Engineering)多媒體教學(xué)課件(化學(xué)工程與工藝專業(yè)適用)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,化工原理 緒論,*,化工原理,(,Principles of Chemical Engineering),多媒體教學(xué)課件,(,化學(xué)工程與工藝專業(yè)適用,),University of Jinan,濟(jì)南大學(xué),10/22/2024,1,化工原理 緒論,化工原理,(,Principles of Chemical Engineering),化工原理,該課程是從自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課 向 工程科學(xué)的專業(yè)課過渡的入門課程。它在基礎(chǔ)課,數(shù)學(xué)、物理、化學(xué),(,物理化學(xué),),與專業(yè)課（化工工藝學(xué)、化工工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備設(shè)計(jì)等）之間，

2、起著承前啟后、由理及工的重要“橋梁”作用。,10/22/2024,2,化工原理 緒論,化工原理國家級(jí)精品課程及網(wǎng)址：,1,、,化工原理與實(shí)驗(yàn)，,天津大學(xué),：,http:/202.113.7.181,2003,年度,2,、化工原理，,北京化工大學(xué)：,http:/202.4.135.9,2003,年度,3,、化工原理，,華東理工大學(xué)：,http:/202.120.108.15,2004,年度,4,、化工原理，,華南理工大學(xué),http:/202.38.193.233/05course/hg,2005,年度,5,、化工原理，南京,理工大學(xué),2006,年度,6,、化工原理，南京,工業(yè)大學(xué),2007,年度

3、,化工原理主要教材： （化工原理 、化工過程與設(shè)備）,天津大學(xué)：化工流體流動(dòng)與傳熱，化工傳質(zhì)與分離過程，,21,世紀(jì)教材,華東理工大學(xué)：,化工原理 ，,21,世紀(jì)教材,華南理工大學(xué)：,化工原理 ，,21,世紀(jì)教材,北京化工大學(xué)：,1,楊祖榮主編版本，,2,王志魁主編版本。浙江大學(xué)與西安交通大學(xué)合編、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)等。,執(zhí)行濟(jì)南大學(xué)新制定的化學(xué)工程與工藝專業(yè)的化工原理教學(xué)大綱。,化工原理課程國內(nèi)概況,我校的化工原理網(wǎng)絡(luò)課程在化學(xué)化工學(xué)院精品課程欄內(nèi)。,10/22/2024,3,化工原理 緒論,化工原理,緒論,2,學(xué)時(shí),第,1,章 流體流動(dòng),14,學(xué)時(shí),第,2,章 流體輸送機(jī)械,6,學(xué)時(shí),

4、第,3,章 液體攪拌,2,學(xué)時(shí),第,4,章 流體通過顆粒層的流動(dòng),6,學(xué)時(shí),第,5,章 顆粒的沉降和流態(tài)化,6,學(xué)時(shí),第,6,章 傳熱,12,學(xué)時(shí),第,7,章 蒸發(fā),2,學(xué)時(shí),第,8,章 氣體吸收,12,學(xué)時(shí),第,9,章 液體精餾,16,學(xué)時(shí),第,10,章 氣液傳質(zhì)設(shè)備,4,學(xué)時(shí),第,11,章 液液萃取,6,學(xué)時(shí),第,12,章 固體干燥,8,學(xué)時(shí),化工原理（上冊(cè)）,化工原理（下冊(cè)）,理論課學(xué)時(shí)共計(jì),96,學(xué)時(shí)。,實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)開設(shè)。,10/22/2024,4,化工原理 緒論,化工原理,(,Principles of Chemical Engineering),1.,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,(,了

