化工原理南林教材22
《化工原理》课程简介 - 南京工程学院
《化工原理》课程简介二、课程内容与教学目标《化工原理》课程是过程装备与控制工程专业的一门限选课，是综合性技术学科化学工程学的一个基础组成部分，是学习后续专业课的基础。
通过本课程的学习，要使学生掌握流体流动、流体输送、沉降与过滤、传热、蒸馏、吸收、蒸馏、干燥等单元操作的基本原理及典型设备的设计计算方法，为进一步学习专业课程及从事工程实践奠定必要的理论基础。
同时，要求通过各个教学环节培养学生的工程观点，使学生理解流体流动、传热与传质的共性与特殊性，提高分析和解决化工实际问题的能力。
学完本课程应达到以下基本要求：1．掌握流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的基本原理。
2．熟练掌握流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的基本计算方法，了解基本计算公式的物理意义、使用方法和适用范围。
3．了解流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的典型设备的构造、性能和操作原理，了解设备选型的原则和校核计算方法。
教材：《化工原理》(第四版)，王志魁主编，化学工业出版社, 2010年。
参考书：《化工原理(第三版)，管国锋，化学工业出版社, 2008年。
《化工原理(上、下册)》，张弓，化学工业出版社, 2004年。
《化工原理(上、下册)(第二版)》，谭天恩，化学工业出版社, 2004年。
《化工原理课程学习指导》，柴诚敬，天津大学出版社, 2003年。
《化工原理详解与应用》，丛德滋，化学工业出版社, 2003年。
三、对教学方式、实践环节、学生自主学习的基本要求本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学，学生应能独立完成教学大纲规定的课程内容要求。
四、考核方式与学习效果评价的结构比例本课程为考试课程，期末考试为闭卷笔试。
学生的课程总评成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩（占70%）两部分构成，平时成绩中实验成绩占10%，出勤、作业、学习主动性等占20%。
五、对先修课的要求、课程班规模要求、实践类课程方案等本课程的先修课程为：高等数学、大学物理、工程化学，小班授课，实践环节为实验教学。
电子课件化工原理上册22.第六章03
电子课件化工原理（上册）22. 第 六章（03）
二、干燥时间的计算
设 U 与 X 为线性关系
kX
Uc 0 Xc X*
U ckXX cX *
U
kX
U0 X X*
U kXXX *
X
电子课件化工原理（上册）22. 第
六章（03）
二、干燥时间的计算
20 2d
G Xc dX S X2kX(XX*)
电子课件化工原理（上册）22. 第 六章（03）
11－玻璃绒 12－棉花
电子课件化工原理（上册）22. 第 六章（03）
二、物料中所含水分的性质
1.平衡水分与自由水分 在一定的干燥条件下
不能被除去的水分 大于平衡水分的水分
平衡水分 X* 自由水分 X-X*
物料所含水分＝平衡水分＋自由水分
思考 平衡水分与自由水分的划分？
按能否被除去划分，取决于物料的性质和 空气的状态。
示仪 13－电加热控制
仪表
电子课件化工原理（上册）22. 第 六章（03）
一、干燥实验和干燥曲线
干燥阶段
预热阶段
～X ～
～ dX 较小
d
恒速干燥阶段（第一干燥阶段）
热量主要用 于物料升温
热量用于 汽化水分
～X
～
不变～
dX
d
很大
热量用于汽化水
降速干燥阶段（第二干燥阶段）
分和加热物料
X ～ ～ ～ dX 逐渐减小趋近于零
实验数据
时 间τ 物料温度 θ
物料湿含量 X
电子课件化工原理（上册）22. 第 六章（03）
洞道干燥实验流程示意图
1－洞道干燥室 2－离心鼓风机 3－孔板流量计 4－温度计 5－干燥物料 6－重量传感器 7－加热器 8－湿球温度计 9－干球温度计 10－重量显示仪 11－温度显示仪 12－湿球温度显
化工原理南京林业大共33页
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
45、法律的制定是为了保证每一Байду номын сангаас人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
化工原理南京林业大
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
化工原理南京林业大.pptx
①化学工程学科本身的基本规律和基本观点； ②正确的实验方法论。
指导实验的理论 ：
①因次分析法 ； ②数学模型法 。
4.3.1颗粒床层的简化模型
因次分析法的步骤： ①找出过程的影响因素 ； ②将影响过程的各个物理量的因次抽出进行分析，整理成若干个无因次数
群； ③通过实验确定各数群之间的定量关系 ；
数学模型法的步骤 ： ①将复杂的真实过程简化成易于用数学方程式描述的物理模型 ； ②对所得的物理模型进行数学描述即建立数学模型 ； ③通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数 ；
这两种方法应同时并存，各有所用，相辅相成。
4.4过滤原理及设备
4.4.1过滤原理
4.4.1过滤原理 （1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将
悬浮液中的固、液两相加以分离的操作。 （2）过滤方式
①滤饼过滤
（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多 孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径。在过滤 操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象 （图4-7b），也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的 逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤 饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤 液。通常，在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形 成之后返回重滤。
4.2颗粒床层的特性
（1）床层空隙率ε 固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：
空隙体积 床层体积
床层体积V 颗粒所占体积v 床层体积V
1
v V
。 ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响
化工原理南林教材PPT课件
对干燥器作热量衡算，可得：
L 1 I G 1 1 Q ID L 2 I G 2 1 Q IL
Q D L I 2 I 1 G I 2 1 I 1 1 Q L
QQ pQ D
LI2I0GI2 1I1 1 Q L
.
