化工原理课件(天大版)
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《化工原理》课件第一章讲稿8(第一章)(天大版)
2.排出管：
2 lb + Σleb ub Σh fb = h fb + h fb ′ = (λb +ζc) da 2
Vs dbub ρ ε ub = A → Reb = µ 、 ⇒ λb db b 其中：la = 50m、Σleb =le b闸阀 + le b 截止阀 + 3le b 标准弯头； ζ = ζ ； 出口 c 3.总管路：Σh f = Σh fa + Σh fb ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
h
pa
操作条件下料液的物性： ρ = 890kg/m 3 µ = 1.3 × 10 −3 Pa ⋅ s 操作条件下料液的物性：
习题： 习题： 第20 、22题； 题 第20 题： 取贮槽液面为1-1截面，出口管内侧为 截面 截面； 取贮槽液面为 截面，出口管内侧为2-2截面； 截面
l + Σle p2 u2 We = z2 g + + Σhf 其中：Σhf = (λ + Σζ ) 2 d 2 qv du ρ ε u = A → Re = µ 、 ⇒ λ d ⇒ l总长 = 50m、 Σl = 2 × l +5 × l e e闸阀 e标准弯头；le闸阀 = 0.45m、le标准弯头 = 2.1m； Σζ = ζ 进口 + ζ 出口 + ζ 局部； ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
4.管件与阀门 4.管件与阀门
蝶阀
（二）当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力， 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成 直径相同、长度为 的直管所产生的阻力； 直径相同、长度为le的直管所产生的阻力；
化工原理课件(天大版)
利用液体混合物中各组分挥发性的差异，通 过加热使部分组分汽化，再经过冷凝使汽化 物重新液化，从而实现混合物分离的过程。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
化工原理天大修订版第一章流体流动幻灯片PPT
18
比例法计算:
ρ=ρ0 PT0 / P0T
▪ ρ0= M/22.4 kg/m3
▪ (标态下， T0=273 K, P0=101.325×103 Pa, 摩尔体积是 22.4 m3/kmol )
19
混合气体密度计算
ρm= ρAxVA+ ρBxVB +…+ ρnxVn
当P 、T适中, M 用Mm代替，
▪ 液体被视为不可压缩流体，其密度只与 温度有关，即ρ= ρ(T)
15
可压缩性流体(Compressible
fluid)
▪ 它的密度随温度和压强的不同而出现较 大的差别，气体是可压缩流体。
▪ 一般在压强不太高，温度不太低的情况 下，可以按理想气体处理。即 ρ＝ρ(p,T)
16
2.2.1 气体密度的计算
▪2.2.3 相对密度（relative density ）/ 比重
Mm=∑(M yi) , ρm = pMm/RT
or
ρm = ∑(yi·ρi)
yi– 摩尔分数
20
2.2.2 液体混合物密度计算
若混合前后体积变化不大或不变， 则，g 混合液的体积 = 各组分单独存在的 体积之和，
1/ρm=∑(ωi /ρi )
ρi— i组分的密度, ωi—i组分的质量分率,
21
▪ 当压力温度适中，按照理想气体状态方程，
pV=mRT /M → ρ=pM/RT
▪ p— kPa ▪ T—K ▪ M—kg/kmol（摩尔质量） ▪ R—8.31 kJ /kmol·K
17
▪ 标准状态下： ρ=pMT0/22.4Tp0
▪ 质量一定时，温度、压力和体积变化关系： pV/T = p’V’/T’
比例法计算:
ρ=ρ0 PT0 / P0T
▪ ρ0= M/22.4 kg/m3
▪ (标态下， T0=273 K, P0=101.325×103 Pa, 摩尔体积是 22.4 m3/kmol )
19
混合气体密度计算
ρm= ρAxVA+ ρBxVB +…+ ρnxVn
当P 、T适中, M 用Mm代替，
▪ 液体被视为不可压缩流体，其密度只与 温度有关，即ρ= ρ(T)
15
可压缩性流体(Compressible
fluid)
▪ 它的密度随温度和压强的不同而出现较 大的差别，气体是可压缩流体。
▪ 一般在压强不太高，温度不太低的情况 下，可以按理想气体处理。即 ρ＝ρ(p,T)
16
2.2.1 气体密度的计算
▪2.2.3 相对密度（relative density ）/ 比重
Mm=∑(M yi) , ρm = pMm/RT
or
ρm = ∑(yi·ρi)
yi– 摩尔分数
20
2.2.2 液体混合物密度计算
若混合前后体积变化不大或不变， 则，g 混合液的体积 = 各组分单独存在的 体积之和，
1/ρm=∑(ωi /ρi )
ρi— i组分的密度, ωi—i组分的质量分率,
21
▪ 当压力温度适中，按照理想气体状态方程，
pV=mRT /M → ρ=pM/RT
▪ p— kPa ▪ T—K ▪ M—kg/kmol（摩尔质量） ▪ R—8.31 kJ /kmol·K
17
▪ 标准状态下： ρ=pMT0/22.4Tp0
▪ 质量一定时，温度、压力和体积变化关系： pV/T = p’V’/T’
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第三章非均相物系分离混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。
例如：互溶溶液及混合气体物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。