5、解,),2.,化工原理課程的性質(zhì),(,理解,),3.,化工原理硏究問題的方法,(,理解,),4.,化工原理課程應(yīng)解決的問題,(,了解,),5.,單位與單位換算,(,掌握,),6.,物料衡算與能量衡算,(,掌握,),緒論,(preface),10/22/2024,5,化工原理 緒論,化學(xué)工業(yè),(chemical industry),：,利用自然界中的物資資源，通過,物理,和,化學(xué),的方法將原料加工成為產(chǎn)品的工業(yè)。,它的范圍不但覆蓋了化學(xué)與石化工業(yè)，而且滲透到能源、環(huán)境、生物、材料、制藥、冶金、輕工、衛(wèi)生、信息等工業(yè)及技術(shù)部門。,在人們的衣、食、住、行、娛樂等生活中均離不開化學(xué)產(chǎn)品。,原 料,產(chǎn)

6、品,1 .,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,化工（生產(chǎn)）過程,(chemicals production process),：,化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程（化工工藝過程）。,同一原料可以生產(chǎn)出多種產(chǎn)品；同一產(chǎn)品可以由不同的原料進(jìn)行生產(chǎn)。,10/22/2024,6,化工原理 緒論,C,2,H,2,提純,HCl,提純,單體合成,反應(yīng)熱,單體精制,聚合反應(yīng),反應(yīng)熱,干燥,熱量,成品,例：,聚氯乙烯,(PVC :polyvinyl chloride),塑料的生產(chǎn)過程。,乙烯氧氯化法：,乙炔加成法,：,C,2,H,4,提純,HCl,提純,單體生成,熱量,單體精制,聚合反應(yīng),反應(yīng)熱,干燥,熱量,成品,空氣,氧,氯化反應(yīng)

7、,10/22/2024,7,化工原理 緒論,化學(xué)工程,(,Chemical Engineering,),：,研究化工生產(chǎn)過程中的基本規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律解決生產(chǎn)過程與設(shè)備計(jì)算的工程技術(shù)學(xué)科。,化工單元操作,：,(unit operation of,Chemical Engineering,),：,一物理性的化工基本操作過程。,任何一種化工過程,(chemicals production process),均是由若干,化工單元操作,及,化學(xué)反應(yīng)過程,有機(jī)組合而成。,1 .,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,化學(xué)工程：研究以化學(xué)工業(yè)為代表的過程工業(yè)中有關(guān)化學(xué)過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律，解決過程和裝

8、置的開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作及優(yōu)化的理論和方法問題。,10/22/2024,8,化工原理 緒論,化學(xué)工程的產(chǎn)生與發(fā)展,隨著對(duì)化學(xué)品需求的增長，引起了從手工業(yè)向大工業(yè)的過渡?；瘜W(xué)家分為純化學(xué)家和工業(yè)化學(xué)家（或稱應(yīng)用化學(xué)家）。純化學(xué)家主要對(duì)合成新物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)反應(yīng)，測定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及新的機(jī)理、規(guī)律、理論感興趣。工業(yè)化學(xué)家則著眼于將該化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)上的運(yùn)用和實(shí)現(xiàn)。要求工業(yè)化學(xué)家具備較多的物理和機(jī)械知識(shí)。英國工程師,G.E.,戴維斯,(George Edwards Davis,1850-1907,年,),最早提出“化學(xué)工程”這一概念。,1915,年麻省理工學(xué)院,A.D.Little,

9、首次提出“化工單元操作”的概念。,1923,年美國麻省理工學(xué)院的著名教授,W. H.,華克爾等人編寫出版的第一部關(guān)于單元操作的著作,化工原理（,Principles of Chemical Engineering,），,從而奠定了化學(xué)工程作為一門獨(dú)立工程學(xué)科的基礎(chǔ)，完成了從化工生產(chǎn)工藝到單元操作的發(fā)展，推進(jìn)認(rèn)識(shí)上的一個(gè)飛躍。對(duì)于化學(xué)工程學(xué)科的形成和發(fā)展起到了推動(dòng)作用。我國于,20,世紀(jì),20,年代創(chuàng)辦了化學(xué)工程系，開設(shè)了化工原理課程。解放之后，我國先后出版了以單元操作為主線的,化工原理,、,化工過程及設(shè)備,、,化工操作原理及設(shè)備,等教科書。,10/22/2024,9,化工原理 緒論,化工學(xué)科體

