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化工原理绪论

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《化工原理绪论》课件

《化工原理绪论》课件
高度自动化
现代化工过程通常采用高度自动化的控制系 统，以实现高效、安全和可靠的生产。
化工过程的效率与能耗
效率
化工过程的效率是指输出有用产物与输入的原材料和能量之比，提高效率可以降低生产 成本和资源消耗。
能耗
化工过程的能耗是指生产过程中所消耗的能源和能量，降低能耗是化工过程的重要发展 方向，可以提高经济效益和环保性能。
VS
新技术
随着科技的不断发展，新技术也不断涌现 ，如微化工技术、3D打印技术等，这些 技术能够实现精细化工过程控制和产品制 造，提高化工过程的效率和安全性。
节能减排与可持续发展
节能减排
随着环保意识的不断提高，节能减排 成为了化工行业的重要发展方向，通 过优化化工过程和采用清洁能源，降 低能源消耗和减少污染物排放。
04
化工过程的优化与控制
化工过程的优化方法
数学模型法
通过建立数学模型描述化工过程 ，利用优化算法求解最优操作条
件。
实验优化法
通过实验设计、实验实施和实验数 据分析，找到最优的工艺参数。
人工智能法
利用机器学习、深度学习等人工智 能技术，对历史数据进行训练和学 习，自动找到最优操作条件。
化工过程的控制策略
化学反应
总结词：反应工程
详细描述：化学反应是化工生产的核 心，涉及到反应速率、反应条件以及 反应过程优化等，对于提高产品质量 和降低能耗具有重要意义。
03
化工过程的分类与特点
化工过程的分类
物理过程
物质状态变化或能量传递的过 程，如蒸发、冷凝、过滤等。
化学过程
物质发生化学反应的过程，如 燃烧、合成、分解等。
生物过程
生物发酵、酶催化等生物化学 过程。

化工原理 绪论

化工原理 绪论

衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2019/8/12
2． 热量衡算
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。
或写成
QI Q0 QL
——热量衡算通式
(wH) I
2019/8/12
1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述关系代入 ，得：
1.033 kgf cm2

1.033

9.81N
0.01m2
1.013105 N
/ m2
3．单位的正确运用
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
2019/8/12
3. 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。
2019/8/12
(wH )0 QL
2019/8/12
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℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
3.过程的平衡和速率
例
①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。 平衡是一个动态的过程。

化工原理教学绪论课件PPT

化工原理教学绪论课件PPT
解：
解：（1）结晶产品量 P 及水分蒸发量 W
首先根据题意画出过程示意图。
水，W kg/h
料液
1000kg/h 20%KNO3
蒸发器
S kg/h
50%KNO3
R kg/h
37.5%KNO3
结晶器
结晶产品 P kg/h
4% 水
21
在图中绿色虚线方框所示的范围内作物料衡算。
因过例程0-2中b 无化学反应，且为连续稳定过程，故可写出总物
28
概括
主要内容
化
工
理论基础
原
理
工程学科
课程学习
研究化工 单元操作 的基本原理： 典型化工单元设备的原理、结构 选型以及工艺尺寸的计算。
高等数学 物理学 物理化学
综合运用基础知识，有目的地解决 工程实际问题
目的并不只是 认识一些自然现象， 而是解决真实的、复杂的生产问题。
从复杂事物中排除非主要因素，抽出 关键环节，以合理的简化方式建立物 理和数学模型，解决工程问题。
经验方法 相似准则：利用经验公式和实验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。
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 ，不可任意推广。
理论方法 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。
10
课程研究主线
其目的是满足工艺要求。
6
2、化工原理课程的内容 ——具体的单元操作 化工常用单元操作
单元操作 目 的
物态
原 理 传递过程
流体输送 输 送
液或气 输入机械能
搅拌 过滤 沉降
混合或分散

