化工原理第四版绪论
高等教育：化工原理绪论
《化工原理》太原科技大学化学与生物工程学院化工原理教研室绪论■学习目的与要求通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研究方法,本课程的学习要求，掌握单位制及单位换算方法。
绪论0.1化工原理课程的内容和特点—、化工原理课程内容'化学反应・反应工程, 化工生产过程单元操作—化工原理J /二、单元操作的分类和特点分类1•流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌等2•传热过程：换热、蒸发3•传质过程：蒸憎、吸收、萃取、吸附、浸取, 吸附、离子交换、膜分离4•热质同时传递过程:增减湿、结晶、干燥特点1.单元操作多数为物理过程2.同一单元操作在不同的生产过程中遵循相同的过程原理，设备也常常相似。
单元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个方面。
3.所有的单元操作基本都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程或它们的结合。
三种传递过程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。
三、化工原理课程的研究方法K实验研究方法（经验法）以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，并通过量纲为一数群（或称准数）构成的关系式进行表达。
是一种工程上通用的基本研究方法o2、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。
四.化工过程计算的理论基础化工计算分为｛设计型计算操作型计算r质量守恒能量守恒所用基本关系：N平衡关系五.本课程的学习要求学习中，应注意以下几个方面能力的培养:(1)单元操作和设备选择的能力(2)工程设计能力(3)操作和调节生产过程的能力(4)过程开发或科学研究能力(5)实验能力0. 2单位制度及单位换算—・单位和单位制度1、基本单位和导出单位基本单位质量、长度、时间和温度等导出单位速度、密度、加速度等2、绝对单位制和重力单位制绝对单位制长度、质量、时间重力单位制长度、时间和力3、国际单位制（SI制）根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。
化工原理吕树申第四版
化工原理吕树申第四版一、引言化工原理是化学工程专业的核心必修课程，是学生学习化学工程的基础。
本文以《化工原理吕树申第四版》为主题，全面、详细、完整地探讨了化工原理的相关内容。
二、化工原理的概述2.1 化工原理的定义化工原理是研究化学工程体系中物质与能量转化过程的基本规律和原理的学科。
2.2 化工原理的重要性化工原理是化学工程专业的基础，掌握化工原理对于从事化学工程设计、工艺优化和生产操作具有重要意义。
理解化工原理能够为解决实际工程问题提供理论指导。
2.3 化工原理的学习方法化工原理的学习方法主要包括系统学习教材知识、动手实验操作和相关工程实践，培养掌握化工原理的能力。
三、化工原理的基础知识3.1 物质的性质物质的性质包括物质的物理性质和化学性质，理解物质性质对于掌握化工原理及其应用至关重要。
3.1.1 物质的物理性质•密度：物质的质量与体积之比。
常用符号表示为ρ。
•粘度：流体的内摩擦阻力大小。
常用符号表示为η。
•比热容：单位质量物质升高1摄氏度所需要的热量。
常用符号表示为Cp。
3.1.2 物质的化学性质•化学反应：物质之间发生的转化过程，包括合成反应、分解反应、置换反应等。
•氧化反应：物质与氧气发生的反应，常见的氧化反应有燃烧反应。
•还原反应：物质通过释放电子而减少氧化态的反应。
3.2 能量的转化化工过程中，能量的转化是一个重要的基本原理。
能量的转化可以通过热力学和热动力学来描述。
3.2.1 热力学•热力学第一定律：能量守恒定律，能量可以从一种形态转化为另一种形态，但总能量不变。
•热力学第二定律：能量的转化会伴随着能量的不可逆转。
•热力学第三定律：当系统温度趋近于绝对零度时，熵趋近于零。
3.2.2 热动力学•可逆过程：系统与外界的交换能够实现最大功的过程。
•不可逆过程：系统与外界的交换不能实现最大功的过程。
•等温过程：过程中系统的温度保持不变。
•绝热过程：过程中系统的熵保持不变。
四、化工原理的应用4.1 化工过程的设计根据化工原理的基本规律和原理，结合实际工程需求，进行化工过程的设计。
化工原理教学绪论课件PPT
解：（1）结晶产品量 P 及水分蒸发量 W
首先根据题意画出过程示意图。
水，W kg/h
料液
1000kg/h 20%KNO3
蒸发器
S kg/h
50%KNO3
R kg/h
37.5%KNO3
结晶器
结晶产品 P kg/h
4% 水
21
在图中绿色虚线方框所示的范围内作物料衡算。
因过例程0-2中b 无化学反应，且为连续稳定过程，故可写出总物
28
概括
主要内容
化
工
理论基础
原
理
工程学科
课程学习
