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《化工原理》教材分析本教材是以化工生产中的流体流动及输送机械、非均相物系分离、传热、蒸发、结晶、蒸储、吸收、干燥、萃取、冷冻等物理加工过程为背景，学习化工单元过程及设备的基本知识、基本理论和基本技术，是一门工程技术性较强、既为后续课程服务，又有较强技术性的专业基础课程，是高职化工、制药类专业学生必修课程。
其主要任务是介绍流体流动、传热、传质的基本原理及主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选型及实验研究方法；培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力。
主要介绍了化工过程与单元操作的概念、分类，给出了课程的内容、性质和任务，简介了常用的单位、单位制和单位换算，从整体上分析了两大衡算和“三传”。
为以后的学习奠定了概念和工程意识基础。
学情分析技校由于生源多元化，学生组成复杂、层次不齐，学生个性和水平差异大，所以教学设计要有梯度，由浅入深，注意层次性。
要注意抓住学生的心理，激发学生的学习兴趣,让他们在学习中学会参与，在参与中学会学习。
根据学生的心理特征，采用视、听、说、做的教学方法,从感性认识入手，逐渐上升到理性认识，培养学生理解和运用理论知识并付诸实践的能力。
教学中要强调技术、技能和应用，因为技校的学生一样有强烈的求知欲望，也需要创新精神。
教学方法采用“四导”教学法，即导入教学目标、导入教学内容、导入实践环节、导入评价机制。
组织以学生为主的教学方式,可以分组讨论、类比归纳、实验实训探究、着重采用启发式教学。
本节内容具体采用讲解教学法、讨论教学法等。
教学目标1、使学生了解本课程的性质、内容和任务2、化工过程的基本计算3、熟悉单位制和单位换算4、了解本课程学习的基本要求5、逐步使学生建立基本的工程意识和职业素质意识学习方法本节内容主要是举例说明，可了解概念、建立工程意识。
学习重点1、课程的性质和任务2、“三传”和“两大平衡”3、单位、单位制和单位换算教学程序设计1、创设情景通过生活生产中的例子引入课题2、提出问题让学生总结各种例子的共同点3、解决问题根据学生总结的共同点提出单元操作的概念及“三传”和“两大平衡”4、构建新的知识体系引入单元操作中的单位、单位制和单位换算5、知识的应用举例说明知识的运用6、课堂小结7、提出学习要求和学习方法8、学生讨论9、布置作业板书设计什么是化工原理生活和工业生产实例什么是单元操作单元操作的基本规律：“三传”基本计算单位、单位制和单位换算学习基本要求学习任务：单元操作基本概念、工程概念和工程问题的处理方法、作业。
第一章 流体流动一、压强1、单位之间的换算关系：1atm = 101.33kPa = 10330kgf / m 2 = 10.33mH 2 O = 760mmHg2、压力的表示 (1)绝压：以绝对真空为基准的压力实际数值称为绝对压强(简称绝压) ，是流 体的真实压强。
(2)表压：从压力表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压高出的值。
表压=绝压-大气压(3)真空度：从真空表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压低多少真空度=大气压-绝压 3、流体静力学方程式p = p 0 + p gh 二、牛顿粘性定律F du A dyτ为剪应力；dudy为速度梯度； 为流体的粘度； 粘度是流体的运动属性， 单位为 Pa ·s ；物理单位制单位为 g/(cm · s)，称为 P(泊)， 其百分之一为厘泊 cp1Pa g s = 1P = 1cP液体的粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。
