《化工原理课程(powerpoint 127页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程(powerpoint 127页)（128页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、绪论绪论 化工原理课程是化工、制药、生物、环境、化工原理课程是化工、制药、生物、环境、过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问题的技术基础课。题的技术基础课。学习绪论，掌握五个方面的内容。学习绪论，掌握五个方面的内容。 一、化工生产过程与单元操作一、化工生产过程与单元操作二、化工原理课程的研究方法二、化工原理课程的研究方法三、化工原理课程学习的要求三、化工原理课程学习的要求四、化工原理课程的五个重
2、要基本概念四、化工原理课程的五个重要基本概念 五、化工常用量和单位五、化工常用量和单位一、化工生产过程与单元操作一、化工生产过程与单元操作 化工生产过程：化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55左右进行聚合反应获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。（1）化工生产过程的步骤多； (2)各种不同的化工生产过程差别十分大。
3、 人们通过不断的探索、研究、实践、发现，各种各样复杂 的化工生产过程可以抽象并归纳为这样一种过程框图。 原料前处理化学反应后处理产品 (1)化学反应为主的过程(每种产品特有的化学反应过程)(2)物理操作为主的过程化工化工过过程中常用程中常用单单元操作元操作单元操作 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； 输入机械能 动量传递 固-液过滤 非均相混合物分离 液-固；气-固 尺度不同的截留 动量传递沉降 非均相混合物分离 液-固；气-固 密度差引起的沉降运动 动量传递加热、冷却 升温、降温 改变相态 气或液 利用温度差而传入或
4、移出热量 热量传递 蒸发 溶剂与不挥发性溶质的分离 液 供热以气化溶剂 热量传递 气体吸收 均相混合物分离 气 各组分在溶剂中溶解度的不同 质量传递液体蒸馏 均相混合物分离 液 各组分间挥发度的不同 质量传递萃取 均相混合物分离 液 各组分在溶剂中溶解度的不同 质量传递 干燥 去湿 固体 供热汽化物料内的湿分 热、质同时传递吸附 均相混合物分离 液或气 各组分在吸附剂中的吸附能力 质量传递 不同人人们这们这么做的目的有两个：么做的目的有两个：对于任一复杂的化工生产过程，都可以认为是若干个单元操作通过对于任一复杂的化工生产过程，都可以认为是若干个单元操作通过某种适当的组合串联而成的过程。某种适当
5、的组合串联而成的过程。这样分类有利于将主要精力投入到单元研究中，不具体到某一个工艺上。这样分类有利于将主要精力投入到单元研究中，不具体到某一个工艺上。单元操作的特点：单元操作的特点：均为物理反应的操作；均为物理反应的操作；化工过程虽差别大，但均由单元操作适当组合而成，是化工生产过程中化工过程虽差别大，但均由单元操作适当组合而成，是化工生产过程中的共有操作；的共有操作；基本原理一样，进行过程的设备往往是通用的。基本原理一样，进行过程的设备往往是通用的。二、化工原理课程研究方法二、化工原理课程研究方法（1 1）实验研究方法（经验法）实验研究方法（经验法） 该方法一般用量纲分析和相似论为指导，依靠实
6、验来确定过程该方法一般用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群（或称准数群）构成的关系来表达。变量之间的关系，通常用无量纲数群（或称准数群）构成的关系来表达。实验研究方法避免了数学方程的建立，是一种工程上通用的基本方法。实验研究方法避免了数学方程的建立，是一种工程上通用的基本方法。（2 2）数学模型法（半经验半理论方法）数学模型法（半经验半理论方法）该方法是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该方法是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，作出某些合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。下，作出某些合理简化
