化工原理-绪论-环生共24页文档
《化工原理绪论》课件
现代化工过程通常采用高度自动化的控制系 统，以实现高效、安全和可靠的生产。
化工过程的效率与能耗
效率
化工过程的效率是指输出有用产物与输入的原材料和能量之比，提高效率可以降低生产 成本和资源消耗。
能耗
化工过程的能耗是指生产过程中所消耗的能源和能量，降低能耗是化工过程的重要发展 方向，可以提高经济效益和环保性能。
VS
新技术
随着科技的不断发展，新技术也不断涌现 ，如微化工技术、3D打印技术等，这些 技术能够实现精细化工过程控制和产品制 造，提高化工过程的效率和安全性。
节能减排与可持续发展
节能减排
随着环保意识的不断提高，节能减排 成为了化工行业的重要发展方向，通 过优化化工过程和采用清洁能源，降 低能源消耗和减少污染物排放。
04
化工过程的优化与控制
化工过程的优化方法
数学模型法
通过建立数学模型描述化工过程 ，利用优化算法求解最优操作条
件。
实验优化法
通过实验设计、实验实施和实验数 据分析，找到最优的工艺参数。
人工智能法
利用机器学习、深度学习等人工智 能技术，对历史数据进行训练和学 习，自动找到最优操作条件。
化工过程的控制策略
化学反应
总结词：反应工程
详细描述：化学反应是化工生产的核 心，涉及到反应速率、反应条件以及 反应过程优化等，对于提高产品质量 和降低能耗具有重要意义。
03
化工过程的分类与特点
化工过程的分类
物理过程
物质状态变化或能量传递的过 程，如蒸发、冷凝、过滤等。
化学过程
物质发生化学反应的过程，如 燃烧、合成、分解等。
生物过程
生物发酵、酶催化等生物化学 过程。
化工原理-第一讲绪论
处理过的纸中蜡对纯纸的质量比：
0.199 0.00225 100 0.199 11.3
kg蜡/kg纸
每小时提取蜡的质量数： 150×（0.3333-0.00225）= 49.66kg/h (2)每小时循环煤油量 对图中虚线框作物料衡算，以1h为基准。 总物料衡算： 200+W1=W3+W2 蜡的衡算： 200 ×0.25+0.03W1=0.00199W3+0.4026W2 前面已算得纯纸量为150 kg/h， 因此：
沉降罐
换热器
加热炉
原油经过沉降罐脱盐、脱水 → 进入换热器换热 → 经过加热炉加热 →进常压蒸馏塔，得到不同产品。
重油
例 2：催化裂化(Catalytic Cracking)装置两器工艺流程
一、化工过程与单元操作
单元操作的特点： ①单元操作都是物理性操作。在操作过程中只改变了物理状 态和物性，并没有发生化学变化。 ②同一单元操作可以用在不同的工艺过程。 ③同一工艺过程可以用不同的单元操作来完成。
单位符号 m kg s A K mol cd rad sr
基本单位
电流 热力学温度 物质的量 发光强度
辅助单位
平面角 立体角
五、单位制及单位换算
（二）单位换算
对同一物理量采用不同单位度量时，需乘以两单位之间的换算因数 （不同单位表示时数值大小的关系）
例 4：将某温度下原油的密度0.9g/cm3换算成kg/m3 (SI单位）。
④不同的单元操作有统一的研究对象和统一的研究方法。
化工常用单元操作
单元操作 流体输送 搅拌 过滤 沉降 固体流态化 加热、冷却 蒸发 气体吸收 液体精馏 萃取 吸附 干燥 目 的 流体的输送 混合或分离 非均相混合物分离 非均相混合物分离 固体颗粒的输送 升温、降温，改变相态 溶剂与不挥发性溶质的分离 均相混合物分离 均相混合物分离 均相混合物分离 均相混合物分离 去湿 物态 液或气 气—液 液—液 固—液 液—固 气—固 液—固 气—固 液—固 气—固 气或液 液 气 液 液 液或气 固体 原理 输入机械能 输入机械能 尺度不同的截留 密度差引起的沉降运动 输入机械能 利用温度差而传入或移出热量 供热以汽化溶剂 各组分在溶剂中溶解度的不同 各组分间挥发度的不同 各组分在溶剂中溶解度的不同 各组分在吸附剂中的吸附能力不同 供热汽化 传递过程 动量传递 动量传递 动量传递 动量传递 动量传递 热量传递 热量传递 质量传递 质量传递 质量传递 质量传递 热质同时传递
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。
化工原理绪论.
