化工原理PPT课件0绪论.ppt

1化化 工工 原原 理理 教教 师师 孙金堂孙金堂 电电 话话 7696327 Email sunjintanggmailPrinciples of Chemical Engineering化化 工工 原原 理理2教学计划教学计划课堂讲授：课堂讲授：围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本，但围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本，但对教材中的内容有所增减，对教材中的内容有所增减，自成体系自成体系。 （讲绪论及第（讲绪论及第 1、2、5、9、11 章，其余不讲，自学）。章，其余不讲，自学）。实验教学：实验教学：通过验证性实验来帮助学生理解所学理论通过验证性实验来帮助学生理解所学理论。实验实验(32学时学时)：雷诺、柏努利方程、阻力、离心泵、传：雷诺、柏努利方程、阻力、离心泵、传热、板式塔、蒸馏、干燥实验（以实验安排为准）。热、板式塔、蒸馏、干燥实验（以实验安排为准）。 辅导答疑辅导答疑：考前：考前作业作业 (1) 每章每章交一次，不用抄题，但要写清楚页码、题号交一次，不用抄题，但要写清楚页码、题号 3 (2) 计算题求解步骤和要求（也适用于考试）：计算题求解步骤和要求（也适用于考试）：a. 要写出已知条件和求解参数（要写出已知条件和求解参数（10%）b. 一般要画出简图（一般要画出简图（10%）c. 解题步骤层次清晰，解题步骤层次清晰，公式公式要准确要准确 ( 50%)d. 已知已知数据和单位一起数据和单位一起代入公式代入公式 ( 20% )e. 计算结果计算结果(要求保留要求保留3位或位或4位有效数字）位有效数字） (10%) 考核考核(1) 考勤考勤 10% （缺勤超（缺勤超 3 次次 者没有考试资格）者没有考试资格）(2) 作业作业 20% （缺作业超（缺作业超 3 次次 者没有考试资格）者没有考试资格） (3) 考试（闭卷）考试（闭卷） 70% 4尿素生产装置尿素生产装置5 化化工工原原理理概概 括括6 化工生产过程与单元操作化工生产过程与单元操作 对物料进行大规模的物理或化学加工的过程称为化对物料进行大规模的物理或化学加工的过程称为化学工业生产过程，学工业生产过程， 简称简称。 尽管用不同原料生产不同的产品的化工过程相差很尽管用不同原料生产不同的产品的化工过程相差很大，但它们都是由若干个简单过程（单元操作）按一定大，但它们都是由若干个简单过程（单元操作）按一定的顺序和方式组合而成的。的顺序和方式组合而成的。 ：指在各种化工过程中，：指在各种化工过程中，遵守同一基本原理遵守同一基本原理，所用设备相似所用设备相似，作用相同作用相同，仅发生物理变化仅发生物理变化过程的那过程的那些操作，称为单元操作。些操作，称为单元操作。 单元操作一般占整个化工过程的单元操作一般占整个化工过程的 80% 左右。左右。7基基 本本 化化 工工 过过 程程原料原料预处理预处理反反 应应后处理后处理产品产品化学反应工程化学反应工程化工原理化工原理8基基 本本 制制 药药 过过 程程原料原料预处理预处理反反 应应后处理后处理原料药原料药有机合成有机合成反应工程学反应工程学化工原理化工原理(单元操作单元操作)产品产品制制 剂剂药剂学药剂学制药工程学制药工程学柠檬酸生产工艺流程柠檬酸生产工艺流程白薯干白薯干 粉粉 碎碎 发酵反应发酵反应 过过 滤滤 中和过滤中和过滤 酸解过滤酸解过滤产产 品品 石灰乳石灰乳CaCO3 净净 化化 H2SO4 废糖液废糖液 浓浓 缩缩 结结 晶晶 离离 心心 干干 燥燥 菌体、残渣菌体、残渣 10 个主要环节中单元操作占个主要环节中单元操作占 9 个个10 研究各种研究各种单元操作单元操作的基本原理，典型设备的结构的基本原理，典型设备的结构和性能，工程和设备的基本计算方法，选择适当的操和性能，工程和设备的基本计算方法，选择适当的操作条件，探索过程的强化途径和方向。作条件，探索过程的强化途径和方向。 其目的是满足工艺要求。其目的是满足工艺要求。 1、化工原理课程的任务、化工原理课程的任务一、化工原理课程的任务、内容、性质、特点一、化工原理课程的任务、内容、性质、特点11化工常用单元操作化工常用单元操作（p 2）单元操作单元操作目目 的的物物 态态原原 理理传递过程传递过程流体输送流体输送输输 送送液或气液或气输入机械能输入机械能动量传递动量传递搅搅 拌拌混合或分散混合或分散气气-液、液液、液-液、固液、固-液液输入机械能输入机械能过过 滤滤非均相非均相混合物分离混合物分离气气-固固液液-固固尺度不同尺度不同的截留的截留沉沉 降降非均相非均相混合物分离混合物分离气气-固固液液-固固密度差引起的密度差引起的沉降运动沉降运动加加 热热 冷冷 却却升温、降温升温、降温改变物态改变物态液或气液或气利用温度差传利用温度差传入或移出热量入或移出热量热量传递热量传递蒸蒸 