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1、化工原理电子教案绪论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题的技术基础课。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化工原理与化学工业，化学工业是一个与我们衣、食、住、行，日常生活和科技发展息息相关的行业，是一非常实用的工业。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：例如，乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔
2、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。图1 聚氯乙烯化工生产过程流程示意图通过聚氯乙烯生产实例可以看出：化工生产过程包括许多的步骤。原料要依次通过一个或多个设备，经过多种处理后才能最终得到符合要求的产品。因此化工生产过程的特点为： 化工生产过程的步骤多； 各种不同的化工生产过程差别十分大。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一般的化工过程一分为二可由两部分组成： 化学反应为主的过程（每种产品特有的化学反应过程）
3、物理操作为主的过程。从生产某种特定产品的意义上说，化学反应过程是化工生产的核心，而为化学反应准备必要的反应条件以及进一步将初产品提纯的生产操作在化工生产过程中占有极重要的地位。通常，这些生产操作在工厂的设备投资和操作费用中占主要的比例，决定了整个生产的经济效益。化学反应为主的过程，一般在各种形式的反应器中进行，属于化学反应工程的内容。物理反应为主的过程，一般不进行化学反应，如前处理，后处理，仅仅利用物质物性的差异，例如挥发度、溶解度等等的差异，进行分离操作。通过进一步的分析发现，这些物理操作具有许多共同点，即物理操作的共性。在化学工程学科形成之前，每一类化学工艺均被视为一专门知识，后来人们发现
4、不管化工生产的工艺如何干差万别，它们在很多典型设备中进行着原理相同的物理过程，人们将不同化学工艺中相同或类似的物理过程放在一起研究，这就形成了单元操作概念。所谓的“单元操作”，是指在各类不同化工工艺中通用的物理操作“单元”。化工生产中的物理操作过程是由各个操作单元组成，同一单元遵守的原理是相同的。例如，无论是在制糖工业中，还是在化肥工业中，都有溶液蒸发操作，这就是蒸发单元操作，虽然是在两个不同过程中的操作，但都遵守蒸发操作原理。像这样的操作还有流体流动、流体输送机械、过滤、传热、蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等20余种。常用的单元操作如表o1所示。化工过程中常用单元操作单元操作 目 的 物 态
5、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
6、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 不同例如制糖业、造纸业，产品虽然不一样，但都包含着干燥操作。或者说虽然它们服务的对象的物理性质不一样，生产规模也不一样，但是它们都具有共性，这样我们就可将共性的东西抽象出来，不讨论具体的化工工艺问题，这样就形成了一个一个完成不同特定目的的单元，研究这些单元的特点及规律的学问就称为单元操作。人们这么做的目的有两个：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某种适当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。单元操作的特点：均为物理
7、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，是化工生产过程中的共有操作；基本原理一样，进行过程的设备往往是通用的。单元操作不仅在化工生产中占有重要地位，也广泛应用于石油化工、冶金、食品、制药、原子能等工业中。随着化工生产的不断发展，化工单元操作也在不断发展。目前常用的单元操作已达20多种可从不同的角度加以分类。化工过程中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； 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
8、 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 不同二、化工原理课程的研究方法本课程是一门实践性很强的工程学科，在其长期的发展过程中，形成了两种基本研究方法，即 实
9、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。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。 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。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本课程是科学和技术的融合，它强调工程观点，定理运算，实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。学生在学习本课程中，应注意以下几个方面能力的培养。 单元操作和设备选
10、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。 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，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。 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，提出排出故障的措施，了解优化生产过程的途径。 过程开发或科学研究能力学习如何根据物理或物理化学原理而开发单元操作，进而组织一个生产工艺过程，将可能变现实，实现工程目的，这是综合创造能力的体现。四、化工原理五个重要基本概念 （1）物料衡算在单元操作中，对于任一系统，凡是向该系统输入的物料量必定等于从该系统输出
11、的物料量与在该系统累积的物料量之和，即输入系统的物料量=输出系统的物料量+系统累积物料量上述物料衡算的方法既适用于连续操作系统，也适用于间歇操作系统，还适用于对系统任一组分的物料衡算。对于含有化学反应的系统，它只适用于任一元素的衡算。物料衡算的步骤: 划定范围 确定基准 列出方程 求解方程应当注意：物料衡算时，应严格按以上步骤进行；计算时使用的单位要统一；物料衡算实际上是质量守恒，计算时常用质量单位。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。物料衡算质量守恒定律，即：输入物料的总和输出物料的总和累积的物料量注意：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若过程中累积的物料量为零，则基准选择的原则： 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。例1:含有A、B、C、D四种组分各0.25（摩尔分率，下同）某混合液，以1000 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A组分，96%B组分及4%C组分存在于塔顶产品中
