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化工原理于湘/俞志东绪论l《化工原理》课程的内容、性质及任务l化工过程与单元操作l单位与单位换算l单元操作中常用的基本概念一、《化工原理》课程的性质、任务及内容1、前设课程：高等数学、普通物理、物理化学、无机化学、有机化学等；2、任务：研究化工单元操作的基本原理、典型设备的构造及工艺尺寸的计算或选型。3、课程目的和内容：目的：基础知识应用能力良好的工程素质内容：“三传”流体流动过程、传热过程、传质的过程4、考核方式：闭卷考试。平时成绩占30%，期末考试占70%。5、交作业时间：单周第一次课前课程特点/学习方法•知识点多•相对独立•工程性强•组织有规律基本概念推导基本公式公式应用计算设备（及计算）时间投入多大纲&目录可各个击破，但持之以恒学会用工程观点看(处理)问题温故知新+全新导入物料/能量衡算+因次分析初/中/高级模拟实战能力常用设备基础(设备型计算)教材及主要参考资料•教材：《化工原理》（上、下册）夏清贾绍义主编天津大学出版社•参考书：《化工原理》陈敏恒主编化学工业出版社《化工原理例题与习题》姚玉英主编化学工业出版社《化工课程学习指导》柴诚敬，王军等主编天津大学出版社二、化工过程与单元操作化工生产过程原料前处理化学加工后处理产品原料除去杂质物理过程化学反应化学过程精制、分离、干燥等物理过程各个物理过程即为单元操作回收NH3CO(NH2)2NH3（l）加压合成塔分解蒸馏蒸发造粒产品包装NH2COONH4CO2(g)压缩回收CO2合成尿素的生产工艺化工过程尿素工艺流程图脱碳工序CO2压缩工序二、化工过程与单元操作单元操作1918年，由利特品提出了单元操作的概念，应用到的行业涉及造纸、乳品、化工、炼油、制药、生物等行业。1923年，路易斯利用单元操作过程编写了第一本《化工原理》教程。（PrinciplesofChemicalEngineering）单元操作的概念：①广泛使用的②具有相同原理的③纯粹的物理过程单元操作奶粉的生产工艺还存在非均相混合物分离、流体流动等单元操作鲜奶冷藏杀菌浓缩传热蒸发干燥喷粉包装传热单元操作（3）传质过程1、单元操作按其理论基础分为三类化工生产过程主要是三传加一反（1）流体流动过程包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等（动量传递过程）包括热交换、蒸发等（热量传递过程）（2）传热过程（质量传递过程）包括结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等单元操作2、单元操作特征A、若干个单元操作与化学反应串联组合则可构成一个工艺制造过程（即一种化工产品的生产过程）C、不同的工艺过程又各有独特的条件与要求。B、不同工艺过程中的同一种单元操作，具有共同的基本原理和通用的典型设备。化工（占主导地位）、石油、冶金、轻工、制药、原子能等工业中。4、单元操作过程进行的方式：A、间歇过程：同一位置上物料的组成、温度、压强、流速等参数随时间而变，属不稳定操作状态B、连续过程：各个位置上这些参数一般不随时间而变，属稳定操作状态单元操作间歇过程和连续过程3、单元操作应用领域：三、单位及单位换算SI制：长度单位（米），质量单位（kg）,时间单位（s）,温度单位（K），物质的量单位（mol）cgs:长度单位（厘米），质量单位（g）,时间单位（s）工程制：长度单位（米），力或重量单位千克（力）,时间单位（s）以质量为基本单位，称为绝对单位制以力作为基本单位，称为重力单位制三、单位及单位换算常用物理量的SI制和CGS制的换算物理量国际单位制高斯单位制换算关系长度m（米）cm（厘米）1m=102cm质量kg（千克）g(克)1kg=103g时间s(秒)s(秒)能量J(焦耳)erg(耳格)1J=107erg力N（牛顿）dyn（达因）1N=105dyn压强Pa(帕斯卡)dyn/cm21Pa=10dyn/cm2功率W(瓦特)erg/s1W=107erg/s换算种类•1.物理量的单位换算–基本法：乘以系数“1”以引出新单位•2.经验公式的单位换算–基本法：1)将函数的量纲关系代入原式（包括新函数，新函数用加“丿”标志）；2）将新函数的“丿”去掉；3）整理关系式。1.物理量的单位换算•1)基本法–乘以系数“1”以引出新单位[例0-1]•2）简捷法–1）（乘除加减）直接用等量关系（包括新单位）代替原单位；–2）整理关系式。物理量的单位换算例1•实例：资料查得某换热器的总传热系数K为100kJ/(m2.h.oC)，问：其SI单位数值是?W/(m2.oC)解一（基本法）：K=100kJ/(m2.h.oC)=100×1000/3600J/(m2.s.oC)=27.8W/(m2.oC)CCshmmkJJ3600221000end解二（简捷法）：K=100kJ/(m2.h.oC)=100×1000J/(m2.3600s.oC)=27.8W/(m2.oC)2.经验公式的单位换算•1）基本法–1)将函数的量纲关系代入原式（包括新函数，新函数用加“丿”标志）；–2）将新函数的“丿”去掉；–3）整理关系式。[例0-2]•2）简捷法–1)各函数除以量纲关系的系数后代入原式（加减关系直接代入）；–2）整理关系式。例：习题2经验公式的单位换算习题2•实例：已知甲烷的p-t的关系（Antone公式）为P-----饱和蒸汽压，mmHgt-----℃试换算：p的单位变为Pa、温度的单位变为K后的公式。261352421.6lgtp简捷法：261)15.273(352421.63.133lgTpend∑QIn四、常用两大工具1）物料衡算2）能量衡算.AccumulatOutputInputmmm∑mIn∑mOut∑mAcc∑Qaccu.∑QOut∑QLoss[例0-3][例0-5]单元操作中常用的基本概念1、物料衡算依据是质量守恒定律通式：输入量－输出量＝积累量稳定过程输入量＝输出量2、能量衡算依据是能量守恒定律。对连续稳定过程，机械能衡算的基本关系式：柏努利方程式能量衡算包括：机械能衡算（流体流动）、热量衡算（传热、蒸馏、干燥）。热量衡算的基本关系式如下：LoiQQQ单元操作中常用的基本概念3、传递速率传递速率＝推动力/阻力过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率大，设备尺寸小。4、经济核算标准：操作费用＋设备费用＝最少费用操作费用高，设备费用低；操作费用低，设备费用高。单元操作中常用的基本概念解：单元操作中常用的基本概念（1）根据题意画出各物流的流程示意图，并注出流向（以箭头表示）、已知量、待求量。（2）选定计算基准。一般用单位进料量（kmol/h、kmol/s、kg/h、kg/s等）、时间、设备体积表示（3）在流程图上圈出衡算范围，列物料衡算式求未知量。具体步骤单元操作中常用的基本概念四.典型化工过程流体流动设备泵/泵内部结构换热设备螺旋板换热器/传热原理换热设备列管式换热器/换热原理练习题作业题：1、3、5（P8）