7、，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，这是一种半经验半理论的方法。通过实验确定模型参数，这是一种半经验半理论的方法。三、化工原理课程学习的要求三、化工原理课程学习的要求（1 1）单元操作和设备选择的能力）单元操作和设备选择的能力根据生产工艺要求和物性特性，合理地选择单元操作及设备。根据生产工艺要求和物性特性，合理地选择单元操作及设备。（2 2）工程设计能力）工程设计能力学习进行工艺过程计算和设备设计，当缺乏现代数据时，要能够从资料中查取，学习进行工艺过程计算和设备设计，当缺乏现代数据时，要能够从资料中查取，或从生产现场查定或通过实验测取。学习利用计算机辅助设计。或从
8、生产现场查定或通过实验测取。学习利用计算机辅助设计。（3 3）操作和调节生产过程的能力）操作和调节生产过程的能力学习如何操作和调节生产过程。在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排学习如何操作和调节生产过程。在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排出故障的措施，了解优化生产过程的途径。出故障的措施，了解优化生产过程的途径。（4 4）过程开发或科学研究的能力）过程开发或科学研究的能力四、化工原理五个重要基本概念四、化工原理五个重要基本概念 （1 1）物料衡算）物料衡算 为了弄清化工生产过程中原料、成品以及损失的物料数量，为了弄清化工生产过程中原料、成品以及损失的物料数量，必须要进行物料衡算。
9、必须要进行物料衡算。物料衡算物料衡算质量守恒定律，即：质量守恒定律，即： 输入物料的总和输入物料的总和输出物料的总和输出物料的总和累积的物料量累积的物料量注意：注意：无化学反应时，混合物中任何一组分服从此通式无化学反应时，混合物中任何一组分服从此通式 当有化学反应时，它只适用于任一元素的衡算当有化学反应时，它只适用于任一元素的衡算 若过程中累积的物料量为零，则若过程中累积的物料量为零，则基准选择的原则：基准选择的原则：（1 1）对于间歇操作，常用一次投料为基准。）对于间歇操作，常用一次投料为基准。（）对于连续操作，常用单位时间为基准。（）对于连续操作，常用单位时间为基准。 例例1:1:含有含有
10、A A、B B、C C、D D四种组分各四种组分各0.250.25（摩尔分率，下同）某混合（摩尔分率，下同）某混合液，以液，以10001000 的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔釜两股产品。进料中全部釜两股产品。进料中全部A组分，组分，96%B组分及组分及4%C组分存在于组分存在于塔顶产品中；全部塔顶产品中；全部D组分存在于塔釜产品中，试计算塔顶和塔釜组分存在于塔釜产品中，试计算塔顶和塔釜产品的流量及其组成。产品的流量及其组成。解：依题意画出如本题附图所示的流程图。解：依题意画出如本题附图所示的流程图。在全塔范围内列各组分的衡算式，取在全塔范围内列各组分的
11、衡算式，取h h为衡算基准。为衡算基准。组分组分A A： 上三式相加，得：上三式相加，得：因 故 由式（a）得：由式（b）得： 由式（c）得：在全塔范围内列总物料衡算，得：在全塔范围内列总物料衡算，得：再在全塔范围内列组分B及C的衡算，得：或：由上二式分别解得：（2）能量衡算 能量衡算能量守恒定律 机械能、热能、电能、磁能、化学能、原子能等统称为能量。各种能量之间可以相互转换，但在化工中往往不是能量间的转换问题，而是总能量衡算，有时甚至简化为热能或热量衡算。热量衡算的本质是焓的计算，对热量衡算：-随物料随物料进进入系入系统统的的总总能量能量，-随物料离开系随物料离开系统统的的总总能量能量，-向
