xulun.

1/10/2020Tel:[phone]贾玉香主讲《化工原理》教材•夏清贾绍义主编•化工原理（上、下册）•天津大学出版社•2012年6月（第二版）1/10/2020绪论一、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4化学工业（chemicalindustry），又称化学加工工业，是从19世纪初开始形成，并发展较快的一个工业部门，是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发展，它由最初只生产纯碱、硫酸等少数几种无机产品和主要从植物中提取茜素制成染料的有机产品，逐步发展为一个多行业、多品种的生产部门，出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化工企业。是利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的部门。如：无机酸、碱、盐、稀有元素、合成纤维、塑料、合成橡胶、染料、油漆、化肥、农药等。化学工业和化学工程化学工程：研究化学工业和其他过程工业(processindustry)生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。5化学工业特点(1)化学工业是独特、不可取代的工业部门。(2)化工产品品种繁多，工艺复杂(3)是装置型工业，具有规模经济性(4)是资金密集，技术密集的工业部门(5)是能耗大户(6)易污染、重污染的工业部门6化工原理在化学工业领域的地位物理化学高分子科学实验分析化学应用化学有机化学无机化学化学教育化学家制药工业环境工程化工生产复合材料能源工程石油化工氯碱工业硫酸制造合成氨化工专家化工原理传递过程反应工程分离工程化工热力学系统工程等7化学工程发展的四个阶段化学工艺学阶段单元操作阶段传递过程阶段三传一反8化工生产过程化学反应单元操作反应工程化工原理三传一反1/10/2020一、化工原理课程简介化学反应和若干个单元操作串联而成化工原理——研究各个独立的单元操作1.化工原理的研究对象——单元操作（UnitOperations）(1)单元操作的概念化工生产过程原料的预处理进行化学反应反应产物的分离与提纯单元操作——化工生产中共有的物理操作1/10/2020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，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。11化工原理是一门实践性很强的工程学科。单元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个方面。所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。(2)单元操作的分类和特点1/10/2020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。1/10/2020分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：•流体动力过程——遵循流体动力基本规律，用动量传递理论研究如：流体输送、沉降、过滤、搅拌•热过程——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究如：换热、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、结晶、干燥等1/10/20202.化工原理课程特点1）理论性、工程性均很强——既有众多的严格理论推证，又有许许多多对复杂对象的工程简化处理。2）内容多1/10/20203.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——工程方法实验研究方法（经验法）:用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（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。数学模型法（半经验半理论方法）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。研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线。1/10/20204.化工原理的学习要求操作：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，寻找其原因及可能采取的调节措施。选择：为了达到或实现某一工程目的，能否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。发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本求源。1/10/2020二、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。aoiGGG——物料衡算的通式返回1/10/2020稳态过程，积累为零。则：0iGG衡算的系统整个生产过程某一设备系统中的所有物料某一个组分衡算的对象201、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。物料衡算可按下列步骤进行：WDFWxDxFxWDF1/10/20202．热量衡算依据：能量守恒定律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。LQQQoi——热量衡算通式或写成LOQwHwH)()(i1/10/2020热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先划定衡算范围及衡算基准。此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。۞本课程中所用到的能量主要是机械能和热能。能量衡算的依据是能量守恒定律。۞热量衡算也将在传热、蒸馏等章中结合具体单元操作有详细说明。۞热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。1/10/2020②速率过程的速率表示为：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。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。3.过程的平衡和速率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。通过平衡关系可以判断过程能否进行，及进行的方向和能达到的程度。平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意义。244.经济核算为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。1/10/2020三、单位及单位制1.单位及单位制基本量：任意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。1/10/2020物理单位制：基本单位：长度cm质量g时间s工程单位制：基本单位：长度cm力kgf时间sSI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个：长度cm、质量kg、时间s、温度K、物质量mol国际单位制的构成国际单位制及其国际简称SI是在第11届国际计量大会（1960）上通过的，包括SI单位和SI单位的倍数单位。SI单位是国际单位制中由基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单位。表SI基本单位量的名称单位名称单位符号定义长度米m米是光在真空中(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度质量千克[公斤]kg千克等于国际千克原器的质量时间秒s秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应的辐射的9192631770个周期的持续时间电流安[培]A安[培]是在真空中,截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时,若导线间相互作用力在每米长宽上为2×10-7N,则每根导线中的电流为1A热力学温度开[尔文]K开[尔文]是水的三相点热力学温度的1/273.16物质的量摩[尔]mol摩[尔]是一系统的物质的量,该系统中包含的基本单元数与0.012kg碳12的原子数目相等,在使用摩尔时,基本单位应予指明,可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合发光强度坎[德拉]cd坎[德拉]是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率weu540×1012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为(1/688)W/sr单位换算的原则：属于不同因次的单位，不能进行加减乘除等数学运算，相同因次而不同单位要运算时，须先将其转换成相同的单位，才能进行加加减乘除等数学运算。单位换算的方法（连接单位法）1.先查出同一因次不同单位制的换算系数，写成比例形式。2.将需要换算的量和单位根据其间的关系写成数字附带单位连乘、连除的式子，再进行运算2．单位换算1/10/20202．单位换算已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。按题意需将kgf/cm2中的单位换算成N，cm2换算成m2,查附录1：换算关系为：1kgf=9.81N，1cm=0.01m上述关系代入，得：2522/10013.101.081.9033.1033.1mNmNcmkgf1/10/20203．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。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。经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量的数字之间的关系，又叫数字公式。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。1/10/2020考核方式：平时作业+出勤+课堂提问或测验（30%）、期末考试（闭卷70%）实验：第10周开始。思考题作业题:1、21．何谓单元操作？如何分类？2.联系各单元操作的两条主线是什么?