三、连续性方程若无质量积累，通过截面 1 的质量流量与通过截面 2 的质量流量相等。
p 1u 1A 1 = p 2u 2 A 2对不可压缩流体u 1A 1 = u 2 A 2即体积流量为常数。
四、柏努利方程式单位质量流体的柏努利方程式：g z +u 22+ pp= We xhfgz + + = E 称为流体的机械能2 p单位重量流体的能量衡算方程：u 2 pz ++ = He Hf2g pgT = =u 2 p(1)阻力系数法z ：位压头(位头)；u 2：动压头(速度头) ； p：静压头(压力头) 2g p g有效功率： Ne = WeWs 轴功率： Nen 五、流动类型雷诺数： Re =dup 山Re 是一无因次的纯数，反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系。
(1)层流：Re 共 2000： 层流 (滞流)， 流体质点间不发生互混， 流体成层的向前流动。
圆管内层流时的速度分布方程：u r = u max (1- r 2R 2) 层流时速度分布侧型为抛物线型 (2)湍流Re > 4000 ：湍流(紊流)，流体质点间发生互混，特点为存在横向脉动。
化工原理课堂讲稿（北京中医药大学）第七章固液萃取概述1．定义：萃取是利用溶质在不同溶剂中溶解度的不同，使混合物中的组分得到完全或部分分离的操作过程。
固液萃取：用溶剂萃取（提取）固体中某些成分。
分类液液萃取：利用溶质在两种互溶性小的溶剂中溶解度不同来分离液液混合物。
属于传质过程2、液液萃取定义：若用萃取法分离混合物A+B，即先选择一种适宜的溶剂，（称为萃取剂）用S表示，S对混合物中A有显著的溶解能力，而对B是不互溶或部分互溶，再利用分离器将混合物S+A与A+B 分离并通过蒸馏回收溶剂的操作称为液液萃取，其中易溶组分A叫溶质，不溶组分B叫稀释剂或原溶剂，“S+部分A”叫萃取相，用E表示，“B+部分A”叫萃余相，用R表示。
如从醋酸水溶液中分离醋酸可用乙酸乙酯，从中药提取液中分离黄酮、皂苷、生物碱等有效成分，从青霉素水液中用乙酸戊酯萃取青霉素。
混合物若可较易用蒸馏法分离，则不选液液萃取，但下列情况可用液液萃取法分离后再蒸馏分离。
①液液混合物挥发度小，沸点高，需在真空下蒸馏分离，可考虑用萃取法。
②液液混合物相对挥发度接近或形成共沸物，普通蒸馏无法分离，考虑液液萃取。
③液液混合物热敏感性大，易发生热分解，化学化应等可考虑。
④要分离的混合物浓度很低，精馏法不经济可考虑。
对萃取要求①对被萃取组分A有较大溶解度而对稀释剂溶解度较小。
②利于萃取相和萃余相较快分层。
③萃取剂不易燃、易爆、毒性小、便于操作、运输、贮存。
④粘度低、凝固点低、易回收、价廉，易得。
应用：中药材固液提取及液液萃取有效成分。
工程上获得有用物质，物质纯化，防止污染，除杂等。
第一节：浸提过程及计算固液萃取也即固液提取，即用适当溶剂提取固体中某些成分的过程，是中药制剂工艺中的重要环节。
中药成分复杂，提取过程复杂，提取原理复杂。
浸提方法主要有①冷提:冷浸、超声、渗漉②热提：回流提取、温浸、煎煮③连续多级提取。
一、浸提原理：1、费克定律――Fick 定律传质推动力为浓度差中药材浸提过程：中药材饮片－－粉碎――加溶剂――浸润、渗透药材并进入药材内部――溶解可溶性成分―― 在药材内外部产生浓度差――形成传质推动力―― 可溶性成分在药材内部扩散――可溶性成分扩散到药材表面――可溶性成分从药材表面扩散到溶剂中――达到浓度平衡。
可溶性成分由高浓度区向低浓度区扩散过程遵循费克定律。
即dx dC )D D (J A e A +-= —适用于稳定扩散过程（Fick 第一定律）式中：J A ：组分A 的扩散速率：为单位时间内组分A 通过垂直于浓度梯度方向上的单位截面积扩散的摩尔量，表示物质扩散过程的快慢，单位:kmol/m 2sdxdC A ：组分A 在x 方向上的浓度梯度 kmol/m 4 D ：质量扩散系数：（也叫分子扩散系数）表示分子扩散能力的物性常数；m 2/s 。
