《食品工程原理课件1-0.优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品工程原理课件1-0.优秀PPT.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、食品工程原理食品工程原理主讲主讲 ：常学东常学东 教授教授PrinciplesofFoodEngineering河北科技师范学院精品课程4/15/20231绪论绪论(Introduction)一、食品工程原理的发展历程一、食品工程原理的发展历程二、食工原理的性质、任务与内容二、食工原理的性质、任务与内容*三、单位制与单位换算三、单位制与单位换算*四、物料衡算四、物料衡算*五、能量衡算五、能量衡算六、过程的平衡与速率六、过程的平衡与速率七、课程支配七、课程支配4/15/20232一、一、食品工程原理的发展历程食品工程原理的发展历程食品工程原理是由化工原理中引入的。食品工程原理是由化工原理中引入的
2、。大约在大约在80年以前，开发石油面临着各种重要年以前，开发石油面临着各种重要的课题，从这个时期起先就渐渐发展起来一门工的课题，从这个时期起先就渐渐发展起来一门工程学程学化学工程学。化学工程学。在在20世纪初明确地提出了单元操作的概念（世纪初明确地提出了单元操作的概念（UnitOperation）。化工生产过程中，除了化学反应以外，其余化工生产过程中，除了化学反应以外，其余均可归纳为若干基本的物理过程，如流体输送与均可归纳为若干基本的物理过程，如流体输送与压缩、沉降、过滤、搅拌、传热、蒸发、结晶、压缩、沉降、过滤、搅拌、传热、蒸发、结晶、干燥、吸取、冷冻等，这些基本的物理过程称为干燥、吸取、冷
3、冻等，这些基本的物理过程称为UnitOperations。4/15/20233UnitOperation具有下列特点：具有下列特点：1）它们都是物理操作）它们都是物理操作即即只只变变更更物物料料的的状状态态或或其其物物理理性性质质，不不变变更更其其化化学性质；学性质；2）它们都是化工过程中共有的操作）它们都是化工过程中共有的操作但但不不同同的的化化工工过过程程中中所所包包含含的的UnitOperations数数目目、名称与排列依次各异；名称与排列依次各异；3）不不同同生生产产过过程程中中的的同同一一UnitOperation具具有有相相同同的的基本原理和通用的典型设备。基本原理和通用的典型设备
4、。4/15/20234随着化工单元操作向食品工业的渗透，近年来渐渐起先随着化工单元操作向食品工业的渗透，近年来渐渐起先随着化工单元操作向食品工业的渗透，近年来渐渐起先随着化工单元操作向食品工业的渗透，近年来渐渐起先形成了食品形成了食品形成了食品形成了食品 工程单元操作工程单元操作工程单元操作工程单元操作食品工程原理。食品工程原理。食品工程原理。食品工程原理。食工原理来源于化工原理，由于食品加工有其本身的特殊食工原理来源于化工原理，由于食品加工有其本身的特殊食工原理来源于化工原理，由于食品加工有其本身的特殊食工原理来源于化工原理，由于食品加工有其本身的特殊性（主要表现在原料性质、产品的物性上与化
5、工生产不同）性（主要表现在原料性质、产品的物性上与化工生产不同）性（主要表现在原料性质、产品的物性上与化工生产不同）性（主要表现在原料性质、产品的物性上与化工生产不同），这里就存在着一个继承与发展的问题。，这里就存在着一个继承与发展的问题。，这里就存在着一个继承与发展的问题。，这里就存在着一个继承与发展的问题。化工单元操作在食品工业中的引入和运用，促使食品加化工单元操作在食品工业中的引入和运用，促使食品加化工单元操作在食品工业中的引入和运用，促使食品加化工单元操作在食品工业中的引入和运用，促使食品加工的科学化，使食品工业快速向大规模、连续化、自动化工的科学化，使食品工业快速向大规模、连续化、自
6、动化工的科学化，使食品工业快速向大规模、连续化、自动化工的科学化，使食品工业快速向大规模、连续化、自动化方向发展。方向发展。方向发展。方向发展。化工单元操作的理论引入食品工业后，对食品工业的发展化工单元操作的理论引入食品工业后，对食品工业的发展化工单元操作的理论引入食品工业后，对食品工业的发展化工单元操作的理论引入食品工业后，对食品工业的发展起着重大的推动作用同时，其自身也发展变更。例如在浓起着重大的推动作用同时，其自身也发展变更。例如在浓起着重大的推动作用同时，其自身也发展变更。例如在浓起着重大的推动作用同时，其自身也发展变更。例如在浓缩、干燥、冷冻进展反而较化学工业为快速。缩、干燥、冷冻进