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
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
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
冷凝水带出的热量：Q 0.095 503.67 47.8kw 3
Q4 1.0 3.56 80 0 284.8kw 溶液带出的热量：
（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
《化工原理》课程教学大纲
《化工原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260353课程名称：《化工原理》英文名称：Principles of Chemical Engineering课程类别：专业基础课学时：90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10学分：4个适用对象：环境工程专业考核方式：期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。
先修课程：数学、物理、化学、物理化学二、课程简介中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。
本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。
其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。
英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline. This course specialize in strong theory, practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching. The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self-studied.三、课程性质与教学目的(一)课程性质《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。
化工原理绪论
生物化工原料的某些成分如蛋白质、酶之类都 是生物活性物质，在加工过程中会引起变性、 钝化或破坏。热敏性和氧化变质及易腐性是动 、植物原料的共有特点。
2.本课程的性质与任务
本课程是在高等数学、物理学及物理化学、化学 等课程的基础上开设的一门专业基础课程，其主要 任务是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设备选型。
绪论
1.概述--化工生产过程与单元操作
化学工业:对原料进行化学加工以获得产品。 化工生产过程:用化工手段将原料加工成产品的生产 过程。
该生产过程的核心是化学反应过程，为使化学 反应经济有效的进行，反应前物料要达到一定纯度 ,即需要进行前处理;反应器内必须保持最佳反应条 件（压强、温度）;反应后还要进行后处理，使产 物与反应物分开、产物精制。前、后处理中，绝大 多数过程是纯物理过程。
⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–1000)×9.81×0.35=2163 (N/m2)
(2)管内流经气体时： ρ=2.5 kg/m3 ⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–2.5 )×9.81×0.35=5588 (N/m2)
本课程作为化学工程学的一个基础组成部分，是 化工、生物、制药、食品等专业的主干课程之一（ 学科基础课），其在基础课和专业课之间，起着承 上启下，由“理”过渡到“工”的桥梁作用。
3.本课程的内容，特点及学习方法
内容：以“三传”--流体流动过程（动量传递）； 传热过程（热量传递）；传质过程（质量传递 ）为核心和主线，讲述单元操作的基本原理， 典型设备的结构原理，操作性能和设计计算。
1.1.2 流体的粘度 1.牛顿粘性定律
流体流动时存在内摩擦力，流体流动时必须克 服内摩擦力作功。这种内摩擦力就是一种平行于 流体微元表面的表面力，通常又称作剪切力。
化工原理完整教材课件
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
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。
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化学工业及化学工程学的发展
（1）萌牙时期（18世纪） （2）奠基时期-（19世纪），提出“单元操作” （3）化学工程学(20世纪)，建立“三传一反” （4）现代化学工程(20世纪60年代)
➢ 利用计算机技术，从系统工程学的观点全面研究原料、 能源、环保等诸方面的合理利用及其相互影响，化学工 业可持续发展的战略，推动化学工程向更高阶段发展。 ➢ 临的三大挑战： 原料、能源、环境保护
化工原理-绪论-环生
化工原理
绪论
化工原理 ---
• 讲述单元操作原理和设备的课程 • 承上启下的工程技术基础课 • 课程内容及学习方法
常见的单元操作
传递过程理论
流体输送、沉降、过滤、 ❖ 动量传递 混合、 流态化
换热、蒸发、制冷
❖ 热量传递
蒸馏、吸收、萃取、 干燥、膜分离
吸附、 ❖质量传递 Nhomakorabea广泛应用在化工、动力、 医药、电子、建筑等行业
一、化工原理的学科演变
化学工程： • 1970年德国学者D.Gelbin提出
• 研究化工生产过程的基本规律，应用于化工装 置的设计, 自动化和最优化;
• 也称为过程技术(Process technology)
以化工生产过程为例 化学反应 非化学反应(过程工程)
Christic geen koplis
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
–专著：流体力学、传热学、传质学 – Chemical Engineering ， T. M. Coulson
Elsevier, 2008. – Unit Operation of Chemical Engineering
W.Mccabe Tc Smith – Transport processes and unit operations
单元操作
在不同的生产过程中，遵循相同原理的 （物理）操作
特点 * 都是物理性操作，不改变物料的化学性质 * 化工生产系统是多个单元操作的组合 * 原理基本相同，设备基本通用
化工原理承上启下 承上：
高数、大学物理、物理化学、流体力学等
启下：
化工系统工程、传递过程、各学科工艺学等
化工原理课程内容
研究单元操作的 原理 典型设备 工艺计算
45、自己的饭量自己知道。——苏联
要求：按时、独立完成作业！
授课教师：吴雪梅
联系方式： Cell phone--13940978991
化工原理课程安排及要求
1．一年课程，其中划分三部分： 化工原理的理论教学 化工原理实验 课程设计
2．课程学时： 本学期 40 学时
第一章 流体流动 12学时
第二章 流体输送 7学时
学习方法
* 数学模型法； * 实验研究法(以因次分析及相似论为依据)； * 注意工程经验的积累；
（主要是对前人工程经验的继承）； * 工程观念的培养（工程实际出发考虑问题）
理论的可行性 技术的可行性 安全与环境的可行性（生产裕度） 经济的可行性
学习目的
培养分析和解决化工实际问题的能力
培养的能力 分析问题 动手实验 查阅基础数据及资料 计算机计算
第三章 非均相分离 8学时
第四章 传热 12-13学时
第五章 蒸发
0-1学时
3. 教学环节 课堂教学、讨论课、实验教学、课程设计 作业 答疑 期中测验 期末考试
4. 答疑：地点 时间
5. 作业 ： 每周三交作业 6. 考试成绩： 期末成绩 90 %
平时成绩 10 %
参考书目
–国内各种化工原理教材、习题（如华东理工、 天津大学等）均可作为参考