化工原理绪论
合集下载
《化工原理绪论》课件
高度自动化
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。
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
化工原理 绪论
衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2019/8/12
2． 热量衡算
依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与 损失的热量之和。
或写成
QI Q0 QL
——热量衡算通式
(wH) I
2019/8/12
1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述关系代入 ，得：
1.033 kgf cm2
1.033
9.81N
0.01m2
1.013105 N
/ m2
3．单位的正确运用
理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间
的关系，又叫物理方程。
具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位
2019/8/12
3. 化工原理的学习方法
发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个 单元操作，寻本求源。
选择：为了达到或实现某一工程目的，能否对过程和设 备作合理的选择和组合。
设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算 以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取 设计数据，做逐级放大。
2019/8/12
(wH )0 QL
2019/8/12
热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先 划定衡算范围及衡算基准。
此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上 选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
3.过程的平衡和速率
例
①平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极
限。 平衡是一个动态的过程。
化工原理教学绪论课件PPT
解：
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
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
化工原理 ←→ 食品工程原理
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。
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》绪论
m
V
ρ－kg/m3
理想气体的ρ
pM
RT
气体混合物： Mm=M1y1+ M2y2 +……+ Mnyn
液体混合物：
1 a1 a2 an
m 1 2
n
2-2 比容
2-3 压强 一、任意面上的静压强
p
F A
结论：静止流体中任意界面上只受到大小相等方向相反
的压力。
二、任意点的静压强
p
lim
绪论
一、化工生产工程与单元操作
化学工业——是对原料进行化学加工以获得 有用的产品的工业。 化学工业的核心——化学反应过程及其设备 (反应器) n 保证化学反应过程得以经济、有效地进行： 适宜的温度、压强和物料组成 前处理 后处理
氯乙烯生产过程：
乙炔 提纯
单体合成
HCl 提纯
前处理
反应
产物精制 后处理
3. 如何进行操作和调节以适应生产的不同要求；在操作发生故障 时如何寻找故障的原因。
三、单元操作中常用的基本概念
1. 物料衡算(Material Balance) 输入量－输出量＝累积量 对于定态过程： 输入量＝输出量
2. 能量衡算(Energy Balance) 对于定态过程： 输入能量＝输出能量 能量：机械能、热能
干燥
热、质同时传递
化工生产过程：“三传一反”
二、«化工原理»课的内容及任务
n 主要内容：
学习各单元操作的原理、典型设备、计算、选型及实验研究方 法
n 主要任务：
1. 如何根据各单元操作的特点，进行过程和设备的选择，以适应 指定物系的特性，经济而有效地满足工艺的要求。
2. 如何进行过程的计算和设备的设计；在缺乏数据的情况下如何 组织实验以取得必要的设计数据。
V
ρ－kg/m3
理想气体的ρ
pM
RT
气体混合物： Mm=M1y1+ M2y2 +……+ Mnyn
液体混合物：
1 a1 a2 an
m 1 2
n
2-2 比容
2-3 压强 一、任意面上的静压强
p
F A
结论：静止流体中任意界面上只受到大小相等方向相反
的压力。
二、任意点的静压强
p
lim
绪论
一、化工生产工程与单元操作
化学工业——是对原料进行化学加工以获得 有用的产品的工业。 化学工业的核心——化学反应过程及其设备 (反应器) n 保证化学反应过程得以经济、有效地进行： 适宜的温度、压强和物料组成 前处理 后处理
氯乙烯生产过程：
乙炔 提纯
单体合成
HCl 提纯
前处理
反应
产物精制 后处理
3. 如何进行操作和调节以适应生产的不同要求；在操作发生故障 时如何寻找故障的原因。
三、单元操作中常用的基本概念
1. 物料衡算(Material Balance) 输入量－输出量＝累积量 对于定态过程： 输入量＝输出量
2. 能量衡算(Energy Balance) 对于定态过程： 输入能量＝输出能量 能量：机械能、热能
干燥
热、质同时传递
化工生产过程：“三传一反”
二、«化工原理»课的内容及任务
n 主要内容：
学习各单元操作的原理、典型设备、计算、选型及实验研究方 法
n 主要任务：
1. 如何根据各单元操作的特点，进行过程和设备的选择，以适应 指定物系的特性，经济而有效地满足工艺的要求。
2. 如何进行过程的计算和设备的设计；在缺乏数据的情况下如何 组织实验以取得必要的设计数据。
化工原理绪论
化工原理--绪论————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ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(Unｉt Ｏperａtｉons）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。
化工原理：绪论
（a）物料的增压、减压和输送； （b）物料的混合或分散； （c）物料的加热或冷却； （d）非均相混合物的分离； （e）均相混合物的分离。 (2)按达到相同的目的，依据不同原理，采用不同 方法分类（表1）
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。
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)。
原 材 输送 料
化学 反应 输送
产品或 中间体
三废 处理
2017/7/22
2017/7/22
2017/7/22
2017/7/22
2017/7/22
2：化工原理的研究对象 ——单元操作
具有共同的基本原理和通用的典型设备的物理 操作过程（共有的）——单元操作 化工生产过程：化学反应和若干个单元操作串联 而成
化工原理——研究各个独立的单元操作 包括单元操作的基本原理、过程计算和典型设备
2017/7/22
3：单元操作的特点 ①：所有的单元操作都是物理性操作，只改变物 料的状态或物理性质，并不改变化学性质。 ②：单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是 不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与 排列顺序不同。 ③：单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理 相同，所用的设备也是“通用”的。
物理量的数字之间的关系，又叫数字公式 。
特点：公式中所用的单位一般都是指定的，在计算 中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单 位就行了。 量纲：用一定单位制度的基本物理量来表示某一物 理量，称为该物理量的量纲； 基本物理量的量纲是规定的。
如：SI制：质量M、长度L、时间T、热力学温度θ
力MLT-2；在工程制中：力F；质量？
4：单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律，分为四类：
2017/7/22
•流体动力过程 ——遵循流体动力学基本规律，用
