化工原理第二版上册

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1、化 工 原 理,彭 军 霞,教 材,柴诚敬, 张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005 W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001,参 考 教 材,目 录,绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 非均相混合物分离及固体流态化 第四章 液体搅拌 第五章 传热 第六章 蒸发,教 学 目 的,通过绪论的学习，

2、应了解化工原理课程的主 要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。,绪 论,目 的 与 要 求,化工原理课程的内容和特点,绪 论,化工原理课程内容 单元操作的分类和特点 化工原理的研究方法 化工过程计算过程的理论基础 本课程的学习要求,单位和单位制度 单位换算,单位制度及单位换算,主 要 内 容,化学工业： 化学工业是将自然界中的各种物质资源通过物理和化学的方法加工成具有规定质量的 物质的工业。 化学工业是一个包含多个行业的工业部门。 化学工业包括石油炼制和裂解、煤焦化及煤焦油工业、基本有机合成工业、高分子合 成、 氯碱、 制酸、化肥、以

3、及精细化学工业等。,1. 化工原理课程内容,化学工程：研究化学工业和其他过程工业 生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门 工程学科。 化学工程是一门工程技术学科，它研究化工产品生产过程的基本规律，并运用这些 规律解决化工生产中的问题。,绪论 化工原理课程的内容和特点,科 学 实 验,化学家,化工专家,绪论 化工原理课程的内容和特点,化学工程发展的四个阶段,绪论 化工原理课程的内容和特点,绪论 化工原理课程的内容和特点,绪论 化工原理课程的内容和特点,Companies in the 21st century,2. 单元操作的分类和特点,分类：1. 流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅

4、拌 2. 传热过程： 换热、蒸发 3. 传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、吸附、离子交换、膜分离 4. 热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥,绪论 化工原理课程的内容和特点,特点：化工原理是一门实践性很强的工程学科。单元操作的研究内容包括“过程” 和“设备”两个方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程 和它们的结合。三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的联系。传递 过程是联系各单元操作的一条主线。,包括流体输送、沉降、 过滤、离心分离、搅拌、固体流态化等,以流体力学为基础,以热量传递理论为基础,以质量传递理论为基础,化工生产中，主要的单元操作可以归纳

5、为三类：,绪论 化工原理课程的内容和特点,包括加热、冷却、蒸发等,包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等,3. 化工原理课程的研究方法,实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。,绪论 化工原理课程的内容和特点,数学模型法（半经验半理论方法）： 在对实践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。 研究工程问题的方法是联系各单元操作的另外一条主线。,4. 化工过程计算的理论基础

6、,绪论 化工原理课程的内容和特点,基本关系,稳定过程和不稳定过程,物料衡算 质量守恒 能量衡算 能量守恒 平衡关系 过程方向及程度 过程速率 过程难易,5. 本课程的学习要求,学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力 (2)工程设计能力 (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 (5)实验能力,绪论 化工原理课程的内容和特点,1.单位和单位制度,绪论 单位制度及单位换算,(1) 基本单位和导出单位 基本单位: 质量、长度、时间和温度 导出单位: 速度、密度、加速度,(2) 绝对单位制和重力单位制 绝对单位制: 长度、质量、时间 重力单位制: 长

7、度、时间、力,(3) 国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过 的一种单位制。,(4) 中华人民共和国法定计量单位 在SI制基础上制定的，又规定了一 些我国选定的单位（见附录一）。,SI基本单位:,绪论 单位制度及单位换算,共存单位： 国际单位制（SI制）; 物理单位制（CGS制）；公制（MKS制）；工程单位制（at制）,工程单位制（at制）：以长度（米）、时间（秒）和力（公斤力）为基本单位，质量为导出单位。,绪论 单位制度及单位换算,一物体在1kgf的作用下，得到1m/s2的加速度，该物体的质量为1质量工程单位（kgf.s2/m）,1质量工程单位=,1质量工程单位的数值相当

8、于SI质量的9.81倍,几种单位制比较,绪论 单位制度及单位换算,2. 单位换算,单位换算的方法（连接单位法） 1.先查出同一因次不同单位制的换算系数，写成比例形式。 2. 将需要换算的量和单位根据其间的关系写成数字附带单位连乘、连除的式子，再进行运算。,绪论 单位制度及单位换算,单位换算的原则： 属于不同因次的单位，不能进行加减乘除等数学运算，相同因次而不同单位要运算时，须先将其转换成相同的单位，才能进行加加减乘除等数学运算。,（1）物理量的换算 基本物理量中为1m物理单位制中100cm英制3.2808ft,（2）经验公式（或数字公式）的单位换算,（a）物理方程,（b）经验方程 （例如：换算