7、展反而较化学工业为快速。缩、干燥、冷冻进展反而较化学工业为快速。缩、干燥、冷冻进展反而较化学工业为快速。说明：要学基本原理看化工原理；要探讨其在食品上的应说明：要学基本原理看化工原理；要探讨其在食品上的应说明：要学基本原理看化工原理；要探讨其在食品上的应说明：要学基本原理看化工原理；要探讨其在食品上的应用看食工原理，这样易于理解。因国内现有的食工原理的用看食工原理，这样易于理解。因国内现有的食工原理的用看食工原理，这样易于理解。因国内现有的食工原理的用看食工原理，这样易于理解。因国内现有的食工原理的书几个版本（首推高福成教授编的食品工程原理）只书几个版本（首推高福成教授编的食品工程原理）只书几
8、个版本（首推高福成教授编的食品工程原理）只书几个版本（首推高福成教授编的食品工程原理）只是给出了计算公式，具体的推导没有。公式的应用条件大是给出了计算公式，具体的推导没有。公式的应用条件大是给出了计算公式，具体的推导没有。公式的应用条件大是给出了计算公式，具体的推导没有。公式的应用条件大多没有说明，故在运用时难以把握。多没有说明，故在运用时难以把握。多没有说明，故在运用时难以把握。多没有说明，故在运用时难以把握。4/15/20235二、食工原理的性质、任务与内容二、食工原理的性质、任务与内容1、性性质质：食食工工原原理理是是在在高高等等数数学学、物物理理学学、物物理理化化学学等等课课程程的的基
9、基础础上上开开设设的的一一门门基基础础技技术术课课程程，具具有有极极其其特特殊殊的的地地位位和和作作用用1）食工原理是承前启后，由理及工的桥梁）食工原理是承前启后，由理及工的桥梁先先行行的的高高等等数数学学、物物理理学学、物物理理化化学学等等课课程程主主要要是是了了解解自自然然界界的的普普遍遍规规律律，属属于于自自然然科科学学的的范范畴畴，而而食食工工原原理理则则属属于于工工程程技术科学的范畴，是食品工程专业课程的基础。技术科学的范畴，是食品工程专业课程的基础。2）食工原理具有显著的工程性）食工原理具有显著的工程性表现为：表现为：探探讨讨对对象象它它解解决决的的问问题题是是多多因因数数、多多变
10、变量量的的综综合合性性工工业业实际问题；实际问题；分析和处理问题的方法分析和处理问题的方法与理科课程有较大的不同。与理科课程有较大的不同。这可能导致部分学生在学习初期有些不适应。这可能导致部分学生在学习初期有些不适应。4/15/202362、任务：探讨单元操作的基本原理、典型设备的构造及工、任务：探讨单元操作的基本原理、典型设备的构造及工艺尺寸的计算（或选型）艺尺寸的计算（或选型）3、学习的目的：培育分析和解决有关单元操作各种问题的、学习的目的：培育分析和解决有关单元操作各种问题的实力，以便在食品生产、科研与设计中到强化生产过程，提高实力，以便在食品生产、科研与设计中到强化生产过程，提高产品质
11、量，提高设备生产实力及效率，降低设备投资及产品成产品质量，提高设备生产实力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗，防止污染及加速新技术开发等。本，节约能耗，防止污染及加速新技术开发等。初步驾驭食品过程开发、设计与操作的有关方法。初步驾驭食品过程开发、设计与操作的有关方法。开发开发探究最佳的流程与设备，定出最佳的操作条件探究最佳的流程与设备，定出最佳的操作条件设计设计规定设备性能、选出设备的型式、确定设备的主要规定设备性能、选出设备的型式、确定设备的主要尺寸尺寸操作操作管理生产过程；使设备正常运转；对现有的生产过管理生产过程；使设备正常运转；对现有的生产过程与设备改进提高效率。程与设备改进提高
12、效率。4/15/202374、内容：、内容：1）流体流淌过程：探讨流体的流淌和与）流体流淌过程：探讨流体的流淌和与之接触的固体间发生相对运动时的基本规律，之接触的固体间发生相对运动时的基本规律，以及主要受这些基本规律支配的若干单元操以及主要受这些基本规律支配的若干单元操作，如流体输送、沉降、过滤等。作，如流体输送、沉降、过滤等。2）热过程：探讨传热的基本规律，以及）热过程：探讨传热的基本规律，以及主要受这些基本规律支配的若干单元操作，主要受这些基本规律支配的若干单元操作，如热交换、蒸发等。如热交换、蒸发等。3）传质过程：探讨物质通过相界面的迁）传质过程：探讨物质通过相界面的迁移过程的基本规律，
