化工计算绪论及第一章课件.ppt

1、主讲 刘名礼化学化工院工艺教研室 目录 绪论 第一章 因次与单位 第二章 化工过程及过程参数 第三章 化工基础数据 第四章 物料衡算 第五章 能量衡算 第六章 物料和能量联算 第七章 不稳定过程的物料及能量衡算绪 论1、化工计算的内容和理论基础化工计算的内容和理论基础2）有关物性计算物性计算1）全过程、工序和设备的物料物料和能量衡算能量衡算（1）内容）内容 3)各个设备设备的工艺条件 和工艺尺寸的计算计算4）过程和设备的优化计算优化计算（2）理论基础理论基础所涉及的基本定律定律和关系关系有：1）质量守恒定律;2）能量守恒定律（热力学第一定律）；化工计算主要是应用守恒定律守恒定律来研究化工过程的

2、物料衡物料衡 算算和能量衡算能量衡算问题7）过程速率关系 6）物性关系;5）体系平衡关系3）热力学第二定律;4）化学计量关系;2、化工计算的作用化工计算的作用（1）设计型计算）设计型计算（2）操作型计算操作型计算 进行工厂工艺设计和经济评价的基本依据。化工计算可分为两类两类：操作型计算作用：操作型计算作用：1）分析操作条件条件改变对操作结果结果的影响；2)分析生产过程的实际情况，找出生产中的 薄弱环节薄弱环节；3)由对操作设备的物能衡算物能衡算作为评价评价设备的操作性能和改进改进设备、强化设备的依据依据。3、开设本课程的必要性、开设本课程的必要性 4、开设本课程的目的、开设本课程的目的要求掌握

3、：（1）化工过程物能衡算的基本理论基本理论（2）解题方法方法和技巧技巧（3）收集、选取和估算物性数据的方法方法 5、化工计算的特点和要求、化工计算的特点和要求（1）特点）特点技能性强，原理简单，计算难易程度差别大。技能性强，原理简单，计算难易程度差别大。4)不仅要注意原理、概念的学习和掌握，更要注意有关习题的练习习题的练习。(2)要求要求 1)强调化工计算技能的基本训练基本训练2)注重工程技术的实践性实践性3)重视培养学生运用数据的收集、过程的计 算和分析来解决化工生产实际问题的能力能力。第一章第一章 因次与单位因次与单位 因次（量纲）因次（量纲）表示物料表示物料性质性质和和状态状态的的基本物

4、理量基本物理量。如长度L、质量M、温度T和时间t等 因次式（量纲式）因次式（量纲式）由由因次因次组成的表示物理组成的表示物理 量量特性特性的式子的式子.如体积L3、加速度L/t2等 单位单位因次因次的具体表示的具体表示。第一节第一节 单位制度单位制度 单位制度由单位制度由基本单位基本单位和和导出单位导出单位构成构成基本单位基本单位选定一些彼此独立的选定一些彼此独立的物理量物理量 及及单位单位为基本单位。为基本单位。导出单位导出单位根据根据物理学规律物理学规律用基本单用基本单 位表示出其它物理量的单位。位表示出其它物理量的单位。如:u=L/t 单位为m/s。基本单位基本单位和和导出单位导出单位的

5、的总和总和构成构成单位制度单位制度。不同单位制度，选用的基本单位不同。不同单位制度，选用的基本单位不同。1 1国际单位制（国际单位制（SI）SI遵循的原则：1、遵守建立单位制的原则、遵守建立单位制的原则 单位构成：由基本单位和导出单位构成。2、遵循遵循一贯性一贯性原则原则 由基本单位导出导出单位时，数值因素等于1（为SI的突出优点）。3、一种物理量只有一个SI 单位。4、倍数单位一律按十进或千进关系构成，使用 统一词头统一词头。一、一、SI的基本单位和辅助单位的基本单位和辅助单位 七个七个基本单位，两个两个辅助单位：量的名称长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度 平面角 球面角