10、系的形成,化工教育是從化學(xué)教育中分離出來的。,1885,年，英國倫敦帝國學(xué)院最早創(chuàng)辦了化工系，當(dāng)時(shí)的課程是化學(xué)與機(jī)械工程的混合。不久停辦。,1888,年，美國麻省理工學(xué)院首先在化學(xué)系科內(nèi)設(shè)置化學(xué)工程課，后來才開始設(shè)置化學(xué)工程系。其他國家隨后也逐步建立了化學(xué)工程系。在美國著名化學(xué)家,A.D.Little,首次提出“化工單元操作”的概念之后，,W.H.Walker(W,. H.,華克爾等,),W.K.Lewis,和,W.H.McAdams,三人合著的,化工原理,初版在,1923,年問世?；W(xué)科已由一種工藝單元發(fā)展為現(xiàn)代化的工程科學(xué)。,10/22/2024,10,化工原理 緒論,中國的化工高等教育

11、,1927,年,4,月，李壽恒在浙江大學(xué)建立了化工系。李壽恒先生于,1925,年在美國伊利諾伊大學(xué)獲化學(xué)工程博士學(xué)位后回國教授應(yīng)用化學(xué)。不久后，南京的中央大學(xué)和天津的南開大學(xué)也設(shè)立了化工系。到,1949,年，全國約有,30,個(gè)化工系。新中國成立后，進(jìn)行大規(guī)模的院系調(diào)整，第一批合并組成了天津大學(xué)化工系、大連工學(xué)院化工系、成都工學(xué)院化工系、華南工學(xué)院化工系、華東化工學(xué)院、北京石油學(xué)院等。,1958,年，北京化工學(xué)院創(chuàng)建。目前，全國有上百個(gè)化工學(xué)院或化工系。,10/22/2024,11,化工原理 緒論,更為廣義地說，化學(xué)工程是研究化學(xué)工業(yè)和相關(guān)過程工業(yè)（,Process industry,）,生產(chǎn)過

12、程中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程及物理過程普遍規(guī)律的一門工程學(xué)科。它的范圍不但覆蓋了化學(xué)與石化工業(yè)，而且滲透到能源、環(huán)境、生物、材料、制藥、冶金、輕工、衛(wèi)生、信息等工業(yè)及技術(shù)部門。,20,世紀(jì),60,年代,“,三傳一反,”,（動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、化學(xué)反應(yīng)工程）概念的提出，開辟了化學(xué)工程發(fā)展過程的第二個(gè)歷程。計(jì)算機(jī)應(yīng)用的快速發(fā)展，使化學(xué)工程成為更完整的體系，并推向了,“,過程優(yōu)化集成,”,、,“,分子模擬,”,的新階段。,隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，化學(xué)工程與相鄰學(xué)科相融合逐漸形成了若干新的分支與生長點(diǎn)，諸如：生物化學(xué)工程、分子化學(xué)工程、環(huán)境化學(xué)工程、能源化學(xué)工程、計(jì)算化學(xué)工程、軟化學(xué)工程、微電子

13、化學(xué)工程等。同時(shí)，上述新興產(chǎn)業(yè)與學(xué)科的發(fā)展，也推動(dòng)了特殊領(lǐng)域化學(xué)工程的進(jìn)步。,1 .,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,10/22/2024,12,化工原理 緒論,化工單元操作的分類,根據(jù)單元操作的理論基礎(chǔ)進(jìn)行的分類,1,）以動(dòng)量傳遞,(momentum transfer),理論為基礎(chǔ)：,流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、沉降、過濾、攪拌、固體流態(tài)化 等,2,）以熱量傳遞,(heat transfer),理論為基礎(chǔ)： 加熱、冷卻、蒸發(fā) 等,3,）以質(zhì)量傳遞,(mass transfer),理論為基礎(chǔ)： 吸收、精餾、萃取、干燥 等,流體中發(fā)生的這三種傳遞現(xiàn)象,(transport phenomena),都是由于流

