1、Principles of Chemical Engineering化工原理化工原理任課老師介紹任課老師介紹楊東杰楊東杰 ： 教授教授/博士生、碩士生導(dǎo)師博士生、碩士生導(dǎo)師 研究方向：研究方向：化學(xué)工程，精細(xì)化工、生物質(zhì)資源化工化學(xué)工程，精細(xì)化工、生物質(zhì)資源化工 科學(xué)研究情況：科學(xué)研究情況： （1）生物基納米材料的研究）生物基納米材料的研究 （2）木質(zhì)素可再生資源利用技術(shù)）木質(zhì)素可再生資源利用技術(shù) （3） 生物催化法改性木質(zhì)素的研究。生物催化法改性木質(zhì)素的研究。 主講主講 (1)流體力學(xué)與傳熱，流體力學(xué)與傳熱， (2)傳質(zhì)與分離工程；傳質(zhì)與分離工程； (3)化工原理實(shí)驗(yàn)課化工原理實(shí)驗(yàn)課 (4)

2、 化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì) 3課堂紀(jì)律課堂紀(jì)律: 遲到超過遲到超過5分鐘，站著上課分鐘，站著上課 不允許打、接電話，看手機(jī)或與課程無關(guān)的資料、不允許打、接電話，看手機(jī)或與課程無關(guān)的資料、 不允許在上課中睡覺、吃東西、做作業(yè)等不允許在上課中睡覺、吃東西、做作業(yè)等 按第一次上課的排位坐，如需更改，四周后可調(diào)換一次按第一次上課的排位坐，如需更改，四周后可調(diào)換一次 1.化工工業(yè)的重要性及發(fā)展化工工業(yè)的重要性及發(fā)展 2.化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程 3.化工學(xué)科的內(nèi)容化工學(xué)科的內(nèi)容 4.研究方法及基本概念研究方法及基本概念 5.單位及其換算單位及其換算 6.化工原理系列課程的內(nèi)容和要求化工原理系列課

3、程的內(nèi)容和要求緒 論開源節(jié)流開源節(jié)流1.化學(xué)工業(yè)的重要性化學(xué)工業(yè)的重要性l 為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用生產(chǎn)資料；為農(nóng)業(yè)提供化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用生產(chǎn)資料；l 為輕紡、建材、冶金、國(guó)防、軍工及其他行業(yè)為輕紡、建材、冶金、國(guó)防、軍工及其他行業(yè)提供各種配套原材料和能源等；提供各種配套原材料和能源等；l 為微電子、信息、生物工程等高科技產(chǎn)業(yè)提供為微電子、信息、生物工程等高科技產(chǎn)業(yè)提供新型化工材料和新產(chǎn)品；新型化工材料和新產(chǎn)品；l 為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品為人們的衣、食、住、行提供各種化工產(chǎn)品。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化學(xué)化學(xué)不斷發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的新物質(zhì)不斷發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的新物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)

4、品化工過程化工過程化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的商業(yè)產(chǎn)品有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的商業(yè)產(chǎn)品化學(xué)工程化學(xué)工程世界化工產(chǎn)品的總銷售額世界化工產(chǎn)品的總銷售額( (年年) ) - - 幾千億美元幾千億美元Tower化學(xué)工業(yè)的發(fā)展化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 昨天（始于昨天（始于18 世紀(jì)工業(yè)革命）世紀(jì)工業(yè)革命）無機(jī)化無機(jī)化學(xué)工業(yè)學(xué)工業(yè)1746 年年 英國(guó)人羅巴克英國(guó)人羅巴克 鉛室法制硫酸鉛室法制硫酸1791 年年 法國(guó)人路布蘭法國(guó)人路布蘭 制堿制堿1861 年年 比利時(shí)人索爾維比利時(shí)人索爾維 氨堿法氨堿法1905 年年 德國(guó)人哈伯德國(guó)人哈伯 合成氨合成氨1941 年年 中國(guó)人中國(guó)人侯德榜侯德榜 聯(lián)堿法聯(lián)堿法有機(jī)化有機(jī)化學(xué)工業(yè)學(xué)工業(yè)

5、1826 年年 從氰酸銨合成尿素從氰酸銨合成尿素19 C 中葉、中葉、20 C 初利用煤、農(nóng)副產(chǎn)品初利用煤、農(nóng)副產(chǎn)品20 C 30 年代開始石油、天然氣的開發(fā)年代開始石油、天然氣的開發(fā) 今天（我國(guó)）今天（我國(guó)） 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱 產(chǎn)量（萬噸）產(chǎn)量（萬噸） 世界排名世界排名 化肥化肥 2955 1 染料染料 23.8 1 農(nóng)藥農(nóng)藥 38.2 2 合成橡膠合成橡膠 60 4 乙烯乙烯 383.48 5三廢三廢占排放總量份額占排放總量份額排名排名廢渣廢渣8-108-109 9廢水廢水20-3020-302 2 廢氣廢氣5-75-73 3 明天（發(fā)展趨勢(shì)）明天（發(fā)展趨勢(shì)）以以信息技術(shù)信息技術(shù)為先導(dǎo)為先

