《化工原理》第十七讲
《化工原理总复习》PPT课件
45 C 80 C
115 C 140 C
廿二烷 0.8 0.6 0.4
0.4 0.6 0.8
0.2 糠醛
甲基环戊烷
0.8
0.2
0.6
0.4 0.2
2354.5PC 45 CC
0.4 P 0.6
0.8
正己烷 0.8 0.6 0.4 0.2 苯胺
感谢下 载
解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为 2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两 截面间列柏努利方程。
gZ1
u12 2
p1
We
gZ2
u22 2
p2
hf
式中 Z1=0 ，Z2=15m，u1=0，p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压），Σhf=120J/kg
20
u2
3600
0.785 0.062
物理性质
(1) 溶解度：萃取剂在料液相中的溶解度要小。 (2) 密度：密度差大，有利于分层，不易产生第三相和乳化现象，
两液相可采用较高的相对速度逆流。 (3) 界面张力：界面张力大，有利于液滴的聚结和两相的分离；
另一方面，两相难以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴 的聚结更重要，故一般选用使界面张力较大的萃取剂。 (4) 粘度：低粘度有利于两相的混合与分层，流动与传质，对萃 取有利。对大粘度萃取剂，可加入其它溶剂进行调节。
kA kB
➢ kA，kB ， 。 ➢ 表示 S 对 A、B 组分溶解能力差别，即 A、B 的分离程度。 ➢ kB一定：kA ， 。 ➢ kA一定：kB ， 。
选择与稀释剂互溶度小的溶剂，可增加分离效果。
化学稳定性
萃取剂的选择
萃取剂应不易水解和热解，耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂，腐 蚀性小。在原子能工业中，还应具有较高的抗辐射能力。
化工原理
本书在**学科最新发展动态、结合科研的基础上，对单元操作基本概念及原理进行深入浅出的论述，同时着 力突出培养学生的工程能力。可作为大专院校化工及相关专业的教材使用，也可供有关部门从事科研、设计和生 产的的图书
目录
01 内容简介
02 目录
《化工原理》是2009年化学工业出版社出版的图书，作者是王晓红。本书以流体流动、传热及传质分离为重 点，论述了化工、石油、轻工、食品、冶金工业等的典型过程原理及应用。
内容简介
化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生 物理或化学状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。化学工程学的进展：三 阶段：单元操作：20世纪初期，单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学 科的基础。 “三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。形成了单元操作、传递过程、反应工 程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录
绪论 0.1 化工原理课程基本内容及特点 0.2 化工原理的研究基础与方法 0.3 单位制与单位换算 第1章 流体流动原理及应用 1.1 流体基本概念 1.1.1 流体特征 1.1.2 流体力学基本概念 1.1.3 流体密度 1.2 流体静力学 1.2.1 压强
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化工原理PPT精品课程课件全册课件汇总
d 内 罐 内 浓 度 改变量
整理并积分：
d
1
2
4 1.5
0.001 0.06
D H
2
0.001
0.06
dv v
4 1.5
4 10
2
0.001 dv 83.73(ln v )| 0.06 v
0.06 83.73 ln 342.8 s 0.001
第2章 流体输送机械 第3章 非均相物系的分离和固体流态化 第4章 传热
精品课程
目录
第5章 蒸馏 第6章 吸收 第7章 蒸馏和吸收塔设备 第8章 液－液萃取 第9章 干燥
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
返回
4 19:35:23
8 19:35:23
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
9 19:35:23
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
19 19:35:23
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%
（完整版）化工原理各章节知识点总结
（完整版）化工原理各章节知识点总结第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p 不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
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17
返回