例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液不互溶液体构成的乳浊液液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相物系分散相分散物质处于分散状态的物质如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡连续相分散相介质包围着分散相物质且处于连续状态的流体如：气态非均相物系中的气体液态非均相物系中的连续液体分离机械分离沉降过滤不同的物理性质连续相与分散相发生相对运动的方式分散相和连续相3.1 沉降分离原理及设备•3.1.1 颗粒相对于流体的运动•一、颗粒的特性（大小和形状）• 1.球形颗粒—尺寸由直径d 确定•36d V π=•体积2ds π=•表面积dV S 6==α•比表面积2.非球形颗粒•用形状（球形度）和大小参数当量直径描述•（1）球形度：表示颗粒形状和球形的差异p S S s =φs φ——S ，与之等体积球体表面积；——Sp ，颗粒表面积对于球形颗粒，φs =1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs 值愈低。
（2）当量直径d e ①体积当量直径36P e V d π=•②比表面积当量直径体积表面积比表面积二、球形颗粒的自由沉降沉降在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
作用力重力惯性离心力重力沉降离心沉降球形颗粒的自由沉降设颗粒的密度为ρs ，直径为d，流体的密度为ρ，重力gd F s g ρπ36=浮力gd F b ρπ36=而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为：22u A F d ρξ=24dA π=对球形颗粒2422ud F d ρπξ⋅⋅=∴maF F F d b g =--a d ud g d g d s s ρπρπξρπρπ3223362466=--(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度u =0，因此阻力F d =0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑→F d ↑；u →u t 时，a=0。
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第二章流体输送机械流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。
•输送液体的机械通称为泵；例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。
•输送气体的机械按不同的工况分别称为:通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。
本章的目的：结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等∑+++=+++f 2222e 211122h gu g p Z h g u g p Z ρρ学习指导：⏹学习目的：⏹（1）熟悉各种流体输送机械的工作原理和基本结构；⏹（2）掌握离心泵性能参数、特性曲线、工作点的计算及学会离心泵的选用、安装、维护等；⏹（3）了解各种流体输送机械的结构、特点及使用场合。
⏹学习内容：⏹（1）离心泵的基本方程、性能参数的影响因素及相似泵的相似比；⏹（2）离心泵安装高度的计算；⏹（3）离心泵在管路系统中的工作点与流量调节；⏹（4）风机的风量与风压，以及离心泵与风机的特性曲线的测定、绘制与应用。
⏹学习难点：⏹（1）离心泵的结构特征和工作原理；⏹（2）离心泵的气缚与气蚀性能，离心泵的安装高度；⏹（3）离心泵在管路系统中的工作点与流量调节；⏹（4）离心泵的组合操作。
⏹学习方法：⏹在教学过程中做到课堂授课和观看模型相结合，例题讲解与练习相结合，质疑与习作讨论相结合。
2.1概述⏹2.1.1流体输送机械的作用⏹一、管路系统对流体输送机械的能量要求⏹——管路特性方程在截面1-1´与2-2´间列柏努利方程式，并以1-1´截面为基准水平面，则液体流过管路所需的压头为：式中：上式简化为而令——管路的特性方程上式表明在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量q e的平方而变，流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系，。
将此方程标绘在相应的坐标图上，即可得到He-qe曲线即管路特性曲线。
此线的形状由管路布置和操作条件来确定，与离心泵性能无关。
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反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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文字是您思想的提炼
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
天津大学版《化工原理》课件
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
17/68
§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100% tas
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100%
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