13、以及主要受这些基本规移过程的基本规律，以及主要受这些基本规律支配的若干单元操作，如固体干燥等。律支配的若干单元操作，如固体干燥等。4/15/202385 5、怎样学习食工原理课程、怎样学习食工原理课程、怎样学习食工原理课程、怎样学习食工原理课程（1 1）树立工程观点树立工程观点树立工程观点树立工程观点11）过程的影响因数多：物性因数（密度、黏度等）过程的影响因数多：物性因数（密度、黏度等）过程的影响因数多：物性因数（密度、黏度等）过程的影响因数多：物性因数（密度、黏度等）、操作因数（温度、压力等）、结构因数（设备形态、操作因数（温度、压力等）、结构因数（设备形态、操作因数（温度、压力等）、结构
14、因数（设备形态、操作因数（温度、压力等）、结构因数（设备形态、尺寸等）。尺寸等）。尺寸等）。尺寸等）。22）过程制约条件多：客观上存在很多制约条件：过程制约条件多：客观上存在很多制约条件：过程制约条件多：客观上存在很多制约条件：过程制约条件多：客观上存在很多制约条件：原料供应、设备供应、当地气温、平安防火等。原料供应、设备供应、当地气温、平安防火等。原料供应、设备供应、当地气温、平安防火等。原料供应、设备供应、当地气温、平安防火等。33）阅历公式与数据多：工业过程的困难性，单纯阅历公式与数据多：工业过程的困难性，单纯阅历公式与数据多：工业过程的困难性，单纯阅历公式与数据多：工业过程的困难性，单
15、纯的理论分析解决不了问题，往往须要结合试验，因此的理论分析解决不了问题，往往须要结合试验，因此的理论分析解决不了问题，往往须要结合试验，因此的理论分析解决不了问题，往往须要结合试验，因此产生了很多阅历公式与阅历数据。这是前人才智的结产生了很多阅历公式与阅历数据。这是前人才智的结产生了很多阅历公式与阅历数据。这是前人才智的结产生了很多阅历公式与阅历数据。这是前人才智的结晶。晶。晶。晶。44）效益是评价工程合理性的最终判据：自然科学效益是评价工程合理性的最终判据：自然科学效益是评价工程合理性的最终判据：自然科学效益是评价工程合理性的最终判据：自然科学探讨的目的通常是希望发觉规律，而工业过程的目的探
16、讨的目的通常是希望发觉规律，而工业过程的目的探讨的目的通常是希望发觉规律，而工业过程的目的探讨的目的通常是希望发觉规律，而工业过程的目的是最大限度取得经济效益与社会效益。效益是工业过是最大限度取得经济效益与社会效益。效益是工业过是最大限度取得经济效益与社会效益。效益是工业过是最大限度取得经济效益与社会效益。效益是工业过程的动身点，也是评价其是否成功的标记。程的动身点，也是评价其是否成功的标记。程的动身点，也是评价其是否成功的标记。程的动身点，也是评价其是否成功的标记。4/15/20239（2 2）对于每一个具体的单元操作，我们须要知道）对于每一个具体的单元操作，我们须要知道）对于每一个具体的单
17、元操作，我们须要知道）对于每一个具体的单元操作，我们须要知道:1)1)过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的过程始末和过程中各股物料的数量、组成之间的关系关系关系关系物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算2)2)过程中吸取、放出的能量；过程中吸取、放出的能量；过程中吸取、放出的能量；过程中吸取、放出的能量；能量衡算能量衡算能量衡算能量衡算3)3)过程进行的方向与极限问题过程进行的方向与极限问题过程进行的方向与极限问题过程进行的方向与极限问题平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系4)4)过程进行的快慢问题过程进行的快慢问
18、题过程进行的快慢问题过程进行的快慢问题（计算设备的生产实力工艺（计算设备的生产实力工艺（计算设备的生产实力工艺（计算设备的生产实力工艺尺寸）尺寸）尺寸）尺寸）速率关系速率关系速率关系速率关系 所接受的计算手段所接受的计算手段所接受的计算手段所接受的计算手段所依靠的基本原理所依靠的基本原理所依靠的基本原理所依靠的基本原理物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系能量衡算能量衡算能量衡算能量衡算速率关系速率关系速率关系速率关系4/15/202310三、单位制与单位换算三、单位制与单位换算食食工工原原理理计计算算中中必必定定涉涉及及到到单单位位、单单位位制制度度和和不同单位制度
19、之间的换算（简称单位换算）的问题。不同单位制度之间的换算（简称单位换算）的问题。(一一)量量 纲纲（或或 因因 次次 Dimension）代代表表基基本本量量的的符符号号称称量量纲纲，常常用用的的量量纲纲有有：长长度度L、质质量量m、力力F、时时间间t、温温度度。其其他他 物物 理理 量量 都都 可可 按按 如如 下下 形形 式式 表表 示示 出出 来来：Q=Lmt此此式式称称物物理理量量Q的的量量纲纲式式，为为随随意意的有理数。的有理数。4/15/202311(二二)单位制度单位制度任何物理量都是用数字与单位乘积任何物理量都是用数字与单位乘积来表示的，因此物理量的单位和数字应来表示的，因此物