研究化工 单元操作 的基本原理： 典型化工单元设备的原理、结构 选型以及工艺尺寸的计算。
高等数学 物理学 物理化学
综合运用基础知识，有目的地解决 工程实际问题
目的并不只是 认识一些自然现象， 而是解决真实的、复杂的生产问题。
从复杂事物中排除非主要因素，抽出 关键环节，以合理的简化方式建立物 理和数学模型，解决工程问题。
经验方法 相似准则：利用经验公式和实验曲线进行设计和工程放大。
量纲分析：得出无因次准数方程，使实验参数最少，简化实验。
注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理， 得到的结果带局限性 ，不可任意推广。
理论方法 利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述——
建立数学模型。
10
课程研究主线
其目的是满足工艺要求。
6
2、化工原理课程的内容 ——具体的单元操作 化工常用单元操作
单元操作 目 的
物态
原 理 传递过程
流体输送 输 送
液或气 输入机械能
搅拌 过滤 沉降
混合或分散
化工原理--绪论
绪论一、《化工原理》课程的研究对象与性质1.研究对象《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。
通常将这些物理操作过程称为单元操作。
2.单元操作（UnitOperations）使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。
单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。
化工原理是研究诸单元操作共性的课程。
一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。
这些物理加工过程称为“单元操作”。
流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。
3.《化工原理》课程的内容通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？反应物如何供给、产物又如何分离？如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？4.《化工原理》在化工领域中的地位本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。
化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。
是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。
5.共同的研究对象——传递过程5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。
具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。
实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大6.单元操作按操作的目的分类如下：6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程6.3.均相混合物的分离――质量传递过程以上三种传递过程简称“三传”。
化工原理__绪论全解
单元操作的特点
共同的研究对象——传递过程 物理性操作，即只改变物料状态或物性，不改变化学性质; 都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所 包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同， 进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合 各化工过程的特点来考虑，如理化性质，生产规模等。 实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 三 传:《化工原理》的共同规律和联系 动量传递:流体内部由于动量、密度的空间分布不均而引 起动量在时空中的传递过程。 热量传递：内能在时空中的传递过程，是由温度在空间的 非均匀分布造成。 质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。
（一）单位制： 是由一定数量的基本单位和导出单位组成的
国际上趋向于采用国际单位制（SI制）,SI制基本单位7个： 长度 L： 米 (m) 质量 M ：千克（公斤） (kg) 时间 T ：秒 (s) 热力学温度 θ： 开[尔文] (k) 物质的量 N : 摩 [尔 ] (mol) 电流 I ： 安培 (A) 发光强度 J : 坎[德拉] ( cd ) SI制主要优点： ①通用性：是一套完整的单位制，适合于各个领域； ②一贯性：每种物理量只有一个单位，如热功都用J（焦耳）表示 化工生产中，还使用一些非SI单位，如：温度有℃，时间 min、 hr、d、Yr，压强单位除了Pa外，有atm、mmHg、m水柱、 bar、ata等。
