化工原理-绪论

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1、自强不息 知行合一自强不息 知行合一绪论绪论一、化工原理课程概述一、化工原理课程概述1.1.化工原理的研究对象化工原理的研究对象2.2.化工原理的学科性质与研究方法化工原理的学科性质与研究方法3 3. .化工原理的学习方法化工原理的学习方法4.4.化工原理的学习目的化工原理的学习目的二、化工原理处理问题的基本方法二、化工原理处理问题的基本方法1.1.物料衡算物料衡算2.2.能量衡算能量衡算3.3.平衡与速率平衡与速率三、单位与单位制三、单位与单位制INTRODUCTIONINTRODUCTION自强不息 知行合一一、化工原理课程简介一、化工原理课程简介 化学反应和若干个单元操作串联而成 化工原

2、理化工原理研究各个独立的单元操作研究各个独立的单元操作1 化工原理的研究对象化工原理的研究对象 单元操作（单元操作（Unit Operations）（1） 单元操作的概念单元操作的概念过程工程过程工程 原料的预处理 化学反应过程 反应产物的分离与提取单元操作单元操作过程工程中共有的物理操作自强不息 知行合一自强不息 知行合一自强不息 知行合一自强不息 知行合一原油电精制（脱盐脱水）初馏加热常压蒸馏加热减压蒸馏减压各种馏分油减压渣油瓦斯轻汽油瓦斯、汽油、煤油轻柴油、重柴油初馏加热初馏常压蒸馏加热加热初馏轻柴油、重柴油石油化工流程简图石油化工流程简图加热常压蒸馏加热初馏加热初馏减压蒸馏加热常压蒸馏

3、加热初馏物理过程自强不息 知行合一废蓄电池倒酸破碎分离填料脱硫脱硫料浸出浸出液电解沉积析出铅熔铸电铅贫电解液合金锭熔铸铅锑合金外壳回收脱硫液结晶副产品浸出结晶浸出熔铸结晶浸出熔铸结晶浸出结晶浸出结晶浸出结晶浸出结晶浸出结晶铅蓄电池回收工艺铅蓄电池回收工艺流程图流程图倒酸脱硫浸出电解沉积浸出浸出浸出浸出浸出浸出浸出浸出化学过程破碎分离熔铸熔铸结晶结晶熔铸结晶熔铸结晶结晶结晶结晶结晶结晶物理过程自强不息 知行合一铁矿石筛分皮带传送料车高炉炉顶重力除尘返粉煤粉气力输送高炉热风炉鼓风机炉渣铁水高炉煤气高炉铁水供炼钢重力除尘喷吹搅拌荒煤气换热扩散大灰仓喷水降温转炉布袋除尘炉渣钢水转炉烟气净煤气炉渣汽化冷

4、却除尘饱和烟气铁矿石料车高炉炉顶返粉煤粉高炉热风炉炉渣铁水高炉煤气高炉铁水供炼钢荒煤气大灰仓转炉炉渣钢水转炉烟气净煤气炉渣饱和烟气筛分皮带传送重力除尘气力输送重力除尘喷吹搅拌换热扩散喷水降温布袋除尘汽化冷却除尘筛分皮带传送重力除尘气力输送重力除尘喷吹搅拌换热扩散喷水降温布袋除尘汽化冷却除尘物理过程炼铁炼钢化工过程简图炼铁炼钢化工过程简图自强不息 知行合一氧气转炉吹炼氧气底吹熔炼高铁渣渣选矿缓冷渣精矿铁精矿渣尾矿返回熔炼配料皮带烟气高品位铜锍熔剂粗铜高钙渣阳极炉精炼返回熔炼烟尘等返料熔剂铜精矿氧气制酸收尘余热回收转炉吹炼氧气底吹熔炼阳极炉精炼化学过程渣选矿缓冷配料皮带制酸收尘余热回收物理过程氧气

5、底吹炼铜氧气底吹炼铜(火法火法)流程图流程图自强不息 知行合一矿石精矿脉石焙烧矿副产物火法冶炼化学处理（焙烧等）浸出选矿粉碎过滤净液电积电铜浸出渣废电解液火法冶炼电积化学过程化学处理（焙烧等）浸出选矿粉碎过滤物理过程湿法炼铜流程简图湿法炼铜流程简图自强不息 知行合一铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分

6、解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充

7、苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝

8、氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠赤泥赤泥洗液洗液化学过程铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠热水热水赤泥赤泥洗液洗

