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1、,化工原理,1 化工过程及单元操作,不同产品的生产过程使用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。,化工工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成生活资料的工业。,化工生产 ：(1) 化学反应过程：如食品风味的形成 (2) 物理加工过程,这些基本的物理过程称为单元操作。,绪 论,若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质。,同一产品生产过程中可能会饱含多个相同的的单元操作。,单元操作用于不同的生
2、产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通用。,单元操作的应用及特点,单元操作举例,工艺流程图,加工现场,乳品工程原理解析,单元操作按其理论基础可分为下列三类：,上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”。,（1）流体流动过程（fluid flow process）: 包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。,（2）传热过程（heat transfer process）: 包括热交换、蒸发等。,（3）传质过程（mass transfer process）: 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。,单元操作的分类,动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动量传递
3、，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去研究。,热量传递(heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用热量传递的理论去研究。,质量传递(mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，到可以用质量传递的理论去研究。,三传理论,流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递现象， 如干燥、精馏等。,“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。 同时，“三传
4、理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础。,2.2 课程内容,2.1 课程性质,化工原理是生物、化学、食品工程等工科专业的专业基础课。 先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。,本课程主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。,2 课程性质、内容及任务,主要任务是：,介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选型及实验研究方法； 培养学生运用基础理论分析和解决化学工程单元操作中各种工程实际问题(计算、选型及实验研究方法)的能力。,2.3 课程任务,3.1 单位制,国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位
5、构成的。,3 单位与单位换算,3.2 因次,法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号L、M、T、表示，则导出量可由这些基本量的符号组合而成。,例：速度LT1 加速度LT2 力MLT2,若某物理量以MaLbTc表示，则称它为该物理量的因次或量纲（dimension）（严格地说，指数a、b、c称为因次，MaLbTc称为该物理量的因次式或量纲式）。它表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。当abc0时，时M0L0T01，称为无因次（dimensionless）。,3.3 单位换算,同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。,通用气体常数 R0.08
6、206Latm/molK8.313J/molK,物料衡算； 能量衡算； 物系的平衡关系； 传递速率； 经济核算。,4 单元操作中常用的基本概念,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,对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为,输入量输出量累积量,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。,4.1 物料衡算（material balance）,物料衡算的步骤：,（1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。,（2）规定衡算基准，一般选
7、用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。,本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。 热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。,4.2 能量衡算（energy balance）,平衡状态是自然界中广泛存在的现象。,平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。,以食盐的溶解和结晶为例：,食盐浓度饱和浓度：结晶 食盐浓度饱和浓度：溶解,该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。,4.3 物系的平衡关系(relationship of system balance),不饱和食盐溶
8、液：溶解速率（单位时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。 饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零,以食盐的溶解为例：,4.4 传递速率（rate of transfer process）,溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力（driving force）。,颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。,原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对流。其结果能减小溶解过程的阻力（resistance）。,此关系类似于电学中欧姆定律。,过程的传
9、递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即,过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以变小。,本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优经济效益作为最终的设计方案。,效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。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。,4.5 经济核算(economic evaluations),任何一个科研成果都要通过工程技术才能得以大规模生产，才能实现它的社会价值，造福于广大的
10、人民群众。,化工原理是将实验室科研成果转入工业化生产的基础理论课程。,绪论完,参考书,1 天津大学化工原理教研室编，化工原理上、下册，北京：天津科技出版社1983。 2 上海化工学院等编，化学工程一、二册，北京：化学工业出版社，1980。 3. 谭天恩等编，化工原理上、下册，北京：化学工业出版社1984。,3.期刊 1 农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报编辑部出版，全国中文核心期刊。（EI收录） 2 农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：农业机械学报编辑部出版，全国中文核心期刊。（EI收录）,3 食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊 4
11、食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技编辑部出版，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。 5 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办，北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。 6 中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报编辑部出版，全国食品工业类中文核心期刊。 7 华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文核心期刊。 8 化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程编辑部编辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。 9 粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食
12、与饲料工业杂志社出版，中文核心期刊。 10 Cereal Chemical 11 Journal of Food Science 12 Journal of Food Engineering 13 Transactions of the American Society of Agriculture engineering 14 Journal of Text Study,返回,1 化工原理网上自学教材 2 化工原理实验室近年主要成果及奖励 化工原理多媒体课件 3 化工原理概念题导师系统 4 清华大学1998年研究生入学考试：化工原理试题 . 5 化工原理自学考试大纲 6 天津大学1999硕士入学化工原理试题 7 化工原理网上课堂 8 化工原理网络多媒体课件系统 9 2000年中国矿业大学硕士生入学考试化工原理试卷 10 1999山东大学化工原理试题 11 化工原理期末复习提要 12 重金求购石油大学物化和化工原理试题 13 2000年南京理工大学硕士生入学考试化工原理试卷 14 中国科学院过程工程研究所2000化工原理试题 15 化工原理网上课堂 16 上海交通大学研究生院 17 南京工业大学2002年硕士研究生入学考试化工原理 . 18 中国科学技术专家传略 19 山东农业大学-食品学院,4.相关网站,乳粉厂工艺流程图,返回,乳品加工现场,返回,乳品加工现场,