动量传递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化 •热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热、冷凝、蒸发等 •传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研 究 如：蒸馏、吸收、萃取、浸取…
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：
2017/7/22
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：
整个生产过程 某一设备
B：衡算基准
连续操作：单位时间
间歇操作：一个生产周期 系统中的所有物料 某一个组分
C：衡算对象
D：确定累积量；对定态过程，积累为零。
E：列式
2017/7/22
G G I 0
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从 12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸 出5%的水分。试求： （1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；
2017/7/22
三：化工原理处理问题的方法
1：物料衡算
依据——质量守恒定律
输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统 中积累的物料质量。
GI G0 G A ——物料衡算的通式
G ——输入物料的总和 I
G0 ——输出物料的总和
2017/7/22
衡算步骤
A：画简图并确定衡算范围
2017/7/22
主要参考书： 《化工原理学习指南》 天大：柴诚敬 夏清 主编
高等教育出版社
《化工原理800例 》 王湛 主编 国防工业出版社 《化工原理全程导学及习题全解》 范文元 王钰 主编 中国时代经济出版社
《化工原理例题与习题》 其他 类似书目及教材
《化工生产仿真实训》 徐宏主编
化学工业出版社
•热质传递过程 ——遵循传质、传热基本规律， 如：干燥、增减湿、结晶
2017/7/22
二： 化工原理学科性质与研究方法 1：学科性质——工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的 物理过程 2：研究方法——工程方法
因次分析法 ——直管湍流阻力
数学模型法 ——双膜模型的建立 参数综合法 ——过滤常数 当量法 类比法
要求：结合进度作仿真实验（必做）
2017/7/22
实验楼103室
2017/7/22
——当量直径、当量长度等
——动量、热量、质量传递的类似律
3： 化工原理的学习目标和研究方法 1）：目标 操作：如何根据基本原理发现操作上可能出 现的各种不正常现象，寻找原因并采取相应的调
节措施。
选择：为了达到或实现某一工程目的，对过程 和设备作合理的选择和组合。 设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的 设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过 必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。
x2=0.3
选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，
间歇操作以一批操作为基准）
由于连续操作，以1小时为基准。
2017/7/22
确定衡算对象 此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的NaOH溶液量 B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。 对盐作物料度，并规定0℃时液态的焓值为零。
3：过程的平衡和速率关系
①：平衡问题
过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极 限程度。 平衡是一个动态的过程。
2017/7/22
② ：速率 过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。 过程的速率表示为： 过程的速率＝推动力／阻力 推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离， 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的 体现。
F0 x0 F1 x1 F0 W1 F1
5000 0.12 F1 x1
对总物料作衡算：
代入已知数据，得：
解得：
5000 1463 .4 F1 F1 3536 .6kg / h
x1 0.1697 16.97%
2017/7/22
2． 热量衡算 依据：能量守恒定律
2017/7/22
发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发一个 新单元操作，寻本求源。 2）：学习方法 化工原理的研究对象 各单元操作的基本理论、过程计算和典型设备 其中基本理论包括：理论基础、平衡关系和速率关系 其中过程计算包括：物料衡算、能量衡算、平衡关 系和过程速率关系及其相结合进行的操作型计算和 设计型计算。
Q0 Q3 Q4 47.8 284.8 332.6kw
根据能量衡算式，有： QI Q0 QL
QL QI Q0 346.3 332.6kw 13.7kw
13.7 热量损失的百分数= 6.54% 257.3 47.8
2017/7/22
5000 F2 W1 W2
代入已知数据，得： 5000 0.12 0.3F2
F2 2000 kg / h
W1 W2 3000 kg / h
由题意知 W2 1.05W1
W1 1463 .4kg / h
2017/7/22
W2 1536 .6kg / h
求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡 算范围。 对盐作物料衡算：
一、化工原理课程简介
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
2017/7/22
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
2017/7/22
例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg· ℃）的某溶液自 25℃加热到80℃，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120℃的饱 和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和 水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百 分数。 解：根据题意画出流程图
（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。
2017/7/22
W1
F0=5000kg/h F1
W2 F2
x0=0.12
蒸发器1
x1
蒸发器2
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s
换热器
80℃溶液 1.0kg/s 120℃饱和水 0.095kg/s
2017/7/22
基准：1s 在图中虚线范围内作热量衡算 从附录查出 120℃饱和水蒸气的焓值为 278.9kJ/kg，120℃饱 和水的焓值为503.67kJ/kg。 在此系统中输入的热量： Q Q Q I 1 2 蒸气带入的热量： Q 0.095 2708.9 257.3kw
即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的
总热量与损失的热量之和。
Q Q Q I 0 L
或写成
I
——热量衡算通式
0
(wH ) (wH )
QL
2017/7/22
热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，即
确定衡算范围、衡算对象及衡算基准然后列衡算式
注意：焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上
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
2017/7/22
2：单位换算
换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量
（包括单位在内）的比值 常用的换算因子见附录二：表1、2 3：单位的正确运用 理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理