20、理量的单位和数字应一并纳入运算。一并纳入运算。例如：例如：5m+8m=(5+8)m=13m，5m8m=(58)（mm）=40m2(1)基本量和基本单位：随意选定几个独基本量和基本单位：随意选定几个独立的物理量，称为基本量，其单位称为立的物理量，称为基本量，其单位称为基本单位。基本单位。(2)导出量和导出单位：依据基本量导出导出量和导出单位：依据基本量导出的物理量称导出量，其单位称导出单位。的物理量称导出量，其单位称导出单位。(3)单位制：基本单位与导出单位的总和单位制：基本单位与导出单位的总和称单位制。称单位制。4/15/2023121.1.确定单位制确定单位制 基本量：长度、质量、时间。基本
21、量：长度、质量、时间。自然科学领域广泛运用。自然科学领域广泛运用。2.2.重力单位制重力单位制 基本量：长度、力（或重量）、时间。基本量：长度、力（或重量）、时间。又称工程单位制。又称工程单位制。3.SI3.SI制（国际单位制）：制（国际单位制）：基本量：长度基本量：长度m m、质量、质量kgkg、时间、时间s s、热力学温度、热力学温度K K、电流强度、电流强度A A、光强度、光强度cd(cd(坎德拉坎德拉)、物质量、物质量molmol。两个协助量：平面角两个协助量：平面角radrad、立体角、立体角sr(sr(球面度球面度)优点：优点：（1 1）通用性：任何物理量都可用以上）通用性：任何物
22、理量都可用以上7 7个基本量表示出个基本量表示出来，即来，即SISI制是全部科学、技术、经济部门都可接受的一套相当制是全部科学、技术、经济部门都可接受的一套相当完整的单位制。完整的单位制。（2 2）一贯性：）一贯性：SISI制中的任何一个导出量，在由上述制中的任何一个导出量，在由上述7 7个个基本量相乘或相除导出时，都不需引入比例系数。基本量相乘或相除导出时，都不需引入比例系数。4/15/202313(三三)单位换算单位换算国家规定运用法定计量单位，但旧有资料国家规定运用法定计量单位，但旧有资料是各种单位并存，故有必要了解法定计量单位是各种单位并存，故有必要了解法定计量单位以外的其他单位，并且
23、驾驭单位之间的换算。以外的其他单位，并且驾驭单位之间的换算。食工原理中涉及到的公式有两类：食工原理中涉及到的公式有两类：物理量方程：依据物理规律建立的理论公式；物理量方程：依据物理规律建立的理论公式；阅历公式（数字公式）：单纯依据试验数据阅历公式（数字公式）：单纯依据试验数据的来的公式。只反映各物理量的数字之间的关的来的公式。只反映各物理量的数字之间的关系。系。物理量方程具有单位一样性，对于其中各物理量方程具有单位一样性，对于其中各个符号的单位无须多加限制，只要接受同一单个符号的单位无须多加限制，只要接受同一单位制中的单位即可。如位制中的单位即可。如F=ma阅历公式中每个符号并不代表完整的物理
24、阅历公式中每个符号并不代表完整的物理量，只代表物理量的数字部分，这些数字都是量，只代表物理量的数字部分，这些数字都是与特定的单位相对应的。在运用时必需运用规与特定的单位相对应的。在运用时必需运用规定的单位。定的单位。4/15/2023141 1 物理量的单位变换物理量的单位变换物理量的单位变换物理量的单位变换物理量由一种单位变换成另一种单位时，量本物理量由一种单位变换成另一种单位时，量本物理量由一种单位变换成另一种单位时，量本物理量由一种单位变换成另一种单位时，量本身无变更，但数字要变。换算时乘以两个单位之身无变更，但数字要变。换算时乘以两个单位之身无变更，但数字要变。换算时乘以两个单位之身无
25、变更，但数字要变。换算时乘以两个单位之间的换算因素。间的换算因素。间的换算因素。间的换算因素。换算因素：彼此相等而各有不同单位的两个物理换算因素：彼此相等而各有不同单位的两个物理换算因素：彼此相等而各有不同单位的两个物理换算因素：彼此相等而各有不同单位的两个物理量之比。如：量之比。如：量之比。如：量之比。如：1N1N和和和和100000dyn100000dyn是两个彼此相等是两个彼此相等是两个彼此相等是两个彼此相等的物理量，但其所用单位不同。即：的物理量，但其所用单位不同。即：的物理量，但其所用单位不同。即：的物理量，但其所用单位不同。即：1N=100000dyn1N=100000dyn，二者