化工原理绪论

化工原理绪论
化工原理 ←→ 食品工程原理
生物化工原料的某些成分如蛋白质、酶之类都 是生物活性物质，在加工过程中会引起变性、 钝化或破坏。热敏性和氧化变质及易腐性是动 、植物原料的共有特点。
2.本课程的性质与任务
本课程是在高等数学、物理学及物理化学、化学 等课程的基础上开设的一门专业基础课程，其主要 任务是研究化工单元操作的基本原理，典型设备的 构造及工艺尺寸的计算或设备选型。
绪论
1.概述--化工生产过程与单元操作
化学工业:对原料进行化学加工以获得产品。 化工生产过程:用化工手段将原料加工成产品的生产 过程。
该生产过程的核心是化学反应过程，为使化学 反应经济有效的进行，反应前物料要达到一定纯度 ,即需要进行前处理;反应器内必须保持最佳反应条 件（压强、温度）;反应后还要进行后处理，使产 物与反应物分开、产物精制。前、后处理中，绝大 多数过程是纯物理过程。
⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–1000)×9.81×0.35=2163 (N/m2)
(2)管内流经气体时： ρ=2.5 kg/m3 ⊿p=p1－p2= (ρ0-ρ)g R =(1630–2.5 )×9.81×0.35=5588 (N/m2)
本课程作为化学工程学的一个基础组成部分，是 化工、生物、制药、食品等专业的主干课程之一（ 学科基础课），其在基础课和专业课之间，起着承 上启下，由“理”过渡到“工”的桥梁作用。
3.本课程的内容，特点及学习方法
内容：以“三传”--流体流动过程（动量传递）； 传热过程（热量传递）；传质过程（质量传递 ）为核心和主线，讲述单元操作的基本原理， 典型设备的结构原理，操作性能和设计计算。
1.1.2 流体的粘度 1.牛顿粘性定律
流体流动时存在内摩擦力，流体流动时必须克 服内摩擦力作功。这种内摩擦力就是一种平行于 流体微元表面的表面力，通常又称作剪切力。

《化工原理》绪论

《化工原理》绪论
m
V
ρ－kg/m3
理想气体的ρ
pM
RT
气体混合物： Mm=M1y1+ M2y2 +……+ Mnyn
液体混合物：
1 a1 a2 an
m 1 2
n
2-2 比容
2-3 压强 一、任意面上的静压强
p
F A
结论：静止流体中任意界面上只受到大小相等方向相反
的压力。
二、任意点的静压强
p
lim
绪论
一、化工生产工程与单元操作
化学工业——是对原料进行化学加工以获得 有用的产品的工业。 化学工业的核心——化学反应过程及其设备 (反应器) n 保证化学反应过程得以经济、有效地进行： 适宜的温度、压强和物料组成 前处理 后处理
氯乙烯生产过程：
乙炔 提纯
单体合成
HCl 提纯
前处理
反应
产物精制 后处理
3. 如何进行操作和调节以适应生产的不同要求；在操作发生故障 时如何寻找故障的原因。
三、单元操作中常用的基本概念
1. 物料衡算(Material Balance) 输入量－输出量＝累积量 对于定态过程： 输入量＝输出量
2. 能量衡算(Energy Balance) 对于定态过程： 输入能量＝输出能量 能量：机械能、热能
干燥
热、质同时传递
化工生产过程：“三传一反”
二、«化工原理»课的内容及任务
n 主要内容：
学习各单元操作的原理、典型设备、计算、选型及实验研究方 法
n 主要任务：
1. 如何根据各单元操作的特点，进行过程和设备的选择，以适应 指定物系的特性，经济而有效地满足工艺的要求。
2. 如何进行过程的计算和设备的设计；在缺乏数据的情况下如何 组织实验以取得必要的设计数据。

化工原理__绪论

化工原理__绪论

学习《化工原理》的目的和要求
掌握规律 诊断过程 开发工艺 强化操作 创新设计
课程:干粮 猎枪 学习本课程中，应注意以下几个方面能力的培养： 单元操作和设备选择的能力 工程设计能力 操作和调节生产过程的能力 过程开发或科学研究能力 将可能变现实，实现工程目的，这是综合创造 能力的体现。
二.单位制及单位换算
Hale Waihona Puke 绪 论本讲要点1.化工原理是化学工程学的分支，它研究化工生产中共
有的物理操作过程的基本原理、典型设备及其选用、计算
方法，是一门工程性较强的技术基础课程。研究方法 :实
验法和数学模型法。
2.本课程以传递过程为主线，划分与安排教学内容；以
研究方法为纵向主线，展开各单元操作内容的讨论。
单元操作的特点
共同的研究对象——传递过程 物理性操作，即只改变物料状态或物性，不改变化学性质; 都是化工生产过程中共有的操作，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； 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 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。具体应用时也要结合 各化工过程的特点来考虑，如理化性质，生产规模等。 实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 三 传:《化工原理》的共同规律和联系 动量传递:流体内部由于动量、密度的空间分布不均而引 起动量在时空中的传递过程。 热量传递：内能在时空中的传递过程，是由温度在空间的 非均匀分布造成。 质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。
三.两条主线、五个概念
一.课程的由来发展、内容和性质
（一）由来和发展
萌牙时期:现代化工生产始于18世纪的法国,特点：以 研究某一产品的生产技术为 对象，形成了各种工艺学。 例如：纯碱工艺学、硫酸工艺学等 。 1922年美国化工学会年会 里特尔(A.D.LiThle) 提出建 立“单元操作” （Unit Operations）的概念 : “任何一个化学过程,不管它的规模如何,都可分解成为 一系列互相类同的被称作“单元操作”的组成部分， 如粉碎、混合、加热、焙烧、吸收、沉淀、结晶、过 滤、溶解等。这些基本单元操作的数目并不多，对于 一个特定的加工过程，可能只包括它们中的几个。要 使化学工程师们具备广博地适应职业需要的能力，只 能是对实际规模上所进行的过程作出分析并将其分成 多个单元操作来获得……”。

