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1、王红芳化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件中原工学院中原工学院材料与化工学院材料与化工学院版权所有：中原工学院材料与化工学院应用化学教研室Copyright2007ZhongyuanUniversityofTechnology.Allrightsreserved.2/6/2023王红芳一一 化工原理研究内容化工原理研究内容化工生产中常见的一些问题：化工生产中常见的一些问题：在在什什么么条条件件下下所所期期望望的的化化学学反应才能发生？反应才能发生？反应的速率将会是多大？反应的速率将会是多大？不不期期望望的的反反应应（副副反反应应）速速率又会是多大？率又会是多大？转化率为多少？转化率为多少？通通
2、过过什什么么样样的的工工程程方方法法和和设设备来实现其工艺过程？备来实现其工艺过程？怎怎样样才才能能从从工工业业规规模模生生产产中中获得最佳的经济效益？获得最佳的经济效益？如如何何提提供供反反应应所所需需的的热热量量及及使用反应放出的热量？使用反应放出的热量？反反应应物物如如何何供供给给、产产物物又又如如何分离？何分离？化工原理是一门以介绍化工原理是一门以介绍化工生产化工生产中各主要中各主要单元操作单元操作为为基础知识的课程基础知识的课程2/6/2023王红芳高压聚乙烯生产的主要步骤高压聚乙烯生产的主要步骤2/6/2023王红芳1、化工生产、化工生产定义：有目的的使原料经过一系列的化学或物理定
3、义：有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，获得产品的工业过程。变化，获得产品的工业过程。内容包括：内容包括：化学反应过程：在反应器中进行，是反应工程化学反应过程：在反应器中进行，是反应工程研究的内容研究的内容单元操作单元操作：包括流体输送、加热、蒸馏等：包括流体输送、加热、蒸馏等，在在化工生产中占据重要地位；单元操作与其相关化工生产中占据重要地位；单元操作与其相关设备是化工原理研究的主要内容。设备是化工原理研究的主要内容。2/6/2023王红芳2、单元操作、单元操作 定义：化工生产中不进行化学反应的步骤定义：化工生产中不进行化学反应的步骤 分类：按照物理作用原则，可分为三类分类：按照物理作
4、用原则，可分为三类图图动量传递过程：遵循流体力学基本规律动量传递过程：遵循流体力学基本规律热量传递过程热量传递过程质量传递过程：如吸收、蒸馏、萃取、吸附、质量传递过程：如吸收、蒸馏、萃取、吸附、离子交换等离子交换等2/6/2023王红芳搅拌搅拌流态流态化化气体气体液化液化液体液体汽化汽化蒸发蒸发浓缩浓缩加热加热冷却冷却结晶结晶精馏精馏液液液液萃取萃取气液气液吸收吸收喷雾喷雾干燥干燥动量传递动量传递质量质量传递传递热量热量传递传递过滤过滤与与沉降沉降流体流体输送输送气固气固吸附吸附2/6/2023王红芳二二 化工原理课程的研究方法化工原理课程的研究方法1 1、实验研究方法（经验法）、实验研究方法
5、（经验法）:用用量量纲纲分分析析和和相相似似论论为为指指导导，依依靠靠试试验验来来确确定定过过程程变变量量之之间间的的关关系系，通通过过量量纲纲为为一一数数群群（或或称称准准数数）构构成成的的关关系系式式来来表表达。是一种工程上通用的基本方法。达。是一种工程上通用的基本方法。2/6/2023王红芳2 2、数学模型法（半经验半理论方法）、数学模型法（半经验半理论方法）在在对对实实际际过过程程的的机机理理深深入入分分析析的的基基础础上上，在在抓抓住住过过程程本本质质的的前前提提下下，作作出出某某种种合合理理简简化化，建建立立物物理理模模型型，进进行行数数学学描描述述，得得出出数数学学模模型型。通过
6、实验确定模型参数。通过实验确定模型参数。研研究究工工程程问问题题的的方方法法是是联联系系各各单单元元操操作作的的另一条主线。另一条主线。2/6/2023王红芳三三 化工过程计算的理论基础化工过程计算的理论基础设计型计算设计型计算操作型计算操作型计算质量守恒质量守恒能量守恒能量守恒平衡关系平衡关系速率关系速率关系 所用基本关系所用基本关系化工计算分为化工计算分为2/6/2023王红芳单元操作中常用的基本概念 物料衡算物料衡算 能量衡算能量衡算 物系的平衡关系物系的平衡关系 传递速率关系传递速率关系2/6/2023王红芳物料衡算物料衡算依依据据质质量量守守恒恒定定律律，进进入入与与离离开开某某一一
7、化化工工过过程程的的物物料料质质量量之之差差，等等于于该该过过程程中中累累积积的的物物料料质量，即质量，即 mf-mp =A （0-1）式中式中：mf输入量的总和输入量的总和 mp输出量的总和；输出量的总和；A累积量累积量对对于于连连续续操操作作的的过过程程，若若各各物物理理量量不不随随时时间间改改变变，即即为为稳稳定定操操作作状状态态时时，过过程程中中不不应应有有物物料的积累。则物料衡算关系为：料的积累。则物料衡算关系为：mfmp（0-2）即：输入即：输入=输出输出2/6/2023王红芳例：湿物料原来含水例：湿物料原来含水16%（质量（质量%），在干燥器中干燥），在干燥器中干燥至含水至含水0