12、系向系统统周周围围散失的散失的热热量量，上式也可写成：式中：式中：W-W-物料的物料的质质量或量或质质量流量量流量，或H-H-物料的物料的焓焓注意点：注意点：热量衡算和物料衡算一样，要规定衡算基准和范围；热量衡算和物料衡算一样，要规定衡算基准和范围； 焓是相对值，要指明基准温度，习惯上选焓是相对值，要指明基准温度，习惯上选0为基准温为基准温度，度， 规定规定0时液态物质的焓为零。时液态物质的焓为零。（3）平衡关系）平衡关系化工过程中的每一单元操作或化学反应可称为过程，研究过程的规律，化工过程中的每一单元操作或化学反应可称为过程，研究过程的规律，目的是使过程向有利于生产的方向进行。平衡关系，就是
13、研究过程的方目的是使过程向有利于生产的方向进行。平衡关系，就是研究过程的方向和过程的极限（过程进行的最大限度）。向和过程的极限（过程进行的最大限度）。平衡关系就是指在一定条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平衡状平衡关系就是指在一定条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平衡状态。例如，高温物体自动地向低温物体传热，直至两个物体的温度相等。态。例如，高温物体自动地向低温物体传热，直至两个物体的温度相等。宏观上热量不再进行传递，即达到了传热的平衡状态。宏观上热量不再进行传递，即达到了传热的平衡状态。（4）过程速率）过程速率 过程速率是指在单位时间内过程的变化，即表明过程进行的快慢。过程速率是指在
14、单位时间内过程的变化，即表明过程进行的快慢。在化工生产中，过程进行的快慢远比过程的平衡更重要。在化工生产中，过程进行的快慢远比过程的平衡更重要。过过程速率程速率= =式中：过程推动力指的是直接导致过程进行的动力，例如温差等。式中：过程推动力指的是直接导致过程进行的动力，例如温差等。 过程阻力因素较多，与体系物性、过程性质、设备结构类型、过程阻力因素较多，与体系物性、过程性质、设备结构类型、 操作条件都有关系。操作条件都有关系。（5 5）经济效益）经济效益经济效益也称为经济效果，一般指经济活动中，所取得的成经济效益也称为经济效果，一般指经济活动中，所取得的成果与劳动消耗之比，即果与劳动消耗之比，
15、即经济效益经济效益= =式中，劳动成果是指最终的合格产品的价值；劳动消耗包含操式中，劳动成果是指最终的合格产品的价值；劳动消耗包含操作费用（人力、原材料、水电、维修等），设备折旧费用（设作费用（人力、原材料、水电、维修等），设备折旧费用（设备的造价和使用年限折算）以及占用的固定资产和流动资金。备的造价和使用年限折算）以及占用的固定资产和流动资金。五、化工常用量和单位五、化工常用量和单位（1 1）化工常用量）化工常用量 量是指物理量，任何物理量都是用数字和单位联合表达的。量是指物理量，任何物理量都是用数字和单位联合表达的。物理量分为基本量和导出量物理量分为基本量和导出量（2 2）单位制和单位换算
16、）单位制和单位换算1 1、基本量与基本单位、基本量与基本单位 一般先选几个独立的物理量，如我们通常所说的长度、时间、质量等，一般先选几个独立的物理量，如我们通常所说的长度、时间、质量等，并以使用方便为原则规定出它们的单位。这些物理量称为基本量，其单位称为基并以使用方便为原则规定出它们的单位。这些物理量称为基本量，其单位称为基本单位。本单位。 2 2、导出单位、导出单位如速度、加速度的单位则根据其本身的物理意义，由相关的基本单位组合构成，如速度、加速度的单位则根据其本身的物理意义，由相关的基本单位组合构成，这种单位称为导出单位。这种单位称为导出单位。 基本单位+导出单位=单位制化工原理课程采用国际单位制化工原理课程采用国际单位制( (简称简称SISI制制) )。在国际单位制中，规定了在国际单位制中，规定了7 7个基本单位：个基本单位：长度长度 单位米（单位米（m m）质量质量 单位千克（单位千克（kgkg）时间时间 单位秒（单位秒（s s温度温度 单位开尔文（单位开尔文（K K）物质的量物质的量 单位摩尔（单位摩尔（molmol）电流强度电流强度 单位安培（单位安培（A A）发光强度发光