化工原理：绪论

化工原理：绪论
（a）物料的增压、减压和输送； （b）物料的混合或分散； （c）物料的加热或冷却； （d）非均相混合物的分离； （e）均相混合物的分离。 (2)按达到相同的目的，依据不同原理，采用不同 方法分类（表1）
表1 化工常用单元操作
单元操作 目的
物态
原理
传递过程
流体输送 搅拌 过滤 沉降 加热、冷却 蒸发
3、单元 操作的研究方法
化工原理是一门工程学科，对一些过程作出如实的、 逼真的数学描述几乎是不可能的。采用直接的数学描述 和方程求解的方法将是十分困难的。因此，探求合理的 研究方法是发展这门工程学科的重要方面。在这门学科 的历史发展中已经形成了两种基本的研究方法: (1)实验研究方法（经验方法）
依靠实验建立参数之间的相互关系式。 (2)数学模型方法（半理论半经验方法）
1、化工生产过程 称为单元操作
2、单元操作的特点及分类
1.特点 (1)它们都是物理性操作,即只改变物料的状态或其
物理性质,并不改变其化学性质 (2)它们都是轻化工生产过程中共有的操作 (3)某单元操作用于不同的化工过程,其基本原理相
同,进行该操作的设备往往也是通用的.
2.分类 (1)按操作目的分类
5、学好本课程应注意的问题及培养的能力
理论教学 1、要理论联系实际 实验教学
课程设计
2、过程原理与设备并重 3、掌握研究的方法 4、着重培养自学能力、创新能力 5、通过本课程的学习，建立工程观点，培养工 程思维和解决工程实际问题的能力（P2)。
二、贯穿本课程的三大守恒定律
1、质量守恒定律——物料衡算
绪论
化工原理是化工、生工类本科生的一门综合性 技术基础课，从基础理论、设备构造、设计方法、 工程操作等多方面进行全面训练。该课程在教学内 容上与四大化学的不同在于接触单元操作、工程实 际，体现了所学的基础知识在实际中的应用，具有 工程性强、实践性强的特点。

化工原理绪论

化工原理绪论
12
5．混合物浓度的表示方法
（1）物质的量浓度 定义：物质的量浓度(amount concentration)是组分i的物质的量ni除以混合 物的体积Vi，以符号Ci表示，即Ci=ni/Vi，简称：物质的浓度. 单位：Kmol/m3。 （2）物质的量分数（摩尔分数） 定义：物质的量摩尔分数（amount fraction）是组分i的物质的量ni与混 合物的物质的量n之比值。对于液体混合物，以xi表示，即 xi=ni/n。 式中：n—混合物中各组分物质的量之总和，即n=n1+n2+···=∑n。
2
5. 化学反应工程：以化工过程中化学过程作为研究对象的一 门技术科学。
6. 化学工程：研究化工过程共性规律的一门技术科学。主要
由化工原理和化学反应工程两个分支组成。 （另外还有化工传递过程原理和化工热力学及 化工系统工程三个分支） 7. （过程）：物系状态发生变化的经过 。
8.（物系）：作为研究对象的物质 。
（3）体积分数：φi=Vi/V=ni/n
对理想气体混合物中各组分有下列关系： 摩尔分数=压力分数=体积分数
理想气体：指分子本身没有体积，分子间没有作用力的气体。它在任何 温度和压力下，均能服从气体状态方程 PV=nRT，适合对低压气体进行 计算。
ni Pi c （4）气体混合物中组分i的浓度ci： i V RT
化工原理
1
绪论
INTRODUCTION
一、化工过程与单元操作 1. 化工过程（化学工业过程）：由若干物理过程和若干化学过 程组成的工业过程，或将原料改变或分离成有用产品的工业 过程。 2．单元操作：化工过程中不含化学反应物理过程。 3．化学过程：含有化学反应的过程。 4．化工原理：以单元操作为研究对象的一门技术科学。