9、液铝土矿铝土矿溶出溶出稀释稀释液固分离液固分离叶滤叶滤晶种分解晶种分解焙烧焙烧洗涤洗涤蒸发蒸发分离分离溶解溶解苛化苛化石灰石灰补充苛性碱补充苛性碱粗液粗液赤泥浆赤泥浆精液精液氢氧化铝氢氧化铝母液母液氧化铝氧化铝蒸发母液蒸发母液结晶碳酸钠结晶碳酸钠赤泥赤泥洗液洗液化学过程物理过程拜耳法生产氧拜耳法生产氧化铝简图化铝简图自强不息 知行合一电解电解气体净化气体净化净化净化澄清澄清铸锭铸锭氧化铝氧化铝冰晶石冰晶石氟化铝氟化铝阳极糊（阳极炭块）阳极糊（阳极炭块）废气废气铝液铝液铝锭铝锭阳极气体阳极气体载氟氧化铝载氟氧化铝电解电解化学过程电解电解气体净化气体净化净化净化澄清澄清铸锭铸锭化学过程物理过程铝电

10、解生产流程简图铝电解生产流程简图自强不息 知行合一液态钢渣热焖池溢流回水井高温高碱高钙洗水 压力输送高效气液反应（系统）固液分离CaCO3清液补充新水压力输送低温清液喷洒液态钢渣补充新水CO2高效气液反应（系统）化学过程溢流压力输送固液分离压力输送喷洒物理过程钢焖渣循环水脱钙流程简图钢焖渣循环水脱钙流程简图自强不息 知行合一独居石精矿球 磨碱液分解沉 降过 滤滤饼（混合氢氧化物）优先溶解过 滤水NaOH液水滤 液综合回收Na3PO412H2ONaOH溶液滤饼（钍-铀富集物）送溶剂萃取分离钍、铀滤液（RECl3）送密封保存（副产品）除 镭钡镭渣RECl3溶液浓缩结晶RECl36H2OBaCl2、

11、H2SO4溶剂萃取分组轻稀土浓缩结晶中重稀土富集物RECl36H2O沉 降过 滤沉 降过 滤沉 降碱液分解浓缩结晶浓缩结晶过 滤沉 降过 滤沉 降球 磨碱液分解沉 降过 滤滤饼（混合氢氧化物）优先溶解水水滤 液综合回收滤饼（钍-铀富集物）送溶剂萃取分离钍、铀送密封保存除 镭钡镭渣浓缩结晶溶剂萃取分组轻稀土浓缩结晶中重稀土富集物沉 降过 滤沉 降过 滤沉 降沉 降沉 降沉 降沉 降水水滤 液滤饼（钍-铀富集物）送密封保存钡镭渣浓缩结晶轻稀土浓缩结晶中重稀土富集物沉 降沉 降沉 降球 磨沉 降沉 降球 磨沉 降过 滤球 磨沉 降球 磨沉 降过 滤球 磨沉 降过 滤优先溶解过 滤球 磨沉 降Na3P

12、O412H2O浓缩结晶浓缩结晶过 滤优先溶解过 滤球 磨沉 降碱液分解除 镭溶剂萃取分组碱液分解碱液分解除 镭溶剂萃取分组综合回收除 镭溶剂萃取分组碱液分解化学过程浓缩结晶浓缩结晶过 滤优先溶解过 滤球 磨沉 降物理过程稀土碱法生产工艺简图稀土碱法生产工艺简图自强不息 知行合一硫酸焙烧尾气尾气处理排空浓硫酸焙烧产物浸出中和净化后的浸出液沉淀水洗过滤碳酸稀土洗水废水处理排放Sm/Nd分组负载有机相萃余水相反萃取全萃取有机相反萃液沉淀钐铕钆富集物送废水处理反萃取氯化稀土溶液浓缩结晶供分离单一稀土结晶氯化稀土有机相水相含钍渣（封存）水排放硫酸焙烧尾气尾气处理排空浓硫酸焙烧产物浸出中和净化后的浸出液沉