26、之间的就是：，二者之间的就是：，二者之间的就是：，二者之间的就是：因任何换算因素都是两个相等的量之比，所以因任何换算因素都是两个相等的量之比，所以因任何换算因素都是两个相等的量之比，所以因任何换算因素都是两个相等的量之比，所以任何换算因素（包括单位在内）在本质上是纯数任何换算因素（包括单位在内）在本质上是纯数任何换算因素（包括单位在内）在本质上是纯数任何换算因素（包括单位在内）在本质上是纯数1 1。任何物理量乘以或除以换算因素，都不会变。任何物理量乘以或除以换算因素，都不会变。任何物理量乘以或除以换算因素，都不会变。任何物理量乘以或除以换算因素，都不会变更量的大小。更量的大小。更量的大小。更量
27、的大小。4/15/202315例例0-1 0-1 在英制确定单位制中，粘度的单位为在英制确定单位制中，粘度的单位为1b1b(fts)(fts)，在法定计量单位中粘度的单位，在法定计量单位中粘度的单位为为PasPas。试求两者间的关系。试求两者间的关系。解解 ：粘度的单位为导出单位，它的法定粘度的单位为导出单位，它的法定计量单位是由以下基本单位组成：计量单位是由以下基本单位组成：Pas=Pas=由附录一查得粘度在两种不同单位制中的基本由附录一查得粘度在两种不同单位制中的基本量之间的关系为：量之间的关系为：1lb=0.4536kg1lb=0.4536kg1ft=0.3048m1ft=0.3048m
28、4/15/202316上面两个关系可以改写为：上面两个关系可以改写为：(a)(a)(b)(b)将式将式a a及式及式b b等号左侧值与英制的粘度单位联等号左侧值与英制的粘度单位联乘，事实上等于联乘两个乘，事实上等于联乘两个1 1，但乘了以后可以消去，但乘了以后可以消去原单位中的原单位中的1b1b及及ftft，而引入新单位，而引入新单位kgkg及及m m，这样就，这样就可以获得粘度在不同单位间的数值关系。可以获得粘度在不同单位间的数值关系。（c c）上面计算结果即为粘度数值在英制单位与法定上面计算结果即为粘度数值在英制单位与法定计量单位之间的关系。计量单位之间的关系。4/15/202317 例例
29、例例0-2 0-2 0-2 0-2 在气体状态方程在气体状态方程在气体状态方程在气体状态方程pV=nRTpV=nRTpV=nRTpV=nRT中，气体通用常数中，气体通用常数中，气体通用常数中，气体通用常数R=82.06atm 3R=82.06atm 3R=82.06atm 3R=82.06atm 3(mol(mol(mol(molK)K)K)K)。试求在下列。试求在下列。试求在下列。试求在下列不同单位制中不同单位制中不同单位制中不同单位制中R R R R的数值与单位。的数值与单位。的数值与单位。的数值与单位。1 1 1 1压强压强压强压强p p p p的单位为的单位为的单位为的单位为PaPaP
30、aPa，体积，体积，体积，体积V V V V的单位为的单位为的单位为的单位为m3m3m3m3，物质量，物质量，物质量，物质量n n n n的单位为的单位为的单位为的单位为kmolkmolkmolkmol、确定温度、确定温度、确定温度、确定温度T T T T的单位为的单位为的单位为的单位为K K K K。2 2 2 2压强压强压强压强p p p p的单位为的单位为的单位为的单位为kgfkgfkgfkgfm2m2m2m2，体积，体积，体积，体积V V V V的单位为的单位为的单位为的单位为m3m3m3m3、物质量、物质量、物质量、物质量n n n n的单位为的单位为的单位为的单位为kmolkmol
31、kmolkmol，确定温度的单，确定温度的单，确定温度的单，确定温度的单位为位为位为位为K K K K。解：解：解：解：1 1 1 1 4/15/2023181atm=1.013251atm=1.01325 10105 5Pa 1m=100cm Pa 1m=100cm 1kmol=1000mol1kmol=1000mol4/15/202319四、物料衡算四、物料衡算1.1.物料衡算的依据物料衡算的依据:质量守恒定律质量守恒定律2.2.物料衡算的通式物料衡算的通式向向设设备备输输入入的的物物料料质质量量减减去去从从设设备备输输出出的的物物料料质质量量必必等于积累在设备里的物料质量，即：等于积累在
32、设备里的物料质量，即：mimo=mA (01)mimo=mA (01)mi mi输入物料量的总和，输入物料量的总和，mo mo输出物料量的总和，输出物料量的总和，mA mA积累物料量。积累物料量。适适用用于于任任何何指指定定的的空空间间范范围围，并并适适用用于于过过程程所所涉涉及的全部物料。及的全部物料。当当没没有有化化学学变变更更时时，混混合合物物的的任任一一组组分分都都符符合合这这个个通式，有化学变更时，其中各元素仍旧符合这个通式。通式，有化学变更时，其中各元素仍旧符合这个通式。既适用于间歇过程，也适用于连续过程。既适用于间歇过程，也适用于连续过程。4/15/2023203.两种特殊状况两
