PDF《化工原理》

2009/4/26

1 化工原理(上 册) 化学工程与工艺研究所 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.

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2 教材与主要章节 教材 谭天恩,麦本熙,丁惠华.《化工原理》(上册,第三版),化学工业出版社,2006 陈敏恒,丛德滋,方图南,等.《化工原理》(上册,第三版),化学工业出版社,2006 主要章节 绪论

第一章 流体流动

第二章 流体输送机械

第三章 机械分离

第四章 搅拌

第五章 传热

第六章 传热设备

第七章 蒸发 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

3 绪论化工原理也叫做化工单元操作(Unit Operation of Chemical engineering ),是化学工程学科中形成最早,基础 性最强,应用面最广的学科分支;

它是研究大规模化工生产 中物理性质变化规律的工程学科. 化工原理来源于实践,又 面向实践,应用于实践;

是化工技术工作者的看家本领.化 工原理课程体系包括三门相对独立的课程:理论课、实验课 、课程设计. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

4 绪论

一、化工过程与单元操作

1、化工过程 化工过程的特点之一是步骤多,而且因为不同的化学工业 所用的原料与所得产品不同,所以各种化工过程的差别大. 一个化工过程所包含的步骤可分为两大类――化学变化和 单元操作,简称为 三传一反 : 化学反应:进行化学反应为主,在反应器中进行;

是化工 过程的核心,其投资约占化工过程总投资的10~20%;

单元操作:不进行化学反应,是物理变化过程.如:原料 和反应物的前、后处理工序,仅发生压力、温度、组成、相态 等物理变化过程,是生产过程必不可少的操作. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

5 绪论

2、单元操作 如聚氯乙烯塑料的生产过程: 氯化氢 提纯 单体合成 单体精制 聚合 提纯 脱水 干燥 产品 反应热 加成反应 反应器 反应热 聚合反应 聚合釜 乙炔 压缩、冷凝 吸收 传热 传热 过滤 离心分离 传热 传质 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

6 绪论单元操作的特点与分类 (1)特点 ① 都是不进行化学反应的过程,是物理性操作,即只改 变物料的状态或物理性质,不改变其化学性质. ② 都是化工生产过程中共有的操作,但不同的化工过程 所包含的单元数目、名称与排列顺序各异. ③ 某个单元操作用于不同的化工过程,其基本原理并无 不同,进行操作的设备往往也是通用的.但是反应过程却不 一样,不同的反应,反应机理不同,设备也不同. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

7 绪论(2)分类 根据内在的理论基础,可归并为三类: ① 以流体力学为基础,包括流体输送、沉降、过滤、离 心分离、搅拌、固体流态化等;

② 以热量传递理论为基础,包括加热、冷却、蒸发等;

③ 以质量传递理论为基础,包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

8 绪论

二、单位及单位换算 F = ma (1) 力的符号 质量的符号 加速度的符号 [F] = g ・(cm/s2)= dyn (达因) 方括号表示物 理量的单位

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 导出单位:如力g・ cm/s2=dyn(达因) 力=质量* 加速度 即PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

9 绪论(3)SI制(国际单位制) 基本单位:长度m,质量kg,时间s,温度K, 物质量单位mol,电流A,光强度cd(坎德拉)

1 ℃ =(273.15+1)K 导出单位:如 比热容(cp ) kJ/(mol ・ K)或kJ/(kg ・ K) 温度差1K=1 ℃ (2)工程制 基本单位:长度m,重量(重力)kgf,时间s 导出单位:如 质量 /m s kgf m/s kgf ] [ ] [ ] [

2 2 ? = = = a F m 质量的符号 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

10 绪论

2、单位换算 (1)理论公式 根据物理规律推导的 ) N( m/s kg ] [

2 牛顿 = * = F kma F = (k = 1) (2)经验公式 根据实验结果整理出的 u

036 .

0 3 .

5 + = α 对流给热系数 气体速度 cm/s(cgs制) ) ( C h m kcal o

2 工程制 ? ? PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

11 绪论(3)物理量的单位换算 质量m = 1kg的物体在地面附近的重量为1kgf(工程制) ) N(SI

81 .

9 m/s

81 .

9 kg

1 kgf

1 2 制=*=重力 1kgf = 9.81N

1 kgf

1 N 9.81 = 换算因数 N

05 .

49 kgf

1 N 9.81 kgf

5 kgf

5 = * = 换算因数彼此是属于两个不同单位制的物理量,它们 是等量关系,它们之间的比值为纯数1. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

12 绪论

三、单元操作计算的主要内容 (1)物料衡算 根据质量守恒定律(Conservation law of mass) 输入质量 = 输出质量 + 积存质量(可为正值或负值) 对于连续稳定的过程:积存质量 =

0 输入质量 = 输出质量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

13 绪论例采用两个连续操作的串联的蒸发器浓缩NaOH溶液. 每小时有5吨12%(质量%) NaOH溶液进入第一个蒸发器 ,浓缩到20%后输送到第二个蒸发器,进一步浓缩成50%的 溶液而排出.试分别求出两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. 蒸发器1 蒸发器2 A C B D 5000kg/h 12% 20% 50% 图1 例3流程图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

14 绪论(2)热量衡算 根据能量守恒定律(Conservation law of energy) 输入热量 = 输出热量 + 热损失 对于稳定过程、忽略热损失: 输入热量 = 输出热量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

15 绪论物料衡算与热量衡算共同的解题步骤: ① 画出流程示意图,用箭头表示物料或热量的传递方向;

② 划定衡算范围;

③ 确定衡算基准,对稳定的连续过程,一般以单位时间为 衡算基准,对间歇过程一般以一批操作作为衡算基准;

注:对于热量衡算,由于焓值大小与从哪一温度算起有 关,因而热量衡算还要指明基准温度.物料的焓值常从0℃ 算起,若以0℃为基准,则可不再指明;

有时为方便计,以 进料温度或环境温度作为基准温度,或采用数据资料的基准 温度,这时就一定要指明. ④ 列出衡算式并求解. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

16 绪论(3)传递过程速率 过程阻力 过程推动力 过程速率 = (4)过程的极限(平衡) PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009/4/26

17 绪论

四、化工原理课程的两条主线 (1)传递过程成为统一的研究对象,也是联系各单 元操作的一条主线;

(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. 已形成的两种基本的研究方法: ? 实验研究法 ? 数学模型法(半理论、半经验........