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，
如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢
管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
m3/s或m3/h。
2 、质量流量mS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体质量，
二、流速
kg/s或kg/h。
1、平均流速u ：单位时间内流体在流动方向上所流经的距离，
m/ s。
2、质量流速G ：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，
三、相互关系： kg/（m2·s）。
mS=GA=πd2G/4
VS=uA=πd2u/4
流体流动应服从一般的守恒原理：质量守恒和能 量守恒。从这些守恒原理可得到反映流体流动规律 的基本方程式
连续性方程式（质量守恒）
柏努利方程式（能量守恒）
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
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2
1-2-1 流体的流量与流速
一、流量
1、体积流量VS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，
8
1-2-3 定态流动系统的质量守恒——连续性方程
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流体流速与 管道的截面 积成反比， 截面积越大 流速越小， 反之亦然。 管内不同截 面流速之比 与其相应管 径的平方成 反比。
例1-9 7
【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径
d1=10cm，
细管内径d2=5cm，当流量 为 4×10 － 3m3/s 时 ，
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2、层流内层与边界层，边界层的分离。
化工原理
本章 内容
2019/12/17
1.1 流体静力学基本方程 1.2 流体流动的基本方程 1.3 流体流动现象 1.4 流体在管内的流动阻力 1.5 管路计算 1.6 流速和流量测量
化工原理
第一节 流体静力学基本方程
1 流体的密度
化工原理
3、液体密度的计算 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化 （极高压强除外）。 （1）纯组分液体的密度其变化关系可从手册中查得。
（2）混合液体的密度
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xwA、xwB、、xwn ,
当m总 1kg时，xwi
其中xwi
mi
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化工原理
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问 题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
掌握 内容
1、流体的密度和粘度的定义、单位、影响因 素及数据的求取；
2、压强的定义、表示法及单位换算； 3、流体静力学基本方程、连续性方程、柏努
利方程及应用； 4、流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义
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化工原理
5、 与密度相关的几个物理量
（1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单
位为m3/kg。
mi m总
假设混合后总体积不变：
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V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwB xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
化工原理实验讲义-2017资料
化工原理实验讲义东北大学理学院化学系2016年3月6日第一章化工原理实验的基本知识1.1 绪论《化工原理》主要研究生产过程中各种单元操作的规律，并利用这些规律解决实际生产中的过程问题。
该课程紧密联系实际，实践性很强，是化工、环工、生物化工等工科专业学生必修的技术基础课。
作为一门研究化工生产过程的工程学科，它已形成了完整的教学内容和教学体系。
化工原理实验是学习、掌握和运用这门课程必不可少的重要教学环节。
它与课堂讲授、习题课和课程设计等教学环节构成一个有机的整体。
化工原理实验属于工程实验范畴，具有典型的工程特点。
每一个单元操作按照其操作原理设置，工艺流程、操作条件和参数变量等都比较接近于工业应用，因此，一个单元操作实验相当于化工生产中的一个基本过程，通过它能建立起一定的工程概念。
随着实验的进行，会遇到大量的工程实际问题，对学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多的工程实验方面的原理和测试手段，可以看到复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系。