13、淀水洗过滤碳酸稀土洗水废水处理排放Sm/Nd分组负载有机相萃余水相反萃取全萃取有机相反萃液沉淀钐铕钆富集物送废水处理反萃取氯化稀土溶液浓缩结晶供分离单一稀土结晶氯化稀土有机相水相含钍渣（封存）水排放浸出水洗浸出过滤水洗浸出浓缩结晶过滤水洗浸出沉淀混合稀土精矿有机相硫酸焙烧中和沉淀Sm/Nd分组反萃取全萃取沉淀反萃取硫酸焙烧中和沉淀反萃取全萃取沉淀反萃取沉淀化学过程尾气处理浸出水洗过滤废水处理浓缩结晶尾气处理浸出水洗过滤废水处理浓缩结晶浸出水洗浸出过滤水洗浸出浓缩结晶过滤水洗浸出物理过程稀土酸法生产工艺简图稀土酸法生产工艺简图自强不息 知行合一过程工程以物理变化为主的生产过程以化学反应为主的生产

14、过程单元操作反应工程自强不息 知行合一l 所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。l 单元操作是过程工程中共有的操作，只是不同的过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。l 单元操作作用于不同的过程工程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。 （2）单元操作的特点单元操作的特点自强不息 知行合一（3）单元操作的分类）单元操作的分类 遵循流体流动基本规律的单元操作，包括流体输送、沉降、过滤、物料混合遵循流体流动基本规律的单元操作，包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）。（搅拌）。 遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。遵循热量

15、传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。 遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看，这些操作都可将混合物进行分离，故又称之为分离操作。从工程目的来看，这些操作都可将混合物进行分离，故又称之为分离操作。 同时遵循流动同时遵循流动/ /热量、流动热量、流动/ /质量基本规律的单元操作，包括气体的增湿与减湿、质量基本规律的单元操作，包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。结晶、干燥等。另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操另外，还有热力过程（制冷

16、）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。作。自强不息 知行合一动量传递、热量传递、质量传递动量传递、热量传递、质量传递“三传三传”化学（冶金）反应工程学“一反一反”自强不息 知行合一 本课程强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联本课程强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联本课程强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联本课程强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论联系实际。在过程工程类专门人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教系实际。在过程工程类专门人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教系

17、实际。在过程工程类专门人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教系实际。在过程工程类专门人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。化工原理是过程工程育任务，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。化工原理是过程工程育任务，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。化工原理是过程工程育任务，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。化工原理是过程工程类各专业重点课程之一，是过程工程类学生最实用的一门课程，是过程工程类学类各专业重点课程之一，是过程工程类学生最实用的一门课程，是过程工程类学类各专业重点课程之一，是过程工程类学生最实

18、用的一门课程，是过程工程类学类各专业重点课程之一，是过程工程类学生最实用的一门课程，是过程工程类学生考研课程。生考研课程。生考研课程。生考研课程。理论与经验相结合的工程研究方法理论与经验相结合的工程研究方法 半经验半理论方法半经验半理论方法 重要的专业技术基础课，兼有重要的专业技术基础课，兼有“科学科学”与与“技术技术”的特点的特点 综合运用数学、物理、化学和算法语言等基础知识，将自然科学中的基本原理综合运用数学、物理、化学和算法语言等基础知识，将自然科学中的基本原理（动量守恒、质量守衡、能量守衡及平衡关系等）用来研究过程工业生产中内在的（动量守恒、质量守衡、能量守衡及平衡关系等）用来研究过程

19、工业生产中内在的共同规律，讨论过程工业生产中共同的基本过程的基本原理、典型设备结构，工艺共同规律，讨论过程工业生产中共同的基本过程的基本原理、典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型以及计算方法的一门工程课程。尺寸设计和设备的选型以及计算方法的一门工程课程。2. 化工原理的课程性质与研究方法化工原理的课程性质与研究方法 （1）化工原理课程性质）化工原理课程性质自强不息 知行合一 随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色生产过程，对物理过程提出随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色生产过程，对物理过程提出了一些特殊要求，又不断地发展出新的单元操作或过程技术，如膜分离、了一些特殊要求，又不断地发展出新的单

20、元操作或过程技术，如膜分离、参数泵分离参数泵分离、电磁分离、超临界技术等。同时，以节约能耗，提高效率或、电磁分离、超临界技术等。同时，以节约能耗，提高效率或洁净无污染生产的集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多洁净无污染生产的集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多塔精馏系统的优化热集成等）将是未来的发展趋势。塔精馏系统的优化热集成等）将是未来的发展趋势。 单元操作的研究包括单元操作的研究包括“过程过程”和和“设备设备”两个方面的内容，故单元操两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共