可由实验测定、查手册及经验公式计算得到，中药提取中D 多在10-8～10-10之间。
D e ：涡流扩散系数，与流动状态有关，表示组分A 靠涡流运动由高浓度区向低浓度区扩散的常数，流体湍流时才产生涡流扩散，单位：m 2/s“—”表示扩散过程方向沿浓度下降的方向进行。
稳定扩散指物质的浓度不随时间变化而变化的扩散过程。
对于一维稳定的扩散过程，若忽略涡流扩散影响，中药材浸提扩散过程可用下式表示：即 dxdC D Ad dM J A A -==τ 整理为：dx dC DA d dM A -=τ τd dM 叫物质扩散速度说明：物质扩散速度与固液相间接触面积成正比，与扩散物质浓度成正比，与分子扩散系数成正比，与扩散距离成反比，此即费克第一定律在中药提取中的应用。
式中：M ：扩散物质的量； kmolA ：固液相间接触面积； m 2τ：时间； s对代入积分并将τAd dM J dx dC D J A A A =-= 则 ??-=x C C A A DdC dx J 0终始则 C D )C C (D x J A ??=-=?终始τAd dM C x D J A =?=则C A k C A xD d dM ??τ??=??=――此为费克第一定律另一表达式。
若ΔC 不为常数：用对数平均值，即终始终始C C C C C -?=?ln 式中：ΔC ：浓度差 k ：传质系数而分子扩散系数D 可通过实验由下式计算得到rN RT D πμ61?= 式中：R ：气体常数：8.314J/mol ·kT ：热力学温度；KN ：阿伏加德罗常数6.023×1023个/molμ：溶剂粘度P a ·sr ：溶质粒子半径；m由上可知，温度↑，μ↓，r ↓，D ↑，扩散速率↑2.药材中可溶性成分的浸出机理（1）溶剂在药材内部的渗透和润湿过程a.渗透过程即药材中各种形状细胞内,细胞外等被溶剂充满的过程；渗透过程借助于细胞间细小孔隙及细胞壁的壁孔和薄的细胞壁等，其所用时间用下述经验公式计算:rh B 241037.1??=-τ )5.1246.14(2a a B -=)(0P P P a -= 式中：h ：小孔隙长度;m r ：小孔隙半径;mP ：细胞的静压力;P a P 0：溶剂中压力;P a此过程与小孔隙长度、半径、细胞内外压力有关，压差↑，利于渗透.药材种类，粉碎度，压差影响渗透时间。
τ的实际值要大于计算值强化方法：减少渗透时间的方法为加压浸取（可赶出细胞内空气）和减压浸出.b.湿润过程与渗透同时进行.湿润与药材种类，溶剂种类，气液固间表面张力有关当气液固间表面张力达平衡时θδ+δ=δS C o 气液液固气固—杨氏方程则气液液固气固－δδδ=θcos式中：δ表面张力θ固体与液体间的接触角表面张力为沿液体(物质)表面作用在单位长度上的表面收缩力,N/m.表面张力与物质种类有关，和与其接触物质种类,温度,压力有关。
若θ<90℃ 固体能被溶剂湿润，此固体为亲液固体.若θ>90℃ 固体不能被溶剂湿润，此溶剂不适合提取固性物.中药材多为亲水性物料，可用水提取其成分2.可溶性成分的溶解过程动植物药材均由各种形状的细胞组成(薄壁细胞,纤维细胞,厚壁细胞,实细胞等),可溶性成分多存在于细胞内，溶剂渗透并润湿可溶性成分颗粒后，就开始溶解固体颗粒并在细胞内扩散，其过程遵循Fick定律及相似者相溶原理。
Fick 定律表述为111C A k d dM ?=τ可可C C C S -=?1 式中：A 1：可溶性物质表面积 ; m 2k 1：传质分系数; m/sC S 可：可溶性物质在细胞内的饱和浓度kmol/m 3C 可：某时刻可溶性物质在细胞内的浓度kmol/m 3相似者相溶原理即：离子型物质易溶于极性溶剂,极性物质易溶于极性溶剂，低极性物易溶于低极性溶剂,亲脂性成分易溶于非极性溶剂.影响此过程因素有溶剂的种类、药材种类.3.可溶性成分在细胞间至药材颗粒表面的分子扩散过程此过程遵循Fick 定律即222C A k d dM ?=τΔC 2：对数平均浓度差; kmol/m 3k 2：传质分系数 ; m/sA 2：细胞膜面积;m 2此过程与细胞壁厚，细胞层数、大小、壁上纹孔有关。
