天津大学化工原理第1讲-绪论概要

面向专业：化工与制药类主讲教师：胡建明联系方式：Tel：[phone]E-mail:[e-mail]邵阳学院生化系《化工原理》第1讲绪论教学内容：（1）课程简介：介绍《化工原理》课程的性质、地位、教学目的与要求及主要教学内容。（2）化工过程与单元操作。（3）单位制度与单位换算。教学重点：单元操作的概念，单位制度及单位换算。教学难点：单位换算。1、《化工原理》课程简介(1).地位、性质：《化工原理》是化学工程类专业的一门重要的专业技术基础课程，以高等数学、物理化学、工程制图等课程为基础，并为后期专业课（如分离工程、反应工程、化工工艺学等）的学习和今后的工作打下坚实的基础。(2).目的和任务：《化工原理》是以单元操作为主线，研究单元操作的基本原理、所用典型设备的结构、设备工艺尺寸的设计计算或选型。①掌握单元操作通用的学习方法和分析问题的思路，培养理论联系实际的观点方法；能对工业单元操作进行调节并优化；对工业装置进行工艺计算、对主要设备进行设计与选型；②学会以经济核算为杠杆，增加解决工程实际问题的能力。(1).化工生产过程---对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质上也发生变化，成为合乎要求的产品。2、化工原理研究的对象（化工生产过程单元操作）各种前处理原料化学加工各种后处理产品、中间产品物理变化过程目的：除去杂质，达到必要的纯度、温度和压力化学变化过程(反应过程)：通过化学反应生成新的物质分离过程（物理变化过程）：过滤、精馏、吸收、干燥等例：nC2H4［C2H4］n(2).单元操作分析：各种化工过程差别很大，步骤繁简不一，但寻找其共性，则可归纳为两大类：A：以化学反应为主的步骤，多在反应器中进行，如：管式反应器、反应釜、合成塔等。B：以物理变化为主的步骤→单元操作(unitoperation)定义：化工生产过程中的物理加工过程称为单元操作。----即为化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)所要研究的对象与内容。(3).单元操作的特点①他们都是物理性操作，故只改变物质的状态和物理性质，不改变化学性质。②他们都是化工生产中共有的操作，但不同的化工过程所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异。③某单元操作用于不同的化工过程，其原理并无不同，进行该操作的设备往往也是通用的。☆常见单元操作有：流体输送、沉降、过滤、离心分离、搅拌、传热、蒸发、吸收、精馏、萃取、结晶、干燥、膜分离等。(4)．单元操作的分类1）按单元操作的目的分类①物料的增压、减压和输送；②物料的混合或分散；③物料的加热或冷却；④混合物（均相混合物、非均相混合物）的分离。2）根据单元操作所遵循的基本规律分类①遵循流体动力学基本规律的动量传递过程(momentumtransferprocess)。以流体力学为基础，研究流体流动及流体和与之接触的固体壁面间发生相对运动时的基本规律。典型的单元操作有：流体输送、沉降、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化等。②遵循传热基本规律的热量传递过程(heattransferprocess)。以热量传递理论为基础，研究传热的基本规律。典型的单元操作有：加热、冷却、冷凝、蒸发等。(4)．单元操作的分类③遵循传质基本规律的质量传递过程(masstransferprocess)。以质量传递理论为基础，研究物质通过相界面发生迁移过程的基本规律。典型的单元操作有：蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等。3、研究方法：“两条主线”（1）统一的研究对象——传递过程动量传递过程（单相或多相流动）；热量传递过程（简称）传热）；质量传递过程（简称传质）。传递过程成为统一的研究对象，也是联系各单元操作的一条主线。“三传”+“一反”构成各种化工工艺制造过程。（2）研究工程问题的方法每个单元操作都是在特定的设备中完成的，设备复杂的几何形状和多变的物性及各种不确定因素的干扰，不可能对实际过程进行准确的数学描述。由此产生了两种基本的研究方法：实验研究方法------实验法或经验法数学模型法------半理论半经验的方法4．学习本课程的总体要求（1）能理论联系实际用工程和经济观点解决化工单元操作中的各类问题。（2）会筛选出合理的单元操作，完成给定的生产任务。（3）在设备设计工作中会寻求和应用所需的数据或公式。（4）能管理和调试运转的设备，遇到故障时通过分析能找出原因并及时排除故障。