33
假设：
（1）新鲜空气中水的焓等于离开干燥器废气中水
气的焓，即：IV0=IV2； （2）湿物料进出干燥器时的比热取平均值cm。
d G 1 dX SU
2 d
G1
X 2 dX
0
S U X c
2
G1 S
X2 dX U Xc
当U与X呈非线性关系，采用图解法计算； 当U与X呈线性关系，采用解析法计算；
.
54
第四节 干燥器
对干燥器的要求：
（1）能保证干燥产品的质量要求，如含水量、强 度、形状等；
（2）要求干燥速率快、干燥时间短，以减小干燥 器的尺寸、降低能耗，同时还应考虑干燥器的辅助 设备的规格和成本，即经济性要好；
.
11
六、干球温度t 和湿球温度tW
QSttw
N k H H s,tw H S
Q Nrtw
twtkH rtw Hs,tw H
.
12
.
13
七、绝热饱和冷却温度tas
.
14
cgH vtc H v 0 rcgH ac s vta sH arv s0
cgH v c cgH ac s vcH
.
38
2.操作线在过点B等焓线的上方
QDGI21I11 QL
I2 I1 t2 t1
3.操作线为过点B等温线
I2I1 t2t1
.
39
.
40
《化工原理》下册(第二版)教材各章节课后习题答案
17 NT=18
18 η=96.7%; Rmin=1.51
19 xD=0.889; xW=0.194
第 3 页，共 7 页
《化工原理》下册（第二版）教材各章节课后习题答案
20 xD=0.873; xW=0.207 21 xD=0.00869; xW=3.27×10-4 22 xW=0.0935; EmV=66.4% 23 (1) xD=0.8; xW=0.05;(2)略 24 (1)NT=7; (2)V=20.3kmol/h; (3)D=47.4kmol; W=52.6kmol 25 t=60℃; xA=0.188; xB=0.361; xC=0.451 26 x(A-D) :0.030;0.153;0.581;0.237 y(A-D) :0.141;0.306;0.465;0.085 27 D/F=0.4975;W/F=0.5025; xD(A-D):0.402;0.591;0.007;9.7×10-5 ; xW(A-D):1.4×10-5;0.012;0.690;0.298 28 N=14.1 ; N1=7.9 第十章 气液传质设备 1 EmV=0.758 2 ET=41% 3 N 实=10 4 D=1.2m
《化工原理》下册（第二版）教材各章节课后习题答案
5 （1） =31.3kmol; =0.619（2） =38.0kmol;y=0.563
6 （1）D/F=0.228；（2）L/V=0.667; (3)L/V=0.8 ; =1.68
=0.470
7 =14.32kmol/h
8 (1)V=10kmol/h ; (2)R=16; L/V=0.941
7 (1)Smin=36.47kg/h (2)N=5.1 第十二章 其它传质分离方法
1 m=47.7kg
化工原理南京林业大
图11-4 第II类物系的溶解度曲线和联结线
图11-5 连结线斜率的变化
.
22
11.2.1 萃取操作过程及术语
图11-11 萃取操作示意图
.
23
11.2.1 萃取操作过程及术语
萃取操作的基本过程如图11-11所示。将一定量萃 取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃取剂 充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散， 所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相 间的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分 层：一层以溶剂S为主，并溶有较多的溶质，称为萃取 相，以E表示；另一层以原溶剂（稀释剂）B为主，且 含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以R表示。若溶 剂S和B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的B，萃余 相中亦含有少量的S。
图11-9 温度对互溶度的影响（I类物系）
.
