《化工基础》教案解析课件.ppt
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1、 化工基础第一章 绪论学习导言 第一节 化学工业及其发展 第二节 课程的性质和内容 第三节 化工生产中的几个基本概念 第四节 学习本课程的任务和方法 第五节 单位制及单位换算 本章小结 第一章 学习目标 掌握本课程所学的内容 掌握本课程的学习任务及方法 掌握单位及其换算方法 了解化学工业及其发展 了解物料、热量衡算等基本概念第一节 化学工业及其发展 化学工业:为一行业,生产品种多样(基本、精细、医药化工等)化学工程一门学科 化学工艺一工艺技术 化工产品生产过程一般由以下步骤组成:原料前处理化学反应(产品)后处理 单元操作生产的核心 单元操作 思考与提问谈谈在你以前学习与生活的印象中,你对化工的
2、一些基本认识情况?化学工业的发展概况?第二节 课程的性质和内容一、本课程的研究对象1、单元操作:化工生产过程中,普遍采用的、遵循共同的物理学定律、所用设备相似的基本操作。图11、12以及表11的认识与掌握;如:流体输送、传热。图11 高压法生产聚乙烯方块流程图 化工单元操作在化工生产中的应用化工车间化工车间化工中控室化工中控室仪表柜仪表柜化工企业实物现场图化工企业实物现场图化工企业管路网图化工企业管路网图化工企业外貌图化工企业外貌图图12 尿素生产方块流程图表11(1)常用的单元操作表11(2)常用的单元操作表11(3)常用的单元操作2、单元反应过程:化学反应过程是化工生产过程的核心,如:氧化
3、、硝化等。3、本课程的研究对象:单元操作的基本原理和设备;化学反应器;化学工艺学。思考与提问化工过程的研究对象是什么?本课程的重点研究对象又是什么?二、本课程的性质、内容、任务 1、性质:专业技术基础课。2、内容:“三传一反”及化学工艺学。3、任务:掌握常见单元操作的基本原理及计算。掌握典型设备构造、性能、设计或选用。寻求“最佳”“最适宜”的操作条件,探索强化过程的方向和改进设备潜能的途径。掌握典型的化工产品的工艺过程。第三节 化工生产过程中的几个基本概念 各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、相平衡关系及过程速率四个基本概念为基础的。了解本课程常用基本概念(1)物料衡算
4、:稳定操作时:带进带出 能量衡算:Q1=Q0+QL 热量利用和热量损失 平衡关系:表示过程的方向和极限程度。如热平衡、相平衡、溶解平衡等。第三节 化工生产过程中的几个基本概念了解本课程常用基本概念(2)过程速率:表示过程进行的快慢速度。在生产中速率较重要,反映经济效益。本课程中:过程速率=过程推动力/过程阻力思考与提问本课程的主要任务是什么?本课程的一些基本概念及其用途是什么?第四节 学习本课程的任务及方法 一、学习方法1、五个环节:理论课的学习课前要求能自觉预习,上课主动举手回答问题,大胆提问。作作业(习题)基本原理的消化,要求画出示意图;大型作业要求人人能参与,个个出主意。实验(包括仿真实
5、验)理解、验证理论,实际操作技能的训练;实验过程能准时到达实验室、带好实验指导书、记录本及作好详细记录。第三节 化工生产过程中的几个基本概念课程设计知识的综合运用能力。工厂实际锻炼(实习)通过实习把所学的理论运用到实际生产中去解决生产实际问题。2、三个方面:树立工程技术观念:理论正确,技术可行,操作安全,经济合理。理解和掌握基本理论及。熟悉典型工艺及其工程计算方法。第三节 化工生产过程中的几个基本概念 各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、化学平衡关系及过程速率四个基本概念为基础的。二、学习要求化工基础成绩评定办法表(1)化工基础成绩评定办法表(2)2、课堂要求:认真听讲
6、、不讲话、不打闹、不看与本课程无关的书籍,总之不干与本课程无关的一切事。3、作业要求:按时交作业、不抄袭、不懂就问、每题尽量画出示意图。4、实验要求:按要求完成所有现场及仿真实验。第五节 单位制及单位换算 1、国际单位制:7个基本单位,2个辅助单位 2、法定计量单位:A、国际单位制单位。B、国际单位制单位的导出单位。C、选定的其他单位。3、单位统一:A、本课程涉及的物理量及公式较多,多种单位并存,在计算过程中一定注意单位的统一,即统一到SI制上。B、学会单位的换算方法,难点是换算系数的记忆。C、本教材中压力和粘度的单位换算是最容易出错的,需特别注意。思考与提问1、我们这门课程要求统一到什么单位