（5）具有独立进行科学研究和强化设备的能力。（6）初步具有开发新设备和新的单元操作能力。注意：①要理论联系实际；②过程原理与设备并重；③掌握研究解决问题的方法。5、单位制度（无单位的数字毫无意义）(1)．单位制度单位制：基本单位与导出单位的总和。基本单位：在每一种单位制中，选择几个独立的物理量，规定其单位，称为基本量。基本量的单位称为基本单位。导出单位：通过基本单位而导出的单位称为导出单位。①物理单位制（cgs）：cm、g、s②国际单位制（SI）：m、kg、s、K、mol、cd、A③工程单位制：m、kgf（公斤力）※注意：①②属绝对单位制系统——以质量为基本单位③属重力单位制系统——以力为基本单位A、基本单位7个。其中：力学范畴—m、kg、s；热力学范畴—K；化学和分子物理学范畴—mol；光学范畴—cd（坎德拉，简称“坎”，表示发光强度）；电学范畴—A。B、常用的导出单位：Pa·s（粘度）、Pa（N/m2）（压强）、m/s（速度）J(N·m)（能量）（热、功）、W（J/s）（功率）等。C、常用冠词表示倍数或分数：M（106、兆）、K（103、千）、h（102、百）、da（101、十）、d（10-1、分）、c（10-2、厘）、m（10-3、毫）、μ（10-6、微）、n（10-9、纳）。SI制：6、单位换算(1).单位制度的正确运用①统一单位制度：数据+单位计算。理论公式—根据物理规律建立的物理量方程。②规定单位：数据计算经验公式—根据实验结果整理建立的。(2).单位换算方法①根据换算因数换算：适用于简单物理量的换算。②单位逐个换算：将复杂的单位分解成简单的单位逐个换算。适用于导出单位。例0-1：从已有资料中查出常温下苯的导热系数λ为0.0919BTU/（ft·h·℉），试从基本单位开始，将苯的导热系数单位换算成W/(m·℃)。43600FF10.0919/3.28080.0919111.819.486100.159/(0.159/(SBTUBTUfthftBTUhJfthmJmSWm。。。）F（℃℃)℃)解：单位换算时，一般先从附录二查出原单位与要换算的新单位间的关系，即单位换算因子。由附录二查出：1m=3.2808ft，1J=9.486×10-4BTU，1℃=1.8℉，1h=3600S，则：例0-2：管壁对周围空气的对流传热系数经验公式为：0.60.40.026GD式中——管壁对周围空气的对流传热系数BTU/（h·ft2·℉），G——空气的质量速度，lb/(ft2.h);D——管子外径，ft。试对上式进行换算，将单位改为国际制单位。2222'2'2211110.001356/()2.204620.304836000.001356/()/()0.001356lblbkgfthkgmsfthfthlbmslbGGGkgmsGkgmsGfth解：查附录得：1kg=2.20462lb,1ft=0.3048m,1h=3600S,1BTU=1.055×103J,1℃=1.8℉(1)质量速度G的换算''10.3048;0.3048;0.3048DftmDftDmDmD(2)外径D的换算(3)对流传热系数α的换算2322222'2136001'5.678FFFF11.0551011.8110.30485.678/(5.678/(5.678/(/(BTUSftBTUBTUJhhfthftmJmSWmBTUWmWmhft。。。。℃℃)℃)℃)=℃)=0.60.40.60.4'''0.026'4.824''5.6780.0013560.3048GDGD0.60.40.026GD将（1）（2）（3）代入：课堂练习12222225259.81111.03310.011.0339.811001.01310/1.01310()kgfNcmatmcmkgfmkgfNcmcmkgfmNmPa一标准大气压(1atm)的压强等于1.033kgf/cm2，将其换算成SI制单位。解：1kgf=9.81N，1cm=0.01m，则：课堂练习2222222224.18110.05/(0.0510.010.054.181002130/()calJcmcalcmScmscalmKcalJcmcmscalmKWmK℃℃)℃1℃℃已知某一传热过程的传热系数为0.05cal/(cm2.s.℃)，试将其换算成国际制单位W/（m2·K）。解：1cal=4.18J，1cm=0.01m，1℃=1K（温差）1℃=273.15+1（K）（温度）课外练习：1、作业:教材P8第3题2、预习第一章第一节小结：本次课的教学目的与要求：了解《化工原理》课程的性质、地位、目的与要求。掌握单元操作的概念及其在化工生产过程中的地位和作用。熟练掌握单位制度及单位换算方法。