化工原理绪论.

1化工原理教师:徐光年电话:[phone]E-mail:[e-mail]:273914642PrinciplesofChemicalEngineering化工原理2教学计划课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本，但对教材中的内容有所增减，自成体系。实验教学：通过验证性实验来提高学生对所学理论的理解。实验项目：流体流型测定、流体流动阻力测定、离心泵特性曲线、传热系数测定。作业要求：(1)准备两个作业本，每周五交，抄题3(2)计算题求解步骤和要求（也适用于考试）：a.一般要画出简图；b.解题步骤层次清晰，公式要准确；c.已知数据要代入公式；d.计算结果(要求保留2位或3位有效数字），有单位要写清楚。总成绩统计方法：(1)课堂考勤10%（旷课一次扣3分，超过3次没有考试资格）；(2)作业10%（无故不交和迟交作业一次扣3分，超3次者，没有考试资格）；(3)期末闭卷考试，60%；(4)实验20%（预习、实验报告各占5%、平时现场操作占10%）。4学时/学分（理论48+实验16）/(3+1）0绪论21流体流动102流体输送机械43沉降与过滤64传热65吸收66蒸馏87干燥65尿素生产装置6重油的催化裂化流化床反应器7搅拌釜式反应器8邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器9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。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。化工原理主要内容理论基础课程学习工程学科概括10化工生产过程与单元操作对物料进行大规模的物理或化学加工的过程称为化学工业生产过程，简称化工过程。尽管用不同原料生产不同的产品的化工过程相差很大，但它们都是由若干个简单过程（单元操作）按一定的顺序和方式组合而成的。单元操作：指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。单元操作一般占整个化工过程的80%左右。本课程的研究对象就是各种单元操作，包括两个方面：过程和设备。11基本化工过程原料预处理反应后处理产品化学反应工程化工原理12基本制药过程原料预处理反应后处理原料药有机合成反应工程学化工原理(单元操作)产品制剂药剂学制药工程学柠檬酸生产工艺流程白薯干粉碎发酵反应过滤中和过滤酸解过滤产品石灰乳CaCO3净化H2SO4废糖液浓缩结晶离心干燥菌体、残渣10个主要环节中单元操作占9个14研究各种单元操作的基本原理，典型设备的结构和性能，工程和设备的基本计算方法，选择适当的操作条件，探索过程的强化途径和方向。其目的是满足工艺要求。1、化工原理课程的任务一、化工原理课程的任务、内容、性质、特点15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动量传递搅拌混合或分散气-液、液-液、固-液输入机械能过滤非均相混合物分离气-固液-固尺度不同的截留沉降非均相混合物分离气-固液-固密度差引起的沉降运动加热冷却升温、降温改变物态液或气利用温度差传入或移出热量热量传递蒸发溶剂与不挥发溶质的分离液体供热以汽化溶剂——具体的单元操作2、化工原理课程的内容16化工常用单元操作(续)单元操作目的物态原理传递过程气体吸收均相混合物分离气体混合物各组分在溶剂中的溶解度不同质量传递液体精馏液体混合物各组分挥发度不同萃取液体混合物各组分在溶剂中的溶解度不同吸附液或气各组分在溶剂中的吸附能力不同干燥去湿固体供热汽化热、质同时传递17单元操作特点(1)都是物理加工过程。(2)都是化工生产过程中的共有操作。(3)用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理相同，设备通用。例如：流体输送是一种单元操作。基本原理是：流体力学。所用设备是：泵或风机、管道等。它的作用是：将流体从一个地方输送到另一个地方。183、性质技术基础课、专业基础课工程学科实用性经济性理论与经验相结合的工程研究方法4、特点实验研究─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。利用实验测取各个变量之间的关系。非常繁琐。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。19π定理当一物理现象可由n个物理量的函数关系来描述，而这些物理量包括有m种基本因次时，则可以用因次分析的方法获得(n-m)个无因次数群。而这个现象的特征可以用这(n-m)个无因次数群的关系形式来表示。这即π定理，是因次分析的基本定理，它是由Bucking-ham于1914年根据物理方程式因次和谐的原理导出的。20数学模型法─半经验半理论方法在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。21课程研究主线用研究工程问题的方法解决传递过程中的实际问题，是化工原理课程研究的主线。不同的单元操作的组合传递过程成千上万的具体工艺过程22二、四个基本概念1、物料衡算——质量守恒定律在化工过程中的应用稳定过程中：进入的能量=排出的能量2、热量衡算——能量守恒定律在化工过程中的应用稳定过程中：进入的物料量=排出的物料量3、平衡关系——说明过程进行的方向和所能达到的极限在一定的T、P下，相平衡时两相浓度有着确定的关系4、过程速率——快慢程度，关系到生产过程设备的大小过程阻力过程推动力过程速率231、物料衡算设计设备尺寸之前，要确定所处理的物料量研究方法：（1）划定衡算范围（确定研究系统）；（2）定出衡算基准。非稳态过程输入＝输出＋积累系统输出输入积累系统输出输入稳态过程积累＝0输入＝输出24考虑进出设备的物料本身的焓，与从外界加入或外界送出的热。有化学反应时则还包括反应所吸收或放出的热（反应热）。（1）划定衡算范围（确定研究系统）；（2）定出衡算基准：物料基准、温度基准。