8、.8%，试求每吨物料干燥出的水量。，试求每吨物料干燥出的水量。解：解：1.绘流程图。绘流程图。湿物料湿物料干物料干物料2.划定恒算范围划定恒算范围：用一圈封闭虚线表示，以虚线为界，：用一圈封闭虚线表示，以虚线为界，以箭头表示物流方向，凡是穿越边界指向内的，都属于以箭头表示物流方向，凡是穿越边界指向内的，都属于输入项，反之，属于输出项。输入项，反之，属于输出项。3.规定恒算基准规定恒算基准：本题中以物料的含水量作为基准。：本题中以物料的含水量作为基准。含水含水16%含水含水0.8%4.列出算式求解列出算式求解：设每吨物料干燥出的水量为设每吨物料干燥出的水量为X KgX1000 16%=（1000
9、-X）0.8%+XX=153Kg2/6/2023王红芳 q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。q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。q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。能量衡算能量衡算2/6/2023王红芳 物系的平衡关系物系的平衡关系 过程的平衡问题说明过程进行的方向和所过程的平衡问题说明过程进行的方向和所能达到的极限。当过程不是处于平衡态时，能达到的极限。当过程不是处于平衡态时，则此过程必将以一定的速率进行。例如传则此过程必将以一定的速率进行。例如传热过程，当两物体温度不同时，即温度不热过
10、程，当两物体温度不同时，即温度不平衡，就会有净热量从高温物体向低温物平衡，就会有净热量从高温物体向低温物体传递，直到两物体的温度相等为止，此体传递，直到两物体的温度相等为止，此时过程达到平衡，两物体间也就没有净的时过程达到平衡，两物体间也就没有净的热量传递。热量传递。2/6/2023王红芳 传递速率传递速率 传递过程的速率和传递过程所处的状态与传递过程的速率和传递过程所处的状态与平衡状态的距离及其它很多因素有关。传平衡状态的距离及其它很多因素有关。传递过程所处的状态与平衡状态之间的距离递过程所处的状态与平衡状态之间的距离通常称为过程的推动力。例如两物体间的通常称为过程的推动力。例如两物体间的传
11、热过程，其过程的推动力就是两物体的传热过程，其过程的推动力就是两物体的温度差。温度差。通常存在以下关系式：通常存在以下关系式：2/6/2023王红芳H2O含NH3空气含NH3的H2O含NH3空气平衡H2ONH3推动力推动力阻力阻力速率速率=传递速率：表示过程进行的快慢传递速率：表示过程进行的快慢n当体系处于不平衡状态时，过程就将进行当体系处于不平衡状态时，过程就将进行2/6/2023王红芳 四四 物理量的单位物理量的单位 表表0-1 国国际单际单位制的基本位制的基本单单位位量量 的的 名名 称称单单 位位 名名 称称单单 位位 符符 号号长长 度度米米m质质 量量千千 克克kg时时 间间秒秒s
12、电电 流流安安 培培A热热力学温度力学温度开开尔尔文文K物物质质的量的量摩摩 尔尔mol2/6/2023王红芳表表0-2 国国际单际单位制中具有位制中具有专门专门名称的名称的导导出出单单位位量量 的的 名名 称称单单 位位 名名 称称单单 位位 符符 号号其它表示式示例其它表示式示例频频率率赫兹Hzs1力；重力力；重力牛牛顿顿Nm/s2压压力（力（压压强强），），应应力力帕斯卡帕斯卡PaN/m2能量，功，能量，功，热热焦耳焦耳JNm功率功率瓦特瓦特WJ/s摄摄氏温度氏温度摄摄氏度氏度*2/6/2023王红芳表表0-3 CGS制与工程制的基本制与工程制的基本单单位位CGS制制工程制工程制量的名称
13、量的名称长长度度质质量量时时间间温温度度长长度度力力时时间间温温度度单单位符号位符号cmgsmkgfs2/6/2023王红芳参考文献参考文献 姚玉英等主编：化工原理，姚玉英等主编：化工原理，天津科技出版社天津科技出版社 柴诚敬等主编：化工原理学习指导，柴诚敬等主编：化工原理学习指导，天津科技出版社天津科技出版社 丛德滋等主编：化工原理详解与应用丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社科学出版社 朱家骅等主编朱家骅等主编 化工原理化工原理 科学出版社科学出版社 管国锋管国锋 化工原理化工原理 化学工业
14、出版社化学工业出版社 王志魁王志魁 化工原理化工原理 化学工业出版社化学工业出版社 谭天恩等主编：化工原理，谭天恩等主编：化工原理，化学工业出版社化学工业出版社2/6/2023王红芳五五 本课程的学习要求本课程的学习要求学习中，应注意以下几个方面能力的培养：学习中，应注意以下几个方面能力的培养：(1)(1)单单元操作和设备选择的能力元操作和设备选择的能力(2)(2)工程设计能力工程设计能力(3)(3)操作和调节生产过程的能力操作和调节生产过程的能力(4)(4)过程开发或科学研究能力过程开发或科学研究能力 (5)(5)实验能力实验能力2/6/2023王红芳小小 结结 要求掌握要求掌握“单元操作单元操作”的概念的概念掌握掌握“质量恒算质量恒算”与与“能量恒算能量恒算”的概的概念，并能进行习题的运算念，并能进行习题的运算2/6/2023王红芳The endThe end化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件2/6/2023