高职高专化工原理课件-陆美娟版-绪论

高职高专化工原理课件-陆美娟版-绪论

反应的特点：放热反应、吸热反应，加压、微负压， 反应温度
液 氨 汽化 气氨 CO2 H2O
磷石膏
过滤
碳 化 冷却
输送
搅拌 加热
转化
过滤
输 送
造粒
离心分离
蒸发结晶
输送
沉降中和
化工生产过程
化学反应过程
物理处理 过程
——单元操作
1、本门课研究的内容
• （1）单元操作：原理，计算 • （2）设备：合理结构、尺寸，改进的尺寸
计算包括：设计型计算和 操作型计算
• （3）传递过程速率的计算
• （4）过程的热力学极限与临界点的计算 （物理化学概念）
• （5）物性计算
三、物料衡算与热量衡算
1、物料衡算
衡算的步骤:
A、确定衡算范围
一个设备，一个过程，一个工段，一个车间，一个厂
B、选定衡算基准
时间基准 s ，h，d，y;物料量基准
物的某些基本特征 （3）是量纲分析法的基础
小结
• 1、本门课研究的主要内容 • 2、常用术语
C、选择联系物质，列衡算式
总物料形式、 组分形式
D、求解
2、热量衡算
如果有化学反应，则输入项应包括反应热Qr， 能量衡算的步骤与物料衡算一样（基准、范围）
3、衡算式的作用
• 确定过程设备的形式、尺寸 • 确定物料和能量的输出输入形式、方法及措施 • 物料及能量的综合利用 • 考察操作偏离正常情况的程度 • 优化工艺流程及操作参数
四、量纲一致性与单位一致性
1、单位与单位制
任何物理量的大小都是用数字与单位的乘积来表示 的，因此，物理量的单位与数字应一并纳入运算。
CGS制（物理单位制）、MKS制（米制单位制）、 工程单位制、国际单位制（SI制）

化工原理绪论

化工原理绪论

绪 论
四、 各单元操作的基本计算方法
化工原理课程涉及到的工程计算可分为设计型计算和操作型计算两 类。设计型计算是依据工艺上给定的条件（如温度、压力等）和要求的
工艺指标（如流量、产量、质量等），再通过工程方法来确定设备的结
构，计算设备的尺寸、外加功率、热交换量等，从而满足生产要求，完 成生产任务。操作型计算是在现有的生产设备运行过程中，某些操作参
绪 论
本课程的主要任务是培养学生能够运用单
元操作的基本原理进行过程的计算、设备的设 计和选型的能力；在工业生产过程中，能根据
生产的要求和变化，结合实际情况对操作参数
进行调节，降低生产成本，强化生产过程的能 力；对于常见的故障，能找到产生故障的原因
并具有一定的排除故障的能力。
绪 论
三、 工程观点和工程方法
（如温度、压力、流量、流速、物料组成等）都会对化工过
程产生影响，设备内部与物料接[JP]触的各种构件的形状、 尺寸和相对位置等因素也对化工过程产生着影响，并直接或 间接地影响传热和传质过程的进行。另外，当地气温和气压 变化范围、冷却水的来源及水温、环境保护、安全防火、设 备加工等客观上存在的制约因素也影响着化工生产过程。
绪 论
（二）能量衡算 大部分的单元操作需要与外界进行能量交换，用于改变 物料的温度或聚集状态，提供过程进行所需要的热量等。此 时，其间的关系可通过能量衡算确定。根据能量守恒定律， 对于连续稳定的系统，进入系统的总能量必等于系统输出的 总能量，即 ∑Q入=∑Q出
能量的形式很多，如机械能、热量、电能、化学能等，
绪 论
从以上基本关系可以看出，要提高过程进行 的速率，可以通过增大过程的推动力或减少过程 阻力的途径来实现，如在传热过程时可以提高温 度差，在传质过程时可以提高浓度差，在流体输 送时可加大输送管道的直径等。

化工原理绪论

化工原理绪论
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
2 . 单元操作（Unit Operation）
▪ 化工生产过程的共有操作； ▪ 只改变物料的物理性质（T、P等）的物理操作过
程； ▪ 某些单元操作作用于不同的化工产品生产过程时，
其基本原理并无不同，而且进行该操作的设备往 往也是通用的。
单元操作按其遵循的基本规律分类：
1018
艾 [可萨]
E
1015
拍 [它]
P
1012
太 [拉]
T
109
吉 [咖]
G
106
兆
M
103Biblioteka 千k102
百
h
101
十
da
表示的因数 词头名称 词头符号
10-1
分
d
10-2
厘
c
10-3
毫
m
10-6
微
μ
10-9
纳 [诺]
n
10-12
皮 [可]
P
10-15
飞 [母托]
f
10-18
阿 [托]
a
把 SI 词头加在 SI单位前就构成了 SI 单位的十进倍数和分数单位。
氮肥（硫酸铵、硝酸铵、尿素、氯化铵、碳酸氫铵、氨水、石灰氮 等）、磷肥（普通过磷酸钙、钙镁磷肥等）、钾肥 敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等
电石
热固性塑料和 工程塑料 合成橡胶
可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、 双氰胺、硫脲等工业的原料
酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚 甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等
（3）为微电子、信息、生物、航天技术等高 技术产业提供新型化工材料和新产品；

