《化《化 工工 原原 理》理》（上（上 册）册）章汝平主讲1 教 材n柴诚敬主编n普通高等教育“十五”国家级规划教材n化工原理（上册）n北京: 高等教育出版社n2005年6月（第一版）2 (1) 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 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005(3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001参 考 教 材3 通过绪论的学习，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学习目的与要求 绪 论4 0.1 化工原理课程的内容和特点 绪 论5 化学工业和化学工程化学工业和化学工程n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。
法加工成具有规定质量的物质的工业 n 化学工程是一门工程技术学科，它研究化工产品生产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过程的基本规律，并运用这些规律解决化工生产中的问题n化学工业是一个包含多个行业的工业部门化学工业是一个包含多个行业的工业部门n化学工业包括石油炼制和裂解、煤焦化及煤焦油工业、基本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、以及精细有机合成工业、高分子合成、氯碱、制酸、化肥、以及精细化学工业等化学工业等n产品归纳起来可分为产品归纳起来可分为25类类n化工产品根据技术密集高低、附加值利润大小、品种类型、化工产品根据技术密集高低、附加值利润大小、品种类型、产量多少、更新速度快慢以及应用范围不同又可分为两大类产量多少、更新速度快慢以及应用范围不同又可分为两大类n一类是通用化学品，另一类是精细化学品一类是通用化学品，另一类是精细化学品6 n化工产品种类繁多，制取的化工原料却有限化工产品种类繁多，制取的化工原料却有限n可分为无机和有机原料两大类可分为无机和有机原料两大类。
n无机原料主要有空气水和化学矿物；有机主要是煤、石油、无机原料主要有空气水和化学矿物；有机主要是煤、石油、天然气和生物质等天然气和生物质等n原料选择原则原料选择原则n1、考虑原料品位能否满足生产要求，来源是否充足稳定可、考虑原料品位能否满足生产要求，来源是否充足稳定可靠n2、分析原料的经济性要对原料路线和工艺路线的技术经、分析原料的经济性要对原料路线和工艺路线的技术经济指标权衡济指标权衡n3、从综合利用原料资源考察原料使用合理性从综合利用原料资源考察原料使用合理性n在遵守国家有关资源保护的法令和条例，兼顾联合审查、发在遵守国家有关资源保护的法令和条例，兼顾联合审查、发产品回收及三废处理等方面尽可能提高原料利用率发挥原料产品回收及三废处理等方面尽可能提高原料利用率发挥原料单位相互力所能创造的经济效益单位相互力所能创造的经济效益7 化学工业特点化学工业特点n(1)化学工业是独特、不可取代的工业部门化学工业是独特、不可取代的工业部门n(2)化工产品品种繁多，工艺复杂化工产品品种繁多，工艺复杂n(3)是装置型工业，具有规模经济性是装置型工业，具有规模经济性n(4)是资金密集，技术密集的工业部门是资金密集，技术密集的工业部门n(5)是能耗大户是能耗大户n(6)易污染、重污染的工业部门易污染、重污染的工业部门8 化学工程的发展化学工程的发展化学工程发展的四个阶段化学工程发展的四个阶段化学工程发展的四个阶段化学工程发展的四个阶段9 n化学工业领域的地位化学工业领域的地位10 化工原理课程内容化工原理课程内容化工生产过程 化学反应 单元操作反应工程化工原理三传一反11 化工生产过程分析化工生产过程分析前处理前处理前处理前处理( (预处理预处理预处理预处理) )化学反应过程化学反应过程化学反应过程化学反应过程后处理后处理后处理后处理( (加工加工加工加工) )物理过程物理过程物理过程物理过程化学过程化学过程化学过程化学过程物理过程物理过程物理过程物理过程12 二、单元操作的分类和特点1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌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、干燥分类13 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 二、单元操作的分类和特点特点14 包括流体输送、沉降、包括流体输送、沉降、 过滤、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化离心分离、搅拌、固体流态化等等以流体力学为基础以流体力学为基础以热量传递理论为基础以热量传递理论为基础包括加热、冷却、包括加热、冷却、 蒸发等蒸发等 以质量传递理论为基础以质量传递理论为基础包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等干燥、结晶、膜分离等化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类：化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类：化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类：化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类：分离过程分离过程分离过程分离过程将混合物分离将混合物分离15 三、化工原理课程的研究方法1、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16 2、数学模型法（半经验半理论方法） 在对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 研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线 三、化工原理课程的研究方法17 四．