7、制上来?2、我们在本课学习过程中有哪几个单位换算较难?总结与作业本次课小结:1.掌握单元操作等基本概念。2.了解化工基础的主要学习方法。3.建立学习工程学科的学习思维方法。4.熟练掌握单位及其换算。作业:1.复习题22.练习题1、4。第二章 学习目标 掌握流体连续稳定流动时的计算方法伯努利方程式的应用。掌握流体流动阻力的计算及其应用。了解流体静力学基本方程在测量压力及流量方面的运用。了解化工管路的构成情况。了解流量测量的有关仪器及其测定方法。了解流体输送机械。第二章 流体流动与输送机械第一节 流体的基本性质 一、流体的密度1、密度:Kg/m32、相关的几种表示方法:A、流体的比容:B、相对密度
8、(比重):。C、重度3、气体与液体的主要差别:气体具有可压缩性,其密度远小于液体。A:液体混合物的密度:B:气体混合物的密度:、平均分子量 :4、密度值一般通过查找(物性数据表或经验公式)来密度值一般通过查找(物性数据表或经验公式)来得到得到Vm1水snWn2W21W1mXXX1mmMTR1000MPm二、流体的粘度1、粘度的表示:绝对粘度(又称动力粘度),运动粘度,条件粘度(如:恩氏粘度)2、绝对粘度的单位换算 1Pa.s(帕帕.秒秒)=10P(泊)=1000cP(厘泊)(厘泊)3、绝对粘度与运动粘度间的关系4、粘度值一般通过查找(物性数据表或经验公式)来粘度值一般通过查找(物性数据表或经验
9、公式)来得到得到第二节 流体静力学一、流体静压力及其特性1.流体静压力(了解)2.压力的单位换算 1atm=760mmHg=10.33mH1atm=760mmHg=10.33mH2 2O=1.013O=1.01310105 5PaPa1kgf/cm1kgf/cm2 2=1at=735mmHg=10mH=1at=735mmHg=10mH2 2O=9.807O=9.80710104 4PaPa3.流体静压力可以用不同基准来表示:A:以绝对真空为基准:称为绝对压力。B:以当地大气压力为基准:称为表压或真空度。掌握表压、真空度与绝对压力的关系图绝压、表压、真空度之间的关系二、流体静力学基本方程 二、流
10、体静力学基本方程(推导略)1、P2=P1+gh它表明了在重力作用下,静止液体内部压力的变化规律即重力液体内任一点的流体静压力等于自表面上的压力加上液体重力与该点淹没深度的乘积。2、流体静力学方程的应用2、静力学方程的应用 在静止的连通的同一种流体内,等压面为等在静止的连通的同一种流体内,等压面为等高面,反之亦然。高面,反之亦然。当液面上方的压力P0有变化时,液体内部各点压力也发生同样大小的改变。说明压力可以用液柱高度表示,但必须注明为何必须注明为何种液体。种液体。】【mh gP-P12三、流体静力学基本方程的应用举例 1、液柱式压力(压差)计U型管压力(压差)计,见图2223 U形管压强计构造
11、:U形管、指示液、读数标尺。指示液:着色水、油、CCl4及Hg。测压差的原理:PAPB=(指被测)Rg 指Rg(对于气体)U型管压力(压差)计(1)U型管压力(压差)计(2)2、液位的测量2、液位的测量:在化工生产中为了解决各种贮槽,计量槽等容器内物料贮存量或需要控制设备内的液面,都要使用液面计进行液位的测量,见图25。H=R 3、液封高度的计算及应用 3、液封高度的计算及应用,见图27。作用:防止泄漏、倒流或有毒气体的逸出,又称水封或安全水封。gPh表 4、远程测量若容器离控制室较远或埋在地面以下,测量其液位可采用图26进行测量。液RhHg流体静力学方程式总结与作业流体静力学方程式总结1.掌
12、握静力学方程的应用2.掌握U型管压力计的使用3.了解液位的测量及液封高度的计算4.掌握压力间的单位换算作业:复习题5、6、10。习题课(分组完成的大型作业)1、首先分组(课前进行),大致78人一组,每组同学围成一圈进行讨论式的学习。(5分钟)2、由学生自己对本组人员进行分工查阅资料、出注意、记录、制图、计算及整理完善形成文件。(大略1学时左右)3、在完成此作业过程中,老师应对学生的完成情况进行辅导与适当的检查,尤其是每组中参与不积极的同学进行抽查。习题课(2)4、题目:、以自定为主;还可参考以下的。、制作一个农村村民家用的沼气池用的压力表,材料:软皮管、玻璃管等。、制作一工厂用的湿式低压气柜,