6、 量的符号LmtIT单位名称米千克 秒安培 开尔文摩尔 坎德拉弧度 球面度 单位符号mkgsAKmolcd二、二、SI导出单位导出单位(三种三种)1、直接由基本单位表示的、直接由基本单位表示的SI导出单位导出单位 量的名称单位名称单位符号面积平方米m2体积（容积）立方米m3摩尔体积立方米每摩尔m3/mol比体积（比容）立方米每千克m3/kg化工常用的用化工常用的用SI 基本单位表示的导出单位基本单位表示的导出单位量的名称单位名称单位符号密度千克每平方米kg/m3质量摩尔浓度摩尔每千克mol/kg物质量浓度摩尔每立方米mol/m3运动粘度平方米每秒m2/s速度米每秒m/s加速度米每秒平方m/s2

7、2、具有专门名称的、具有专门名称的SI 导出单位导出单位量的名称单位名称单位符号用其他SI表示的关系式用SI基本单位表示的关系式力；重力牛Nmkg/s2压强；应力 帕PaN/m2kg/ms2能量；功；热量焦JNmm2kg/s2功率瓦WJ/sm2kg/s3摄氏温度摄氏度K化工常用具有专门名称的化工常用具有专门名称的SI 导出单位导出单位3、用专门名称和基本单位表示的、用专门名称和基本单位表示的 SI导出导出单位。单位。如粘度（动力）Pa.s，表面张力N/m等。三、三、SI词头和倍数单位词头和倍数单位 在SI单位前加一表示十进倍数（或分数）的词头即可构成SI倍数单位。SI词头见下表SI词头因素词头

8、名称符号1018艾【可萨】（exa)E1015拍【它】(peta)P1012太【拉】(tera)T109吉【咖】(giga)G106兆 (mega)M103千 (kilo)k102百 (hecto)h101十 (deca)da因素词头名称符号10-1分 （deca)d10-2厘 (centi)c10-3毫 (milli)m10-6微 (micro)10-9纳【诺】(nano)n10-12皮【可】(pico)p10-15飞【母托】(femto)f10-18阿【托】(atto)a词头使用规则词头使用规则：1、词头符号用正体字正体字，词头符号和单位符号间不留间隙不留间隙。2、带词头的单位符号上有指数

9、，表明倍数单位或分数单位按指数自乘。3、不允许不允许把两个以上SI词头叠起来使用。SI的优点的优点：1、结构合理，完整严密、结构合理，完整严密2、各单位都规定有科学而明确的概念；、各单位都规定有科学而明确的概念；3、在各科技领域通用；、在各科技领域通用；4、一贯性。、一贯性。12 米制米制绝对单位制绝对单位制以以长度、质量和时间长度、质量和时间为基本单位。为基本单位。工程单位制工程单位制以以长度、力和时间长度、力和时间为基本单位为基本单位。CGS制 cm、g、s；MKS制 m、kg、s。m、kgf、s。13 英制英制 英尺磅 秒（FPS)制 以 ft、lb和s为基本单位。英国工程制 以 ft、

10、lbf和s为基本单位。美国工程单位制以 ft、lbm和lbf和s为基本单位。第二节第二节 单位换算单位换算 1 4单位换算的方法单位换算的方法 连接单位法：连接单位法：将所有单位所有单位（原单位及所需换算成单位）写出来，根据量与量间关系及单位间关系写成数字与单位连乘连除数字与单位连乘连除式。单位换算单位换算，是用不同单位制表示同一同一物理量。连接单位法步骤连接单位法步骤:1、先查出同一因次不同单位制的先查出同一因次不同单位制的换算系数换算系数，写，写成成比例形式比例形式（其比例（其比例 实质为实质为1）2、将需换成的量和单位根据其间、将需换成的量和单位根据其间关系关系写成数字写成数字 附带单位

11、附带单位连乘连除连乘连除的式子进行运算。的式子进行运算。例1-1 25时水的粘度为0.8937厘泊，换算成千克/米时及帕秒。（1厘泊=0.01泊，1泊=1克/厘米秒）解：1、找出比例形式（熟了后该步可忽略）gkg10001mcm1100hs13600hmkghsmcmgkgscmgcp./2173.313600110010001.108937.08937.0.2.2 每个比值间垂直线垂直线相当于乘号乘号，注意所乘比例与要求单位间换算关系。sPamsNsmsmkgsmkgmcmgkgscmgcp3232233.2108937.0108937.0108937.0/108937.0110010001