化工过程计算的理论基础设计型计算操作型计算质量守恒能量守恒平衡关系速率关系 所用基本关系：化工计算分为18 五．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19 绪 论0.2 单位制度及单位换算20 一． 单位和单位制度1、基本单位和导出单位基本单位导出单位质量、长度、时间和温度速度、密度、加速度2、绝对单位制和重力单位制绝对单位制重力单位制长度、质量、时间长度、时间和力21 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制基础上制定的一． 单位和单位制度22 国际单位制国际单位制n n国际单位制的构成国际单位制的构成国际单位制的构成国际单位制的构成n n 国际单位制及其国际简称国际单位制及其国际简称国际单位制及其国际简称国际单位制及其国际简称SISI是在第是在第是在第是在第1111届国届国届国届国际计量大会（际计量大会（际计量大会（际计量大会（19601960）上通过的，包括）上通过的，包括）上通过的，包括）上通过的，包括SISI单位和单位和单位和单位和SISI单位的倍数单位。
单位的倍数单位单位的倍数单位单位的倍数单位 SISI单位是国际单位制中由单位是国际单位制中由单位是国际单位制中由单位是国际单位制中由基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单位除质量外，均不带位除质量外，均不带位除质量外，均不带位除质量外，均不带SISI词头（质量的词头（质量的词头（质量的词头（质量的SISI单位单位单位单位为千克）为千克）为千克）为千克） SISI单位的倍数单位包括单位的倍数单位包括单位的倍数单位包括单位的倍数单位包括SISI单位的十单位的十单位的十单位的十进倍数单位和分数单位进倍数单位和分数单位进倍数单位和分数单位进倍数单位和分数单位23 表表 SI 基本单位基本单位量的名称单位名称单位符号定义长度 米m米是光在真空中(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度质量千克[公斤]kg千克等于国际千克原器的质量时间 秒s秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应的辐射的9192631770个周期的持续时间电流 安[培]A安[培]是在真空中,截面积可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时,若导线间相互作用力在每米长宽上为2×10-7N,则每根导线中的电流为1A热力学温度开[尔文]K开[尔文]是水的三相点热力学温度的1/273.16物质的量摩[尔]mol摩[尔]是一系统的物质的量,该系统中包含的基本单元数与0.012kg碳12的原子数目相等,在使用摩尔时,基本单位应予指明,可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合发光强度坎[德拉]cd坎[德拉]是一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率weu540×1012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为(1/688)W/sr24 3.5 米制米制厘米克秒（厘米克秒（CGS）制：物理制）制：物理制长度长度(cm), 质量质量(g), 时间时间(s), 温度温度(℃), 绝对温标绝对温标(K) 绝对单位制绝对单位制(absolute system of units)：以长度、：以长度、质量质量及时间为基本单位。
及时间为基本单位工程单位制工程单位制(engineering system of units)：以长度、：以长度、力力及时间为基本单位及时间为基本单位米千克秒（米千克秒（MKS）制）制: SI长度长度(m), 质量质量(kg), 时间时间(s) 绝绝对对单单位位制制25 米制工程制米制工程制: 长度长度(m), 力力(kgf), 时间时间(s)为基本单位，质量成为导出单位为基本单位，质量成为导出单位 千克力：千克力：1千克质量的物体于真空中所受的重力千克质量的物体于真空中所受的重力g=9.81m/s2）） 1kgf=1kg×9.81m/s2 =9.81kg.m/s2 =9.81N质量工程单位：质量工程单位： 一物体在一物体在1kgf的作用下，得到的作用下，得到1m/s2的加速度，该物体的的加速度，该物体的质量为质量为1质量工程单位（质量工程单位（kgf.s2/m）） 1质量工程单位质量工程单位=1质量工程单位的数值相当于质量工程单位的数值相当于SI质量的质量的9.81倍倍26 3.6 英制英制 英尺磅秒（英尺磅秒（FPS）制）制 长度长度(ft), 质量质量(lb),时间时间(s)为基本单位，力为导为基本单位，力为导出单位（磅达，磅出单位（磅达，磅. 英尺英尺/秒秒2）。