发发溶剂与不挥发溶剂与不挥发溶质的分离溶质的分离液体液体供热以供热以汽化溶剂汽化溶剂具体的具体的单元操作单元操作2、化工原理课程的内容、化工原理课程的内容12化工常用单元操作化工常用单元操作 ( ( 续续 ) )单元操作单元操作目目 的的物物 态态原原 理理传递过程传递过程气体吸收气体吸收均均相相混混合合物物分分离离气体混合物气体混合物各组分在溶剂中的各组分在溶剂中的溶解度不同溶解度不同质量传递质量传递液体精馏液体精馏液体混合物液体混合物各组分各组分挥发度不同挥发度不同萃萃 取取液体混合物液体混合物各组分在溶剂中的各组分在溶剂中的溶解度不同溶解度不同吸吸 附附液或气液或气各组分在溶剂中的各组分在溶剂中的吸附能力不同吸附能力不同干干 燥燥去湿去湿固或液固或液供热汽化供热汽化热、质热、质同时传递同时传递13 单元操作特点单元操作特点(1) 都是都是物理加工物理加工过程。过程。(2) 都是化工生产过程中的都是化工生产过程中的共有操作共有操作。(3) 用于不同化工生产过程的同一单元操作，其用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理相同，原理相同，设备通用设备通用。 例如：例如：流体输送流体输送 是一种单元操作。是一种单元操作。 基本原理基本原理是：流体力学。是：流体力学。 所用设备所用设备是：泵或风机、管道等。是：泵或风机、管道等。 它的作用它的作用是：将流体从一个地方输送到另一是：将流体从一个地方输送到另一 个地方。个地方。143、性质、性质技术基础课、专业基础课技术基础课、专业基础课工程学科工程学科实用性实用性经济性经济性理论与经验相结合的理论与经验相结合的工程研究工程研究方法方法4、特点、特点经验方法经验方法理论方法理论方法相似准则：利用相似准则：利用经验经验公式和公式和实验实验曲线进行设计和工程放大。曲线进行设计和工程放大。量纲分析：得出无因次准数方程，使实验参数最少，简化实验。量纲分析：得出无因次准数方程，使实验参数最少，简化实验。利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述建立数学模型。建立数学模型。注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理，注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理， 得到的结果带局限性得到的结果带局限性 ，不可任意推广，不可任意推广。15课程研究主线 用研究工程问题的方法解决传递过程中用研究工程问题的方法解决传递过程中的实际问题，是化工原理课程研究的主线。的实际问题，是化工原理课程研究的主线。不同的不同的的组合的组合成千上万的成千上万的具体具体16二、四个基本概念二、四个基本概念1、物料衡算、物料衡算 质量守恒定律质量守恒定律在化工过程中的应用在化工过程中的应用 稳定过程中：稳定过程中：进入的能量进入的能量 = = 排出的能量排出的能量2、热量衡算、热量衡算 能量守恒定律能量守恒定律在化工过程中的应用在化工过程中的应用稳定过程中：稳定过程中：进入的物料量进入的物料量 = = 排出的物料量排出的物料量3、平衡关系、平衡关系 说明过程进行的说明过程进行的方向方向和所能达到的和所能达到的极限极限在一定的在一定的T、P下，相平衡时两相浓度有着确定的关系下，相平衡时两相浓度有着确定的关系4、过程速率、过程速率快慢程度，关系到生产过程设备的大小快慢程度，关系到生产过程设备的大小过程阻力过程推动力过程速率 171、物料衡算、物料衡算设计设备尺寸之前，要确定所处理的物料量设计设备尺寸之前，要确定所处理的物料量研究方法研究方法：（1 1）划定衡算范围（确定研究系统）；划定衡算范围（确定研究系统）；（2 2）定出衡算基准。）定出衡算基准。非稳态过程非稳态过程输入输出积累输入输出积累系统系统输出输出输入输入积累积累系统系统输出输出输入输入稳态过程稳态过程积累积累 0输入输出输入输出18 考虑进出设备的物料本身的焓，与从外界加入或外考虑进出设备的物料本身的焓，与从外界加入或外界送出的热。有化学反应时则还包括反应所吸收或放出界送出的热。有化学反应时则还包括反应所吸收或放出的热（反应热）。的热（反应热）。 （1 1）划定衡算范围（确定研究系统）；）划定衡算范围（确定研究系统）；（2 2）定出衡算基准：物料基准、温度基准。）定出衡算基准：物料基准、温度基准。2、热量衡算、热量衡算研究方法：研究方法：非稳态过程非稳态过程输入输出积累输入输出积累系统系统输出输出输入输入积累积累系统系统输出输出输入输入稳态过程稳态过程积累积累0输入输出输入输出193、物系的平衡关系、物系的平衡关系n物系的平衡可以用来判断过程能否进行，物系的平衡可以用来判断过程能否进行，以及进行的以及进行的方向方向和能达到的和能达到的极限极限。