2、热量衡算研究方法：非稳态过程输入＝输出＋积累系统输出输入积累系统输出输入稳态过程积累＝0输入＝输出253、物系的平衡关系物系的平衡可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的极限。当设备或系统内过程达到平衡时，过程就会停止，平衡状态是过程进行的极限。264、过程速率任何一个物系，如果不是处于平衡状态，必然存在一个趋向平衡的过程，而过程的快慢即过程的速率受多方面的影响。过程阻力过程推动力过程速率过程的推动力依具体过程有所不同，它可以是压差、温度差或浓度差等。过程速率反映了过程进行的快慢程度。27过程速率决定设备的生产能力。过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比。过程的推动力是该过程距平衡的差额，它可以是压力差，温度差或浓度差等。如流体流动时加大压差，热交换时提高温差，传质、反应时提高浓度差均可增大过程推动力，从而提高过程速率。28提高过程速率也可以通过减少过程阻力来实现。如流体输送时加大管径，对流传热时附加搅拌，传质时提高流体的湍动程度，多相传质时降低扩散阻力，反应时用催化剂降低反应的活化能等。29美国气象卫星的“失足”——计量单位的重要性1998年2月，美国宇航局nationalaeronauticsandspaceadministration)（NASA）发射探测火星气象的卫星失事。预定于1999年9月23日抵达火星，然而卫星没有进入预定的轨道。问题出在有些资料的计量单位没有把英制转换成公制，错误起自承包工程的洛克希德马丁航天公司。这个“小错误”造成的损失:仅卫星的造价就高达1.25亿美元。三、单位及单位换算30单位制基本单位长度质量时间温度物质的量力SImkgsKkmolN工程ms℃kgfcgscmgsmksmkgs英制ftlb℉s31物理量的换算：物理量=数值·单位压力的单位（最多，一定要清楚）1atm=101300N/m2=101.3kPa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg1at=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=0.9807bar=9.807×104Pa常温下水的密度:r=1000kg/m3=1g/cm3=62.4lb/ft3当物理量A=物理量B时，其换算因子：1=物理量A/物理量B32华氏度(fahrenheit)和摄氏度(Centigrade)都是用来计量温度的单位。包括中国在内的世界上很多国家都使用摄氏度，美国和其他一些英语国家使用华氏度而较少使用摄氏度。华氏度（°F）：温度的一种度量单位。华氏度是以其发明者德国人GabrielD.Fahrenheit（华伦海1681—1736）命名的，当大气压为1.01×105Pa时，水的结冰点是32°F，沸点为212°F。1714年他发现液体金属水银比酒精更适宜制造温度计，以水银为测温介质，发明了玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。33“华氏温标”是经验温标之一。在美国的日常生活中，多采用这种温标，用字母“F”表示．例如：水的冰点为32℉，沸点为212℉。换算摄氏温度（℃）和华氏温度（℉）之间的换算关系为：华氏度(℉)=32+摄氏度(℃)×1.8，34四、化工原理课程的目的(培养四种能力）1、培养单元操作和设备选择的能力：根据生产工艺要求和物系特性，合理地选择单元操作及设备。2、工程设计能力：学习进行工艺过程计算和设备设计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掌握规律诊断过程开发工艺强化操作创新设计35五、主要参考书籍1、柴诚敬、夏清主编，《化工原理学习指南》高等教育出版社，2007，第1版2、姚玉英等编，《化工原理学习指南-问题与习题解析》天津大学出版社，2003，第1版3、蒋维钧等编.《化工原理》.清华大学出版社，200336六、化工原理学习应注意2、重视例题，掌握基本解题思路和计算方法，计算要准确。3、注意本课程的性质、特点，计算结果除了准确，还要从工程的角度考虑其结果的合理性与经济性。5、重视附录及教材中图、表、经验数据的使用，已知数据要扩展6、与计算机学习结合，有些习题可编程解决或直接利用EXCEL计算、做图。4、重视实验，注意观察管路、设备的结构，增加感性认识。1、课时少，内容多，加之以多媒体教学，每节课信息量大，且第一次接触工程内容，学习有一定难度，所以最好要有预习，必须复习。37重力沉降含尘气体净化气体颗粒降尘室操作示意图38离心沉降39另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。单元操作分类：（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）。（2）遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。（3）遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看，这些操作都可将混合物进行分离，故又称之为分离操作。（4）同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。小结40单元操作之特点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；共同的研究对象——传递过程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；3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；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。小结41无机化学分析化学有机化学物理化学应用化学高分子化学化学教育科学实验化学家化工生产化工原理传递过程反应工程（还有：分离工程、化工热力学、系统工程）化工专家合成氨硫酸制造氯碱工业石油化工精细化工制药业制糖业水泥、玻璃制造业小结化工原理在社会生产中的作用42•化工生产过程的