成语“半斤八两”
（二）单位换算
基本物理量 长度 （L)
绝对 Cgs制 单位制 kgms制 工程 单位制 英制 英制 米制 cm m ft m ft
时间 （T)
s s s s s
质量 重力 （M） （F)
化工原理 第一章 绪论
3-1
导出量
F— N (kgm/s2) P— Pa (kg/ms2) ρ— kg/m3
M—公斤·s2/m P—公斤/m2 ρ—公斤·s2/m4
2 换算关系(SI制与工程制之间) a) F：工程制中1公斤力规定为：SI制中1kg的物体在9.81 m/s2的力场中所受到的重力，据F=ma有： 1公斤=1kg*9.81 m/s2 = 9.81 kg· m/s2= 9.81N.......(1) b) M：工程制中质量为导出量，据M=F/a 其导出单位为： 1公斤/(9.81 m/s2)=1/9.81 公斤*s2/m (工程制质量单位) ∵ 1公斤=9.81 kg· m/s2 ∴ 1 公斤· s2/m=9.81kg......(2) C) P：因为P = F/A 所以(1)式两边同除以1m2得： 1公斤/m2 = 9.81N/m2 = 9.81 Pa......(3) D) ρ：因为ρ=m/V 所以(2)式两边同除以1m3得： 1公斤· s2/m4 = 9.81 kg/m3......(4)
应用化学、生物工程 高分子材料与工程 专业核心课程、学位课程 专业核心课程、专业必选课
课程内容：
绪论（第一章） 流体的流动和输送（第二章） 热量传递（第四章） 吸收(第五章) 化学反应器（第七、八章）
考核方式：
平时表现、期中考试、期末考试 总成绩=平时成绩×30%+期中成绩×20%+期末成绩×50%
2、内容：三传一反
研究对象-化工生产
化工、石油、煤炭、钢铁、 食品、建材(硅酸盐)、纺织、生 物工程、制药、精细化工。
化工生产--多行业—多品种--一百多万种产 品，而产品不同，流程各异，如：
H2SO4：FeS2碎矿—焙烧(900℃)—SO2旋风除尘、除雾— SO2加热—(SO2)氧化(SO3)—冷却—吸收—冷却—H2SO4。
化工原理绪论
12
单元操作常用基本概念 1．物料衡算 衡算依据： (1) 衡算依据：质量守恒定律 非定态 ： 定态 ：
输入 曾飞虎
输出＋ 输入 = 输出＋积存 输入量 = 输出量
系统 输出
积累
13
衡算方法： (2) 衡算方法：
曾飞虎
画物料流程示意图，流向用箭头表示， a. 画物料流程示意图，流向用箭头表示，标明数据与待求量 确定衡算基准：一般以单位进料或出料量、 b. 确定衡算基准：一般以单位进料或出料量、时间或设备的 单位体积 c. 划定衡算范围，列衡算式，求解 划定衡算范围，列衡算式，
单元操作过程
曾飞虎
流体输送：流体通过管道的阻力损失， 流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送流体的设备 过滤： 过滤：液固混合物的分离 沉降：液固或气固混合物的分离 沉降： 加热冷却： 加热冷却：增加或降低特定物质的温度 蒸馏： 蒸馏：液体混合物的分离 吸收： 吸收：气体混合物的分离
9
化工原理的共同规律“三传” 化工原理的共同规律“三传”
19
曾飞虎
传递速率
推动力 传递速率 = 阻力
增大速率可通过：增大推动力或减小阻力来实现 增大速率可通过： 定态过程与非定态过程 定态过程：物理量不随时间而变， 定态过程：物理量不随时间而变，只随位置变 非定态：物理量随时间和位置都变。 非定态：物理量随时间和位置都变。
20
曾飞虎
经济核算 用最经济的核算确定最经济的设计方案。 用最经济的核算确定最经济的设计方案。
11
研究方法
曾飞虎
(1)实验研究方法（经验方法） (1)实验研究方法（经验方法） 实验研究方法 优点：省却方程的建立， 优点：省却方程的建立，直接采用实验获 得变量间的关系 不足：实验工作量大、 不足：实验工作量大、缺乏指导意义 (2)数学模型方法（半理论半经验方法） (2)数学模型方法（半理论半经验方法） 数学模型方法 必要性：复杂问题的简化 必要性：复杂问题的简化——广泛被应用 广泛被应用
化工原理：绪论
表1 化工常用单元操作
单元操作 目的
物态
原理
传递过程
流体输送 搅拌 过滤 沉降 加热、冷却 蒸发
3、单元 操作的研究方法
化工原理是一门工程学科，对一些过程作出如实的、 逼真的数学描述几乎是不可能的。采用直接的数学描述 和方程求解的方法将是十分困难的。因此，探求合理的 研究方法是发展这门工程学科的重要方面。在这门学科 的历史发展中已经形成了两种基本的研究方法: (1)实验研究方法（经验方法）
依靠实验建立参数之间的相互关系式。 (2)数学模型方法（半理论半经验方法）
1、化工生产过程 称为单元操作
2、单元操作的特点及分类
1.特点 (1)它们都是物理性操作,即只改变物料的状态或其
物理性质,并不改变其化学性质 (2)它们都是轻化工生产过程中共有的操作 (3)某单元操作用于不同的化工过程,其基本原理相
同,进行该操作的设备往往也是通用的.