33、种特殊状况（1）连续过程）连续过程进进行行物物料料衡衡算算时时，首首先先要要圈圈出出衡衡算算的的范范围围(或或称称系系统统)，并并确确定定衡衡算算对对象象及及衡衡算算基基准准。对对于于间间歇歇过过程程，常常以以一一次次(一一批批)操操作作为为基基准准，即即式式01中中各各项项分分别别代代表表每每次次操操作作输输入入、输输出出及及积积累累物物料料的的质质量量，对对于于连连续续过过程程，则则常常以以单单位位时时间间为为基基准准，而而单单位位时时间间流流过过的的料料质质量量即即为为质质量量流流量量，所所以以式式01中中各各项项分分别别代代表表任任一一瞬瞬间间输输入入、输输出出物物料料的的质质量量流流
34、量量及及该该瞬间系统内物料质量积累的速率瞬间系统内物料质量积累的速率wiwo=dmA/d(02)Wi，Wo每每一一股股输输入入、输输出出物物料料的的质质量量流流量量，kgs，dmA/d物料质量积累速率，物料质量积累速率，kgs。（2）连续稳定过程）连续稳定过程设设备备内内不不应应有有任任何何物物料料积积累累，即即：dmA/d=0，所以，所以，wiwo=0(03)4/15/202321例题例题03 03 浓度为浓度为2020(质量百分数质量百分数)的的KNOKNO3 3，水溶液以，水溶液以1000kg1000kgh h的流量送入蒸发器。的流量送入蒸发器。在在149149温度下蒸出一部分水而得到浓
35、度为温度下蒸出一部分水而得到浓度为5050的水溶液，再送入结晶器，冷却至的水溶液，再送入结晶器，冷却至3838后，析出含有后，析出含有4 4结晶水的结晶水的KNOKNO3 3晶体并不断取晶体并不断取走，浓度为走，浓度为37.537.5的的KNOKNO3 3饱和母液则返回蒸饱和母液则返回蒸发器循环处理。试求结晶产品量发器循环处理。试求结晶产品量P P，水分蒸，水分蒸发量发量W,W,循环母液量循环母液量R R及浓缩溶液量及浓缩溶液量S S。4/15/202322例题0-3附图4/15/202323解解:(1)(1)结晶产品量结晶产品量P P及水分蒸发量及水分蒸发量W W 首先依据首先依据题意画出过
36、程示意图题意画出过程示意图(见本例附图见本例附图)。在图中虚线方框在图中虚线方框I I所示的范围内作物料衡算。因所示的范围内作物料衡算。因过程中无化学反应，且为连续稳定过程，故可依过程中无化学反应，且为连续稳定过程，故可依式式0202写出总物料衡算式及写出总物料衡算式及KNO3KNO3的衡算式，即：的衡算式，即：1000=W+P 1000=W+P及及 1000(0.20)=W(0)+P(1-0.04)1000(0.20)=W(0)+P(1-0.04)解得解得:P=208.3 kg:P=208.3 kgh h W=791.7kg W=791.7kgh h(2)(2)循环母液量循环母液量R R及浓
37、缩溶液量及浓缩溶液量S :S :在图中虚线方在图中虚线方框框所示的范围内作总物料衡算及所示的范围内作总物料衡算及KNO3KNO3衡算衡算:S=R+208.3 S=R+208.3S(0.50)=R(0.375)+208.3(1-0.04)S(0.50)=R(0.375)+208.3(1-0.04)解得解得:R=766.6kg:R=766.6kgh h 4/15/202324进行物料衡算的要点进行物料衡算的要点:(1)(1)依依据据题题意意画画出出简简洁洁的的示示意意图图，用用虚虚线圈出衡算范围，并选出衡算基准。线圈出衡算范围，并选出衡算基准。(2)(2)用用箭箭头头标标出出物物料料进进、出出路路
38、途途，注注明明各各股股物物料料的的数数量量及及状状态态，凡凡是是跨跨越越虚虚线线的箭头都是参与衡算的流股。的箭头都是参与衡算的流股。(3)(3)列列出出若若干干有有用用的的独独立立方方程程式式，方方程程式的数目应与未知数数目相等。式的数目应与未知数数目相等。4/15/202325五、能量衡算五、能量衡算 能能量量既既不不会会歼歼灭灭，也也不不会会创创生生。能能量量有有多多种种存存在在形形式式，不不同同形形式式的的能能量之间可遵循确定的规律相互转化。量之间可遵循确定的规律相互转化。依依据据能能量量守守恒恒定定律律，对对于于连连续续稳稳定定过过程程而而言言，任任何何时时间间内内通通过过各各种种途途