6、導(dǎo)以以新材料技術(shù)新材料技術(shù)為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)以以新能源技術(shù)新能源技術(shù)為支柱為支柱微觀尺度向微觀尺度向生物技術(shù)生物技術(shù)開拓開拓宏觀尺度向宏觀尺度向空間空間和和海洋海洋擴(kuò)展擴(kuò)展化學(xué)工業(yè)不再局限于傳統(tǒng)的化工領(lǐng)域，與其化學(xué)工業(yè)不再局限于傳統(tǒng)的化工領(lǐng)域，與其他技術(shù)滲透結(jié)合。他技術(shù)滲透結(jié)合。材料工程材料工程 高分子功能材料、陶瓷、納米材料、富勒碳高分子功能材料、陶瓷、納米材料、富勒碳能源化工能源化工 發(fā)展煤化工（潔凈煤技術(shù)發(fā)展煤化工（潔凈煤技術(shù)）、生物質(zhì)資源化工環(huán)境化工環(huán)境化工 CO2 化學(xué)化學(xué) 環(huán)境工程環(huán)境工程 清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn) OHCaClEOOHCaOHClCHCHHClOHClCHCHClOHHC222

7、2222224222)(2 EOOHC 2425 .0直接氧化法直接氧化法:氯乙氯乙醇法醇法l 發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)生物工程生物工程生物學(xué)生物學(xué)化學(xué)化學(xué)工程學(xué)工程學(xué)生物技術(shù)生物技術(shù)生化生化工程工程化學(xué)工程化學(xué)工程生物化學(xué)生物化學(xué)e.g. 將淀粉酶基因克隆到酵母菌中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，將淀粉酶基因克隆到酵母菌中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，時(shí)間縮短了時(shí)間縮短了十分之九十分之九，能量消耗減少了，能量消耗減少了60。能源與化工能源與化工 纖維素乙醇技術(shù)、微藻生物柴油技術(shù)和生物航煤技術(shù) 化工過程是什么？化工過程是什么？ 2.2.化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程 原料原料前處理前處理化學(xué)加工化學(xué)加工后處理后處理產(chǎn)品產(chǎn)品除去雜質(zhì)達(dá)

8、到除去雜質(zhì)達(dá)到必要的純度，必要的純度，物理變化過程物理變化過程生成新的生成新的物質(zhì)，化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)變化過程變化過程精制、分離達(dá)精制、分離達(dá)必要的純度，必要的純度，物理變化過程物理變化過程化工過程包括化工過程包括化學(xué)反應(yīng)過程化學(xué)反應(yīng)過程和和物理過程。物理過程。高壓乙烯流程乙醇生產(chǎn)工藝流程圖l 1887 年，英國(guó)人年，英國(guó)人David. G. E . 在曼徹斯特工在曼徹斯特工學(xué)院做了一系列化學(xué)工程問題的講演；學(xué)院做了一系列化學(xué)工程問題的講演；l 1888 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院，世界上第一次年，美國(guó)麻省理工學(xué)院，世界上第一次講授講授“化學(xué)工程化學(xué)工程”這門課程；這門課程；l 1915 年，利特爾年，

9、利特爾Little. A. D. 提出了單元操提出了單元操作（作（Unit Operation）的概念；）的概念；l 1923 年，第一本化學(xué)工程教科書年，第一本化學(xué)工程教科書Principles of Chemical Engineering；3、化學(xué)工程學(xué)科內(nèi)容、化學(xué)工程學(xué)科內(nèi)容l 1957 年，正式提出了年，正式提出了“化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程”（Chemical Reaction Engineering）l 20 世紀(jì)世紀(jì) 60 年代后期，計(jì)算機(jī)用于化學(xué)工程以年代后期，計(jì)算機(jī)用于化學(xué)工程以解決最優(yōu)規(guī)劃，最優(yōu)設(shè)計(jì)解決最優(yōu)規(guī)劃，最優(yōu)設(shè)計(jì)“化工系統(tǒng)工程化工系統(tǒng)工程”l 1983 年在美國(guó)化學(xué)

10、工程師學(xué)會(huì)（年在美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)（AICHE）第）第 75 周年年會(huì)上，把化學(xué)工程定義為周年年會(huì)上，把化學(xué)工程定義為“經(jīng)濟(jì)地開經(jīng)濟(jì)地開發(fā)利用物質(zhì)和能量的方法為人類造福的工學(xué)發(fā)利用物質(zhì)和能量的方法為人類造福的工學(xué)”?；すどa(chǎn)產(chǎn)寫實(shí)寫實(shí)19 世紀(jì)世紀(jì)90 年代年代化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué)或工業(yè)化學(xué)或工業(yè)化學(xué)單元操作單元操作（物理過程）（物理過程）抽象抽象1923 年年化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程單元過程單元過程（化學(xué)過程）（化學(xué)過程）化工系統(tǒng)工程化工系統(tǒng)工程傳遞過程傳遞過程1960 年年抽象抽象計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)20 世紀(jì)世紀(jì) 60 年代年代l 學(xué)科的發(fā)展學(xué)科的發(fā)展l 化學(xué)工程學(xué)科的內(nèi)容化學(xué)工程學(xué)科的內(nèi)