化工原理 绪论

化工原理 绪论
工业过程的目的则是为了最大限度地取得经济效益和 社会效益。
英文名： Principles of Chemical Engineering
课程类别： 化工类专业重要的技术基础课
• 内容：化工单元操作的基本原理，典型设备的结 构原理、操作性能和设计计算
三、物理量的单位和量纲
数值和单位， 基本量和基本单位， 导出量和导出单位， 单位制和SI单位制， ＳＩ单位制规定7个基本单位：长度（米，m）； 时间（秒，s）；质量（千克，kg）； 热力学温度（开尔文，K）；物质的量 （摩尔，mol）；电流强度（安培，A）； 发光强度（坎德拉，cd） 量纲和量纲一致性 单位一致性
四、混合物浓度的表示方法
质量浓度与质量分数 摩尔浓度与摩分数 摩尔比与质量比
X nA xA x nB xB 1 x
X ' mA wA w mB wB 1 w
五、单元操作中常用的基本概念
物料衡算 能量衡算 平衡关系 传递速率 经济核算
质量衡算 依据 质量守恒定律 能量衡算 依据 能量守恒定律、热力学第一定律
一、化工过程与单元操作
化工过程：以化学反应为特征的工业生产过程
一、化工过程与单元操作
一、化工过程与单元操作
单元操作：除化学反应外，其余步骤皆可 归纳为若干种基本的物理过程，如流体的 输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、 结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取等等。这 些基本的物理过程称为单元操作。
化工原理
英文名： Principles of Chemical Engineering
课程类别： 化工类专业重要的技术基础课
内容：化工单元操作的基本原理，典型设 备的结构原理、操作性能和设计计算
绪论
一、化工过程与单元操作 二、化工原理课程的性质与任务 三、物理量的单位和量纲 四、混合物浓度的表示方法 五、单元操作中常用的基本概念

绪论 化工原理

绪论 化工原理

化工原理绪论一化工过程与单元操作化学工业是将自然界的各种物质经过化学和物理方法处理以获得有用产品的工业。

一种产品的生产过程中，从原料到产品，即有化学反应过程，还有大量的物理加工过程。

按各个物理过程目的、原理、状态等的共性和个性，可将各物理变化归纳为各个基本操作。

如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等，这些使物料发生预期的物理变化的基本操作称之为单元操作（Unit Operation）。

任何一种化工产品的生产过程，都是由若干单元操作及化学反应过程组合而成的。

单元操作按其理论基础可分为三类：（一）流体流动过程：包括流体输送、搅拌、沉降、过滤混合及设备等；（二）传热过程：有热交换、蒸发等；（三）传质过程：含吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。

二化工原理课程的性质、内容和任务化工原理的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。

三化工原理的研究方法主要采取实验研究方法(经验的方法)和数学模型方法(半理论半经验的方法)。

实验研究方法：一般采用因次分析法和相似论为指导，依靠实验建立过程变量之间的关系，通常用无因次数群（准数）构成的关系式来表达；主要用于内在规律尚未进行深入研究阶段的复杂化工问题上。

数学模型法：在对实际问题的机理作深入的分析的基础上，抓住过程本质作某些合理的简化后，建立物理模型，再以物理化学、传递过程和化工热力学的基本原理出发，得出描述此过程的数学模型。

用数学方法求解，由实验确定模型参数。

它是一种半经验、半理论的方法。

四单元操作中常用的四个基本概念（1）物料衡算依据质量守衡定律，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ΣF－ΣD = A式中：ΣF——输入系统的物料量总和。