=100%
水 气 分 压
kPa
绝 干 气
H
化工原理 干燥
kg水/kg绝干气
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材料与化学工程学院 化学工程教研室
§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡图
对于空气-水系统：
p H 0.622 P p
Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol 总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
6/68
§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps 饱和湿度 H s 0.622 P ps
H 0 H1 H 1 H 0 ( 1 ) H 1 0.05362kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) H0
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps|T 283 K Mv H 1 H s|T 283 K H 1 M g P ' ps|T 283 K 2788.51 ps|T 283 K exp( 20.7936 ) 6.05kPa 283 52.36 P ' 320.4kPa
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100% tas
水 气 分 压
kPa
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kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
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水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
=100%
水 气 分 压
kPa
绝 干 气
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化工原理 干燥
kg水/kg绝干气
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§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡图
对于空气-水系统：
p H 0.622 P p
Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol 总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps 饱和湿度 H s 0.622 P ps
H 0 H1 H 1 H 0 ( 1 ) H 1 0.05362kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) H0
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps|T 283 K Mv H 1 H s|T 283 K H 1 M g P ' ps|T 283 K 2788.51 ps|T 283 K exp( 20.7936 ) 6.05kPa 283 52.36 P ' 320.4kPa
(完整版)化工原理课件(天大版)
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。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
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）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
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）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理课件(天大版)
综合计算
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
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2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
推荐-天津大学化工原理下课件 精品
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B） 液相 S
JA
主体 NyA um
流动 NyB
NA NB 0
JB
NA
J
A
Ny
A
NB
J
B
Ny
B
0
J Ny
B
B
二、气体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组 分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。
由于扩散过程中总压不变
pB1
p
总
p A1
pB2
p
总
pA2
pB2 pB1 p A1 p A2
Dp
NA
AB 总
RTz
pA1 pA2 ln pB2 pB2 pB1 pB1
二、气体中的稳态分子扩散
令
pBM
pB2 pB1 ln pB2
pB1
据此得
组分 B的对 数平均分压
Dp
NA
AB 总
RTzpBM
副产物
示例：炼油过程。