39、径径进进入入系系统统的的总总能能量量(包包括括输输入入物物料料带带进进系系统统的的能能量量及及外外界界传传人人系系统统的的热热量量)必必等等于于同同一一时时间间内内系系统统付付出出的的总总能能量量(包包括括输输出出物物料料带带走走的的能能量量及及系系统统对对外外界界所做的功所做的功)。各各种种形形式式的的能能量量(如如机机械械能能、化化学学能能、电电能能等等)与与热热之之间间虽虽可可相相互互转转变变，但但在在很很多多化化工工设设备备(如如换换热热器器、蒸蒸馏馏塔塔等等)中中，往往往往没没有有或或者者不不需需考考虑虑这这种种能能量量转转变变，因因而而化化工工系系统统中中的的总总能能量量衡衡算算有
40、有时时便便简简化化为为特特定定形形式式的的能能量量衡衡算算。本本课课程程中中的的总总能能量量衡衡算算便便常常简简化化为为热热量量衡衡算算，而而热热量量衡衡算算的的依依据据仍仍旧旧是是能能量量守恒定律。守恒定律。4/15/202326 进行热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，但热量衡算还有两个值得留意进行热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，但热量衡算还有两个值得留意进行热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，但热量衡算还有两个值得留意进行热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，但热量衡算还有两个值得留意的问题：的问题：的问题：的问题：(1)(1)(1)(1)进、出系统的各股物料所携带的热
41、量，包括物料的显热与潜热两部分，称为物进、出系统的各股物料所携带的热量，包括物料的显热与潜热两部分，称为物进、出系统的各股物料所携带的热量，包括物料的显热与潜热两部分，称为物进、出系统的各股物料所携带的热量，包括物料的显热与潜热两部分，称为物料的焓。物料的焓值与其状态有关，而且是相对值。所以，在进行热量衡算时，为确定料的焓。物料的焓值与其状态有关，而且是相对值。所以，在进行热量衡算时，为确定料的焓。物料的焓值与其状态有关，而且是相对值。所以，在进行热量衡算时，为确定料的焓。物料的焓值与其状态有关，而且是相对值。所以，在进行热量衡算时，为确定物料的焓值，必需首先规定基准温度，当有相变更发生时，还
42、须规定基准状态。通常以物料的焓值，必需首先规定基准温度，当有相变更发生时，还须规定基准状态。通常以物料的焓值，必需首先规定基准温度，当有相变更发生时，还须规定基准状态。通常以物料的焓值，必需首先规定基准温度，当有相变更发生时，还须规定基准状态。通常以0000、液态为基准。本书附录的饱和水蒸气性质表中所列水蒸气的焓值，便是以、液态为基准。本书附录的饱和水蒸气性质表中所列水蒸气的焓值，便是以、液态为基准。本书附录的饱和水蒸气性质表中所列水蒸气的焓值，便是以、液态为基准。本书附录的饱和水蒸气性质表中所列水蒸气的焓值，便是以0000的液的液的液的液体水为基准求得的。譬如，从附录九中查得体水为基准求得的
43、。譬如，从附录九中查得体水为基准求得的。譬如，从附录九中查得体水为基准求得的。譬如，从附录九中查得100100100100饱和水蒸气的焓值为饱和水蒸气的焓值为饱和水蒸气的焓值为饱和水蒸气的焓值为2677.0kJ2677.0kJ2677.0kJ2677.0kJkgkgkgkg，是因为将是因为将是因为将是因为将lkglkglkglkg的液体水加热至的液体水加热至的液体水加热至的液体水加热至100(100(100(100(吸热吸热吸热吸热418.6kJ)418.6kJ)418.6kJ)418.6kJ)，再令其汽化成为饱和蒸汽，再令其汽化成为饱和蒸汽，再令其汽化成为饱和蒸汽，再令其汽化成为饱和蒸汽(又
44、吸热又吸热又吸热又吸热22582258225822584kJ)4kJ)4kJ)4kJ)所吸取的总热量为所吸取的总热量为所吸取的总热量为所吸取的总热量为2677.0kJ2677.0kJ2677.0kJ2677.0kJ。4/15/202327 (2)(2)热量不仅可以伴随物料进、出系统，而且可以热量不仅可以伴随物料进、出系统，而且可以透过设备、管道的壁面而由外界传人系统，或由系透过设备、管道的壁面而由外界传人系统，或由系统散失到环境里去。统散失到环境里去。只要系统温度与环境温度有差只要系统温度与环境温度有差异，就会有这种热量的传人或散失，应当把这部热异，就会有这种热量的传人或散失，应当把这部热量也