ΣD——输出系统的物料量总和。

化工原理----绪论

化工原理----绪论

单元操作的研究内容：各种单元操作的基本原理 与单元操作过程计算、典型单元操作设备的合理结构 及其工艺尺寸的设计与计算、设备操作性能的分析以 及组织工程性实验以取得必要的设计数据，找出强化 过程、改进设备的途径。 操作方式：连续操作和间歇操作； 定常操作与不定常操作。
表0－1 单元操作的名称及分类
例1：味精的生产过程
生化反应 化学反应 流体输送 中和 传质 传质、传热Biblioteka 原料发酵预热
蒸发
结晶
干燥
味精
化学或量化变化 传热 在发酵罐中进行 （物理变化过程）
任何一个化工生产过程都是由若干种完成特定任 务的设备（包括反应器、完成各单元操作的设备和 贮料设备）按一定顺序、由各种管道和输送装置连 接起来的组合体。
(四)单元操作计算的基本内容
分为设计计算和操作计算两类。 物料衡算（质量守恒定律）、能量衡算（能量守恒定 律，即热力学第一定律）；
传递过程的推动力 过程速率： 传递过程速率＝ 传递过程的阻力
过程的极限以及物性计算。
三、单位及单位换算
1、单位制 （1）cgs制（物理单位制） 基本单位：长度cm，质量g，时间s
输入总热量 = 输出总热量 注：由于焓是相对值，与物料衡算不同的是，衡算 基准除了选取时间基准或物料量基准外，还需选取物流焓 的基准态。
3.物流焓的基准态： 包括物流的基准压强p0、基准温度t0和基准相状态φ0： (1)基准压强：通常取p0 ＝100kPa，一般在压强不高的 情况下，常可忽略， (2)基准温度：可取0℃。 (3)基准相态：选择可视具体情况而定。 由于焓是相对值，基准态的选择有一定任意性， 在压强不高时，主要是确定基准温度和基准相态。各组 分的基准态可以不同，但同一组分必须在同一基准念下 进行计算。

【化工原理】 绪论

【化工原理】 绪论

量的名称
单位名称
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
米 千克
秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉
单位符号
m kg s A K mol cd
表0-2 国际单位制的辅助单位
量的名称
平面角 立体角
单位名称
弧度 球面角
单位符号
rad sr
表0-3 国际单位制中具有专门名称的导出单位
量的名称
单位名称
物理单位制 基本单位：长度（厘米cm），质量（克g），
CGS制
时间（秒s），温度（ºＣ）；
工程单位制 基本单位：长度（米m），重量或力（千克 力kgf），时间（秒s），温度（ºＣ） 。
我国法定单位制为国际单位制，
即SI (System International d’Unites)制。
表0-1 国际单位制的基本单位
0.3 物理量的单位与量纲 一、基本单位与导出单位
基本单位：选择几个独立的物理量，根据方便原 则规定单位；
导出单位：由有关基本单位组合而成。
单位(计量)制度：由基本单位和导出单位组成的 一系列计量单位的总称。
二、常用单位制
国际单位制
SI制
基本单位：7个，化工中常用有5个，即长度 （米m），质量（千克kg），时间（秒s）， 温度（开尔文K），物质的量（摩尔mol）；
B lg ps A t C
求出甲醇在该状态下的饱和蒸气压ps.
(2) 空气中甲醇的组成：
以摩尔分数表示：
yA ps / p0
以质量分数表示：
A yA M C H4O / M
M M空气（1 yA） yA M C H4O
A 32.04 ps /[28.395( p0 ps ) 32.04 ps ]

化工原理专接本绪论

化工原理专接本绪论

化工原理专接本绪论引言化工原理是化学工程专业本科阶段的重要基础课程，作为化学工程专业的入门课，它主要介绍了化工过程的基本原理、原料的物性、流程图的绘制以及各种常见操作单位的计算等内容。