11、容 單元操作單元操作 固體和流體物料輸送、加熱和冷卻、蒸發(fā)、吸收、蒸餾、固體和流體物料輸送、加熱和冷卻、蒸發(fā)、吸收、蒸餾、萃取、干燥等基本操作的總稱。萃取、干燥等基本操作的總稱。 傳遞過程傳遞過程 “三傳三傳”： 動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞 化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程 研究理想反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的一些共同規(guī)律研究理想反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的一些共同規(guī)律 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué) 研究化工過程中各種形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律和過程研究化工過程中各種形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律和過程趨于平衡的條件趨于平衡的條件 化工系統(tǒng)工程化工系統(tǒng)工程 以化工系統(tǒng)為研究對(duì)象，從整體目標(biāo)出發(fā)確定最優(yōu)以

12、化工系統(tǒng)為研究對(duì)象，從整體目標(biāo)出發(fā)確定最優(yōu)決策決策化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn) 由若干個(gè)簡(jiǎn)單的過程按一定的順序和方式組由若干個(gè)簡(jiǎn)單的過程按一定的順序和方式組合而成的合而成的 物理過程物理過程（輸送、分離、干燥、氣化等）（輸送、分離、干燥、氣化等） 化學(xué)過程化學(xué)過程（脫水、聚合等化學(xué)反應(yīng)）（脫水、聚合等化學(xué)反應(yīng)） 化工原理化工原理研究研究物理操作過程物理操作過程的設(shè)備構(gòu)造、的設(shè)備構(gòu)造、設(shè)計(jì)、操作等設(shè)計(jì)、操作等 單元操作是指化工生產(chǎn)過程中基本原理和典型設(shè)備的相同物理性操作。單元操作及分類單元操作及分類單元操作特點(diǎn)：?jiǎn)卧僮魈攸c(diǎn)：化工生產(chǎn)中化工生產(chǎn)中共有的操作共有的操作; ;物理性操作：物理

13、性操作：只改變物料狀態(tài)和物理性質(zhì)，只改變物料狀態(tài)和物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)不變化學(xué)性質(zhì)不變。物理操作過程占整個(gè)化工過程的物理操作過程占整個(gè)化工過程的8080單元操作：?jiǎn)卧僮鳎哼^程和設(shè)備并重過程和設(shè)備并重按操作目的分類按操作目的分類 （1 1）物料的增壓、減壓和輸送；）物料的增壓、減壓和輸送； （2 2）物料的混合或分散；）物料的混合或分散； （3 3）物料的加熱或冷卻；）物料的加熱或冷卻； （4 4）非均相混合物的分離；）非均相混合物的分離； （5 5）均相混合物的分離。）均相混合物的分離。單元操作分類：?jiǎn)卧僮鞣诸悾?依據(jù)不同原理分類依據(jù)不同原理分類（1 1）以）以流體力學(xué)流體力學(xué)為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)

14、流體輸送、沉降、過濾分離等流體輸送、沉降、過濾分離等（2 2）以）以熱量傳遞熱量傳遞理論為基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ) 加熱、冷卻、蒸發(fā)等加熱、冷卻、蒸發(fā)等（3 3）以）以質(zhì)量傳遞理論質(zhì)量傳遞理論為基礎(chǔ)為基礎(chǔ) 蒸餾、吸收、萃取、干燥等蒸餾、吸收、萃取、干燥等名稱名稱 目的目的原理原理設(shè)備設(shè)備流體輸送流體輸送輸送物料輸送物料機(jī)械能轉(zhuǎn)換機(jī)械能轉(zhuǎn)換管道和泵管道和泵傳熱傳熱加熱或冷卻加熱或冷卻利用溫差傳熱利用溫差傳熱換熱器換熱器蒸發(fā)蒸發(fā)分離溶劑與溶質(zhì)分離溶劑與溶質(zhì)加熱使溶劑汽化加熱使溶劑汽化蒸發(fā)器蒸發(fā)器蒸餾蒸餾分離液相混合物分離液相混合物各組的揮發(fā)度不同各組的揮發(fā)度不同塔器塔器吸收吸收分離氣相混合物分離氣相混合物各