20
11.1.4 温度对相平衡的影响
对于某些物系，温度的改变不仅可引起 分层区面积和联结线斜率的变化，甚至 可导致物系类型的转变。如图11-10所
示，当温度为 T 1 时为第Ⅱ类物系，而当 温度升至 T 2 时则变为第Ⅰ类物系。
图11-10 温度对互溶度的影响（II类物系）
通常，一定温度下的三元物系溶解度曲线、联结线、辅助曲 线及临界混溶点的数据均由实验测得，有时也可从手册或有关专 著中查得。
.
13
11.1.3 分配系数和分配曲线
（1）分配系数
一定温度下，某组分在互相平衡的E相与R相中的组成之比
化工原理_南京理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化工原理_南京理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.水与苯进行换热，水由20℃升到35℃，苯由80℃降至40℃。
若苯的热容量流率比水的热容量流率小，此换热器的传热效率ε= _____，（2位有效数字）答案:0.672.在一套板框过滤机中，滤框厚度为16mm，板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框刚充满，则在每一框中滤液穿过厚度为_____mm_的滤饼答案:83.离心泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致超负荷工作，这是因为答案:（a）Qe＝0，N≈04.工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。
答案:(c)增加传热面积，提高传热效果。
5.在传热膜系数测定实验中,若保持T1不变,加大空气流量(其他条件不变),则空气出口温度如何变化答案:T2增大6.某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，则此列管换热器内壁温度应是______________。
答案:（c）接近饱和蒸汽的温度7.流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的__ __倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的_____倍。
答案:2， 1/4##%_YZPRLFH_%##2，0.258.λ和Re数的关系不正确的是答案:D)任何时候，λ随Re增大而减小9.一包有石棉泥保温层的蒸气管道，当石棉泥受潮后，其保温效果将答案:下降##%_YZPRLFH_%##减弱##%_YZPRLFH_%##变差10.离心分离设备在stokes区操作，颗粒的旋转速度为15m/s，旋转半径为0.3m，则该设备的离心分离因数等于。
（保留一位小数，重力加速度取9.81m/s2）答案:76.411.在测定离心泵性能时，若将压强表装在调节阀后则压强表读数p2将随流量增大而。
答案:下降##%_YZPRLFH_%##减小##%_YZPRLFH_%##降低12.当计算流体由粗管进入细管的局部阻力损失时，公式中的流速应该用_____管中的速度。
- 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)。
吸收：利用气体混合物中各组分溶解度的不同而实 现的分离操作。
4
A：吸收质或溶质 B：惰性组分或载体 S：吸收剂
5
气体吸收的目的： 1.获得一定的组分； 2.除去有害组分以净化气体； 3.制备某种气体的溶液。
6
分类： 物理吸收 化学吸收 单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收 吸收 解吸
D pB 2 pB2 RT
P pB
dpB
NA
DP ln RTz
pB2 pB1
31
P p A1 pB1 p A2 pB2
令
pBm
pB2 ln
pB1 pB2
p B1
ln pB2 pB2 pB1 p A1 p A2
p B1
pBm
pBm
NA
D RTz
P pBm
pA1
pA2
P ：飘流因素，无因次， 大于1 pBm
p1
NA
D RTZ
p1
p2
27
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
JA NcA/C
NA
NcB/C
JB
1
p
pB1 NA
p pA1
2
z1
z
p pB2
pA2 z2
28
NA
JA
cA C
N
NB
JB
cB C
N
N
NA
NB
JA
cA C
N
JB
cB C
N
JA
JB
N
J A JB 0 J A JB
29
NB
气相有效膜层厚度 滞流内层厚度
H
p
p1
0 z'G zG
z
37
二、对流扩散
对流扩散：发生在运动着的流体与相界面之间的传 质过程。
1 H
EM s
cM s M A
对稀溶液来说，c 很小，故有： H
t ，H
EM s
难溶气体 H 小，易溶气体 H 大。
16
3. y* = m x
m：相平衡常数，无因次 p* Ex
p* Py*
Py* Ex
y* E x P
m E P
m m(t, p)
17
4. Y* = mX
JB
cB C
N
0
N NA NB NA
JB