14、體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)果。,1 .,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,流體流動(dòng)： 研究流體流動(dòng)的規(guī)律，完成流體輸送的任務(wù)。,流體輸送機(jī)械：研究流體輸送機(jī)械的性能特點(diǎn)，進(jìn)行正確的選用及安裝。,沉降：利用密度差，從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒、液滴或氣泡。,過濾：根據(jù)尺寸不同的截留，從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒。,攪拌：輸入機(jī)械能使流體間或與其他物質(zhì)均勻混合。,流態(tài)化：輸入機(jī)械能使固體顆粒懸浮于流體中，具有流體狀態(tài)的性質(zhì)。,10/22/2024,13,化工原理 緒論,換熱（傳熱）：利用溫度差，對(duì)于物質(zhì)輸入熱量或移出熱量，使物質(zhì)升溫、降溫或者改變相態(tài)。,蒸發(fā)：對(duì)于溶液輸入熱量使溶劑汽化，

15、使溶液濃縮。,氣體吸收：利用各組分在溶劑中溶解度的差異，分離氣體混合物。液體精餾：利用各組分在同樣條件下?lián)]發(fā)度的的差異，分離液體混合物。液液萃?。豪酶鹘M分在萃取劑中溶解度的差異，分離液體混合物。固體干燥：對(duì)于濕固體物料輸入熱量，使?jié)穹制?，使固體物料得以干燥。氣液傳質(zhì)設(shè)備：實(shí)現(xiàn)氣體吸收 、液體精餾 所需要的塔設(shè)備。,1 .,化學(xué)工程學(xué)科中的基本概念,隨著新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，對(duì)物理過程提出了一些特殊要求，又不斷地發(fā)展出新的單元操作或化工技術(shù)，如膜分離、參數(shù)泵分離、電磁分離、超臨界技術(shù)等。同時(shí)，以節(jié)約能耗，提高效率或潔凈無污染生產(chǎn)的集成化工藝（如反應(yīng)精餾、反應(yīng)膜分離、萃取精

16、餾、多塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)化熱集成等）將是未來的發(fā)展趨勢。,單元操作的研究包括“過程”和“設(shè)備”兩個(gè)方面的內(nèi)容，故單元操作又稱為化工過程和設(shè)備?；ぴ硎茄芯恐T單元操作共性的課程。,“三傳理論的建立”是單元操作在理論上的進(jìn)一步發(fā)展和深化。傳遞過程是聯(lián)系各單元操作的一條主線。,10/22/2024,14,化工原理 緒論,單元操作,目的,物態(tài),原理,傳遞過程,流體輸送,輸送,液、氣,輸入機(jī)械能,動(dòng)量傳遞,過 濾,非,均相物系的分離,氣,-,固 液,-,固,尺寸不同的截留,動(dòng)量傳遞,沉 降,非均相物系的分離,氣,-,固 液,-,固,密度差引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng),動(dòng)量傳遞,傳 熱,加熱、冷卻、相變,氣、液、固,利用

17、溫度差傳入或移出熱量,熱量傳遞,吸 收,對(duì),混合氣體的分離,氣,利用溶解度的差異分離,物質(zhì)傳遞,蒸 發(fā),溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分離,液,使溶劑汽化,熱量傳遞,精 餾,液體均相混合物分離,液,各組分揮發(fā)度的不同,物質(zhì)傳遞,萃 取,均相混合物的分離,液,各組分在溶劑中溶解度的不同,物質(zhì)傳遞,干 燥,去濕,固體,供熱汽化,熱質(zhì)同時(shí)傳遞,化工生產(chǎn)過程中常見的單元操作,10/22/2024,15,化工原理 緒論,2.,化工原理課程的性質(zhì)與任務(wù),化工原理,(principles of Chemical Engineering),：,是化學(xué)工程,(,chemical engineering),學(xué)科的基礎(chǔ)部分；