21、性的课程。 研究诸单元操作共性的课程研究诸单元操作共性的课程自强不息 知行合一“三传三传”是贯穿化工原理课程的一条理论主线是贯穿化工原理课程的一条理论主线 动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。以热量传递为基础的第 二 部 分以质量传递为 基 础 的第 三 部 分以动量传递为

22、基 础 的第 一 部 分自强不息 知行合一研研研研究究究究工工工工程程程程问问问问题题题题的的的的方方方方法法法法论论论论是是是是联联联联系系系系各各各各单单单单元元元元操操操操作作作作的的的的另一条主线。另一条主线。另一条主线。另一条主线。 各单元操作有共同的研究方法。各单元操作有共同的研究方法。各单元操作有共同的研究方法。各单元操作有共同的研究方法。因次分析法直管湍流阻力系数的求解数学模型法过滤方程的建立参数综合法过滤常数当量法 当量直径、当量长度等类比法动量、热量、质量传递的类似律（2）课程的研究方法自强不息 知行合一 实实验验研研究究方方法法（经经验验法法）：用量纲分析和相似论为指导，

23、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)构成的关系来表达。实验研究方法可避免建立数学方程，是工程上通用的研究方法。因次论指导下的实验研究法因次论指导下的实验研究法自强不息 知行合一数学模型法（半经验半理论方法）：在对实际过程的机理进行深入分析的基础上，抓住过程的本质，作出某些合理的“等效”与“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。数学模型法（半经验半理论）数学模型法（半经验半理论）数学模型法与因次分析方法的对比数学模型法与因次分析方法的对比数学模型法因次分析方法对象的认识程度不同机理比较清楚机理不清、输出与输出处理方法不同等效、简化因次一

24、致性原理实验目的不同确定参数确定数学关系参数意义不同物理意义/K数字关系/a方程物理方程准数方程自强不息 知行合一3. 化工原理的学习方法化工原理的学习方法 发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个单元操作，寻本求源。 选择：为了达到或实现某一工程目的，能否对过程和设备作合理的选择和组合。 设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。 操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。2012年我国钢渣产量1.2亿t，钢渣是一种高钙、高铁资源渣，其中铁品位20%30%，

25、钙品位35%50%，如何实现钢渣中铁、钙资源的综合利用，已成为我国钢渣“零排放”以及钢铁工业走循环经济和可持续发展的关键所在。中冶建筑研究总院和中国京冶工程技术有限公司研发出的第三代钢渣余热自解热焖处理工艺技术和设备，成功解决了钢渣不稳定的现象，实现了钢渣的“零”排放，该技术入选2009年国家先进污染防治示范技术名录。该技术2008年在鞍钢鲅鱼圈新炼钢投建第一条生产线，目前已在新余中冶环保资源开发有限公司、九江中冶环保资源开发有限公司、本溪钢铁（集团）有限责任公司、唐山国丰钢铁有限公司、首钢京唐钢铁公司（曹妃甸）、日照钢铁公司、包钢集团、马钢集团等企业投建30余条生产线，钢渣处理量占全国年钢渣

26、产量的25.47%，直接经济效益已接近40亿元。图2 热焖系统生产现场实景（鞍钢鲅鱼圈100万吨钢焖渣生产线）热焖池热焖过程热焖池热焖过程回水井回水管路回水管路 在实际生产过程中系统循环供水极不稳在实际生产过程中系统循环供水极不稳定，管路结垢现象非常严重，现在已投产定，管路结垢现象非常严重，现在已投产的的3030余条生产线均存在严重结垢问题。严余条生产线均存在严重结垢问题。严重时会导致生产线无法运行，重时会导致生产线无法运行，但目前只能但目前只能靠添加备用管路，人工机械清理来维持生靠添加备用管路，人工机械清理来维持生产运行产运行。 针对钢渣热焖循环洗水管路中的结垢严重的现状，我们对鞍钢鲅鱼圈、

27、新余等南北方典型生产线及管路结垢进行系统调研分析发现： 结垢物为CaCO3，而热焖过程中热焖洗水循环造成钙离子浓度过高（过饱和）、pH值过高（高于12）是形成结疤的直接原因。如图3所示 图3 循环管路结垢物的XRD图 钢渣热焖处理中吨钢渣用水量约7吨，pH值1114；图3.3 九钢钢渣热焖循环水管路结垢情况 图3.2 新钢钢渣热焖循环水管路结垢情况 该技术的关键工艺包括：液态钢渣直接热焖系统图3.1 钢渣余热自解热焖处理工艺流程示意图 具体工艺步骤：自转炉来的液态钢渣倒入热焖系统热焖水循环系统 然后由泵房直接向液态钢渣喷水，利用钢渣余热自解热焖使铁渣分离。由于液态钢渣热焖是在由于液态钢渣热焖是

