单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,化工原理,Principles of Chemical Engineering,教材简介,学时安排,化工原理，王志魁主编，化学工业出版社。,2023年第四版，2023年第三版,总学时：56学时理论,16学时试验,化工原理，谭天恩等编，化学工业出版社，2023年出版。,化工原理，钟理等主编，化学工业出版社，2023年出版。,化工原理，夏清，陈常贵主编，天津大学出版社，2023年出版。,化工原理习题解，钟秦等编著，国防工业出版社，2023年出版。,化工原理学习指导，丁忠伟主编，化学工业出版社，2023年出版。,化工原理试验，周立清等编，华南理工大学出版社，2023年出版。,参考资料,参考书,:,1,化工过程及单元操作,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。有化学反响过程，还有大量的物理加工过程。,绪 论,原料 化学反响器 中间产品,前处理 后处理,除杂，调整温度 精制、分别,压力等条件 枯燥等,乳品生产线,原料选择清洗和分选裂开压榨粗滤澄清精滤糖酸调整脱气杀菌包装。,果汁饮料生产工艺流程,粉碎,过滤,过滤,调味,解吸,需要,热量,生产包含,流体输送,沉降,不同化工的生产过程使用各种物理加工过程，依据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的根本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸取、蒸馏、粉碎、萃取、吸附、枯燥等。,化工生产：(1)化学反响过程：如各种产品的生成,(2)物理加工过程,这些根本的物理过程称为单元操作。,假设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一样的单元操作；,单元操作均为物理性操作，只转变物料的状态或其物理性质，不转变其化学性质；,单元操作用于不同生产过程，其根本原理一样，进展该操作的设备也可以通用。,单元操作的特点,单元操作按其理论根底可分为以下三类：,上述三个过程包含了三种理论，称之为,“,三传理论,”,。,1流体流淌过程fluid flow process:,包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。,2传热过程heat transfer process:,包括热交换、蒸发等。,3传质过程mass transfer process:,包括吸取、蒸馏、萃取、吸附、枯燥等。,单元操作的分类,动量传递(momentum transfer)：流体流淌时，其内部发生动量传递，故流体流淌过程也称为动量传递过程。但凡遵循流体流淌根本规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去争论。,热量传递(heat transfer):物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。但凡遵循传热根本规律的单元操作，到可以用热量传递的理论去争论。,质量传递(mass transfer):两相间物质的传递过程即为质量传递。但凡遵循传质根本规律的单元操作，到可以用质量传递的理论去争论。,三传理论,流体力学、传热及传质的根本原理是各单元操作的理论根底。很多单元操作都会包含两种以上的传递现象，如枯燥、精馏等。,“三传理论”是单元操作的理论根底，单元操作是“三传理论”的具体应用,“三传理论”和单元操作也是化工生产的理论和实践根底,单元操作与三传理论的关系,2.1,课程性质,化工原理是化工及相关工科专业的专业根底课。,先修课：高等数学、物理、化学、物理化学等。,2.2,课程内容,主要介绍,“,三传理论,”,和,“,单元操作,”,。,2,课程性质、内容及任务,介绍三传理论，即流体流淌、传热、传质的根本原理,把握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选型及试验争论方法,培育学生运用根底理论分析和解决生产过程单元操作中各种工程实际问题计算、选型、操作及试验争论方法的力量,2.3,课程任务,3.1,单位制,国际单位制中的单位是由根本单位、帮助单位和具有特地名称的导出单位构成的。,根本单位有：,长度米(m)质量千克(kg),时间秒(s)温度开(K),电流安(A)物质的量摩尔(mol),发光强度坎(cd),3,单位与单位换算,重要导出单位：,力,F=ma,；,N,压强,P=F/A,；,N/m,2,Pa,能量、功、热,F,距离,l,N.m,J,功率,功,/,时间；,J/s W,比热,热,/,质量,温度；,J/kg.K,3.2,因次,法定计量单位中，根本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号L、M、T、表示，则导出量可由这些根本量的符号组合而成。,例：速度,LT,1,加速度,LT,2,力,MLT,2,假设某物理量以MaLbTc表示，则称它为该物理量的因次或量纲。严格说，指数a、b、c称为因次。MaLbTc称为该物理量的因次式或量纲式，表示该物理量的单位与根本量的单位之间的关系。当abc0时，时M0L0T01，称为无因次，或量纲为1的量。,力N牛顿 1N=1kg.m/s2,1kgf(千克力2,压强压力Pa帕斯卡 1Pa=1N/m2,能、功、热焦耳J 1J=1N.m,1atm760mmHg1.0133105Pa10.33mH2O1.033kgf/cm2,3.3,单位换算,同一物理量假设用不同单位度量时，其数值需相应地转变。这种换算称为单位换算。,物料衡算,能量衡算,平衡关系,传递速率,经济核算,4 单元操作中常用的根本概念,依据,质量守恒定律,，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,对于连续操作的过程，假设各物理量不随时间转变，即处于稳定操作状态时，过程中不应有物料的积存，则物料衡算关系为,输入量输出量累积量,输入量输出量,用物料衡算式可由过程的量求出未知量。,4.1 物料衡算material balance,物料衡算的步骤：,1依据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上数据与待求量。,2确定衡算基准，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。,3划定衡算范围，列出衡算式，求解未知量。,例：承受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20后输送到其次个，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其次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。,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根本一样。,4.2 能量衡算energy balance,平衡状态是自然界中广泛存在的现象。,平衡关系可用来推断过程能否进展，以及进展的方向和能到达的限度。,以食盐的溶解和结晶为例：,食盐浓度,饱和浓度：结晶,食盐浓度,饱和浓度：溶解,该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。,4.3,平衡关系,(,relationship of system balance,),不饱和食盐溶液：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。,饱和食盐溶液即平衡状态：溶解速率为零,以食盐溶解为例：,4.4 传递速率rate of transfer process,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之差值，可以看作是溶解过程的推动力driving force,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的阻力resistance。,此关系类似于电学中欧姆定律。,过程的,传递速率,与推动力成正比，与阻力成反比，即,过程的传递速率是打算化工设备的重要因素：,传递速率大，设备尺寸小,本课程中，各单元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进展，并以最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。为生产定量的某种产品所需要的设备，依据设备的型式和材料的不同，可以有假设干设计方案。对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。,因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。,4.5,经济核算,(economic evaluations),