：所有的单元操作都是物理性操作，只改变物 料的状态或物理性质，并不改变化学性质。 ②：单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是 不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与 排列顺序不同。 ③：单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理 相同，所用的设备也是“通用”的。
1 溶液带入的热量： Q2 1.0 3.56 25 0 89kw
Q 257.3 89 346.3kw I
输出的热量：
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QO Q3 Q4
冷凝水带出的ห้องสมุดไป่ตู้量：Q 0.095 503.67 47.8kw 3
Q4 1.0 3.56 80 0 284.8kw 溶液带出的热量：
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发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发一个 新单元操作，寻本求源。 2）：学习方法 化工原理的研究对象 各单元操作的基本理论、过程计算和典型设备 其中基本理论包括：理论基础、平衡关系和速率关系 其中过程计算包括：物料衡算、能量衡算、平衡关 系和过程速率关系及其相结合进行的操作型计算和 设计型计算。
要求：结合进度作仿真实验（必做）
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实验楼103室