温度）温度(华氏度华氏度,F), 绝对温标（绝对温标（Rankine，，R）） 1Pdl=1 lb×ft/s2=1 lb.ft/s2 (Poundle, 磅达磅达) 1 Pdl=0.1383N=0.1383×105dyne 英国工程制英国工程制 长度长度(ft), 力（力（lbf), 时间时间(s). 斯勒斯勒(Slμg)：质量工程单位，磅力：质量工程单位，磅力. 秒秒2/英尺英尺 1 Slμg=1 lbf=32.17 Pdl=32.17 lb.ft/s227 美国工程制美国工程制: 长度长度(ft),时间时间(s),力力(lbf),质量质量(lbm)为基本单位为基本单位 1lbf为为1lbm物体在地面所受的重力，重力加速度物体在地面所受的重力，重力加速度为为32.17ft/s2. 牛顿公式：牛顿公式：F=ma/ge (ge为力与质量间的比例常数为力与质量间的比例常数)28 二、单位换算n单位换算的原则：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。
成相同的单位，才能进行加加减乘除等数学运算n单位换算的方法（连接单位法）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，再进行运算字附带单位连乘、连除的式子，再进行运算29 二、单位换算1、物理量的换算 基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm＝英制3.2808ft2、经验公式（或数字公式）的单位换算（a）物理方程（b）经验方程换算方法见例0－230 1.物料衡算物料衡算 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的依据质量守恒定律，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，即物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 输入量－输出量＝累积量输入量－输出量＝累积量输入量－输出量＝累积量输入量－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对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改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变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积 累。
则物料衡算关系为累则物料衡算关系为累则物料衡算关系为累则物料衡算关系为 输入量＝输出量输入量＝输出量输入量＝输出量输入量＝输出量 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量三、几个基本概念三、几个基本概念31 1、、画画出出流流程程示示意意图图，，标标出出物料流向与流量、组成等；物料流向与流量、组成等；2、用虚线划出衡算范围；、用虚线划出衡算范围；3、定出衡算基准；、定出衡算基准；4、列出衡算式并求解列出衡算式并求解物料衡算可按下列步骤进行：物料衡算可按下列步骤进行：物料衡算可按下列步骤进行：物料衡算可按下列步骤进行：32 2.能量衡算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、设备设计、操作制度是指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否否先进先进合理的主要指标之一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。
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：能量衡算依据于能量守恒定律：输入的能量输入的能量=输出的能量输出的能量+积累的能量积累的能量33 ۞本课程中所用到的能量主要是机械能和热能能本课程中所用到的能量主要是机械能和热能能本课程中所用到的能量主要是机械能和热能能本课程中所用到的能量主要是机械能和热能能量衡算的依据是能量守恒定律量衡算的依据是能量守恒定律量衡算的依据是能量守恒定律量衡算的依据是能量守恒定律۞机械能衡算将在第一章流体流动中说明；机械能衡算将在第一章流体流动中说明；机械能衡算将在第一章流体流动中说明；机械能衡算将在第一章流体流动中说明；۞热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具体单元操作有详细说明体单元操作有详细说明体单元操作有详细说明体单元操作有详细说明۞热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同34 3 平衡关系平衡关系n平衡是在一定条件下物系变化可能达到的极限。
平衡是在一定条件下物系变化可能达到的极限n通过平衡关系可以判断过程能否进行，及进行的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方向和能达到的程度n平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意义平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意义35 4 过程速率过程速率n化工原理中涉及传热速率和传质速率，称为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n过程速率的大小，直接影响设备的尺寸大小，生产能过程速率的大小，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的比值36 5. 经济核算经济核算 (Economical accounting) 为生产定量的某种产品所需要的设备，根据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经济核算确定最经济的设计方案 37 练 习 题 目思考题作业题: 1、21． 何谓单元操作？如何分类？2. 联系各单元操作的两条主线是什么?3. 比较实验研究方法和数学模型的区别与联系。
4. 何谓单位换算因子?38 。