28、在16001600左右的高温下进行，热焖过程中左右的高温下进行，热焖过程中形成形成 “高蒸发、高水温高蒸发、高水温”工作状态工作状态, ,喷淋的热焖循环水会被渣中喷淋的热焖循环水会被渣中自由钙离子饱和自由钙离子饱和, ,形成形成 “高硬度、高碱度高硬度、高碱度” 的高钙循环水的高钙循环水, ,长期长期循环使用导致循环洗水管路严重结垢循环使用导致循环洗水管路严重结垢, ,如图如图2 2所示。所示。自强不息 知行合一液态钢渣热焖池溢流回水井高温高碱高钙洗水 压力输送高效气液反应（系统）固液分离CaCO3清液补充新水压力输送低温清液喷洒液态钢渣补充新水CO2高效气液反应（系统）化学过程溢流压力输送固

29、液分离压力输送喷洒物理过程钢焖渣循环水脱钙流程简图钢焖渣循环水脱钙流程简图2.2.实验原理与方法实验原理与方法内容内容内容图2.2 实验装置图搅拌模式对CO2体系气体分散特性的影响有导流筒CBY在下无导流筒CBY在下图3.9 不同搅拌模式下的气泡微细化图及气泡直径直方图无导流筒CBY在上Northeastern University361防飞溅隔板，2反应槽，3射流器，4止回阀，5转子流量计，6电磁流量计，7电机水泵组，8放液、排污阀，9返流搅动水枪，10储液罐，11溢流管图2.1 实验装置设计图Fig.2.1 Design of the experimental 建立了国内首套钢渣余热自解

30、热焖用“钢渣热焖含钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化成纳米碳酸钙技术”示范装置系统，已在新余中冶环保资源开发有限公司完成了工业放大试验。工业试验结果表明：该技术不但具有高效软化钢渣热焖含钙循环水效果，有效解决了管路结垢问题；更重要的是该技术实现了废水中钙和CO2直接矿物化高值利用，得到纳米碳酸钙，如图5所示。图图5 含钙循环水喷吹CO2软化及直接矿化示范装备回水井洗水入口处理后清液出口固液分离系统图图19 处理前后蓄水池对比处理前后蓄水池对比 Northeastern University39(5-1)(5-2)(5-3)(5-4)气含率准数方程关系式气含率准数方程关系式图图20 过滤后收得的碳

31、酸钙产品过滤后收得的碳酸钙产品 自强不息 知行合一 4.4.化工原理课程的学习目的化工原理课程的学习目的（1）以）以工程技术观点工程技术观点和和经济观点经济观点来分析和处理过程工程的实际问题的来分析和处理过程工程的实际问题的能力；能力；（2）熟练的进行过程工程的基本运算。以便在生产过程、科研和设计）熟练的进行过程工程的基本运算。以便在生产过程、科研和设计工作中达到工作中达到强化强化生产过程，生产过程，提高产品质量提高产品质量，提高设备能力及效率提高设备能力及效率，降低降低设备投资及产品成本设备投资及产品成本，节约能耗节约能耗，防止污染防止污染以及加速新技术开发等方面以及加速新技术开发等方面的目

32、的。的目的。 通过本课程的学习，应树立起工程观点（通过本课程的学习，应树立起工程观点（安全适用、经济合理安全适用、经济合理），），掌握解决工程实际的方法，培养下列两种基本能力：掌握解决工程实际的方法，培养下列两种基本能力：自强不息 知行合一 化学工程研究的是：如何把化学家们的小试研究化学工程研究的是：如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。造价值的劳动。 本课程，不是教大家如何合成得到新物质？如何本课程，不是教大家

33、如何合成得到新物质？如何提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。自强不息 知行合一二、化工原理处理问题的方法二、化工原理处理问题的方法 物料衡算的通式物料衡算的通式1.物料衡算物料衡算 依据质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。自强不息 知行合一定态过程，积累为零。则：衡算的系统整个生产过程某一设备系统中的所有物料某一个组分衡算的对象例例自强不息 知行合一 例例1：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12（质量）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（1）各蒸发器每小