二、相际传质过程与分离
分离 过程
非均相物系分离
可通过机械方法分离，易实现分离。
例 气－固分离：沉降 液－固分离：过滤
均相物系分离
不能通过简单的机械方法分离，需通过 某种物理（或化学）过程实现分离，难 实现分离。
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法
某种过程
均相物系
两相物系
蒸馏操作
气相 难挥发组分 N
相界面－－－－－－－－A－－－
液相
NB 易挥发组分
二、气体中的稳态分子扩散
天津大学版 化工原理 第六章 脱吸及其它条件下吸收 ppt 课件
同理： dG Ld ( x ) L dx
1 x
而
1 x dG N AdA K y ( y y )a dz K x ( x x )a dz
L dx K x ( x x )a dz 1 x x1 Ldx z x 2 K x a ( 1 x )( x x )
2、吸收过程是非等温的，沿塔高有温度分布；
3、膜传质系数将与浓度、流动状况、温度有关，不再是常数；
填料塔微元段内吸收的溶质量：
dG d ( V y ) d ( L x ) V V 1- y L L 1- x
y dy dy dG Vd ( )V V 2 1 y 1 y (1 y )
（2）最小气液比和载气流量的确定 当吸收液与载气在解吸塔中 V, Y L, X 逆流接触如图所示时，吸收 液流量，吸收液进出口组成 V, Y 及载气进塔组成通常由工艺 m' n' 规定，所要计算的是载气流 L, X 量V及填料层高度。 采用处理吸收操作线类似的 V, Y L, X 方法，可得到解吸操作线方 图 5-22 逆流解吸塔示意图 程
（二）变温平衡曲线的确定 如图，塔内各截面处的组成xi各对应 一条等温平衡线。 作法： 1、确定xi与ti 的对应关系，这样可在指定 的xi下，算出ti ； 2、 取一系列xi值，得 到相应ti值；3、在x-y座标上做出一系列ti 下的等温平衡曲线；4、xi与ti线的交点纵坐 标即为 5、 连接所有交点得到的曲线即 为该过程的变温平衡曲线。
4、化学吸收时：溶质从 气相主体到气液相界面 的传质机理和传质系数 并未受影响，与物理吸 收相同；液相中反应对 传质的影响可分为以下 两个方面。 （1）反应使液相主体中A组分浓度大为降低，从而 使传质推动力增大，在多数工业化学吸收中趋于 零；
《化工原理》课件第一章讲稿2(第一章)(天大版)
⇒ p1 + ρB g m + R） p2 + ρB gm + ρA gR （ = ⇒ p1 − p2 = ρA − ρB）gR （
若被测流体为气体， 若被测流体为气体，则 ρA >> ρB
得：p1 − p2 ≈ RρA g
思考题： 形压差计安装在倾斜管路中， 思考题：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时 形压差计安装在倾斜管路中 反映了什么？ 读数 R反映了什么？ 反映了什么
O′
则： p1 − p 2 = ( ρ B − ρ A ) gR 当 ρ A ≪ ρ B时，则： p1 − p 2 ≈ ρ B gR
另：复式压差计适用于压差较大的情况； 复式压差计适用于压差较大的情况；
2. 斜管压差计 适用于压差较小的情况，为得到精确读数R； 适用于压差较小的情况，为得到精确读数 ；
∆V =
π
4
D h=
2
π
4
d 2R
例1-2
如附图所示，用一复式 形压差计测量某 如附图所示，用一复式U形压差计测量某
种流体流过管路A、 两点的压力差 两点的压力差。 种流体流过管路 、B两点的压力差。已知流体的 密度为ρ，指示液的密度为ρ 且两U形管指示液 密度为 ， 指示液的密度为 0 ， 且两 形管指示液 之间的流体与管内流体相同。 之间的流体与管内流体相同。已知两个 U形压差计的读数分别 形压差计的读数分别 试推导A、 为 R1 、 R2 ， 试推导 、 B两点压力差的计算式 ， 两点压力差的计算式， 两点压力差的计算式 由此可得出什么结论？ 由此可得出什么结论？
（2）远距离液位测量装置 ） 利用气体传递压强 如在管道中充满氮气， 如在管道中充满氮气， 其密度较小， 其密度较小，近似认为 ：
若被测流体为气体， 若被测流体为气体，则 ρA >> ρB
得：p1 − p2 ≈ RρA g
思考题： 形压差计安装在倾斜管路中， 思考题：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时 形压差计安装在倾斜管路中 反映了什么？ 读数 R反映了什么？ 反映了什么
O′
则： p1 − p 2 = ( ρ B − ρ A ) gR 当 ρ A ≪ ρ B时，则： p1 − p 2 ≈ ρ B gR
另：复式压差计适用于压差较大的情况； 复式压差计适用于压差较大的情况；
2. 斜管压差计 适用于压差较小的情况，为得到精确读数R； 适用于压差较小的情况，为得到精确读数 ；
∆V =
π
4
D h=
2
π
4
d 2R
例1-2
如附图所示，用一复式 形压差计测量某 如附图所示，用一复式U形压差计测量某
种流体流过管路A、 两点的压力差 两点的压力差。 种流体流过管路 、B两点的压力差。已知流体的 密度为ρ，指示液的密度为ρ 且两U形管指示液 密度为 ， 指示液的密度为 0 ， 且两 形管指示液 之间的流体与管内流体相同。 之间的流体与管内流体相同。已知两个 U形压差计的读数分别 形压差计的读数分别 试推导A、 为 R1 、 R2 ， 试推导 、 B两点压力差的计算式 ， 两点压力差的计算式， 两点压力差的计算式 由此可得出什么结论？ 由此可得出什么结论？
（2）远距离液位测量装置 ） 利用气体传递压强 如在管道中充满氮气， 如在管道中充满氮气， 其密度较小， 其密度较小，近似认为 ：
化工原理完整(天大版)PPT课件
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。
.