n 当设备或系统内过程达到平衡时，过程就当设备或系统内过程达到平衡时，过程就会停止，会停止，平衡状态是过程进行的极限平衡状态是过程进行的极限。204、过程速率、过程速率 任何一个物系，如果不是处于平衡状态，任何一个物系，如果不是处于平衡状态，必然存在一个趋向平衡的过程，而过程的快慢必然存在一个趋向平衡的过程，而过程的快慢即过程的速率受多方面的影响。即过程的速率受多方面的影响。过程阻力过程推动力过程速率 过程的过程的推动力推动力依具体过程有所不同，它可以依具体过程有所不同，它可以是是压差压差、温度差温度差或或浓度差浓度差等。过程速率反映了过等。过程速率反映了过程进行的快慢程度。程进行的快慢程度。21美国气象卫星的“失足” 计量单位的重要性 2019 年年2月，美国宇航局月，美国宇航局（NASA）发射探测火星气象的）发射探测火星气象的卫星失事。预定于卫星失事。预定于2019年年9月月23日抵达火星，然而卫星没有进日抵达火星，然而卫星没有进入预定的轨道。入预定的轨道。 问题出在有些资料的计量单问题出在有些资料的计量单位位没有把英制转换成公制没有把英制转换成公制，错，错误起自承包工程的洛克希德马误起自承包工程的洛克希德马丁航天公司。丁航天公司。 这个这个 “小错误小错误”造成的损造成的损失失:仅卫星的造价就高达仅卫星的造价就高达 1.25 亿亿美元。美元。三、单位及单位换算三、单位及单位换算22单位单位制制基基 本本 单单 位位长度长度质量质量时间时间温度温度物质物质的量的量力力SImkgsKkmol 工程工程ms kgfcgscmgs mksmkgs 英制英制ftlb s23物理量的换算：物理量的换算：物理量物理量 = = 数值数值单位单位压力的单位压力的单位（最多，一定要清楚）1atm= 101300 N/m2 = 101.3 kPa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 760 mmHg1at = 1 kgf / cm2 = 10 mH2O = 735.6 mmHg = 0.9807 bar = 9.807104 Pa常温下水的密度常温下水的密度: r r = 1000 kg / m3 = 1 g /cm3 = 62.4 lb / ft3 = 102kgf / m3 当物理量当物理量A=A=物理量物理量B B时，其换算因子：时，其换算因子：1=1=物理量物理量A/A/物理量物理量B B24【例【例 0-10-1】某物质的比热容某物质的比热容 cp =1.00 BTU / (IbF)，试从基，试从基本单位换算入手，将其换算为本单位换算入手，将其换算为 SI 单位，即单位，即 kJ / (kg) （p6）解：查表：解：查表： 1.00 BTU = 1.005 kJ 1 lb = 0.4536 kg 1 F = 5/9 cp BTU = 1.00 () IbF .= 1 187 kJ / (kg ) )/ 1 Ib 1.005 kJ 1 F () () () 0.4536 kg BTU 5 9 1=1.005 kj/BTU1=1 lb/0.4536kg1=1 F/(5/9) 25四、化工原理课程的目的四、化工原理课程的目的(四种能力）四种能力）1、培养单元操作和设备选择的能力：根据生产工艺、培养单元操作和设备选择的能力：根据生产工艺 要求和物系特性，合理地选择单元操作及设备。要求和物系特性，合理地选择单元操作及设备。2、工程设计能力：学习进行工艺过程计算和设备设计、工程设计能力：学习进行工艺过程计算和设备设计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4、过程开发或科学研究能力、过程开发或科学研究能力掌握规律掌握规律 诊断过程诊断过程 开发工艺开发工艺 强化操作强化操作 创新设计创新设计26五、主要参考书籍五、主要参考书籍1、柴诚敬、夏清主编，、柴诚敬、夏清主编，化工原理学习指南化工原理学习指南 高等教育出版社，高等教育出版社，2019，第，第1版版2、姚玉英等姚玉英等编编，化工原理学习指南化工原理学习指南-问题与习题解析问题与习题解析 天津大学出版社，天津大学出版社， 2019，第，第1版版3、陈敏恒等编，、陈敏恒等编，化工原理化工原理（上册、下册）（上册、下册） 化学工业出版社，化学工业出版社，2019，第，第2版版27六、化工原理学习应六、化工原理学习应注意注意 2 2、重视重视例题例题，掌握基本解题思路和计算方法，计算要准确。，掌握基本解题思路和计算方法，计算要准确。 3 3、注意本课程的性质、特点，计算结果除了准确，还要从工程、注意本课程的性质、特点，计算结果除了准确，还要从工程 的角度考虑其结果的合理性与经济性。的角度考虑其结果的合理性与经济性。 5 5、重视附录及教材中图、表、经验数据的使用，已知数据要扩展、重视附录及教材中图、表、经验数据的使用，已知数据要扩展 6 6、与计算机学习结合，有些习题可编程解决或直接利用、与计算机学习结合，有些习题可编程解决或直接利用 EXCEL 计算、做图计算、做图。 