化工原理

Unitoperations

PrinciplesofChemicalEngineering本課程的內(nèi)容化工原理(PrinciplesofChemicalEngineering)—單元操作(Unitoperations)化工過程常常包括原料預(yù)處理過程、反應(yīng)過程和反應(yīng)產(chǎn)物后處理過程等。200°C、150MPa常溫、常壓乙烯壓縮機(jī)預(yù)熱器反應(yīng)器分離器?；鞒?、150MPa

高壓聚乙烯成品化工過程與單元操作化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)之一是步驟多?？煞譃椋篈以化學(xué)反應(yīng)為主(在反應(yīng)器中進(jìn)行)。B單元操作。典型化工工業(yè)流程化工過程與單元操作單元操作的特點(diǎn)：物理性操作(狀態(tài)、物理性質(zhì)改變，化學(xué)性質(zhì)不變)；化工過程中共有的操作(單元操作數(shù)目、名稱、排列順序各異)；某一單元操作的基本原理相同(某單元操作的設(shè)備往往是通用的，但有選型的問題)。單元操作的分類：動(dòng)量傳遞：流體輸送、沉降、過濾、離心分離、攪拌、固體流態(tài)化等。熱量傳遞：加熱、冷卻、蒸發(fā)等。質(zhì)量傳遞：蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結(jié)晶、膜分離等。這些單元操作的目的一般是將混和物分離，故又稱為分離過程。化學(xué)工程學(xué)的任務(wù)：尋找其規(guī)律性的問題，使開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作減少盲目性，提高經(jīng)濟(jì)效益“化工原理”課程的兩條主線(1)實(shí)驗(yàn)研究方法(2)數(shù)學(xué)模型方法，即半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法研究工程問題的方法論是聯(lián)系各單元操作的另一條主線。以單元操作為內(nèi)容，以傳遞過程和研究方法論為主線組成了“化工原理”這一門課。

研究方法的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)放大相似論因次分析數(shù)學(xué)模型法各種化學(xué)工程研究方法的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)工作實(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，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。數(shù)學(xué)模型法（半經(jīng)驗(yàn)半理論方法）該方法是在對實(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)。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，能夠建立數(shù)學(xué)方程并能直接求解，則稱為解析法。研究方法：實(shí)驗(yàn)法→數(shù)學(xué)模型（半理論半經(jīng)驗(yàn)）→

研究方法總結(jié)純理論——數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)模型法——半理論半經(jīng)驗(yàn)因次分析法——經(jīng)驗(yàn)方法化工原理課程所回答的問題如何根據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特點(diǎn)，進(jìn)行“過程和設(shè)備”的選擇，以適應(yīng)指定物系的特征，經(jīng)濟(jì)而有效地滿足工藝要求。如何進(jìn)行過程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)。在缺乏數(shù)據(jù)的情況下，如何組織實(shí)驗(yàn)以取得必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。如何進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的不同要求。在操作發(fā)生故障時(shí)如何尋找故障的緣由。

緒論

內(nèi)容概述教學(xué)安排及參考書▉

課程的內(nèi)容▉課程的發(fā)展▉

課程的教學(xué)目的▉基本概念▉

單位換算及單位制▉

介紹化工原理課程的發(fā)展及與鄰近學(xué)科的關(guān)系課程的發(fā)展及與

鄰近學(xué)科的關(guān)系化工原理是化學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要分支，與化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。工程學(xué)科的形成源于工業(yè)生產(chǎn)。19世紀(jì)末，逐步形成以產(chǎn)品劃分的各種化工產(chǎn)品的工藝學(xué)。1915年，化學(xué)工程的先驅(qū)在向MIT提交的一份報(bào)告中提出“單元操作”的概念。1922年，在美國化學(xué)工程師年會(huì)上，“單元操作”的概念被法定認(rèn)可。1923年，MIT教授等人寫了第一部關(guān)于單元操作的書——Principlesofchemicalengineering。從化工生產(chǎn)工藝中抽象出各種單元操作，即從特殊性中總結(jié)出普遍性，是認(rèn)識上的一個(gè)飛躍。對化學(xué)工程學(xué)的形成和發(fā)展起了重要推動(dòng)作用，并促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。課程的發(fā)展及與

鄰近學(xué)科的關(guān)系1960年，威斯康星大學(xué)的Bird等人將動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞過程合并，編寫了Transportphenomena一書，是工程學(xué)科的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)形成與發(fā)展。至此，化學(xué)工程學(xué)學(xué)科發(fā)展到了“三傳一反”的較完整階段。20世紀(jì)60年代末，形成了化工系統(tǒng)工程學(xué)，同時(shí)發(fā)展了過程動(dòng)態(tài)學(xué)與控制論。豐富與發(fā)展了化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容。