34、时蒸出水分的量；（2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。 解：解：首先画一个流程图表示进行的过程首先画一个流程图表示进行的过程 用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。其次划定衡算的范围其次划定衡算的范围 为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭的虚线画出。自强不息 知行合一 选选择择衡衡算算基基准准（连连续续操操作作以以单单位位时时间间为为基基准准，间间歇歇操操作作以以一一批批操操作作为基准）为基准） 由于连续操作，以1小时为基准。蒸发器1蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=自强不息 知行合一 确定衡算对象确定衡算对象 此题中有两个未知数

35、，蒸发的水量及送出的无机盐溶液量B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。对总物料作衡算：代入已知数据，得：由题意知对盐作物料衡算：自强不息 知行合一 求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。对盐作物料衡算： 对总物料作衡算： 代入已知数据，得：解得：自强不息 知行合一2 热量衡算热量衡算依据：能量守恒定律依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。 热量衡算通式热量衡算通式或写成自强不息 知行合一 热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先划定衡算范围及衡算基准。 此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0为

36、基准温度，并规定0时液态的焓值为零。例例自强不息 知行合一 例例2：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）的某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。解：解：根据题意画出流程图 换热器120饱 和 水 蒸气0.095kg/s120饱 和水 0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/自强不息 知行合一基准：1s在图中虚线范围内作热量衡算从附录查出120饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg，120饱和水的焓值为503.67k

37、J/kg。在此系统中输入的热量： 蒸气带入的热量： 溶液带入的热量：输出的热量： 自强不息 知行合一冷凝水带出的热量： 溶液带出的热量： 根据能量衡算式，有： 热量损失的百分数= 自强不息 知行合一3.3.过程的平衡和速率过程的平衡和速率 平衡问题平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。 平衡是一个动态的过程平衡是一个动态的过程。 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如，在一定温度下，不饱和的食盐平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如，在一定温度下，不饱和的食盐溶液与固体食盐接触时，食盐向溶液中溶解，直到溶液为食盐所饱和

38、，食盐就停溶液与固体食盐接触时，食盐向溶液中溶解，直到溶液为食盐所饱和，食盐就停止溶解，此时固体食盐表面已与溶液成动平衡状态。反之，若溶液中食盐浓度大止溶解，此时固体食盐表面已与溶液成动平衡状态。反之，若溶液中食盐浓度大于饱和浓度，则溶液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，最终达到于饱和浓度，则溶液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，最终达到平衡状态。一定温度下食盐的饱和浓度，就是这个物系的平衡浓度。平衡状态。一定温度下食盐的饱和浓度，就是这个物系的平衡浓度。平衡关系可平衡关系可判断过程能否进行，及进行的方向和限度。任何传递过程都有一个极限，当传递判断过程能否进行，及进行的方向

39、和限度。任何传递过程都有一个极限，当传递过程达到极限时，其过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为过程达到极限时，其过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为“平衡平衡”。自强不息 知行合一 过程的传递速率（rate of transfer process）与推动力成正比，与阻力成反比，即 传递速率= 推动力/阻 力 单位时间内所传递的能量（动量，热量）或物质量,是决定化工设备的重要因素。过程速率的增大可节约时间，提高设备的生产能力。 传递速率传递速率自强不息 知行合一三、单位及单位制三、单位及单位制1.1.单位及单位单位及单位 基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时

40、间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相乘、除而构成的 。 单位制：单位制：基本单位与导出单位的总和。 自强不息 知行合一物理单位制：基本单位：长度cm 质量g 时间s工程单位制：基本单位：长度cm 力 kgf 时间s SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个： 长度cm 、质量kg 、时间s 、温度K、 物质量mol2 2单位衡算单位衡算 已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。 按题意需将kgf/cm2中的单位换算成N，cm2换算成m2,查附录1

41、：换算关系为：自强不息 知行合一1 1kgf=9.81=9.81N， 1 1cm=0.01=0.01m上述关系代入 ，得：3单位的正确运用单位的正确运用 理论公式理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间 的关系，又叫物理方程。具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位来表示各物理量即可。 自强不息 知行合一 经验公式经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量 的数字之间的关系，又叫数字公式数字公式 。 公式中所用的单位一般都是指定的，在计算中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单位就行了。 例例:水蒸汽在空气中扩散系数为：水蒸汽在空气中扩散系数为： 式中：式中：D扩散系数，扩散系数，ft2/h； P压强，压强，atm； T兰氏温度，兰氏温度，R。 试将式中各符号单位换算成试将式中各符号单位换算成 D: m2/s；P: Pa；T: K