15、組的溶解度不同各組的溶解度不同塔器塔器干燥干燥 固體去濕固體去濕加熱使?jié)穹制訜崾節(jié)穹制稍锲鞲稍锲鞯湫偷幕卧僮骶s精餾列管式換熱器列管式換熱器化工生產(chǎn)化工生產(chǎn) = = 單元操作單元操作 + + 化學(xué)反應(yīng)（單元過程）化學(xué)反應(yīng)（單元過程）三傳三傳 = = 動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞 + + 熱量傳遞熱量傳遞 + + 質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞化學(xué)工程化學(xué)工程 = = 化工原理化工原理 + + 反應(yīng)工程反應(yīng)工程 = = 三傳三傳 + + 一反一反4 4、化工原理的、化工原理的研究方法及基本概念研究方法及基本概念研究方法研究方法實(shí)驗(yàn)研究法實(shí)驗(yàn)研究法測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)規(guī)劃數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)

16、模型法過程分析過程分析數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述(1)(1)實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)方法）實(shí)驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)方法） 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：省卻方程的建立，直接采用實(shí)驗(yàn)獲省卻方程的建立，直接采用實(shí)驗(yàn)獲 得變量間的關(guān)系得變量間的關(guān)系 不足：不足：實(shí)驗(yàn)工作量大、缺乏指導(dǎo)意義實(shí)驗(yàn)工作量大、缺乏指導(dǎo)意義(2)(2)數(shù)學(xué)模型方法（半理論半經(jīng)驗(yàn)方法）數(shù)學(xué)模型方法（半理論半經(jīng)驗(yàn)方法） 必要性：必要性：復(fù)雜問題的簡(jiǎn)化復(fù)雜問題的簡(jiǎn)化廣泛被應(yīng)用廣泛被應(yīng)用課程的展開方式課程的展開方式過程分析過程分析過程數(shù)學(xué)描述過程數(shù)學(xué)描述實(shí)例分析實(shí)例分析定性定性定量定量 應(yīng)用應(yīng)用五個(gè)基本概念貫穿于各個(gè)單元操作的始終。5 5 個(gè)基本概念個(gè)基本概念實(shí)驗(yàn)室研究與化

17、工生產(chǎn)差別實(shí)驗(yàn)室研究與化工生產(chǎn)差別e.g. a. 攪拌攪拌 化學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)過程比較化學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)過程比較b. 放大效應(yīng)放大效應(yīng)c. 加料加料D 10 DV（容積）（容積）? S（傳熱器壁面積）（傳熱器壁面積）?項(xiàng)目項(xiàng)目化學(xué)實(shí)驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)化工生產(chǎn)化工生產(chǎn) 原料原料數(shù)量少、純度高、配比嚴(yán)格、數(shù)量少、純度高、配比嚴(yán)格、易儲(chǔ)存、無需預(yù)處理易儲(chǔ)存、無需預(yù)處理量大，因來源不同、價(jià)格不一、純量大，因來源不同、價(jià)格不一、純度不同，故使用前需預(yù)處理度不同，故使用前需預(yù)處理 工藝工藝操作簡(jiǎn)單、變更容易、可以精操作簡(jiǎn)單、變更容易、可以精密控制反應(yīng)條件，無物料返回密控制反應(yīng)條件，無物料返回利用問題利用問題操作復(fù)

18、雜，不易隨意變更，單元操操作復(fù)雜，不易隨意變更，單元操作控制難度大，雜質(zhì)易積累，中間作控制難度大，雜質(zhì)易積累，中間檢測(cè)多檢測(cè)多 設(shè)備設(shè)備以玻璃器皿為主，防腐，易清以玻璃器皿為主，防腐，易清洗洗要求設(shè)備強(qiáng)度高、耐腐蝕，結(jié)構(gòu)復(fù)要求設(shè)備強(qiáng)度高、耐腐蝕，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗、操作難雜，清洗、操作難 產(chǎn)品產(chǎn)品量少，易采集，通常無需分離量少，易采集，通常無需分離量大，需專門的分離與精制過程量大，需專門的分離與精制過程公用工程公用工程簡(jiǎn)單易行，無需專門設(shè)施簡(jiǎn)單易行，無需專門設(shè)施需供水、供氣、供電、動(dòng)力等設(shè)施需供水、供氣、供電、動(dòng)力等設(shè)施環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)三廢排放量少，易于處理，無三廢排放量少，易于處理，無需專用設(shè)施

19、需專用設(shè)施三廢排放量大，必須通過專用設(shè)施三廢排放量大，必須通過專用設(shè)施予以治理予以治理 從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)生產(chǎn)從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室成果能否進(jìn)行工業(yè)化的四個(gè)要求實(shí)驗(yàn)室成果能否進(jìn)行工業(yè)化的四個(gè)要求: :對(duì)環(huán)境無危害對(duì)環(huán)境無危害 技術(shù)上可靠技術(shù)上可靠 經(jīng)濟(jì)上可行經(jīng)濟(jì)上可行生產(chǎn)上安全生產(chǎn)上安全 ( (1).1).物料衡算物料衡算 依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開某一化工過程的物依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入與離開某一化工過程的物料質(zhì)量之差，等于該過程中累積的物料質(zhì)量，即料質(zhì)量之差，等于該過程中累積的物料質(zhì)量，即 輸入量輸出量累積量輸入量輸出量累積量 穩(wěn)定操作狀態(tài)時(shí)，過程中不應(yīng)有物料的積累。則物穩(wěn)定操作狀態(tài)