9、方法见例02）,绪论 单位制度及单位换算,（1） 物料衡算 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 输入量输出量累积量 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积 累。则物料衡算关系为 输入量输出量 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。,3. 几个基本概念,绪 论,1、画出流程示意图，标出物料流向与流量、组成等； 2、用虚线划出衡算范围； 3、定出衡算基准； 4、列出衡算式并求解。,物料衡算可按下列步骤进行：,绪 论,（2）能量衡算,在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设

10、备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。,能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完备的物料衡算后才能作出能量衡算。,能量衡算依据于能量守恒定律：,输入的能量 = 输出的能量+积累的能量,绪 论,(3) 平衡关系,平衡是在一定条件下物系变化可能达到的极限。 通过平衡关系可以判断过程能否进行，及进行的方向和能达到的程度。 平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意义。,绪 论,(4) 过程速率,化工原理中涉及传热速率和传质速率，称为过程速率。 过程速率的大小，直接影响设备的尺寸大小，生产能力及经济效益等。过程速率是过程推动力和过程阻力的比值,绪 论,（5） 经济核算 (Economical acc

11、ounting),为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。,绪 论,化工开发过程的程序和步骤,绪 论,1.1 流体的重要性质 1.2 流体静力学 1.3 流体流动概述 1.4 流体流动的基本方程 1.5 动量传递想象 1.6 流体在管内流动的阻力 1.7 流体输送管路的计算 1.8 流量的测量 1.9 非牛顿流体的流动,第一章 流体流动,第一章 流体流动,学习目的与要求 通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律分析和

12、计算流体流动过程中的有关问题。,第一章 流体流动-流体的重要性,2. 流体的密度,密度：流体空间某点上单位体积流体的质量,流体的密度是位置(x,y,z)和时间的函数,在SI单位中， 的单位为kg/m3，常见密度的见附录,气体混合物，混合前后质量不变,液体混合物，混合前后体积不变,混合物的密度：,纯物质的密度： 液体：基本不随压力变化（极高压力除外），随温度略有变化。 气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理想气体状态方程计算,组分的质量分数,组分的体积分,第一章 流体流动-流体的重要性,3. 流体的可压缩性,或,流体的可压缩性通常用体积压缩系数来表示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单位

13、时，流体体积的相对缩小量,体积压缩系数,v是单位质量流体的体积（流体的比容：m3/kg）,第一章 流体流动-流体的重要性,不可压缩流体,可压缩流体 0 的流体为可压缩流体 气体在一般情况下是可压缩流体,需要指出，实际流体都是可压缩的，不可压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些流体所作的假设而已。,不可压缩流体 =0 的流体为可压缩流体 大多数液体可视为不可压缩流体。 值越大，流体越容易被压缩。,第一章 流体流动-流体的重要性,4. 流体的黏性,（1）牛顿黏性定律,黏性：流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作用的，这种相互抵抗的作用力称 为剪切力，流体所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质

14、称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于静止还是流动，都具有黏性。,图 平板间黏性流体的速度变化,上板以恒定速度沿x的正方向运动,第一章 流体流动-流体的重要性,实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体层之间作用的剪切力 与两流体层的速度差及其作用面积 成正比，与两流体层之间的垂直距离 成反比,单位面积的剪切力称为剪切应力（内摩擦力，以表示）,牛顿黏性定律,第一章 流体流动-流体的重要性,牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体 所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流体，如水、空气等。,非牛顿型流体(non-Newtonian fluid) 凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体(non-Newtonian fluid)。 某些高分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于非牛顿流体。,第一章 流体流动-流体的重要性,由于P的单位较大，一般以泊的1/100的厘泊（cP）来表示黏度。,在SI单位制中，黏度的单位为Pas，,在物理单位制上，其单位为P（泊），,（2）流体的黏度,第一章 流体流动-流体的重要性,SI单位为m2/s；在物理单位cm2/s（St，斯），1St = 100 cSt (厘斯)=10-4 m2/s,运动黏度,理想流体,（3）理想流体与黏性流体,的流体,第一章 流体流动-流体的重要性,