4.可溶性成分由药材表面向溶液主体的扩散过程遵循费克定律333C A k d dM ?=τk 3：传质分系数包括D分及D e 影响 A 3：固液相接触面积ΔC 3=C S 溶-C溶 C S 溶:溶液中可溶性成分的饱和浓度, C 溶：某时刻的浓度, 强化方法：应用搅拌、提高传质速度自己总结：影响浸提过程的因素有哪些，如何影响?二、浸提过程的计算浸提分为单级多次浸取和多级逆流浸取，也有动态和静态浸取1.平衡浓度与平衡状态平衡浓度指当物质从药材中扩散到溶液中的量与物质从溶液中扩散到药材中量相等时浸提液的浓度即为平衡浓度。
平衡状态指药材内部液体的浓度与药材外部浸提液的浓度相等时的状态叫平衡状态，若二者不相等称为非平衡状态浸出。
2.浸出率：指浸提后溶液中所含可溶出物质的量与原药材所含可溶出物质总量之比，称为浸出率，表示浸出效果。
对于单级多次提取，设多次浸提，每次均达到平衡状态。
且设药材中所含可浸出成分的总量为m ，可浸出成分的浸提量为m o ，剩余在药材中可浸出成分的量m i ，药材外的浸液量s o ，剩余在药材中的浸液量s i ，则第一次浸提达到平衡状态时有式中i1o1s s =α。
浸提后需将药材外的浸提液与药材分离，为计算方便假设药材外的浸液能够全部与药材分离，第二次提取时加入与所分离的浸液量同样数量的新溶剂，剩余在药材中的浸液量s i 2 = s i 1，则）则由第n 次浸提后，剩余在药材中的可浸出成分为i1i1i1o1s ms s m =+α+=+?=1i1o1i1i1ms s s m m i2i2i2o2i1s m s s m =+α+=+=1i1i2o2i2i1i2m s s s m m ()2i1i211αα+=+=mmm ()n n m m α+=1i第n 次浸提后，可浸出成分的浸提总量为第n 次浸提后，可浸出成分的总浸提率E T n 为（或平衡条件下浸出一次浸出率 M M E T 11-=浸出n 次浸出率 n nn T M M E 1-=M ：总溶剂质量与药材吸附溶剂质量之比（M ＝1＋α）1：为残留在药材中溶剂量为1E T 实际为倾出浸出液量与总溶剂量之比一般n 为4～5次例5-1 含有可浸出成分10%的某药材100kg ，采用单级多次浸提，第一次加入溶剂500kg ，每次全部分离药材外的浸液，从第二次提取开始，每次加入的新溶剂量与上次全部分离的浸液量相等。
设药材中所剩余的溶液量约等于药材的初始质量，试求浸提一次和浸提三次后药材中所剩余的可浸出成分的量。
解：由题可知m =100×10%=10kg ，s o 1= 500-100=400kg ，s i 1=100kg ，则第一次浸提后药材中剩余的可浸出成分量为第三次浸提后药材中剩余的可浸出成分量为此题还可进一步算出经三次浸提后的可浸出成分的浸提总量m o 34100400i1o1===s s αkg241101i1=+=+=αmm ()()kg08041101333i .mm =+=+=α()[]()nn n n mm m m αα+-+=-=111i o ()[]()nn nn mm E αα+-+==111o T和浸提率E T 3分别为m o 3 = m - m i 3 = 10 - 0.08 = 9.92kg用另一种计算方法：M ＝500/100＝5 m ＝10kg8.051511＝－＝M M E T -= 992.0515133333＝－＝M M E T -= 则第一次浸取mi1＝10－0.8×10＝2kg第三次浸取mi3＝10－0.992×10＝0.08kg提取时对药渣进行压榨工艺，可提高提取率。