化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展

緒論

內(nèi)容概述教學(xué)安排及參考書▉

課程的內(nèi)容▉課程的發(fā)展▉課程的教學(xué)目的▉

基本概念▉

單位換算及單位制▉

介紹化工原理課程的性質(zhì)及教學(xué)目的

課程的性質(zhì)和目的化工原理課程是化學(xué)工程、化工工藝類及相近專業(yè)必修的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程以傳遞過程理論為基礎(chǔ)，以化工生產(chǎn)中的物理加工過程為背景，按其操作原理的共性歸納成的若干“單元操作”為對象，研究和考察化工生產(chǎn)過程中被處理物料的質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞的基本規(guī)律，考察、解釋和處理工程實(shí)際問題，通過理論解析和在理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)工程的基本原理去分析和解決化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種實(shí)際問題的能力、動(dòng)手操作能力與工程觀念。本課程強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)定量計(jì)算和工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際相結(jié)合與實(shí)事求是的工作作風(fēng)。通過本課程學(xué)習(xí)，促使學(xué)生達(dá)到能獨(dú)立運(yùn)用本課程所學(xué)知識分析和解決化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種工程實(shí)際問題，能獨(dú)立完成化工單元操作與設(shè)備的工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)與選型工作，能獨(dú)立完成化工單元過程的實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。選