18、是化工工藝,(,chemical technology),學(xué)的理論基礎(chǔ)。,化工原理,研究的對(duì)象是實(shí)際工程問題。其講述各種,化工單元操作,的基本原理，典型化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作性能，工藝過程設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)的計(jì)算方法 。,化工原理課程具有顯著的工程性,它要解決的問題是多因素、多變量的綜合性的工業(yè)實(shí)際問題，因此，分析和處理問題的方法也就與理科課程有較大的不同。該課程所研究的內(nèi)容來自化工生產(chǎn)實(shí)踐，又面向化工生產(chǎn)實(shí)踐，是化工技術(shù)工作者的基本的重要的本領(lǐng)所在。,該課程的研究內(nèi)容就是生產(chǎn)實(shí)際問題，故理論密切聯(lián)系實(shí)際，通過學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)理論,分析得到工程理論，解決工程實(shí)際問題的能力。,10/22/20

19、24,16,化工原理 緒論,化工過程開發(fā),：以已經(jīng)研究出的從原料到產(chǎn)品的化工過程所包括的基本單元操作步驟為基礎(chǔ)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上來考慮，探索出最佳的工藝流程及設(shè)備，確定出最佳的操作條件。,化工過程設(shè)計(jì),：通過計(jì)算確定設(shè)備的合適型式和主要尺寸，并且確定工藝流程中的控制點(diǎn)。,化工過程操作,：除了進(jìn)行生產(chǎn)過程技術(shù)管理保障正常運(yùn)行以外，更重要的是對(duì)于現(xiàn)有的工藝流程及設(shè)備作出改進(jìn)以提高其效率。,在化工過程開發(fā)、化工過程設(shè)計(jì)、化工過程操作中都存在著明顯的工程性：,（,1,）影響化工過程的因素多，,（,2,）制約化工過程的條件多，,（,3,）在化工過程計(jì)算中，涉及到的物性數(shù)據(jù)、工程條件數(shù)據(jù)多，相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和

20、經(jīng)驗(yàn)公式多，,（,4,）效益是評(píng)價(jià)工程優(yōu)劣的最終判據(jù) 。,社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。,本課程強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn),10/22/2024,17,化工原理 緒論,化工原理課程是化工類及相近專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其兼有“科學(xué)”與“技術(shù)”的特點(diǎn)，它是綜合運(yùn)用自然科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，分析和解決化工類型生產(chǎn)中各種物理過程的工程學(xué)科。 該課程的主要內(nèi)容是利用數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等自然科學(xué)的原理，研究實(shí)際化工物理過程中的客觀規(guī)律，并利用這些規(guī)律進(jìn)行化工過程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、設(shè)備構(gòu)造設(shè)計(jì)等。,從理論知識(shí)體系來看，先行的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等課程主要是揭示自然界中的普遍規(guī)律，屬于自然科學(xué)的范疇。而化工原理課程所研究的內(nèi)容則屬

21、于工程技術(shù)科學(xué)的范疇。在化工類專業(yè)人才培養(yǎng)中，它起著由理及工的“橋梁”作用，它承擔(dān)著工程科學(xué)與工程技術(shù)的雙重教育任務(wù)。,本課程強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、工程問題處理方法、定量運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)技能及設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際。,2.,化工原理課程的性質(zhì)與任務(wù),10/22/2024,18,化工原理 緒論,課程教學(xué)的主導(dǎo)思想：,以化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展和現(xiàn)代教育思想為依據(jù)，與社會(huì)發(fā)展需求相適應(yīng)，提出本課程的科學(xué)體系和課程框架。以化工過程的共性為主線，將化工單元操作的內(nèi)容及基礎(chǔ)按過程共性分塊，闡明共同的原理和科學(xué)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用科學(xué)理論的意識(shí)和獲取知識(shí)的能力。體現(xiàn)課程內(nèi)容的工程特色，突出工程問題的處理方法，強(qiáng)調(diào)對(duì)