本文将对化工原理专接本的绪论部分进行讲解，介绍化工原理的基本概念和发展历程，以及为什么学习化工原理在化学工程专业中至关重要。

化工原理的概念化工原理是研究化学工程中物质转化和能量转化原理的科学基础。

它主要包括三个方面的内容：物质平衡、能量平衡和动力学。

物质平衡是指在化工过程中，物质的输入和输出保持平衡，即物质不会产生丢失或积累。

能量平衡是指在化工过程中，能量的输入和输出保持平衡，即能量不会产生丢失或积累。

动力学是指在化工过程中，物质转化和能量转化的速率和机理。

化工原理通过物质平衡、能量平衡和动力学的研究，揭示了物质转化和能量转化的基本规律，为化学工程设计和工艺优化提供了理论依据。

化工原理的发展历程化工原理起源于19世纪中叶的化学工程领域。

当时，化学工程的发展呈现出快速增长的趋势，但缺乏系统化的理论研究。

为了解决这个问题，人们开始研究和总结化工过程中的基本原理，逐步形成了化工原理的体系。

20世纪初，随着化学工程学科的进一步深入发展，化工原理的理论体系逐渐完善。

在各个学科的交叉影响下，化工原理逐渐形成了自己独特的研究方法和理论体系。

到了20世纪中叶，随着计算机技术的发展，化工原理开始应用数学建模和计算机模拟的方法进行理论研究和实际应用，极大地推动了化学工程的发展。

学习化工原理的重要性学习化工原理对于化学工程专业来说具有重要的意义。

首先，化工原理是化学工程专业的基础课程，它涉及到化学工程中的各个方面，如物质平衡、能量平衡、动力学等，是其他专业课程的基础。

只有掌握了化工原理的基本概念和方法，才能够在后续的学习中更好地理解和应用其他专业知识。

其次，学习化工原理可以培养学生的系统思维能力和解决问题的能力。

化工过程中涉及到众多的因素和变量，需要学生具备较强的分析和判断能力，掌握化工原理的方法和技巧可以帮助学生更好地解决实际问题。

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化工原理--绪论————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ绪论一、《化工原理》课程的研究对象与性质1. 研究对象《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。

通常将这些物理操作过程称为单元操作。

２.单元操作(Unｉt Ｏperａtｉons）使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。

单元操作的研究包括“过程”和“设备”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。

一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。

这些物理加工过程称为“单元操作”。

流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。

3．《化工原理》课程的内容➢通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程?反应物如何供给、产物又如何分离?➢如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？➢怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？４. 《化工原理》在化工领域中的地位本课程不是教学生如何合成得到新的物质?如何提取新的物质?如何表征新的物质？这是化学家的事情。

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。

5.共同的研究对象——传递过程5.1．物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；５.2.它们都是化工生产过程中共有的操作,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；5.3. 对同样的工程目的,可采用不同的单元操作来实现;5．４.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。

实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大６. 单元操作按操作的目的分类如下：6．1. 物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程６.2．物料的加热或冷却――热量传递过程6.3. 均相混合物的分离――质量传递过程以上三种传递过程简称“三传”。

是《化工原理》的共同规律和联系。

《化工原理》课程研究对象就是研究“三传”理论和“三传”理论的应用。

“三传理论的建立”是单元操作在理论上的进一步发展和深化。

传递过程是联系各单元操作的一条主线。

7. 性质《化工原理》课程是高等数学、物理、物理化学等课程的后继课程。

它是一门专业技术课程,属于工程学科，具有工程性、应用性。

在我们的教学计划中起到了自然学科与应用学科的桥梁作用。

作为一门综合性技术学科的一个重要组成部分,主要研究各单元操作的基本原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门重要的专业基础课。

、本课程是一门实践性很强的工程学科，在长期的发展过程中,形成两种基本研究方法，即:7.1．实验研究方法（经验法）7.2.数学模型法(半经验半理论方法）８.化工原理课程的两条主线８.1. 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。

8.２. 研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条主线。

各单元操作有共同的研究方法。

a.实验研究方法（经验的方法）一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群(或称准数）构成的关系式来表达。

是一种工程上通用的基本方法。

b. 数学模型法（半经验半理论的方法）在对实际过程的机理深入分析的基础上,在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化,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。

如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解,则称为解析法。

二、《化工原理》课程的任务1.研究与掌握化工单元操作过程的基本原理并能进行过程的选择；2.进行设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算;3.根据生产的不同的要求进行操作和调节，并具有一定寻找故障的原因及排除故障的能力;4.了解强化过程的途径。

通过本课程的学习,培养学生有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。

总之，学习《化工原理》的目的是:掌握规律、开发工艺、创新设计、诊断过程、强化操作。

三、单位制度及单位换算任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。

如管长为1０m,水的流速为3．５m/s等。

(一）单位制度在工程和科学中,单位制度有不同的分类方法。

1.基本单位和导出单位基本单位：一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位,这些选择的物理量称为基本物理量,其单位称为基本单位。

导出单位:其它的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义,由有关基本单位组合而成。

这种组合单位称为导出单位。

我国的法定计量单位(简称法定单位）是以国际单位制为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位构成。

见本教材P327附录一。

国际上趋向于采用国际单位制（SI制）。

ＳI制基本单位7个：长度Ｌ：米(m);质量M:千克(kg）；时间T：秒（ｓ）；热力学温度θ:开尔文(k）；物质的量：摩尔（mol）；电流I ：安培(A)；发光强度:坎德拉(ｃd)SＩ制主要优点：①通用性：是一套完整的单位制，适合于各个领域;②一贯性：每种物理量只有一个单位,如热功都用J（焦耳)表示。