cB C
N
JA
JB
cB C
N
cB C
NA
NA
JA cB
JA C cA
C
C cA
JA
DC
C cA
dc A dz
CC
30
cA
pA RT
C P RT
D N A RT
P P pA
dp A dz
D RT
P pB
dpB dz
z
N A 0 dz
A
1
B3
2
马克斯韦尔—吉利兰（Maxwell-Gilliland）
34
非电解质稀溶液中的扩散系数：
D1 7.7 1015T
1 3
A
1
0 3
35
2-2-5 对流传质
一、涡流扩散
J
D
DE
dcA
dz
DE：涡流扩散系数，不是物性常数，与湍动 程度有关。
36
液相
m
n
气相滞流内层 相界面
气相
气相分压p
第二章 吸收
1
要求：
1.理解吸收原理、分类与目的，掌握亨利定律四 种表达形式、相关计算及溶剂选择的原则； 2.理解吸收机理，掌握吸收速率方程式； 3.掌握吸收塔的计算； 4.掌握吸收系数的测定，理解吸收系数的影响因 素； 5.了解脱吸及其他条件下的吸收。
2
重点：
1.吸收速率方程式； 2.吸收塔的计算； 3.吸收系数的测定。
重点：低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算。
7
第一节 气—液相平衡 2-1-1 气体的溶解度
溶解度：气体在液相中的饱和浓度。单位质量（体 积）的液体中所含溶质的质量。 气体的溶解度的影响因素：物系的温度、压强及溶 质在气相中的浓度。
8
溶解度、温度、压力、气相浓度四个独立参数，其
自由度数为：F = C － + 2 = 3 – 2 + 2 = 3
24
2-2-2 气相中的稳定分子扩散
一、等分子反向扩散
传递速率NA：在任一固定的空间位置上，单位时间 单位面积上通过A的物质量。
25
pA1
pB1
B
p
p
pA1
p
pB1 z1 z
A
pA2 pB2
p
p
pB2
pA2
z2
26
NA
JA
D dCA dz
D RT
dp dz
z
0
N
A dz
D RT
p2 dp
p* Ex p* c
H y* mx Y * mX
19
2-1-3 吸收剂的选择
吸收剂的选择要从以下几个方面来考虑：
溶解度、选择性、挥发度、粘性及其它(无毒性、 无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点低、价廉具有化 学稳定性。
20
第二节 传质机理与吸收速率
吸收过程： 1.溶质由气相主体向气液界面的传递； 2.由界面向液相主体的传递。
32
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
N
1 A
D1C zc Sm
cA1 cA2
经验式，仿照气相。
33
2-2-4 扩散系数
分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的特性之一， 与介质的种类、温度、压强及浓度等。 气体A在气体B中的扩散系数：
1
D
4.36 105T
3 2
1 MA
1 MB
2
P
1 3
14
1. p*=Ex
p*：溶质在气相中的平衡分压，kPa； E：亨利系数，其单位与压强的单位一致; x：溶质在液相中的摩尔分率。
物系（气体和溶剂）一定，E = E(t) t ，E
难溶气体E大，易溶气体 E 小。
15
2. p*=c/H
c：单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/m3； H：溶解度系数，kmol/(kPa.m3) 。
若压强、温度一定，则自由度数为 1。 在同一溶剂中，不同气体的溶解度有较大的差异。
9
氨的溶解度较大，为易溶气体
10
二氧化硫具有中等溶解度11ຫໍສະໝຸດ 氧的溶解度较小，为难溶气体。
12
从以上图中可看出：加压、降温对吸收有利。
13
2-1-2 亨利定律
总压不太高（5105Pa）时，恒定温度下，稀 溶液上方的气体溶质的平衡分压与该溶质在液相 中的浓度存在以下关系：
21
2-2-1 分子扩散与菲克定律
分子扩散：是在一相内部有浓度差异的条件下，由 于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。
扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质 量，kmol/(m2﹒s)。
22
A
B
A
B
23
J
A
DAB
dC A dz
菲克定律
J A：物质A在Z方向上的分子扩散通量；kmol/(m2 s)； dCA ：物质A浓度梯度；kmol/(m4 )； dz D AB：物质A在介质B中的分子扩散系数，m 2 /s。
引入摩尔比Y、X的必要性：在吸收过程中，气相中惰 性组分和液相中溶剂的摩尔流量是不变的。
X
液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数
x 1 x
Y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔数
y 1
y
Y* 1Y*
mX 1 X
Y
*
1
mX
1 mX
低浓度的溶液： Y * mX *
18
小结： 亨利定律的四种表达形式：