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1、19:481第第 0 0 章章 绪绪 论论一、课程的研究内容一、课程的研究内容二、课程的研究对象二、课程的研究对象三、课程的研究任务三、课程的研究任务四、课程的研究方法四、课程的研究方法五、课程的特点五、课程的特点六、课程的学习方法六、课程的学习方法七、课程的学习意义七、课程的学习意义八、课程的发展历程八、课程的发展历程19:482一、化工原理?化工原理的研究内容?1、化工?化工是化学工程的简称化学工程简单地说就是化学过程的工程化(工业化)A(反应物)+B(反应物)C(产物)+D(副产物)称量混合加热反应冷却分离物理过程物理过程化工原理就是研究化工生产中物理过程的基本原理和基本规律19:483
2、二、化工原理的研究对象?化工生产中常见的物理过程有哪些呢?蒸发、冷凝、结晶、萃取、蒸馏、干燥、吸收、过滤、沉降这些物理过程被称之为单元操作,化工原理的研究对象就是这些单元操作。按照单元操作所传递的物理量性质的不同,可分为以下几类:1、动量传递过程2、热量传递过程3、质量传递过程流体输送、沉降、过滤、搅拌、流态化加热、冷却、冷凝、汽化蒸馏、吸收、萃取19:484此外还有一些联合传递过程,如:热量和质量同时传递的过程:动量和质量同时传递的过程:干燥、蒸发、结晶、增湿、减湿吸收、萃取动量和热量同时传递的过程:对流换热动量、热量和质量传递同时进行的过程:非等温吸收、精馏三、化工原理的研究任务?实现某一
3、化工过程需要考虑采取什么单元操作、需要选择什么设备例如要实现一个固液分离过程(eg.去除啤酒中的麦芽)首先需要选择一种操作过滤旋液分离膜分离选择一种生产设备板筐式压滤机叶滤机转筒抽滤机19:485到此为止,任务就完成了么?还有没有其它工作?有!例如:问题1:对于给定的生成任务(处理量)需要选择多大 (面积)的过滤机?问题2:对于选定的过滤设备,过滤时间和过滤压力如 何选择?过滤时间长、滤饼厚度大、过滤阻力增大,所需的操作压力上升、能耗增加,经济性变差,但如果在过滤压力很小时就停止过滤,开始卸料、清洗,则辅助时间所占的比例大,过滤时间所占的比例小,过滤过程同样不经济,这样就存在一个最佳操作压力和
4、操作时间的问题。设计型计算操作型计算19:486计算的依据:1、物料衡算质量守恒定律输入输出积累对于稳态过程,积累0,这时输入输出2、热量衡算、热量衡算能量守恒定律能量守恒定律3、动量衡算、动量衡算动量守恒定律动量守恒定律计算方法:19:487【例01】:在两个蒸发器中,每小时将5000kg的NaOH溶液从12(质量百分数)浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求:(1)各蒸发器每小时蒸出水分的量;(2)第一蒸发器送出的溶液浓度。解:(1)首先画一个流程图,用方框表示设备,用箭头表示输入输出设备的物流方向。然后划定衡算的范围:以整个流程为衡算范围,用一圈封闭的虚线画出。19:
5、488 选择衡算基准(连续操作以单位时间为基准,间歇操作以一批操作为基准)由于连续操作,以1小时为基准。蒸发器1蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.319:489蒸发器1蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.3 确定衡算对象确定衡算对象 此题中有两个未知数,蒸发的水量及送出的NaOH溶液量,因此,我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。对NaOH作物料衡算:对总物料作物料衡算:F0 x0(输入)F2x2(输出)F0(输入)F2 W1+W2(输出)19:4810代入已知数据,得:由题意知19:4811 解(2):求第一个蒸发器
6、送出的溶液浓度,选择第一个蒸发器为衡算范围。对NaOH作物料衡算:对总物料作衡算:代入已知数据,得:解得:F0 x0(输入输入)F1x1(输出输出)F0(输入输入)F1W1(输出输出)蒸发器1蒸发器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.319:4812【例02】:在换热器里将平均比热为3.56kJ/(kg)的某溶液自25加热到80,溶液流量为1.0kg/s,加热介质为120的饱和水蒸气,其消耗量为0.095kg/s,蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。解:根据题意画出流程图 换热器120饱和水蒸气0.095kg/s120
7、饱和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/sQ1Q2Q4Q319:4813首先这是一个稳态过程,计算基准取1s在图中虚线范围内作热量衡算从附录查出120饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg,120饱和水的焓值为503.67kJ/kg。输入系统的总热量:蒸气带入的热量:溶液带入的热量:换热器120饱和水蒸气0.095kg/s120饱和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/sQ1Q2Q4Q319:4814冷凝水带出的热量:溶液带出的热量:根据能量衡算式,有:热量损失的百分数=输出系统的总热量:19:4815四、化工原理的研究方法四、化工原理的研究