45、列入衡算式中。因此，若以量也列入衡算式中。因此，若以H H代表单位质量物料代表单位质量物料的焓值，的焓值，kJkJkgkg，而以，而以w w代表物料的质量流量，代表物料的质量流量，kgkgs s，则可写出连续稳定过程热量衡算的基本关系式，则可写出连续稳定过程热量衡算的基本关系式，即即:(wH)(wH)I I=(wH)=(wH)o o+Q+QL L (04)(04)式中：式中：(wH)(wH)I I伴随各股输入物料进入系统的伴随各股输入物料进入系统的热热(焓焓)流量，流量，kWkW，(wH)(wH)o o伴随各股输出物料离开系统的热伴随各股输出物料离开系统的热(焓焓)流量，流量，kWkW，Q Q
46、L L系统向环境散失的热流量，或称热损失，系统向环境散失的热流量，或称热损失，kWkW。4/15/202328例题例题0-4 0-4 在换热器里将平均比热为在换热器里将平均比热为3.56kJ3.56kJ(kg.)(kg.)的某种溶液自的某种溶液自2525加热到加热到8080，溶液流量为，溶液流量为1.0kg1.0kgs s。加热介质为加热介质为120120的饱和水蒸气，其的饱和水蒸气，其消耗量为消耗量为0.095kg0.095kgs s，蒸汽冷凝成同，蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算此换热温度的饱和水后排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所供应热量的百器的热损失占水蒸气所供应热量的百分数
47、。分数。4/15/202329例题0-4附图4/15/202330解：首先依据题意画出过程示意图解：首先依据题意画出过程示意图解：首先依据题意画出过程示意图解：首先依据题意画出过程示意图(见本例附图见本例附图见本例附图见本例附图)。基准温度：基准温度：基准温度：基准温度：0000基准状态：液态基准状态：液态基准状态：液态基准状态：液态基准：基准：基准：基准：1s1s1s1s 在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。进、出系统的各股热流量在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。进、出系统的各股热流量在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。进、出系统的各股热流量在图中虚线方框所示范围内作热量衡算。进、出系统的
48、各股热流量分别为：分别为：分别为：分别为：随溶液进入的热流量随溶液进入的热流量随溶液进入的热流量随溶液进入的热流量=1.03.56(25-0)=89.0 kW=1.03.56(25-0)=89.0 kW=1.03.56(25-0)=89.0 kW=1.03.56(25-0)=89.0 kW 随溶液离开的热流量随溶液离开的热流量随溶液离开的热流量随溶液离开的热流量=1.03.56(80-0)=284.8 kW=1.03.56(80-0)=284.8 kW=1.03.56(80-0)=284.8 kW=1.03.56(80-0)=284.8 kW 从附录中四、五中查出从附录中四、五中查出从附录中四
49、、五中查出从附录中四、五中查出120120120120的饱和水蒸气的焓值为的饱和水蒸气的焓值为的饱和水蒸气的焓值为的饱和水蒸气的焓值为2709kJ/kg,2709kJ/kg,2709kJ/kg,2709kJ/kg,120120120120的饱和水的焓值为的饱和水的焓值为的饱和水的焓值为的饱和水的焓值为503.7kJ/kg.503.7kJ/kg.503.7kJ/kg.503.7kJ/kg.随饱和水蒸气输入系统的热流量随饱和水蒸气输入系统的热流量随饱和水蒸气输入系统的热流量随饱和水蒸气输入系统的热流量=0.0952709=257.4 kW=0.0952709=257.4 kW=0.0952709=
50、257.4 kW=0.0952709=257.4 kW随饱和水离开系统的热流量随饱和水离开系统的热流量随饱和水离开系统的热流量随饱和水离开系统的热流量=0.095503.7=47.9 kW=0.095503.7=47.9 kW=0.095503.7=47.9 kW=0.095503.7=47.9 kW 依式依式依式依式04040404列出热量衡算式，即；列出热量衡算式，即；列出热量衡算式，即；列出热量衡算式，即；89.0+257.4=284.8+47.9+89.0+257.4=284.8+47.9+89.0+257.4=284.8+47.9+89.0+257.4=284.8+47.9+解得：热