学习和掌握化工原理的实验及其研究方法，是学生从理论学习到工程应用的一个重要实践过程。
长期以来，化工原理实验常以验证课堂理论为主，教学安排上也仅作为《化工原理》课程的一部分。
近20年来，由于化学工程、石油化工、生物工程的飞跃发展，要求研制新材料，寻找新能源，开发高新科技产品，对化工过程与设备的研究提出了格外能够高的要求，新型高效率低能耗的化工设备的研究也更为迫切。
为适应新形势的要求，化工原理实验单独设课，指定实验课的教学大纲，加强学生实践环节的教育，培养有创造性和有独立的科技人才，从而确立化工原理实验在培养学生中应有地位。
1.2 实验教学目的和要求1.2.1 化工原理实验的教学目的为提高实验课教学质量，我们在调整理论课教学内容的同时，编写了实验课教材-----《化工实验技术基础》。
按照实验课教学大纲的基本要求，针对学生普遍存在的实践薄弱环节，在内容编排上，我们从以下几个方面进行了考虑：1．巩固和深化课堂所学的理论根据全国高校化工原理教学指导委员会的规定，从实验目的、实验原理、装置流程、数据处理等方面，组织各单元操作的实验内容。
《化工原理》基本知识点
《化⼯原理》基本知识点第⼀章流体流动⼀、压强1、单位之间的换算关系：221101.3310330/10.33760atm kPa kgf m mH O mmHg====2、压⼒的表⽰（1）绝压：以绝对真空为基准的压⼒实际数值称为绝对压强（简称绝压），是流体的真实压强。
（2）表压：从压⼒表上测得的压⼒，反映表内压⼒⽐表外⼤⽓压⾼出的值。
表压=绝压-⼤⽓压（3）真空度：从真空表上测得的压⼒，反映表内压⼒⽐表外⼤⽓压低多少真空度=⼤⽓压-绝压3、流体静⼒学⽅程式0p p ghρ=+⼆、⽜顿粘性定律F du A dyτµ==τ为剪应⼒；dudy为速度梯度；µ为流体的粘度；粘度是流体的运动属性，单位为Pa·s；物理单位制单位为g/(cm·s)，称为P （泊），其百分之⼀为厘泊cp111Pa s P cP== 液体的粘度随温度升⾼⽽减⼩，⽓体粘度随温度升⾼⽽增⼤。
三、连续性⽅程若⽆质量积累，通过截⾯1的质量流量与通过截⾯2的质量流量相等。
111222u A u A ρρ=对不可压缩流体1122u A u A =即体积流量为常数。
四、柏努利⽅程式单位质量流体的柏努利⽅程式：22u p g z We hfρ++=-∑22u pgz E ρ++=称为流体的机械能单位重量流体的能量衡算⽅程：HfHe p u z -=?+?+?ρ22z ：位压头（位头）；22u g ：动压头（速度头）；pρ：静压头（压⼒头）有效功率：Ne WeWs =轴功率：NeN η=五、流动类型雷诺数：Re du ρµ=Re 是⼀⽆因次的纯数，反映了流体流动中惯性⼒与粘性⼒的对⽐关系。
（1）层流：Re 2000≤：层流（滞流），流体质点间不发⽣互混，流体成层的向前流动。
圆管内层流时的速度分布⽅程：2max 2(1)r r u u R=-层流时速度分布侧型为抛物线型（2）湍流Re 4000≥：湍流（紊流），流体质点间发⽣互混，特点为存在横向脉动。
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（四）、扩散系数—液相中的扩散系数
估算液体扩散系数经验公式
D
AB
7.410 15 (M B )1/ 2
T
BVb0A.6
威尔基公式
M B — 溶剂 B 的摩尔质量，kg/kmol；
B — 溶剂 B 的黏度，Pa ·s； — 溶剂 B 的缔合因子；
VbA — 溶质在正常沸点下的分子体积，cm3/mol。
ZG
ZL
c
依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散 通量方程分别为
Dp
NA
AB 总
RTzG pBM
(p
pi )
D c
NA
AB 总 (c c)
zL
c
BM
i
设对流传质速率方程分别为
N A kG ( p pi )
N A kL (ci c)
气膜吸 收系数
Dp
kG
AB 总
RTzG pBM
D c
kL
AB 总
zLcBM
液膜吸 收系数
kG比,k较L的得求解：对流传质系数关联式§2-4
根据双膜模型，导出
kG ∝ DAB 或
kL ∝ DAB
双膜理论 的模型参数
气膜厚度 zG 液膜厚度 zL
i、气膜吸收速率方程式
NA
kG(p
pi
)
kG H
2）.一组分通过另一停滞组分的扩散
参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散 过程，可写出
D c
NA
AB 总
zcBM
(cA1 cA2 )
D c
或
NA
AB 总
zxBM
(xA1 xA2 )
（三）、液体中的稳态分子扩散 其中
cBM
cB2
cB1 c
ln B2
c
B1
xBM
xB2
xB1 x
第十七讲
主要内容
重点
第二章 吸收 §2-2 传质机理与吸收速率
1、菲克定律 2、一组分通过另一停滞组分的扩散
一、吸收过程描述 二、物质在单相内传递的概念及其数学描述
（一）、分子扩散与菲克定律
3、分子扩散系数D的获取 4、双膜理论要点及其优缺点
（二）、气相中的稳定分子扩散 1、等摩尔反向扩散
难点
2、一组分通过另一停滞组分的扩散 3、分子扩散系数D的获取
c* ci
kP G
y
yi
k y
y yi
思考：公式中的推动力和阻力如何表达？
ky kGP
注意：ky , kG的单位!