算

過程與設(shè)備的選擇

過程的計(jì)算和設(shè)備的設(shè)計(jì)用如何操作和調(diào)節(jié)以適應(yīng)生產(chǎn)的要求化工原刃理課的鵲教學(xué)目獵的你們是德嫩、智、體什全面發(fā)展打，據(jù)有良舊好的學(xué)科惡素養(yǎng)，掌膜握了化學(xué)屆基本理論碑、基本知古識和基本道技能，并顛受到基礎(chǔ)約研究和應(yīng)被用研究初胳步訓(xùn)練的化學(xué)專溉門人才。你們將涂從事的刊工作：科研部門去、高校、壺廠礦企業(yè)獄、事業(yè)單蝴位、行政便部門等。由此鈔可知不論眾你們從事松基礎(chǔ)研究遣還是應(yīng)用座研究或開晚發(fā)性工作盯，都需要倉具備化學(xué)去工程的基以本知識和算概念。學(xué)習(xí)該健課程的肺目的是蜓使你們劉獲得一呀定的化學(xué)工程拾概念、知煤識和方法，了解化學(xué)工膨業(yè)的實(shí)僚踐與發(fā)恨展等慨況，他提高工程技蜜術(shù)方面源的素養(yǎng)，開拓碎你們以貴后自身偏工作領(lǐng)酸域的思名路，并芹使你們宿具有更昆強(qiáng)的適宜能力鑰和工作能槽力。緒論內(nèi)容概述教學(xué)安頃排及參枯考書▉課程的內(nèi)省容▉課程的洲發(fā)展▉課程的教常學(xué)目的▉基本概刺念▉單位換算紛及單位制▉三種衡饑算平衡關(guān)系過程速率三種衡算動(dòng)量衡算——牛頓第二定律熱量衡算——能量守恒(焦耳Joule)質(zhì)量衡算——物質(zhì)不滅(拉瓦錫Lavoisier)1、物料衡認(rèn)算根據(jù)質(zhì)量守?zé)┖愣?，任何一仇個(gè)化工生舍產(chǎn)過程F=d+AF──輸入物扁料質(zhì)量俱的總和你，kgd─廢─輸出物料地質(zhì)量的總煩和，kgA──積累在揚(yáng)過程中嬸的物料舒質(zhì)量，kg此式是柜物料衡賽算的通活式，可蛇對總物沃料或其述中某一井組成列坊出物料慨衡算式青，進(jìn)行懂求解。基本概念例1解：各壯股物系沈的流程勵(lì)圖如附孝圖所示賣，計(jì)算愈基準(zhǔn)取1，由于是貓連續(xù)穩(wěn)定閉操作，總奧物料衡算頑式為F＝V＋W溶質(zhì)衡撓算式為FxF=Wxw由此兩式楊解得W=（xF/xw）F，V=（1-xF/xw）F例1附圖用連續(xù)操谷作的蒸發(fā)忽器把含鹽零濃度為（英質(zhì)量分率齊）的衡鹽還水溶液蒸堪發(fā)到濃度讀為（質(zhì)量衛(wèi)分率）的追濃鹽水溶法液，每小帶時(shí)衡鹽水芬溶液的進(jìn)哀料量為Fkg。試求每肆小時(shí)所得疊濃鹽水溶散液量W及水分蒸朽發(fā)量V各為多少刃。2、能量衡叔算根據(jù)能量守部恒定律，在任紗何一個(gè)光化工生撐產(chǎn)過程塑中，凡三向該過著程輸入怎的能量前必等于守該過程夫輸出的優(yōu)能量。蹤蝶在許多采化工生不產(chǎn)中所弄涉及的調(diào)能量僅冬為熱能甩，所以勵(lì)本課程寇中能量陣衡算簡密化為熱絨量衡算繭：QF=QD+qQF––輸入該過重程的各物超料帶入的豆總熱量,JQD––輸出該過光程的各物淹料帶出的稿總熱量,Jq––該過程齡與環(huán)境態(tài)交換的給總熱量納，當(dāng)系礎(chǔ)統(tǒng)向環(huán)冤境散熱云時(shí)為正州，稱為坑熱損,J通過熱澇量衡算斤，可以般了解在鳳生產(chǎn)操弟作中熱倦量的利免用和損刻失情況閘，而在銀生產(chǎn)過衫程與設(shè)拘備設(shè)計(jì)水時(shí)，利高用熱量捷衡算可腎以確定飛是需要稿從外界錫引入熱肚量或向銳外界輸義出熱量跡的問題肯。基本概墓念物料衡算蘭計(jì)算步驟敘及要點(diǎn)：1、物流圖2、確定衡衛(wèi)算體系（滴某設(shè)備、幸車間、整另個(gè)工廠）3、確定衡嫂算基準(zhǔn)；4、確定兩著眼物弄料；5、列衡扁算方程能量守衡關(guān)鍵：1、物流圖2、劃定衰系統(tǒng)3、確定短衡算基覽準(zhǔn)4、確定著蘆眼物料5、選定臺基準(zhǔn)溫勞度：0℃基準(zhǔn)溫逼度（焓偽值是相強(qiáng)對值）6、列衡算騙方程7、有反應(yīng)尾發(fā)生的要冶考慮反應(yīng)須熱。例一、逆每小時(shí)本將1000右kg含20％（質(zhì)量妙分?jǐn)?shù)，下楊同）某種取鹽水溶液霉送至蒸發(fā)腰器內(nèi)，用敲水蒸氣加慮熱使之氣塑化，蒸出跨一部分水規(guī)汽，由蒸撥發(fā)器頂部受排出。溶排液被濃縮姜到50％后，妄由結(jié)晶般器底部保取出產(chǎn)報(bào)品P，結(jié)晶器浴內(nèi)含無機(jī)攤鹽37.斯5％的母液R送回蒸發(fā)亭器與原料寸液合并進(jìn)施入蒸發(fā)器描再蒸發(fā)，寬試求：1、每小時(shí)袋由蒸發(fā)器斯蒸出的水蜻氣量W及由結(jié)大晶器排街出的產(chǎn)洞品P?？梢圆凰紤]結(jié)晶憤產(chǎn)品表面箭附著的母辭液：2、每小時(shí)曉由結(jié)晶器煤排出的母被液量R由蒸發(fā)臨器排出庫的濃溶殼液量B；3、進(jìn)入蒸胡發(fā)器的混迷合液（原票料液與母漫液）中的另濃度。例題解望答：一、解搭：F=10證00kg浙/hr,牙a=2乖0％求：(1)抄w,P卵(2)糕R,B詳(3夾)M(1)、求W、P大體系物項(xiàng)料衡算：P=2車08.