20、時(shí)，過程中不應(yīng)有物料的積累。則物料衡算（料衡算（material balancematerial balance）關(guān)系為）關(guān)系為 輸入量輸出量輸入量輸出量 1 1）首先根據(jù)題意畫出各物流的流程示意圖，物料的流）首先根據(jù)題意畫出各物流的流程示意圖，物料的流向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。 （2 2）在寫衡算式之前，要計(jì)算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料）在寫衡算式之前，要計(jì)算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料量或排料量、時(shí)間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)量或排料量、時(shí)間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)。在較復(fù)雜的流程示意圖上應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡。在較復(fù)雜的流程示意圖上

21、應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡算式，求解未知量。算式，求解未知量。物料衡算物料衡算(mass balance) （設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)）（設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)）G5 = G4 + G3 = G4 + G2 + G1定常態(tài)操作（連續(xù)穩(wěn)定操作），積累速率等于零。定常態(tài)操作（連續(xù)穩(wěn)定操作），積累速率等于零。輸入速率之和輸入速率之和 = 輸出速率之和輸出速率之和G5G4G3G1G2 outm,inm,qq 同物料衡算一樣，繪簡(jiǎn)圖、定基準(zhǔn)、劃范圍、列算式，但有兩點(diǎn)不同物料衡算一樣，繪簡(jiǎn)圖、定基準(zhǔn)、劃范圍、列算式，但有兩點(diǎn)不同：同： 1. 1. 物料所具有的熱量由物料所具有的熱量由顯熱與潛熱顯熱與潛熱兩部分組成，稱為焓兩部

22、分組成，稱為焓(H(H，kJ/kg)kJ/kg)。焓值為一相對(duì)值，且與狀態(tài)有關(guān)，所以熱量衡算時(shí)必須規(guī)。焓值為一相對(duì)值，且與狀態(tài)有關(guān)，所以熱量衡算時(shí)必須規(guī)定定基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)狀態(tài)，通常基準(zhǔn)選基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)狀態(tài)，通常基準(zhǔn)選273K273K液態(tài)液態(tài)( (即此時(shí)即此時(shí)H H) )。 2. 2. 熱量除了伴隨物料進(jìn)出系統(tǒng)外，還可通過設(shè)備外殼、管壁由系熱量除了伴隨物料進(jìn)出系統(tǒng)外，還可通過設(shè)備外殼、管壁由系統(tǒng)向外界散失或由外界傳入系統(tǒng)，只要系統(tǒng)與外界存在溫度差，就統(tǒng)向外界散失或由外界傳入系統(tǒng)，只要系統(tǒng)與外界存在溫度差，就有熱量的散失或傳入，稱熱損失有熱量的散失或傳入，稱熱損失Q QL L。 熱量衡算通式：熱量

23、衡算通式： Q Qi i=Q=Qo o+Q+Q2. 2. 熱量衡算熱量衡算能量衡算能量衡算(energy balance) （通常為了確定熱負(fù)荷（通常為了確定熱負(fù)荷Q1）能量守恒定律能量守恒定律 （定常態(tài)操作）losscout,in,1QQQQQQ 產(chǎn)產(chǎn)物物反反應(yīng)應(yīng)熱熱原原料料lossin,cout,1QQQQQQ 反反應(yīng)應(yīng)熱熱原原料料產(chǎn)產(chǎn)物物蒸汽蒸汽Q1QlossinQoutQcQ冷冷凝凝水水反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)熱反應(yīng)熱Q 例例1 用連續(xù)操作的蒸發(fā)器把質(zhì)量分率為用連續(xù)操作的蒸發(fā)器把質(zhì)量分率為wF的稀鹽水溶液經(jīng)蒸發(fā)濃的稀鹽水溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮到質(zhì)量分率為縮到質(zhì)量分率為ww的濃鹽水溶液。稀鹽水溶液的進(jìn)料量為

24、的濃鹽水溶液。稀鹽水溶液的進(jìn)料量為F(kg/h) ，試求：濃鹽水溶液（完成液）的產(chǎn)生速率，試求：濃鹽水溶液（完成液）的產(chǎn)生速率W (kg/h) 和水蒸氣（和水蒸氣（二次蒸汽）的產(chǎn)生速率二次蒸汽）的產(chǎn)生速率V (kg/h) 。總物料衡算總物料衡算WVF 溶質(zhì)衡算溶質(zhì)衡算wFwWwF 得到得到：FwwWwF FwwV wF11、根據(jù)題意畫出本例附圖所示的流程圖。、根據(jù)題意畫出本例附圖所示的流程圖。解題方法與步驟解題方法與步驟2、圈出衡算范圍（控制體）。、圈出衡算范圍（控制體）。3、定出衡算基準(zhǔn)，通常單位、定出衡算基準(zhǔn)，通常單位1h或或1s。例例2 1000kg的電解液的電解液F中含中含NaOH（質(zhì)

