化工绪论ppt.ppt

《化工绪论ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工绪论ppt.ppt（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、化工原理Principles of Chemical Engineering教材简介教材简介学时安排学时安排化工原化工原理，王志魁主编，化学工业出版社。理，王志魁主编，化学工业出版社。2010年第四版，年第四版，2004年第三版年第三版总学时：总学时：5656学时（理论）学时（理论）16 16学时（实验）学时（实验）1.1.化工原理，谭天恩等编，化学工业出版社，化工原理，谭天恩等编，化学工业出版社，20062006年出版。年出版。2.2.化工原理，钟理等主编，化学工业出版社，化工原理，钟理等主编，化学工业出版社，20082008年出版。年出版。3.3.化工原理，夏清，陈常贵主编，天津大学出版社

2、，化工原理，夏清，陈常贵主编，天津大学出版社，20052005年出版。年出版。4.4.化工原理习题解，钟秦等编著，国防工业出版社，化工原理习题解，钟秦等编著，国防工业出版社，20082008年出版。年出版。5.5.化工原理学习指导，丁忠伟主编，化学工业出版社，化工原理学习指导，丁忠伟主编，化学工业出版社，20062006年出版。年出版。6.6.化工原理实验，周立清等编，华南理工大学出版社，化工原理实验，周立清等编，华南理工大学出版社，20102010年出版。年出版。参考资料参考书参考书:1 1 化工过程及单元操作化工过程及单元操作 化学工业化学工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成利

3、用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成生产资料和生活资料的工业。生产资料和生活资料的工业。一种产品的生产过程中往往包含很多个过程。有化学反应过一种产品的生产过程中往往包含很多个过程。有化学反应过程，还有大量的程，还有大量的物理加工过程物理加工过程。绪 论原料原料 化学反应器化学反应器 （中间）（中间）产品产品 前处理前处理 后处理后处理 除杂，调节温度除杂，调节温度 精制、分离精制、分离 压力等条件压力等条件 干燥等干燥等 乳品生产线乳品生产线原原料料选选择择清清洗洗和和分分选选破破碎碎压压榨榨粗粗滤滤澄澄清清精滤精滤糖酸调整糖酸调整脱气脱气杀菌杀菌包装。包装。果汁饮料生产工艺流程果汁饮料生

4、产工艺流程粉碎粉碎过滤过滤过滤过滤调味调味解吸解吸需要需要热量热量生产包含生产包含流体输送流体输送沉降沉降 不同化工的生产过程使用各种物理加工过程，根据他们不同化工的生产过程使用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程基本操作过程，如如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、萃取、吸附、干燥结晶、吸收、蒸馏、粉碎、萃取、吸附、干燥等。等。化工生产化工生产：(1)化学反应过程：如各种产品的生成化学反应过程：如各种产品的生成 (2)物理加工过程物理加

5、工过程这些基本的物理过程称为这些基本的物理过程称为单元操作单元操作。若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程；若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程；同一生产过程中可能包含多个相同的单元操作；同一生产过程中可能包含多个相同的单元操作；单元操作均为物理性操作，只改变物料的状态或其单元操作均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质；物理性质，不改变其化学性质；单元操作用于不同生产过程，其基本原理相同，进单元操作用于不同生产过程，其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通用行该操作的设备也可以通用。单元操作的特点单元操作的特点单元操作按其单元操作按其理论基础理论基础可分为下列三类：可

6、分为下列三类：上述三个过程包含了三种理论，称之为上述三个过程包含了三种理论，称之为“三传理论三传理论”。（1 1）流体流动过程流体流动过程（fluid flow processfluid flow process）:包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。（2 2）传热过程传热过程（heat transfer processheat transfer process）:包括热交换、蒸发等。包括热交换、蒸发等。（3 3）传质过程传质过程（mass transfer processmass transfer process）:包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。包括吸收

7、、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。单元操作的分类单元操作的分类动量传递动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生流体流动时，其内部发生动量传递，故动量传递，故流体流动流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去研究。体流动基本规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去研究。热量传递热量传递(heat transfer):物体被物体被加热或冷却加热或冷却的过程也称为物的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用热量传递

8、的理论去研究。热量传递的理论去研究。质量传递质量传递(mass transfer):两相间两相间物质的传递物质的传递过程即为质量传过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，到可以用质量传递的递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，到可以用质量传递的理论去研究。理论去研究。三传理论三传理论 流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递现象，现象，如干燥、精馏等。如干燥、精馏等。“三传理论三传理论”是单元操作的理论基础，是单元操作的理论基础，单元操作是单元操作是“

9、三传理论三传理论”的具体应用的具体应用 “三传理论三传理论”和单元操作也是化工生产和单元操作也是化工生产的理论和实践基础的理论和实践基础单元操作与三传理论的关系单元操作与三传理论的关系2.1 2.1 课程性质课程性质化工原理是化工及相关工科专业的专业基础课。化工原理是化工及相关工科专业的专业基础课。先修课：高等数学、物理、化学、物理化学等。先修课：高等数学、物理、化学、物理化学等。2.2 2.2 课程内容课程内容主要介绍主要介绍“三传理论三传理论”和和“单元操作单元操作”。2 2 课程性质、内容及任务课程性质、内容及任务介绍三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理介绍三传理论，即流体流动、传