ii、液膜吸收速率方程式
NA
k L( ci
c)
Hk L
pi p*
Ck L
xi
x
溶剂名称 缔合因子
常见溶剂的缔合因子
水 甲 醇 乙 醇 苯 非缔合溶剂
2.6 1.9 1.5 1.0
1.0
物质
空气
H2 O2 N2 Br2 Cl2 CO
CO2
某些物质在正常沸点下的分子体积
分子体积 VbA/（cm3/mol）
29.9 14.3 25.6 31.2 53.2 48.4 30.7 34.0
② 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。
③ 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。
双膜理论的优点：双膜理论为传质模型奠 定了初步的基础，用该理论描述具有固定 相界面的系统及速率不高的两流体间的传 质过程，与实际情况大体符合，按此模型 所确定的传质速率关系，至今仍是传质设 备设计的主要依据
物质
H2O H2S NH3 NO N2O SO2 I2
分子体积 VbA/（cm3/mol）
18.9 32.9 25.8 23.6 36.4 44.8 71.5
§2-2 传质机理与吸收速率
（五）、对流传质
1、涡流扩散
涡流扩散系数，m2/s
JA
D
DE
dcA dz
2、对流传质
液相
m
n
气 气相滞流内层 体
由福勒公式可知，气体扩散系数与 T 1.75 成正
比、与 p总成反比。根据该关系，可得
D
AB2
DAB1
(
P总，1 P总，2
)(
T2 T1
)1.75
DAB1 — T1 、p总，1 下的扩散系数，m2/s；
DAB2 — T2 、p总，2 下的扩散系数，m2/s。
（四）、扩散系数—气相中的扩散系数
简单分子的扩散体积
物质
H2 D2 He N2 O2 air Ar
v
/（cm3/mol）
7.07 6.70 2.88 17.90 16.60 20.10 16.10
物质
v
/（cm3/mol）
CO
CO2 N2O NH3 H2O （CCl2F2） (SF6)
18.90 26.90 35.90 14.90 12.70 114.80 69.70
（一）、相际间的对流传质过程
设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过 程由以下3步串联而成：
① 组分A从气相主体扩散到相界面； ② 在相界面上组分A由气相转入液相；
③ 组分A由相界面扩散到液相主体。
一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的 过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际 间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一 相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可 以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。
N NA JA 0;
低浓度气体扩散或等分子反向扩散，=，>,=;=,=,>.
（三）、液体中的稳态分子扩散
1）.等分子反方向扩散
参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
D
NA
AB
z
(c A1
cA2 )
z z2 z1
D —组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s
AB
（三）、液体中的稳态分子扩散
相界面
分 压
Dp
NA
AB 总
RTzG pBM
(p
pi )
气相有效膜层厚度
滞流内层厚度
p
气相
pi z’G zG
距离z
液相中对流传质速率关系式：
D c
NA
AB 总 (c c)
zL
c
BM
i
§2-2 传质机理与吸收速率
三、物质在相际间的传质过程、传质模型及吸收速率 （一）、相际间的对流传质过程
ln B2
x
B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度 停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
（四）扩散系数 D
扩散系数的影响因素： 与扩散质和扩散介质的种类、 体系的温度和压力有关。
◆ 扩散质的分子体积越小，扩散越容易，D的值越大； ◆ 温度越高，分子的运动速度越高，D的值越大； ◆ 体系的压力越低，分子的自由路径越大，D的值越大。 扩散系数数值的获得
★ 查相关手册 ★ 通过经验公式计算 ★ 通过实验测定
1.气体中的扩散系数D 1106 ~ 110-5
通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。某些双组分气体混合物的扩散系数列于表2-2中。
（四）、扩散系数
（四）、扩散系数—气相中的扩散系数
原子的扩散体积
元素
C H O (N)
/（cm3/mol）
16.50 1.98 5.48 5.69
元素
(Cl) (S) 芳香环 杂环
/（cm3/mol）
19.5
17.0 –20.2 –20.2
2.液体体中的扩散系数D
液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温 度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系 数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液 体混合物的扩散系数列于表2-3中。液体中的扩散 系数，其值一般在 1109 ~ 11010 m2/s 范围内。
D RT
P P pA
dpA dz
即
NA
DP RT
dp A p B dz
分离变量后积分
N A 0zdz
DP RT
pB2
pB1
dpB pB
NA
DP zRT
ln
pB2 pB1
pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
NA
DP zRT
ln
pB2 pB1
( pA1 pA2 ) pB2 pB1
D RTz
P pBm
(
p A1
pA2 )
P ——漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的
pBm
影响。
因P＞pBm，所以漂流因数
P pBm
1
练习：漂流因子的数值=1，表示
。已知分子扩散时，
通过某一考察面PQ有四股物流：组分A的传递速率NA、组分A 的分子扩散速率JA、总体流动通量N。试用>,=,<表示，等分子 反向扩散时：JA NA N 0;A组分单向扩散时：
三、物质在相际间的传质过程、传质模 型及吸收速率
1、双膜理论
1、一组分通过另一停滞组分的扩 散的理解
2、分子扩散系数D的获取
3、双膜理论要点及其优缺点
§2-2 传质机理与吸收速率
一、吸收过程描述