22、于學(xué)生工程觀點(diǎn)、工程方法、工程能力及工程素質(zhì)的培養(yǎng)教育。以教學(xué)內(nèi)容為載體，使學(xué)生掌握化工常用的科學(xué)方法，如：數(shù)學(xué)模型法、實(shí)驗(yàn)研究法、過程分解法、參數(shù)歸并法及數(shù)學(xué)解析法等。在基本原理的應(yīng)用中，從設(shè)計(jì)型問題和操作型問題兩方面加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的示范。以此培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際工作出發(fā)，思考和解決問題的能力。,2.,化工原理課程的性質(zhì)與任務(wù),10/22/2024,19,化工原理 緒論,1,）數(shù)學(xué)描述（解析）方法：,常用的物理原理：,物料衡算、能量衡算、熱量衡算、動(dòng)量守恒原理、牛頓第二定律、牛頓第三定律,常用的化學(xué)原理：,相平衡關(guān)系,常用的數(shù)學(xué)手段：,數(shù)學(xué)微積分原理,3,.,化工原理研究問題時(shí)的方法,2,）復(fù)雜

23、問題的兩種思維方式,:,（,1,）實(shí)驗(yàn)研究方法；（,2,）數(shù)學(xué)模型方法。,10/22/2024,20,化工原理 緒論,課程的研究方法,如果一個(gè)物理過程的影響因素較少，各參數(shù)之間的關(guān)系比較簡單，能夠應(yīng)用相關(guān)的物理或化學(xué)原理，建立數(shù)學(xué)方程并能直接求解，則稱為解析法。根據(jù)質(zhì)量守恒、能量守恒、相平衡關(guān)系和傳遞速率關(guān)系等基礎(chǔ)理論建立數(shù)學(xué)方程，是解決某些物理過程有效的解析法。,如果一個(gè)物理過程的影響因素很多，各參數(shù)之間的關(guān)系難以從理論上分析清楚，解決這類復(fù)雜的工程問題，形成了兩種典型的思維方式和方法。,（,1,）實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)法）,該方法一般用因次分析和相似論為指導(dǎo)，依靠實(shí)驗(yàn)來確定過程變量之間的關(guān)系，

24、通過無因次數(shù)群（或稱準(zhǔn)數(shù)）構(gòu)成的關(guān)系式來表達(dá)。是一種工程上通用的基本方法。,（,2,）數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）,該方法是在對(duì)實(shí)際過程的機(jī)理深入分析的基礎(chǔ)上，在抓住過程本質(zhì)的前提下，作出某種合理簡化，建立物理模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，得出數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)。,10/22/2024,21,化工原理 緒論,聯(lián)系“化工原理”課程內(nèi)容的兩條主線,:,1,）傳遞過程是統(tǒng)一的研究對(duì)象,動(dòng)量傳遞,(momentum transfer),、熱量傳遞,(heat transfer),、質(zhì)量傳遞,(mass transfer),2,）各單元操作有著共同（或相似）的研究方法,動(dòng)量傳遞的單元操作：力平衡、質(zhì)

25、量守恒、動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒。經(jīng)濟(jì)分析。,熱量傳遞的單元操作：熱量平衡、傳熱速率。經(jīng)濟(jì)分析。,質(zhì)量傳遞的單元操作：傳質(zhì)速率、相平衡關(guān)系、質(zhì)量平衡、熱量平衡、經(jīng)濟(jì)分析。,3,.,化工原理研究問題時(shí)的方法,總之，對(duì)于各單元操作，均以質(zhì)量守恒、能量守恒、平衡關(guān)系和速率關(guān)系這,4,種基本關(guān)系為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,。,10/22/2024,22,化工原理 緒論,4.,學(xué)習(xí)化工原理課程之后能夠解決的問題,1,）如何根據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特點(diǎn),進(jìn)行“過程設(shè)計(jì)和設(shè)備類型選擇”,以經(jīng)濟(jì)而有效地完成工藝設(shè)計(jì)，滿足工藝的要求。,2,）如何進(jìn)行“過程,(process)”,的計(jì)算和“設(shè)備,(appatatu

26、s)”,的設(shè)計(jì)。,3,）如何根據(jù)生產(chǎn)的不同要求,進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)或指標(biāo)的調(diào)節(jié)。,4,）當(dāng)生產(chǎn)狀況不正常時(shí)，如何尋找根源。,課程學(xué)習(xí)要求,:,學(xué)習(xí)本課程中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面能力的培養(yǎng)：,（,1,）單元操作和設(shè)備選擇的能力,（,2,）工程設(shè)計(jì)能力,（,3,）操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的能力,（,4,）過程開發(fā)或科學(xué)研究能力。,將可能變現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)工程目的，這是綜合創(chuàng)造能力的體現(xiàn)。,10/22/2024,23,化工原理 緒論,5.,物理量的單位與量綱（因次）（,dimension,）,1,）單位制,國際單位制,SI,(System International dUnites),基本單位,:,質(zhì)量,.kg,長度.