2.分类 (1)按操作目的分类
5、学好本课程应注意的问题及培养的能力
理论教学 1、要理论联系实际 实验教学
课程设计
2、过程原理与设备并重 3、掌握研究的方法 4、着重培养自学能力、创新能力 5、通过本课程的学习，建立工程观点，培养工 程思维和解决工程实际问题的能力（P2)。
二、贯穿本课程的三大守恒定律
1、质量守恒定律——物料衡算
绪论
化工原理是化工、生工类本科生的一门综合性 技术基础课，从基础理论、设备构造、设计方法、 工程操作等多方面进行全面训练。该课程在教学内 容上与四大化学的不同在于接触单元操作、工程实 际，体现了所学的基础知识在实际中的应用，具有 工程性强、实践性强的特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传递速率
过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反 比，即
传递速率＝ 推动力 阻力
传递速率是化工设备的重要决定因素。
29
经济核算
对于同一生产任务，采用不同的操作参数，会 影响到设备费用和操作费用，因此设计时应进 行经济核算，确定最经济的设计方案。
30
作业
P11 0－1。
31
32 0.2095 28.02 0.7808 44 0.0003 ＋40 0.0094 28.97kg / kmol
25
五、单元操作中的基本概念
物料衡算
依据质量守恒原理，进入与离开某一化 工过程的物料质量之差，等于该过程中 积累的物料质量。
Gi (输入量） G（o 输出量） G（A 累计量）
三、物理量的单位与量纲
单位：计量中作为记数单元所规定的标准量。 单位制度：由基本单位和导出单位组成的一
系列计量单位的总称。
英制(FPS)
工程制（重力制）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单位制 物理制(CGS) 米制(MKS) 国际制(SI) 法定 制
旧市制
市制(MS)
13
14
量纲：某类物理量B的量纲是该类物理量不同
单位的统称，记为dimB。
4
本课程特点
理工科化工类各专业课的基础理论课。 重要的工程基础理论课，难度大。 主要讲授化工过程与单元操作的工程计算原理，
计算量大。
5
本课程讲授的内容
绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 沉降与过滤 第四章 传热 第五章 吸收
6
绪论
化工过程与单元操作 本课程的性质和任务 物理量的单位与量纲 混合物浓度的表示方法 单元操作中常用的基本概念
气体混合物组成
摩尔分数＝压力分数＝体积分数
21
例0－1
200kg湿物料中含水量的质量分数为w1 50%， 干燥后含水量的质量分数为w2 5%，试计算 除去的水分为多少？
22
解：根据第一句话，干物料的质量为
200 （1－w1）＝100k g 再根据第二句话，设干燥后含水量为W，则
W＋W100＝5％，解得W＝
性质：基本物理量的量纲为期本身。
规定长度、质量、时间、电流、热力学温度、 物质的量、发光强度7个基本量的量纲分别为L、 M、T、I、、N、J，则其他物理量Q的量纲 的一般表达式为：
dim Q L M T I N J
15
式中 , , , ——量纲指数（因次）。
如： dim u LT 1(速度) 、dim a LT 2 (加速度)。
7
一、化工过程与单元操作
化工过程：由若干物理过程和若干化学过程