產(chǎn)3kg敗/hw=7祖91.駝7kg登/h(2)以局部搞為著眼得點(diǎn)，劃晉定衡算閃范圍：以右為夢基準(zhǔn)：R＝766枯.5k輝g/hB=7桂66.綢5+2挑08.梯3=9肝74.津8kg狐/h或以左你部分為袖衡算范館圍：（3）以局部扔點(diǎn)為衡算模范圍：100闖0＋R＝M＝1000＋766遙.5=友176潑6.5100段0·2牽0%+繁766棄.53響·7.栽5%=斗M·x程%x%=起200井+28拍7.4挎/17廊66.約5=2材7.6備%例二、什系統(tǒng)能尸量衡算罷：授采用本給題附圖憤所示的遭蒸發(fā)器恥，每小件時(shí)將200道0kg水溶液，葛從含固體5％（質(zhì)量秀分?jǐn)?shù)，下壤同）濃縮波至30％。已知伍在操作條碧件下溶液演在蒸發(fā)器須內(nèi)的沸點(diǎn)森為78℃，水的肅汽化熱祖為2319罩.5KJ在/kg.原料液潑溫度為20℃，比熱容屋為4KJ/搖(kg·?！?。加熱蒸佳汽壓強(qiáng)為200寧kPa鏟,冷凝水于勺熱蒸汽的息飽和，溫英度下排除態(tài)，熱損失桐為100符0W，忽略紹溶液的墳稀釋熱掏，濃溶佩液在蒸從發(fā)器操蝦作沸點(diǎn)趴下排出朵，水蒸腎氣于75℃時(shí)離開有蒸發(fā)器處，試求與每小時(shí)翅加熱蒸國汽消耗均量。例2、熱量碧衡算：簡已知溶我液沸點(diǎn)把：78℃γ＝2319聰.5kg友/kg冷H=26報(bào)33.5淺kg/k擦g進(jìn)料：T0＝20%CP0＝4kJ嗓/kg亞·℃濃縮液?。篊P1＝4.19搶kJ/京kg·℃加熱蒸汽用：P＝200蘿Pa,冷凝水域：飽和墳溫度Q損＝1000霞0W。(1)先求物煮流量：朝（流量望，1hr）200姜0=w慚+R，200遭0×5%=w×0+30艷%×R則w=16幣66.7葛kg/h，R=33芬3.3k盈g/h(2)熱量衡弓算：QF＋QD＝Qw+QR+QP+Q損以0℃為基態(tài)，咐求焓值：①Q(mào)F＝F·CP·△T＝2000寸×4×（20－0）＝1.6×循105kJ/h②QD：200k予Pa查表，T＝120.牢2℃h=2孟709局.2k劃J/k瘋gQD=27敢09.塊2Dk肉J/h③Qw：查75℃蒸汽，焓曲值H=2絨633雜.5k杰J/k筑gQw=16證66.由726府33.鹽5=4兄3.8奸910織5④QR：＝R·CP·△T＝333卷.3×幫4.1熔9×（78－0）＝1.09紫×105kJ/h⑤QP：冷凝化水：120℃排放，鑄水焓：493.竭71kJ賴/kgQP=49貍3.7阿1×D⑥Q損：＝(100仰00w/裙1000眼)36較00=0親.36×千105kJ/麥h衡算：1.6×科105＋270屬9.2純×D＝493夕.71＋1.09便×105＋43.8狡9×105＋0.36泰×105D＝179鐮4.3悄kg/裙h過程的平餡衡與速率過程的攤平衡問腳題過程進(jìn)基行的方瓦向和所妙能達(dá)到胖的極限化工熱斯力學(xué)研搶究的領(lǐng)戴域過程的速陜率過程進(jìn)行別的快慢3、平衡關(guān)系物系在招自然界史發(fā)生變誦化時(shí)，倚其變化獻(xiàn)必趨于喬一定方店向，如承果任其地發(fā)展，張結(jié)果必淚達(dá)到平旗衡關(guān)系勝為止。平衡狀態(tài)表示的就伐是各種自往然發(fā)生的滾過程可能紛達(dá)到的極屬限程度，鼓除非影響姜物系的情斯況有變化帥，否則其尸變化的極支限是不會(huì)腎改變的。狐一般平衡暫關(guān)系則為屈各種定律鵲所表明，輛如熱力學(xué)第臨二定律，拉烏爾定苦律等。在化工港生產(chǎn)過緊程中，踐可以從渡物系平咐衡關(guān)系協(xié)來推知淡其能否誓進(jìn)行以墻及進(jìn)行障到何種席程度。農(nóng)平衡關(guān)偽系也為覆設(shè)備尺改寸的設(shè)撞計(jì)提供扛了理論鏈依據(jù)?；靖挪赡?、過程婆速率：何一個(gè)巧不處于且平衡狀駱態(tài)的物祝系，必樣然發(fā)生滲使物系陳趨向平稱衡的過頑程，但檢過程以廟什么速怎率趨向束平衡，扇這不決狠定于平柔衡關(guān)系贏，而是喇由多方地面的因睬素影響壞的，由戒于對這溪些因素南有些還蓄不清楚暢，目前仇過程速糧率是近鉛似的采納用除以份阻力表峰示。這里的過烏程推動(dòng)力竟，可依據(jù)匆具體過程甚而有不同吵的理解，秘但必要的甩條件是物此系在平衡察狀態(tài)時(shí)推陷動(dòng)力必須致等于零。至于過民程的阻短力則較孟為復(fù)雜糟，要具與體情況延具體分洲析?；靖拍罹w論內(nèi)容概畏述教學(xué)安排辜及參考書▉課程的內(nèi)球容▉課程的液發(fā)展▉課程的教綁學(xué)目的▉基本概鼠念▉單位換遇算及單蹄位制▉單位制袍：SI制，物理謊制，工程誓制單位換算1、單位箭制度任何物理粱量都是用偷數(shù)字和單紅位聯(lián)合表播達(dá)的?；締挝唬阂话阆葥徇x幾個(gè)獨(dú)玩立的物理摔量，以使岡用方便為扯原則規(guī)定斑出它們的羞單位。導(dǎo)出單位：根據(jù)督物理本律身的物筑理意義反，由有予關(guān)基本棕單位組今合構(gòu)成酒的基本單位拐和導(dǎo)出單幸位構(gòu)成一線個(gè)完整的豬體系，稱機(jī)為單位制。單位制總和單位我換算2