27、,m,時(shí)間.,s,具有專門名稱的導(dǎo)出單位,:,力,. N,能量,.,功,. J,功率,. W,物理單位制,cgs:,基本單位,:,質(zhì)量,. g,長度,.cm,時(shí)間,. s,工程單位制,:,基本單位,:,力,.,Kgf,長,度,.m,時(shí)間,.s,需要 由 工程單位制 或 物理單位制 換算到 國際單位制。,中華人民共和國法定計(jì)量單位（簡稱法定單位制）,在,我國的法定計(jì)量單位中，除了,SI,制中的基本單位導(dǎo)出單位外，又規(guī)定了一些我國選定的非國際單位制單位。例如，時(shí)間用,s,（,秒）、,min,（,分鐘）、,h,（,小時(shí)）、,d,（,日）。質(zhì)量可以用,kg,（,公斤）、,t,（,噸）。溫度可以用,K,

28、（,開爾文）、,o,C,（,攝式度）。物質(zhì)的量,mol,（,摩爾）、,kmol,（,千摩爾）。長度可以用,m,（,米）、,km,（,千米）、,mm,（,毫米）、,cm,（,厘米）。,10/22/2024,24,化工原理 緒論,2,）量綱（因次）,物理量的基本量的量綱為其本身。,SI,制中的基本量,:,質(zhì)量,M,、,長度,L,、,時(shí)間,T,、,熱力學(xué)溫度,、,物質(zhì)的量,N,、,電流,I,、,發(fā)光強(qiáng)度,J,導(dǎo)出量的量綱,:,例如：速度,LT,-1,加速度,LT,-2,力,MLT,-2,5.,物理量的單位與量綱（因次）,( dimension ),3,）量綱一致性方程,(dimensionally

29、homogeneous equation),物理量方程,是 與某一客觀現(xiàn)象有關(guān)的各物理量之間關(guān)系的表達(dá)式。任何一個(gè)物理量方程，只要理論上合理，該方程等號(hào)兩邊各項(xiàng)的量綱必定相等。,10/22/2024,25,化工原理 緒論,5.,物理量的單位與量綱（因次）,3,）量綱一致性方程,(dimensionally homogeneous equation),物理量方程,是 與某一客觀現(xiàn)象有關(guān)的各物理量之間關(guān)系的表達(dá)式。任何一個(gè)物理量方程，只要理論上合理，該方程等號(hào)兩邊各項(xiàng)的量綱必定相等。,10/22/2024,26,化工原理 緒論,例,:,工程單位制中的,力,與國際單位制中的,力,之關(guān)系。,以質(zhì)量為,

30、1kg,的物質(zhì)在重力場中所受的力為分析對(duì)象。在工程單位制中，受力為,1kgforce.,在國際單位制中，根據(jù)牛頓第二定律,F=ma,受力為,F=19.81=9.81kg.m/s,2,=9.81N,所以,1kgf=9.81N,這是一個(gè)非常重要的關(guān)系式,。,4,）,單位換算,5.,物理量的單位與量綱（因次）,10/22/2024,27,化工原理 緒論,例,1,：,1atm=1.033kgf/cm,2,將其換算成,SI,制的單位。,1kgf=9.81N 1cm=10,-2,m,例,2,：通用氣體常數(shù),R=82.06atmcm,3,/(molK),將其換算成,SI,制。,10/22/2024,28,化