25、量百分?jǐn)?shù)，下同）（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）10% 、NaCL10% 、H2O80% ，用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分離后的，用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分離后的濃縮液中含濃縮液中含NaOH50% 、 NaCL2% 、H2O48% 。試求：。試求：（1）水分蒸發(fā)量）水分蒸發(fā)量V；（；（2）結(jié)晶分離的食鹽量）結(jié)晶分離的食鹽量S；（；（3）食鹽分離后）食鹽分離后的濃縮液量的濃縮液量W。在全過程中，溶液中。在全過程中，溶液中NaOH的量保持不變。的量保持不變。解：解：電解液電解液被分離為被分離為3部分部分WSVF WF%50%10 WVF%48%80 總物料衡算總物料衡算NaOH衡算衡算H2O衡算衡算平衡狀態(tài)是

26、自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。如在一定溫度下，不飽和的食鹽溶液與固體食鹽接觸時(shí)，食鹽如在一定溫度下，不飽和的食鹽溶液與固體食鹽接觸時(shí)，食鹽向溶液中溶解，直到溶液為食鹽所飽和，食鹽就停止溶解，此向溶液中溶解，直到溶液為食鹽所飽和，食鹽就停止溶解，此時(shí)固體食鹽表面已與溶液成動(dòng)平衡狀態(tài)。反之，若溶液中食鹽時(shí)固體食鹽表面已與溶液成動(dòng)平衡狀態(tài)。反之，若溶液中食鹽濃度大于飽和濃度，則溶液中的食鹽會(huì)析出，使溶液中的固體濃度大于飽和濃度，則溶液中的食鹽會(huì)析出，使溶液中的固體食鹽結(jié)晶長(zhǎng)大，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。一定溫度下食鹽的飽和濃食鹽結(jié)晶長(zhǎng)大，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。一定溫度下食鹽的飽和濃度

27、，就是這個(gè)物系的平衡濃度。度，就是這個(gè)物系的平衡濃度。平衡關(guān)系可判斷過程能否進(jìn)行，及進(jìn)行的方向和限度。平衡關(guān)系可判斷過程能否進(jìn)行，及進(jìn)行的方向和限度。任何傳遞過程都有一個(gè)極限，當(dāng)傳遞過程達(dá)到極限時(shí)，其過程任何傳遞過程都有一個(gè)極限，當(dāng)傳遞過程達(dá)到極限時(shí)，其過程進(jìn)行的推動(dòng)力為零，此時(shí)凈的傳遞速率為零，即稱為進(jìn)行的推動(dòng)力為零，此時(shí)凈的傳遞速率為零，即稱為“平衡平衡”。(3). (3). 物系平衡關(guān)系物系平衡關(guān)系 過程的傳遞速率（rate of transfer process）與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比，即 傳遞速率= 推動(dòng)力/阻 力 單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的能量（動(dòng)量，熱量）或物質(zhì)量,是決定化工設(shè)備的

28、重要因素。過程速率的增大可節(jié)約時(shí)間，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。(4). (4). 傳遞速率傳遞速率 為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的型式和材料的不同，可以有若干設(shè)計(jì)方設(shè)備的型式和材料的不同，可以有若干設(shè)計(jì)方案。對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，所選用的操作參數(shù)不同，案。對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，所選用的操作參數(shù)不同，會(huì)影響到設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)。因此，要用經(jīng)濟(jì)核會(huì)影響到設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)。因此，要用經(jīng)濟(jì)核算確定最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。算確定最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。(5). (5). 經(jīng)濟(jì)核算經(jīng)濟(jì)核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：物性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：物性數(shù)據(jù)過程參數(shù)：控制生產(chǎn)過程的指標(biāo)過程參數(shù)：控制生產(chǎn)過程的指標(biāo)無量綱量：由各

29、種變量和參數(shù)組成的數(shù)群無量綱量：由各種變量和參數(shù)組成的數(shù)群化工數(shù)據(jù)化工數(shù)據(jù)國(guó)際單位制（國(guó)際單位制（SI）The International System of Units5、單位制及單位換算、單位制及單位換算 任何物理量都由數(shù)字和單位聯(lián)合表達(dá)的。運(yùn)算時(shí)，數(shù)任何物理量都由數(shù)字和單位聯(lián)合表達(dá)的。運(yùn)算時(shí)，數(shù)字與單位一并納入運(yùn)算。如：字與單位一并納入運(yùn)算。如： 5m+8m=(5+8)m; 5m+8m=(5+8)m; 5m 5m8m=(58m=(58)(m8)(mm)=40mm)=40m2 2 物理量單位選擇時(shí)，先選定物理量單位選擇時(shí)，先選定幾個(gè)獨(dú)立的物理量幾個(gè)獨(dú)立的物理量，叫基，叫基本量，并根據(jù)使用方