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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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
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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。
化工原理课件(天大版)第五章 蒸发
液层静压引起的温度差损失为：
t m t o
（3）二次蒸汽的阻力损失引起的此项影响很小， 通常取 1 ℃左右。
二、单效蒸发器的计算
已知：F、x0、t0、x 计算内容： L、 W、加热蒸汽量D、加热面积
1、物料衡算
L F W Lx Fx 0
x0 W F1 x
2）降膜式蒸发器
料液是从蒸发器的顶部加入，在重力 作用下沿管壁成膜状下降，并在此过程中 蒸发增浓，在其底部 得到浓缩液。 降膜式蒸发器可以 蒸发浓度较高、粘度 较大（0.05～0.45 Pa· s） 、蒸发量较小、热敏 性的物料。但因液膜 在管内分布不易均匀， 传热系数比升膜式蒸 发器的较小，仍不适 用易结晶或易结垢的 物料。
加热管直径约 为25～50mm， 管长和管径之 比约为100～ 150
分离器
合物在分离器内分离。
优点： 溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短， 因而特别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是 接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器 的有效温差较大。 由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系 数较大。 缺点： 对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适当时不易成膜， 此时，对流传热系数将明显下降。 适用场合： 适用于黏度较小的（小于0.05Pa· s）、蒸发量较大、易受热 分解的热敏性溶液者；不适用于粘度很大，易结晶或易结垢的物 料的蒸发。
2、单程型蒸发器
间壁 循环式 式蒸 发器
升膜式蒸发器-----价廉 降膜式蒸发器-----价廉 单程式（膜式）： 刮板式蒸发器 升-降膜式蒸发器 溶液不循环带来好处有： （1）溶液在蒸发器中的停留 时间很短，因而特别适用于热 敏性物料的蒸发； （2）整个溶液的浓度，不象 循环型那样总是接近于完成液 的浓度，因而这种蒸发器的有 效温差较大。
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解：∵非稳态，∴有QA项，以罐为物衡范围， 1h为时间基准，0℃为温度基准。
返回
24 15:19:20
在d时间内： 输入系统重油的焓 = WCpT3 d 输出系统重油的焓 = WCpTd 系统内积累的焓 = GCpdT 则：热衡式：WCpT3 d = WCpTd+ GCpdT
化简得：W(T3－T) d = GdT
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。 17 返回 15:19:20 G I= G O+ G A
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 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
例4 非稳定热量衡算举例 罐内盛有20t重油，初温 T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
W=8t/h T3=100℃ G=20t
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热 器升温至恒定的100℃后又
冷 凝 水
送回罐内，罐内的油均匀混合。问：重油从T1升至 T2=80℃需要多少时间，假设罐与外界绝热（QL=0）。
G A
(0-2)
输 入 的 各 输 出 的 各 设备内积累 的各种物料 种物料 种物料
D,xD
此式为总物料衡算式，也适用 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。 返回 W,xw
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。
解：首先根据题意画出过程的物料流程图 返回
16 15:19:20
W, 0.0% F=1000 20% 蒸发器 422K S 50% R, 37.5% 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 冷却结晶器 311K P 1-0.04
29 15:19:20
3.流体在流动中受到的力
a.体积力—作用于每个质点上的力，与流体质量成 正比。对于质量均匀的流体则与体积成正比。重力 和离心力是两个典型的体积力。 b.表面力—作用于流体质点表面的力，与表面积成 正比。表面力一般分为两类：一为垂直于表面的力称 压力，一为平行于表面的力称剪力。
28 15:19:19
2. 本章主要研究内容：
1．流体流动规律(主要管内)—流体动力学； ２．静止流体的规律—流体静力学； ３．流体静力学在测量压强、流速(量)、液位及保持 设备内压强(>或<常压)方面的应用
流体流动规律在流体输送及传热/质方面的应用在 以后各章具体介绍。