4 4、重视实验，注意观察管路、设备的结构，增加感性认识。、重视实验，注意观察管路、设备的结构，增加感性认识。 1 1、课时少，内容多，加之以多媒体教学，每节课信息量大，、课时少，内容多，加之以多媒体教学，每节课信息量大， 且第一次接触工程内容，学习有一定难度，所以最好要有且第一次接触工程内容，学习有一定难度，所以最好要有 预习预习，必须，必须复习复习。 28 书书p6p6：1.1.（2 2）、（）、（6 6）指南指南p50p50：一、：一、8.8.作作 业业29重力沉降含尘气体净化气体颗粒降尘室操作示意图30离离心心沉沉降降 31流态化 32流化床干燥器33过过 滤滤34蒸蒸 发发35蒸发示意动画36萃萃 取取37另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。级、流态化）等单元操作。单元操作分类单元操作分类 ：（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体输送、，包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）。沉降、过滤、物料混合（搅拌）。（2）遵循热量传递基本规律的单元操作遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、，包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。冷凝、蒸发等。（3）遵循质量传递基本规律的单元操作遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、，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。将混合物进行分离，故又称之为分离操作。（4）同时遵循热质传递规律的单元操作同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体的增湿，包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。与减湿、结晶、干燥等。小结小结38单元操作之特点单元操作之特点 1、物理性操作物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；变化学性质；共同的研究对象共同的研究对象传递过程传递过程 2、它们都是化工生产过程中、它们都是化工生产过程中共有的操作，共有的操作，但不同的化但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 4、某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无、某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。性质，生产规模等。小结小结39无机化学无机化学分析化学分析化学有机化学有机化学物理化学物理化学应用化学应用化学高分子化学高分子化学化学教育化学教育科科学学实实验验化化学学家家化化工工生生产产化工原理化工原理传递过程传递过程反应工程反应工程（还有：分（还有：分离工程、化离工程、化工热力学、工热力学、系统工程）系统工程）化化工工专专家家合成氨合成氨硫酸制造硫酸制造氯碱工业氯碱工业石油化工石油化工精细化工精细化工制药业制药业制糖业制糖业水泥、玻水泥、玻璃制造业璃制造业小结小结化工原理在社会生产中的作用化工原理在社会生产中的作用40 化工生产过程的化工生产过程的单元操作种类大约有十来种，按单元操作种类大约有十来种，按照各单元操作遵循的基本原理，主要有下面三类：照各单元操作遵循的基本原理，主要有下面三类：1、动量传递：以流体力学为基础的单元操作，包、动量传递：以流体力学为基础的单元操作，包括括流体输送流体输送、沉降沉降、过滤过滤、离心分离、搅拌及气力、离心分离、搅拌及气力输送等；输送等；2、热量传递：以热量传递理论为基础的单元操作，、热量传递：以热量传递理论为基础的单元操作，包括包括传热传热、 蒸蒸 发发、结晶等；、结晶等；3、质量传递：以质量传递理论为基础的单元操作，、质量传递：以质量传递理论为基础的单元操作，包括包括蒸馏蒸馏、吸收、吸附、萃取、吸收、吸附、萃取、干燥干燥等。等。常用单元操作常用单元操作41这三类单元操作人们常称为三传（动量传递、这三类单元操作人们常称为三传（动量传递、热量传递、质量传递热量传递、质量传递)。三种传递过程既有联系三种传递过程既有联系又有区别。又有区别。化工原理课程的内容，就是讨论这三种传递过化工原理课程的内容，就是讨论这三种传递过程的基本规律及受其支配的单元操作过程及其程的基本规律及受其支配的单元操作过程及其设备。设备。