30、便的原則，定出這些量的單位，叫本量，并根據(jù)使用方便的原則，定出這些量的單位，叫基本單位；基本單位； 其它各量的單位通過它們與基本量之間的關(guān)系來確定，其它各量的單位通過它們與基本量之間的關(guān)系來確定，這些物理量叫導(dǎo)出量，單位叫導(dǎo)出單位；導(dǎo)出單位是由這些物理量叫導(dǎo)出量，單位叫導(dǎo)出單位；導(dǎo)出單位是由基本單位乘除構(gòu)成的?；締挝怀顺龢?gòu)成的。單位制單位制基本單位基本單位導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位（一）單位制：（一）單位制：國(guó)際單位制國(guó)際單位制(SI(SI單位制單位制) ) 7 7個(gè)基本量個(gè)基本量：長(zhǎng)度：長(zhǎng)度:m:m；時(shí)間；時(shí)間:s:s；質(zhì)量；質(zhì)量:kg:kg；電流強(qiáng)度；電流強(qiáng)度:A(:A(安安培培) )；發(fā)光強(qiáng)度；

31、發(fā)光強(qiáng)度:cd(:cd(燭光燭光) )；物質(zhì)的量；物質(zhì)的量:mol(:mol(摩爾摩爾) )；熱力；熱力學(xué)溫度學(xué)溫度:K:K。 2 2個(gè)輔助量個(gè)輔助量：平面角：平面角:rad(:rad(弧度弧度) )；立體角；立體角:sr(:sr(球面度球面度) )。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1.1.通用性。通用性。 2.2.一貫性。任何一個(gè)一貫性。任何一個(gè)SISI導(dǎo)出單位，在由基本單位導(dǎo)出時(shí)導(dǎo)出單位，在由基本單位導(dǎo)出時(shí)，都不需引入比例系數(shù)，都不需引入比例系數(shù)。我國(guó)法定計(jì)量單位我國(guó)法定計(jì)量單位國(guó)際單位制國(guó)際單位制選定的非國(guó)際單位制選定的非國(guó)際單位制 基本物理量基本物理量單位制單位制長(zhǎng)度長(zhǎng)度 （ L ）時(shí)間時(shí)間（T）質(zhì)量

32、質(zhì)量（M）重力重力（F）絕對(duì)絕對(duì)單位制單位制Cgs制制cmsgkgms制制mskg英制英制ftslb工程工程單位制單位制米制米制mskgf英制英制ftslbf 不同單位制的不同基本量不同單位制的不同基本量導(dǎo)出量導(dǎo)出量力力N；壓強(qiáng)；壓強(qiáng)Pa（N/m2）；功，能，熱）；功，能，熱J；功率；功率W 1.1.物理量：由一種單位換算成另一種單位時(shí)，量本身并不物理量：由一種單位換算成另一種單位時(shí)，量本身并不變化，只是數(shù)值要變化，換算時(shí)要乘或除以兩單位間的換變化，只是數(shù)值要變化，換算時(shí)要乘或除以兩單位間的換算因數(shù)。算因數(shù)。 換算因數(shù)：彼此相等而單位不同的兩個(gè)物理量包括單位在換算因數(shù)：彼此相等而單位不同的兩個(gè)

33、物理量包括單位在內(nèi)的比值。內(nèi)的比值。 如；如；1m1m100cm100cm，則換算因數(shù)為，則換算因數(shù)為100cm/m 100cm/m 或或0.01m/cm0.01m/cm 例：已知例：已知1atm=1.033kgf/cm1atm=1.033kgf/cm2 2, ,試用試用PaPa表示。表示。 解：查附錄解：查附錄1 1知：知：1kgf=9.81N, 1cm1kgf=9.81N, 1cm2 2=10=10-4-4m m2 2 換算因數(shù)：換算因數(shù)：9.81N/kgf, 109.81N/kgf, 10-4-4m m2 2/cm/cm2 2PamNcmmcmkgfNkgfatm525224210013