※ 流体流动的研究方法： 从工程实际情况出发，流动规律的研究采用宏观方 法，主要研究流体的宏观运动规律。因此将流体视为 “连续介质”—无数微团(或称质点)组成，其间无间 隙、完全充满所占据的空间。★ 高真空状态除外! 返回
积分有：
2 1
G d W
dT 20 100 20 20 T3 T 8 ln 100 80 3.47h
80
返回
25 15:19:20
第一章 流体流动
Flow of Fluid
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返回
26 15:19:20
1.1 流体的物理性质
18 15:19:20
KNO3组分物衡： 0.5S = 0.375R + 0.96P 两式联立解得： R=766.6 kg/h
例2：非稳态时的物料衡算
（P6例 0-4） 用1.5m3/s送 风量将罐内有机气体由6%
1.5m3/s v=v% H=10m 1.5m3/s v=0%
4m 返回
19 15:19:20
物理单位 制（CGS制）
工程单 位制
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回
11 15:19:19
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。 返回
吹扫至0.1%(体积)，求所需
时间。
解：∵罐内气体浓度随时 间变化，∴用微分衡算。
在d时间内，对有机气体的“体积”作衡算： 根据 GI=GO+GA，有
1.5 m3/s 空气0d =1.5 m3/s有机气 vd +
4
D 2 Hdv
d 内 加 入 的 有 机气体量
d 内 排 出 的 有 机气体量
返回
21 15:19:20
热量衡算的依据是能量守恒定律，即：
QI = QO + QL + QA 式中下标符号的意义: I: 进入 O: 离开 L: 散失 A: 积累 例3 (P8 例 0-5)
120℃饱和水蒸气 0.095kg/s
25℃溶液 1.0kg/s QL=? 80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
12 15:19:20
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 15:19:20
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态) 一维
Q1 = 0.095×2708.9 = 257.3 kw Q2 = 1 ×3.56 ×(25 －0) = 89 kw Q3 = 0.095 ×503.67 = 47.8 kw Q4 = 1 ×3.56 ×(80 －0) = 284.8 kw 即： 257.3 89 47.8 284.4 QL 13.7 QL 13.7kW 257.3 47.8 100% 6.54% 23 返回 15:19:20 热损失：
返回
20 15:19:20
(2)能量衡算 能量有很多种，如机械能、热能、电能、磁能、化学 能、原子能、声能、光能等。 化工过程中主要涉及物料的温度与热量的变化，因此： 热量衡算是化工中最常用的能量衡算。 质量衡算与能量衡算的异同点： 同：都须划定衡算的范围和时间基准。 异：1) 热量衡算须选择物态和温度基准，这是因为物料所含 热量（焓）是温度和物态的函数。液态物质的温度基准常取 273K。 2) 对于有化学反应的系统，须考虑反应物、生成物的差异， 因为既使同温，若浓度不同，则它们的焓值及反应热亦不同。 3)热量除随物料输入/出外，还可通过热量传递的方式输入/ 出系统。
7 15:19:20
洗衣粉的工艺流程
燃硫
转化塔
气
净气放空
磺化器
静电除雾器
碱洗塔
（化学吸收）
（反应） （分离） 液体磺酸
NaOH
其它液、 固计量
反应器 配料缸
布袋除尘
喷雾干燥 塔 （干燥）
大 气
旋转混 合器 包装 返回
8 15:19:20
单元操作的研究内容与方向：
单元操作的基本原理；
单元操作典型设备的结构； 研究内容
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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1 15:19:20
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；
研究方向
开发新的单元操作;
单元操作集成工艺与技术。 返回
9 15:19:20
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。
1.2 流体静力学基本方程 1.3 流体流动的基本方程 1.4 流体流动现象 1.5 流体在管内的流动阻力 1.6 管路计算 1.7 流量的测量
返回
27 15:19:20
1.
研究流体流动问题的重要性
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如： 传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。 返回
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30 15:19:20
4. 流体的特征
具有流动性；
无固定形状，随容器形状而变化；
受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体； 可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回
原料预处理 化学反应 产物后处理
物理过程 单元操作