化工原理譚天恩版-緒論

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1、Principles of Chemical Engineering 2 通 過 緒 論 的 學(xué) 習(xí) ， 應(yīng) 了 解 化 工 原 理 課 程 的 主要 內(nèi) 容 ， 單 元 操 作 的 分 類 和 特 點(diǎn) ， 工 程 學(xué) 科 的 研究 方 法 ， 本 課 程 的 學(xué) 習(xí) 要 求 ， 掌 握 單 位 制 及 單 位換 算 方 法 。 學(xué) 習(xí) 目 的與 要 求 緒 論 化 學(xué) 工 業(yè) 是 將 自 然 界 中 的 各 種 物 質(zhì) 資 源 通 過 物 理 和化 學(xué) 的 方 法 加 工 成 具 有 規(guī) 定 質(zhì) 量 的 物 質(zhì) 的 工 業(yè) 。 化 學(xué) 工 程 是 一 門 工 程 技 術(shù) 學(xué) 科 ， 它 研

2、究 化 工 產(chǎn) 品 生產(chǎn) 過 程 的 基 本 規(guī) 律 ， 并 運(yùn) 用 這 些 規(guī) 律 解 決 化 工 生 產(chǎn) 中 的問 題 。 化 工 原 理 課 程 的 內(nèi) 容 和 性 質(zhì) 化 工 原 理 是 化 工 類 及 相 近 專 業(yè) 一 門 主 要 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課 ，它 是 綜 合 運(yùn) 用 數(shù) 學(xué) 、 物 理 和 化 學(xué) 等 基 礎(chǔ) 知 識 、 分 析 和 解 決化 工 類 型 生 產(chǎn) 中 各 種 物 理 過 程 （ 或 單 元 操 作 ） 問 題 的 工 程學(xué) 科 。一 、 概 述 化 工 原 理 課 程 特 點(diǎn) 化 工 原 理 課 程 主 要 任 務(wù) 化 工 原 理 課 程 設(shè) 置 與 發(fā)

3、展 化 工 原 理 課 程 的 發(fā) 展課 程 3個 發(fā) 展 階 段 化 工 原 理 課 程 的 發(fā) 展 1923年 出 版 了 第 一 部 化 工 原 理 教 材 Principles of Chemical Engineering重 要 標(biāo) 志 Walker W H 按 其 操 作 的 功 能 可 以 分 為 ： （ 1） 物 料 的 增 壓 、 減 壓 和 輸 送 （ 2） 物 料 的 混 合 和 分 散（ 3） 物 料 的 加 熱 和 冷 卻 （ 4） 均 相 混 合 物 的 分 離 （ 蒸 發(fā) 、 蒸 餾 、 結(jié) 晶 等 ） （ 5） 多 相 混 合 物 的 分 離 （ 沉 降 、 過

4、 濾 、 干 燥 等 ） Unit Operation)Pretreatment of materials Chemistry reaction Treatment of productsPhysical processUnit Operation Chemical process Reactor Physical processUnit Operation They almost cover with all unit operations!包 括 流 體 輸 送 、 沉 降 、 過 濾 、離 心 分 離 、 攪 拌 、 固 體 流 態(tài) 化等以 流 體 力 學(xué) 為 基 礎(chǔ)以 熱 量 傳 遞

5、理 論 為 基 礎(chǔ) 包 括 加 熱 、 冷 卻 、 蒸 發(fā) 等 以 質(zhì) 量 傳 遞 理 論 為 基 礎(chǔ) 包 括 蒸 餾 、 吸 收 、 吸 附 、 萃 取 、干 燥 、 結(jié) 晶 、 膜 分 離 等 綜 合 運(yùn) 用 基 礎(chǔ) 知 識 ， 有 目 的 地 解 決 工程 實(shí) 際 問 題5 化工原理 避 免 了 方 程 的 建 立 ， 直 接 用實(shí) 驗(yàn) 測 取 各 變 量 之 間 的 聯(lián) 系 優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)解 決 1998年 2月 ， 美 國 宇 航 局（ NASA） 發(fā) 射 探 測 火 星 氣象 的 衛(wèi) 星 失 事 。 預(yù) 定 于 1999年 9月 23日 抵 達(dá) 火 星 ， 然 而 衛(wèi)星 沒 有 進(jìn)

6、入 預(yù) 定 的 軌 道 。 問 題 出 在 有 些 資 料 的 計(jì) 量單 位 沒 有 把 英 制 轉(zhuǎn) 換 成 公 制 ，錯 誤 起 自 承 包 工 程 的 洛 克 希德 馬 丁 航 天 公 司 。 這 個 “ 小 錯 誤 ” 造 成 的損 失 ： 單 衛(wèi) 星 的 造 價 就 高 達(dá)1.25億 美 元 。 (1)因次(dimension):也稱量綱,是指表示物料性質(zhì)和狀態(tài)的基本量。由因次組成的表示物理量特性的式子稱為因次式或量綱式(dimensional expression) 。 若某物理量以 MaLbTc表示，則稱它為該物理量的因次或量綱，指數(shù)a、b、c稱為因次，MaLbTc稱為該物理量的因