组成的从原料到产品的工业生产过程，即将原 料改变或分离成有用产品的工业过程。
单元操作：化工过程中不含化学反应或化学
反应次要的物理过程，如流体输送、搅拌、沉 降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、 萃取、吸附、干燥等。
8
单元操作设备的例子
若， 0
则 dim Q 1 ，
此时Q称为量纲为1的量，或称为无量纲量。
16
量纲的一致性原理：任何一个理论（物理）
方程两边的量纲必相等。
物理方程的单位一致性：计算时必须使式
中各项的单位保持一致。
实验方程式（经验方程式）的单位换算。
17
例
只要让经验方程中的符号只代表数值部分，即可进行经
物质的量分数（摩尔分数）：组分i的物质
的量与混合物的物质的量之比，x。
x1 x2 ... xi 1
19
质量浓度（质量密度）：单位体积中组分i
的质量，m，kg/m3。
质量分数：组分i的质量与混合物总质量之比，
w。
w1 w2 ... wi 1
20
摩尔比
X xA xB
质量比 X wA wB
化学工程：研究化工过程共性规律的一门技
术科学。主要由化工原理和化学反应工程两个 分支组成。
11
本课程的任务：介绍流体流动、传热和
传质的基本原理以及主要单元操作的典型 设备构造、操作原理、过程计算、设备选 型和实验研究方法等。
基本理论依据：物料衡算、能量衡算、
平衡关系、传递速率、经济核算。
12
9
单元操作的分类
流体流动过程(传动过程)：流体输送、沉降、过
滤、搅拌等。
——动量传递
传热过程：热交换、蒸发等。 ——能量传递
传质过程：吸收、蒸馏、萃取、干燥、结晶等。
——质量传递
10
二、本课程的性质和任务
化工原理：以单元操作为研究对象的一门技
术科学。
化学反应工程：以化工过程中化学过程作为
研究对象的一门技术科学。
化工原理
杨楚芬 cfyang@
1
采用教材
化学工业出版社
王志魁编
《化工原理》第四版
参考书：
《化工传递过程基础》 王绍亭
《化工原理》
谭天恩
《传递过程与单元操作》 陈维杻
2
教学安排
理论课
——基础理论课 ——习题课
作业
——每周一次，分单双号上交
3
考核方式
考勤 10%（缺勤超1/3者没有考试资格） 作业 10%（缺作业超1/3者没有考试资格） 考试 80%
验方程换算，例如：
如Antoine蒸汽压方程：
lg
ps
A
t
B C
psmmHg pskPa,
ps
k Pa mmHg
ps 7.50061 ps
（物理量=数值单位）
T 273.15 t （数值转换关系）
18
四、混合物浓度的表示
物质的量浓度（摩尔浓度）：单位体积中
组分i的物质的量，ci ， kmol/m3。
对于稳定的连续性操作过程
Gi (输入量） G（o 输出量）
26
能量衡算
依据能量守恒定律，进入和离开某一衡算范 围的能量总和之差等于该衡算范围内的能量 累积。
Qi Qo QA
27
物系的平衡关系
是动量传递、热量传递、质量传递方向的依据。 动量传递 —— 速度 热量传递 —— 温度 质量传递 —— 浓度
5 0.95
kg
则除去的水量有（100－ 5 ）＝94.7kg 0.95
23
例0－2
已知空气得标准组成O2体积分数为20.95％， N2体积分数为78.08％，CO2体积分数为0.03%， Ar体积分数为0.94％，试计算空气的平均摩尔质量。
24
解：
M M1 y1 M 2 y2 ... (Mi yi )