12、.108937.08937.0例2 将R=0.08205 atm.l.mol-1.K-1SI单位解:111132314.8314.810001111101325.08205.0KmolJKmolmNlmmPNatmPKmollatmRaa 习题 13 20C煤油密度0.845g/cm3，换算成SI单位，米制工程单位，FPS单位。解:3336384511010001845.0)1(mkgmcmgkgcmg33363/14.8611081.9110001845.0)2(mmcmkggkgcmg质量工程单位质量工程单位33333/64.52148.30102205.0845.0)3(ftlbmftc

13、mglbmcmg 14 因次方程的单位换算（略）小结：1、概念：因次、因次式、单位、基本单位、单位制度，国际单位制的基本单位和辅助单位，米制中绝对单位制和工程单位制及其区别。2、单位换算单位换算的名词解释、换算方法，具体单位换算 11、在某次试验中需要气体压力为2106dyn/cm2,试求此压力相当于多少:(1)Pa;(2)kgf/cm2;(3)lbf/m2;(4)MN/m2。解：25224526/102110110102)1(mNmcmdynNcmdynP2626/0394.21100197.1102)2(cmkgfdynkgfcmdynP222425/0394.2110110197.010

14、2cmkgfcmmNkgfmNP2222626/00.29154.2124810.2102)3(inlbfincmdynlbfcmdynP22241126/2.0110110102)4(mMNmcmdynMNcmdynP222325/0394.2/1/1010197.0102cmkgfmNcmkgfmNP12、1000kg水以50mh的流速流动，试求其动能。用下列各单位表示:(1)J;(2)HPS;(3)W S;(4)latm;(5)ftlbf;(6)erg。解：JmuE2221065.936005010005.021)1(sHPWHPJE43210294.1110341.11065.9)2(

15、sWJsWJE221065.9111065.9)3(latmmlPaatmmPaJE433532210524.91101109869.01065.91065.9)4(lbfftmftNlbfmNE07117.012808.312248.01065.9)5(2ergJergJE5721065.91101065.9)6(以表面张力为0.005lbf/ft，换算成：dyn/cm、kgf/cm、N/m。解：cmdyncmftlbfdynftlbf969.7248.3011104482.4005.05cmkgfcmftlbfkgfftlbf51044.748.30114536.0005.0mNmftlb

16、fNftlbf07297.03048.0114482.4005.015 500kcal热能，热效率为75，在10分钟内传给物体，求传热速率。用下列单位表示：（1）kcal/S;(2)kW;(3)erg/S;(4)kgfm/S;(5)Btu/S;(6)lbfft/S.解：skcalskcalq/625.0min160min10%755001 kWkcalkJskcalq617.21187.4/625.02 sergkcalergskcalq101010617.2110187.4/625.03 smkgfkcalmkgfskcalq9.2661102.010187.4/625.043 sBtukc

17、alBtuskcalq48.2252.01/625.05 sftlbfmftkgflbfsmkgfq6.192912808.34536.01/9.266616 20蔗糖溶液，20C粘度为1.967cp，换算成:(1)kg/mh（2）kgfS/m2;(3)NS/m2;(4)mPaS;(5)lb/ftS;(6)lbfS/ft2。（1cp=0.01p)解：hmkghsmcmgkgPscmgcPPcP081.713600110010001111001967.1)1(2422462/1001.21101100197.101967.0111101967.0111001967.1)2(mskgfmcmdynkgfcmsdynsScmcmscmgPscmgcPPcP2322452/10967.111011001967.0)3(msNmcmdynNcmsdynsmPaPamPamNPamsN967.11100011/10967.1)4(223sftcmglbscmgPscmgcPPcP001322.0148.301002205.001967.0111001967.1)5(252222310108.413048.011/10967.1)5(ftslbfmftNlbfmsN