31、工原理 緒論,例,3,：,30,水的粘,度,=0.008g/(cm.s),（,泊）,將此,cgs,制單位換算成,SI,制,。,解,:,例,4:,傳質(zhì)系數(shù)單位的轉(zhuǎn)換計(jì)算,10/22/2024,29,化工原理 緒論,6.,物料衡算,(mass balance),和能量衡算,(energy balance),若,積累速率,=0,，則控制體處于穩(wěn)定狀態(tài)（定常態(tài)）。此時(shí)，,輸入速率之和,=,輸出速率之和,+,控制體中的積累速率,輸入速率之和,=,輸出速率之和,控制體,通常以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，物理量的單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)值稱為速率。,平衡：輸入之和,=,輸出之和,+,控制體中的累積,10/22/2024,30,化

32、工原理 緒論,物料衡算（設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)）,物質(zhì)守恒定律（質(zhì)量守恒）,G,5,= G,4,+ G,3,= G,4,+ G,2,+ G,1,定常態(tài)操作（連續(xù)穩(wěn)定操作），積累速率等于零。,平衡：輸入之和,=,輸出之和,+,控制體中的累積,G,5,G,4,G,3,G,1,G,2,10/22/2024,31,化工原理 緒論,能量衡算,（通常為了確定熱負(fù)荷）,能量守恒定律,（定常態(tài)操作）,蒸汽,Q,1,Q,loss,10/22/2024,32,化工原理 緒論,例,1,用連續(xù)操作的蒸發(fā)器把質(zhì)量分率為,w,F,的稀鹽水溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮到質(zhì)量分率為,w,w,的濃鹽水溶液。稀鹽水溶液的進(jìn)料量為,F(kg/h),，,

33、試求：濃鹽水溶液（完成液）的產(chǎn)生速率,W (kg/h),和水蒸氣（二次蒸汽）的產(chǎn)生速率,V (kg/h),。,解：,總,物料衡算,溶質(zhì)衡算,得到：,1,、根據(jù)題意畫出本例附圖所示的流程圖。,解題思路,2,、圈出衡算范圍。,3,、定出衡算基準(zhǔn)，通常單位,1h,或,1s,。,10/22/2024,33,化工原理 緒論,緒論完,例,2 1000kg,的電解液,F,中含,NaOH,（,質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）,10%,、,NaCL10%,、,H,2,O80%,，,用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分離后的濃縮液中含,NaOH50%,、,NaCL2%,、,H,2,O48%,。,試求：,（,1,）水分蒸發(fā)量,V,；（,

34、2,）,結(jié)晶分離的食鹽量,S,；（,3,）,食鹽分離后的濃縮液量,W,。,在全過程中，溶液中,NaOH,的量保持不變。,解：,電解液,被分離為,3,部分,總,物料衡算,NaOH,衡算,H,2,O,衡算,10/22/2024,34,化工原理 緒論,例,:,開始時(shí)槽內(nèi)預(yù)先盛有新鮮水,100kg,。水以,150kg/h,的流率，食鹽以,30kg/h,的流率加入攪拌槽中。制成溶液后，溶液以,120kg/h,的流率離開容器。由于攪拌充分，槽內(nèi)溶液濃度各處均勻。試計(jì)算當(dāng)時(shí)間達(dá)到,1,小時(shí)的時(shí)候所流出的溶液中食鹽的濃度（以,wt%,計(jì)）,解：,積分：,食鹽衡算：,分離變量并積分：,10/22/2024,35,化工原理 緒論,分離變量并積分：,例,:,開始時(shí)槽內(nèi)預(yù)先盛有新鮮水,100kg,。水以,150kg/h,的流率，食鹽以,30kg/h,的流率加入攪拌槽中。制成溶液后，溶液以,120kg/h,的流率離開容器。由于攪拌充分，槽內(nèi)溶液濃度各處均勻。試計(jì)算當(dāng)時(shí)間達(dá)到,1,小時(shí)的時(shí)候所流出的溶液中食鹽的濃度（以,wt%,計(jì)）,得：,緒論完,10/22/2024,36,化工原理 緒論,