34、3. 1/100133. 1/10/81. 9033. 11單位正確運(yùn)用及單位換算單位正確運(yùn)用及單位換算 借助實(shí)驗(yàn)或半實(shí)驗(yàn)、半理論的方法處理得到的公式。它只反借助實(shí)驗(yàn)或半實(shí)驗(yàn)、半理論的方法處理得到的公式。它只反映各有關(guān)物理量之間的數(shù)字關(guān)系，每個(gè)符號(hào)只代表物理量的映各有關(guān)物理量之間的數(shù)字關(guān)系，每個(gè)符號(hào)只代表物理量的數(shù)字部分，而這些數(shù)字又與特定單位對(duì)應(yīng)。因此，使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)字部分，而這些數(shù)字又與特定單位對(duì)應(yīng)。因此，使用經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，各物理量必須采用指定單位。公式時(shí)，各物理量必須采用指定單位。 例例: :水蒸汽在空氣中擴(kuò)散系數(shù)為：水蒸汽在空氣中擴(kuò)散系數(shù)為：4411046. 1254TTPD式中：式中：D

35、D擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，ftft2 2/h/h； P P壓強(qiáng)，壓強(qiáng)，atmatm； T T蘭氏溫度，蘭氏溫度，o oR R。試將式中各符號(hào)單位換算成試將式中各符號(hào)單位換算成 D:m D:m2 2/s/s；P:PaP:Pa；T:KT:K經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式( (數(shù)字公式數(shù)字公式) )單位換算單位換算6、化工原理系列課程內(nèi)容、化工原理系列課程內(nèi)容 流體力學(xué)與傳熱流體力學(xué)與傳熱流體流動(dòng)、流體輸送設(shè)備、固液分離、傳熱流體流動(dòng)、流體輸送設(shè)備、固液分離、傳熱 傳質(zhì)與分離工程傳質(zhì)與分離工程 傳質(zhì)理論、吸收、精餾、干燥傳質(zhì)理論、吸收、精餾、干燥 化工原理實(shí)驗(yàn)（上、下）化工原理實(shí)驗(yàn)（上、下） 化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理

36、課程設(shè)計(jì) 化工原理課程特點(diǎn)化工原理課程特點(diǎn) 課程性質(zhì)課程性質(zhì) 課程任務(wù)課程任務(wù) 課程課程內(nèi)容內(nèi)容 課程要求課程要求 v工程工程,實(shí)踐性強(qiáng)實(shí)踐性強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課具有橋梁作用具有橋梁作用開發(fā)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作、強(qiáng)化操作、強(qiáng)化 動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞 熱量傳遞熱量傳遞 質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞 自學(xué)能力自學(xué)能力創(chuàng)新能力創(chuàng)新能力理論聯(lián)系實(shí)際理論聯(lián)系實(shí)際開發(fā)：選擇合適的過程及設(shè)備（按經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性、污染小、能耗低）設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：選擇設(shè)選擇設(shè)備的型號(hào)及主備的型號(hào)及主要尺寸（根據(jù)要尺寸（根據(jù)工藝對(duì)設(shè)備的工藝對(duì)設(shè)備的要求）要求）操操 作：作：如何如何進(jìn)進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的以適應(yīng)生產(chǎn)的不同

37、要求不同要求強(qiáng)強(qiáng) 化化 改造現(xiàn)有的改造現(xiàn)有的生產(chǎn)過程和設(shè)備以生產(chǎn)過程和設(shè)備以提高效率（包括增提高效率（包括增產(chǎn)、降耗、節(jié)能）產(chǎn)、降耗、節(jié)能）理論教學(xué)理論教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)無機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)分析化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)物理化學(xué)應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)高分子化學(xué)高分子化學(xué)化學(xué)教育化學(xué)教育科科學(xué)學(xué)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)化化學(xué)學(xué)家家化化工工生生產(chǎn)產(chǎn)化工原理化工原理傳遞過程傳遞過程反應(yīng)工程反應(yīng)工程（還有：分（還有：分離工程、化離工程、化工熱力學(xué)、工熱力學(xué)、系統(tǒng)工程）系統(tǒng)工程）化化工工專專家家合成氨合成氨硫酸制造硫酸制造氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)石油化工石油化工制糖業(yè)制糖業(yè)制漆業(yè)制漆業(yè)電鍍業(yè)電鍍業(yè)水泥、玻水泥、玻璃制造業(yè)璃制造業(yè) 本課程，不是教大家如何合成得到新物質(zhì)？如何本課程，不是教大家如何合成得到新物質(zhì)？如何提取新物質(zhì)？如何表征新物質(zhì)？這是化學(xué)家的事。提取新物質(zhì)？如何表征新物質(zhì)？這是化學(xué)家的事。 化學(xué)工程研究的是化學(xué)工程研究的是：如何把化學(xué)家們的小試研究成果：如何把化學(xué)家們的小試研究成果開發(fā)放大為中試，再開發(fā)為生產(chǎn)規(guī)模。是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)放大為中試，再開發(fā)為生產(chǎn)規(guī)模。是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工之間架橋的工作，是直接為人類服務(wù)的創(chuàng)造價(jià)與化工之間架橋的工作，是直接為人類服務(wù)的創(chuàng)造價(jià)值的勞動(dòng)。值的勞動(dòng)。2、復(fù)雜性復(fù)雜性：難學(xué)。是在高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)及物