7、次式或量綱式。它表示該物理量的單位與基本量的單位之間的關(guān)系。當(dāng)abc0時，M 0L0T0= 10，稱為無因次. (2)單位(unit)：是因次的具體表示。如：厘米和米表示長度的單位，克和千克表示質(zhì)量的單位。長度、質(zhì)量是因次，而厘米、米、克和千克是單位。(3)單位制度(system of units)：選定一些彼此獨(dú)立的物理量及單位作為基本單位(basic uint)。再利用這些基本單位和其它物理量之間的聯(lián)系，用基本單位表示其它物理量，成為導(dǎo)出單位(derived unit)。 長 度 (米 ， m)質(zhì) 量 (千 克 ， Kg)時 間 (秒 ,s)溫 度 （ 開 ， K）物 質(zhì) 的 量 （ 摩

8、， mol）力 、 重 力 （ 牛 ， N）壓 力 （ 帕 ， Pa）能 量 （ 焦 ， J）功 率 （ 瓦 ， W）攝 氏 溫 度 （ 攝 氏 度 ， ）熱 容 （ 焦 摩 -1 開 -1， J mol-1 K-1）比 能 （ 焦 千 克 -1， J kg-1） 導(dǎo) 出 單 位 是 用 基 本 單 位 以 代 數(shù) 形 式 表 示 的 單 位 。這 種 單 位 符 號 中 的 乘 或 除 采 用 數(shù) 學(xué) 符 號 。 速 度 ： 每 秒 （ m/s） （ 組 合 單 位 ） 有 專 門 的 名 稱 和 符 號 的 SI導(dǎo) 出 單 位 。 熱 和 能 量 ： 焦 耳 （ J） 代 替 牛 頓 米

9、（ N.m） 電 阻 率 ： 歐 姆 米 ( .m） 代 替 伏 米 每 安 培 （ V.m/A） . ： 弧 度 和 球 面 度 （ 具 有 專 門 名 稱 和 符 號 的 量 綱 ） 。 用 專 門 名 稱 弧 度 （ rad） 和 球 面 度 （ sr） 代 替 。 如 角 速 度 的SI單 位 可 寫 成 弧 度 每 秒 （ rad/s） .4. SI導(dǎo) 出 單 位 (SI ) 絕 對 單 位 制 (absolute system of units)： 以 長 度 、質(zhì) 量 及 時 間 為 基 本 單 位 。工 程 單 位 制 (engineering system of units)

10、： 以 長 度 、力 及 時 間 為 基 本 單 位米 千 克 秒 （ MKS） 制 : SI長 度 (m), 質(zhì) 量 (kg), 時 間 (s) 絕對單位制 kgsm smkgsmkgf 81.9/1 /.81.9/11 2 22 1質(zhì) 量 工 程 單 位 =1質(zhì) 量 工 程 單 位 的 數(shù) 值 相 當(dāng) 于 SI質(zhì) 量 的 9.81倍 英 國 工 程 制 長 度 (ft), 力 （ lbf), 時 間 (s). 斯 勒 (Slg)： 質(zhì) 量 工 程 單 位 ， 磅 力 . 秒 2/英 尺 lbsft sftlbsftlbf 17.32/1 /.17.32/11 2 22 1 Slg=1 lb

11、f=32.17 Pdl=32.17 lb.ft/s2 lbfs lbmftg g sftlbmlbfe e.17.32 /17.3211 2 2 h shs mcmmcm gkgkgg 13600,360011 1100,10011 10001,100011 即 即 即 hmkg h smcmgkgscm g ./2173.3 136001100100012108937.0 例2 R=82.06atm.cm3/mol.k,換算為工程單位: 千克(力).米/千摩爾.開; Kkmolmolcmmm kgfKmol cmatmR 11011011033006.82 36 323 Kkmolmkgf

12、/848 36 1010 1033006.82 解 ： 三 、 物 料 衡 算 及 能 量 衡 算 1、 畫 出 流 程 示 意 圖 ， 標(biāo) 出物 料 流 向 與 流 量 、 組 成 等 ；2、 用 虛 線 劃 出 衡 算 范 圍 ；3、 定 出 衡 算 基 準(zhǔn) ；4、 列 出 衡 算 式 并 求 解 。 VDF VxDxFx VDF 在 化 工 生 產(chǎn) 中 ， 能 量 的 消 耗 是 一 項(xiàng) 重 要 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì)指 標(biāo) ， 它 是 衡 量 工 藝 過 程 、 設(shè) 備 設(shè) 計(jì) 、 操 作 制 度 是否 先 進(jìn) 合 理 的 主 要 指 標(biāo) 之 一 。能 量 衡 算 的 基 礎(chǔ) 是 物 料 衡 算 ， 只 有 在 進(jìn) 行 完 備 的 物料 衡 算 后 才 能 作 出 能 量 衡 算 。根 據(jù) 能 量 守 恒 定 律 ：輸 入 的 能 量 =輸 出 的 能 量 +積 累 的 能 量 Economical accounting