8、方法1、实验研究法、实验研究法2、数学模型法、数学模型法3、参数综合法、参数综合法4、当量法、当量法5、类比法、类比法19:4816五、化工原理课程特点1、以计算为主,计算量大且十分繁杂,计算结果粗略。2、工程性强、实践性强。3、各单元操作之间相互独立性强。4、涉及到多门学科的综合知识,尤其与数学和物理关系密切。5、公式多、符号多、单位换算多。总而言之,一句话:比较难!19:4817六、化工原理课程的学习方法1、掌握解决工程问题的典型思路和方法:典型的研究思路:理论分析简化假设数学建模公式推导数值计算实验验证(实验拟合)典型的研究方法:过程进行的速率过程的推动力/过程的阻力过程的推动力传递系数
9、2、学会近似计算和简化假设19:48183、不要太较真4、要理论联系实际(1)高度重视化工原理实验,提高自己的动手能力(2)充分利用认识实习来获得感性认识。(3)认真做好化工原理课程设计,培养工程意识。5、学会查图,善于利用图解法来代替数学运算6、坚持课前预习、课上认真听讲,课下独立完成作业19:4819七、学习七、学习化工原理化工原理课程的意义课程的意义学习任何一门课程的意义都在于学以致用学习本门课程的意义在于:化工原理解决的是由实验室小规模合成向工业化大规模生产中所遇到的物理问题,因此这门课的研究内容是产业化链条中的关键环节,是科研成果向生产力转化的重要步骤,因此这门课具有很重要的实用价值
10、。实例:青霉素的发现与应用生产设备的改进:培养皿发酵罐生产工艺的改进:冷冻干燥膜分离萃取19:4820就个人而言:就个人而言:学好这门课(1)有助于提高今后的工作能力有助于提高今后的工作能力(2)有助于提高考研的成功率有助于提高考研的成功率(3)有助于出国深造有助于出国深造(4)有助于评奖学金有助于评奖学金八、八、化工原理化工原理课程的发展历程课程的发展历程1、20世纪世纪20年代以前:年代以前:人们对化工过程的认识局限于某一种工艺的研究人们对化工过程的认识局限于某一种工艺的研究2、20世纪世纪20年代年代 20世纪世纪50年代年代 人人们们发发现现了了各各种种工工艺艺之之间间存存在在共共性性
11、,即即包包含含有有类类似似的的操操作作单元,这时人们对化工过程的认识转变为对单元操作的研究。单元,这时人们对化工过程的认识转变为对单元操作的研究。3、20世纪世纪50年代至今年代至今19:4821九、单位制及单位换算(九、单位制及单位换算(自学)自学)1.1.单位及单位制单位及单位制 基本量:基本量:相互独立的简单的物理量相互独立的简单的物理量(如长度如长度,时间等时间等)。基本单位:基本单位:根据使用方便的原则制定的基本量的单位。根据使用方便的原则制定的基本量的单位。导出量:导出量:由由基本量经乘除运算得到的物理量。基本量经乘除运算得到的物理量。导出单位:导出单位:导出量的单位称为导出单位。
12、导出量的单位称为导出单位。单位制:单位制:由由基本单位及导出单位构成的单位体系。基本单位及导出单位构成的单位体系。19:4822物理单位制:长度以cm、质量以g、时间以s、温度以、物质的量以mol作为基本单位重力单位制:长度以cm、力以kgf、时间以s、温度以、物质的量以kmol作为基本单位国际单位制(SI):长度以m、力以N、时间以s、温度以K、物质的量以mol作为基本单位如果各个物理量均使用某一单位制中规定的标准单位,不需要进行单位换算。2单位换算 19:4823【例【例0-3】:】:已知已知20水的物理性质如下:水的物理性质如下:密度:密度:0.998gcm-3;比热:;比热:1.000
13、kcalkg-1K-1;粘度:粘度:1.005cP求国际单位制下上述物理量的数值求国际单位制下上述物理量的数值解:密度在国际单位制下的单位为解:密度在国际单位制下的单位为:kgm-3比热在国际单位制下的单位为:比热在国际单位制下的单位为:Jkg-1K-1粘度在国际单位制下的单位为:粘度在国际单位制下的单位为:Pas查课后附录一得,查课后附录一得,1cP=110-3Pas,所以,所以1.005cP1.00510-3Pas19:4824几个容易混淆的物理量的国际标准单位:质量:是kg不是g热量:是J不是kJ或kcal功率:是W不是kW温度:是K不是粘度:是Pas不是cP或P热容:是Jkg-1K-1不是kJkg-1K-1或 kcalkg-1K-1摩尔质量:是kgmol-1不是gmol-119:48253 3单位的正确运用单位的正确运用 理论公式:根据物理规律通过理论推导建立起来的关系式 ,又叫物理方程。具有单位一致性,如果采用同一单位制中的标 准单位只要将数字代入,算出结果,然后加上 规定的单位就行了。经验公式:根据实验结果整理出来的,反映各有关物理量 的数字之间的关系,又叫数字公式。公式中所用的单位一般都是指定的,在计算 时需要将已知数据化成指定的单位,然后再 带入到公式中才可以。19:4826