10、热、传质的基本原理掌握主要单元操作的典型掌握主要单元操作的典型设备构造设备构造、操作原理操作原理、计算计算、选型选型及及实验研究实验研究方法方法培养学生运用基础理论培养学生运用基础理论分析分析和和解决解决生产过程单元操作中生产过程单元操作中各种各种工程实际问题工程实际问题（计算、选型、操作及实验研究方法计算、选型、操作及实验研究方法）的能力的能力2.3 2.3 课程任务课程任务3.1 3.1 单位制单位制 国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。具有专门名称的导出单位构成的。基本单位有：基本单位有：长度长度米米(m)(m

11、)质量质量千克千克(kg)(kg)时间时间秒秒(s)(s)温度温度开开(K)(K)电流电流安安(A)(A)物质的量物质的量摩尔摩尔(mol)(mol)发光强度发光强度坎坎(cd)(cd)3 3 单位与单位换算单位与单位换算重要导出单位：重要导出单位：力力F=ma；N 压强压强P=F/AP=F/A；N/mN/m2 2PaPa 能量、功、热能量、功、热F F距离距离l N.mN.mJ J 功率功率功功/时间；时间；J/s J/s W W 比热比热热热/质量质量温度；温度；J/kg.KJ/kg.K3.2 3.2 因次因次法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分法定计量单位中，基本量的长度、

12、质量、时间、温度可分别用符号别用符号L、M、T、表示，则导出量可由这些基本量的符号表示，则导出量可由这些基本量的符号组合而成。组合而成。例：速度例：速度LT1加速度加速度LT2力力MLT2 若某物理量以若某物理量以MaLbTc表示，则称它为该表示，则称它为该物理量的因次物理量的因次或量纲或量纲。严格说，指数严格说，指数a a、b b、c c称为因次。称为因次。MaLbTc称为该称为该物理量的因次式或量纲式），表示该物理量的单位与基本量的物理量的因次式或量纲式），表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。当单位之间的关系。当a ab bc c0 0时，时时，时M0L0T01，称为称为无因次无因

13、次，或量纲为，或量纲为1的量。的量。力力N（牛顿）（牛顿）1N=1kg.m/s21kgf(千克力千克力)=9.81N=9.81kg.m/s2压强（压力）压强（压力）Pa（帕斯卡）（帕斯卡）1Pa=1N/m2能、功、热能、功、热焦耳焦耳J1J=1N.m1atm 760mmHg 1.0133105Pa 10.33mH2O1.033kgf/cm23.3 3.3 单位换算单位换算同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。这种换算称为单位换算。物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算平衡关系平衡关系传递速率传递速率经济核算经济核算

14、4 4 单元操作中常用的基本概念单元操作中常用的基本概念 依据依据质量守恒定律质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料，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，即质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳稳定操作状态时定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为输入量输出量累积量输入量输出量累积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。4.1 物料衡算（

15、物料衡算（material balance）物料衡算的步骤：物料衡算的步骤：（1 1）根据题意画出各物流的）根据题意画出各物流的流程示意图流程示意图，物料的流向用，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。箭头表示，并标上已知数据与待求量。（2 2）确定衡算基准确定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。及设备的单位体积等作为计算的基准。（3 3）划定衡算范围划定衡算范围，列出衡算式，求解未知量。，列出衡算式，求解未知量。例：采用两个连续操作的串联蒸发器浓缩NaOH溶液，每小时5吨12NaOH溶液进入第一个蒸发器，浓缩到

16、20后输送到第二个，进一步浓缩到50后排出。试分别求出每个蒸发器每小时蒸发的水量及从第二个蒸发器送出的浓溶液量。本课程所用到的能量主要有机械能和热能。本课程所用到的能量主要有机械能和热能。能量衡算的依据是能量守恒定律。能量衡算的依据是能量守恒定律。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。4.2能量衡算（能量衡算（energybalance）平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡关系平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。方向和能达到的限度。以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶

17、解和结晶为例：食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶食盐浓度食盐浓度 饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。4.3 平衡关系平衡关系(relationship of system balance)不饱和食盐溶液不饱和食盐溶液：溶解速率（单位时间内溶解的食盐质：溶解速率（单位时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。饱和食盐溶液饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零（即平衡状态）：溶解速率为零以食盐溶解为例：以食盐溶解为例：4.4传递速率（传递速率（rateoftransfer

18、process）溶液浓度越远离平衡浓度，其溶解速率越大；溶液浓度溶液浓度越远离平衡浓度，其溶解速率越大；溶液浓度越接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度越接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的之差值，可以看作是溶解过程的推动力（推动力（driving forcedriving force）颗粒大小和搅拌对溶解速率的影响：颗粒大小和搅拌对溶解速率的影响：由大块改为小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不由大块改为小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能加速溶液质点对流。其结果能减小溶解过程搅拌改为搅拌，能加速溶液质点对流

19、。其结果能减小溶解过程的的阻力（阻力（resistanceresistance）。此关系类似于电学中欧姆定律。此关系类似于电学中欧姆定律。过程的过程的传递速率传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即与推动力成正比，与阻力成反比，即过程的传递速率是决定化工设备的重要因素：过程的传递速率是决定化工设备的重要因素：传递速率大，设备尺寸小传递速率大，设备尺寸小本课程中，各单元操作的计算、设备的选本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优经济效益作为最终的设计方案。优经济效益作为最终的设计方案。效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生产定量的某种产品所需要的设备，根据产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式设备的型式和材料的和材料的不同，可以有若干不同，可以有若干设计方案设计方案。对同一台设备，所选用的。对同一台设备，所选用的操作操作参数参数不同，会影响到设备费与操作费。不同，会影响到设备费与操作费。因此，因此，要用经济核算确定最经济的设计方案要用经济核算确定最经济的设计方案。4.5经济核算经济核算(economicevaluations)