化工生产中,还使用一些非SI单位,如：温度有℃,时间min、ｈｒ、d、Ｙr，压强单位除了Pa外,有atm、mｍHg、m水柱、bar、ata等。

(二）单位换算在化工计算中，各种数据来源不同，故其单位不一定符合公式的要求，计算时则需要进行单位换算。

换算原则是：连同换算因子一起换算。

换算因子:彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值称为换算因子。

如1ｍ和１00cm的换算因子为１00ｃm/m。

包括单位在内的任何换算因子在本质上都是纯数1。

任何物理量乘以或除以换算因子，都不会改变原物理量的大小。

常用的单位换算关系要牢记，复杂的单位逐个分解代入换算。

常用的单位换算因子数据见教材P32８附录二。

1.物理量的单位换算同一物理量,若采用不同的单位则数值就不相同。

例如最简单的一个物理量，圆形反应器的直径为１m,在物理单位制度中，单位为cm,其值为10０;而在英制中,其单位为ｆｔ,其值为３.2808。

它们之间的换算关系为:反应器的直径D = １m= １00cm =３.2808ｆt。

若查不到一个导出物理量的单位换算关系,则从该导出单位的基本单位换算入手，采用单位之间的换算因数与基本单位相乘或相除的方法，以消去原单位而引入新单位。

物理量=数字×单位单位＝物理量/数字将物理量单位由一种制度换算成另一种制度时，换算时只需乘以两相关物理单位之间的换算系数。

经验公式（又称数字公式,根据实验结果整理而得)中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。

例0—1.通用气体常数R=0．０8206 atm．Ｌ/mｏl.K,试用国际单位J/ｍol．Ｋ表示。

解:Ｒ=０.0８2０6atm.L/mｏl.Ｋ＝0.08206atｍ．L／mol.K×1ｍ3/１00０L×10132５Pa/aｔｍ=8.3１4Pａ.ｍ3/ｍoｌ.K=8.3１4 J／moｌ.K2．经验公式(或数字公式)的单位换算化工计算中常遇到的公式有两类:一类为物理方程，它是根据物理规律建立起来的,物理方程遵循单位或因次一致的原则。

同一物理方程中绝不允许采用两种单位制度。

用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量,称为该物理量的因次。

在ＳI单位制度中，基本物理量质量、长度、时间、热力学温度的因次分别用M、L、T与θ表示,力的因次为MLT-2；因次一致的原则是因次分析方法的基础。

另一类为经验方程，它是根据实验数据而整理成的公式，式中各物理量的符号只代表指定单位制度的数据部分，因而经验公式又称数字公式。

当所给物理量的单位与经验公式指定的单位制度不相同时，则需要进行单位换算。

可采取两种方式进行单位换算: 将诸物理量的数据换算成经验公式中指定的单位后,再分别代入经验公式进行计算；若经验公式需经常使用，对大量的数据进行单位换算很繁琐,则可将公式加以变换,使式中各符号都采用所希望的单位制度。

四、五个基本概念物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、过程速率和经济核算五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终。

化工过程计算可分为设计型计算和操作型计算两类,其在不同计算中的处理方法各有特点，但是不管何种计算都是以质量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系为基础的。

五、学习本课程的基础和学习方法1. 物料衡算根据质量守恒定律，即在稳定过程中，依输入的物料＝输出的物料,进行物料衡算： ,该公式称为总物料衡算式。

在定态操作过程中，该式可简化为: 定态过程（稳定过程）:一般连续不断的流水作业（即连续操作）为定态过程，其特点是在设备的各个不同位置上,物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。

物料的累积量ＧＡ=0。

若过程中有物料累积,则属于非定态过程（非稳定过程),一般的间歇操作（即分批操作）或连续操作中的开车、波动状态及发生故障时属于非定态过程，在设备的同一位置上诸参数随时间而变。

物料衡算步骤及要点:①物流图；②确定衡算体系；③确定衡算基准；④确定衡算物料;⑤列衡算方程。

2. 能量衡算根据能量守恒和转换定律,即在稳定过程中,依输入的能量＝输出的能量，进行能量衡算;如:热量衡算：LO I Q Q Q ＋＝∑∑热量衡算步骤及要点: ①物流图(标明温度、比热）；②确定衡算体系;③确定衡算基准；④确定衡算物料;⑤确定基A01G G G ＋＝∑∑准温度（焓值:相对值);⑥列衡算方程；⑦注意热损失。

3． 平衡关系(equ ｉlibrium r ｅｌation)可以用来判断过程能否进行,以及进行的方向和能达到的限度。

４. 传递速率过程的传递速率(rat ｅ ｏf t ｒａnsfer p ｒoces ｓ)与推动力成正比,与阻力（resista ｎc ｅ）成反比，即如同电学中的 欧姆定律:5.经济核算 为生产定量的某种产品所需要的设备,根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。

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。