13、材料:自选为主,参考用金属钟罩、建筑砖、各种管子及阀门等材料。5、每组对制作结果展示于黑板上,并作适当的说明尤其是制作的结果在使用过程中的优缺点。(大略1学时)6、由学生代表每组评定出相应的成绩。本此课小结:按以下顺序进行:分组分工辅导抽查展示评定奖励 第三节 流体连续稳定流动时的衡算(一)、流量1、定义:略(质量或体积)2、质量流量(w)与体积流量(V)关系:w=V(二)、流速1、定义:略。(u:m/s)2、流量与流速的关系:V=uA w=uA工业生产中常用流体适宜的流速范围:参见下页。流量与流速的关系 1流量与流速的关系(圆形),2流速与质量流速的关系 3园型管道的直径计算式24dVSVu
14、uAVWGuVd4工业生产中常用流体适宜的流速范围(思考:这些数据怎样得到的?有何用处?)二、稳定流动与不稳定流动(1)图28 稳定与不稳定流动典型流程图 (找出a图与b图的差别?了解两图的 流动现象?)二、稳定流动与不稳定流动(2)1、如图28:在流体流动系统中,若任一截面上流体的流速、压力等与流动相关的物理量仅随位置改变不随时间而改变的流动,叫稳定流动。在流体流动系统中,若任一截面上流体的流速、压力等与流动相关的物理量既随位置改变又随时间而改变的流动,叫不稳定流动。2、本教材只讨论在化工连续生产过程中的一般情况稳定流动。三、流体稳定流动时的物料衡算连续性方程式 1、如图29:对直径不等的管
15、段,根据质量守衡定律:m1=m2=m3=则 ws1=ws2=ws3=连续性方程式2、对于不可压缩流体:(即液体)1=2=3=即 VS1=VS2=VS3=连续性方程式 应用于液体稳定流动1、液体在圆形直管内稳定流动时的连续性方程式 2、怎样使用此连续性方程式?(自学例23后上台讲解,着重讲解工业方面的应用)21221)(dduu四、流体稳定流动时能量衡算伯努利方程式(机械能衡算式)(1)(一)、流动系统的总能量衡算 如图210,为一般流动系统:衡算范围:11与22截面之间。衡算基准:1流体;(每项单位:J/)。基准水平面:可任任意选择,如00平面。四、流体稳定流动时能量衡算伯努利方程式(机械能衡
16、算式)(2)1、内能:2、动能:1流体-3、位能:1流体-4、静压能:流体具有静压力而有的特殊能量形式。5、热能:6、外加功:根据能量守衡定律:上式中的能量形式可分为两大类:机械能:动能、位能、静压能、外加功;可相互转变。内能和热能;不能相互转变。12,tUfUU22212,222uuu12,g Zg Zg Z12,pppeQeW221122112222eeupupUgZQWUgZ柏努利方程 式的几种不同形式1、以单位质量为研究对象,单位:J/kg(重点掌握)2、以单位重量为研究对象,单位:J/N或m液柱 3、以单位体积为研究对象,单位:或Pa 221122121222pupug ZWg Zh
17、ef 212222211122feHgugpZHgugpZ212222211122fePupgZPupgZ3/Jm柏努利方程的应用讨论 1、理想流体、无外加功:理想流体的概念:流体在流动过程中不发生能量损失,则此流体称为理想流体。理想流体的特征:密度不随压力而变化,没有内摩擦力,不具有粘性,流动时无阻力。即:E=常数,三种能量形式可以相互转化。2、流体输送设备的有效功率:2222222111upgZupgZseW WNe机械能的相互转化说明思考与提问1、若系统中的流体处于静止状态,其伯努利方程式是否为下式?与流体静力学方程式本质一样吗?2、连续性方程式如何应用?3、为了节能尽可能增大还是减少管
18、径?为了减少投资,尽可能增大还是减少管径?2211pgZpgZ实验一 (理想流体的)柏努利方程实验 柏努利方程实验 装置图(讲清流程图及实验测定数据及记录要求)柏努利方程实验原始数据记录 各位置的内径d1=?d2=?d3=?d4=?d5=?t=?【单位:mm】习题课(分组完成的大型作业)1、首先分组(课前进行),大致78人一组,每组同学围成一圈进行讨论式的学习。(5分钟)2、由学生自己对本组人员进行分工查阅资料、出注意、记录、制图、计算及整理完善形成文件。(大略1学时左右)3、在完成此作业过程中,老师应对学生的完成情况进行辅导与适当的检查,尤其是每组中参与不积极的同学进行抽查。习题课4、题目:
19、、以自定为主;还可参考以下的。、制作一个农村抗旱用的排灌系统,材料:胶管、泵、阀等;要求:节水、稳定供水。、制作一个学校学生生活用水的稳定给水系统:材料自选为主;要求:住在高层的学生寝室常常有水供应。5、每组对制作结果展示于黑板上,并作适当的说明尤其是制作的结果在使用过程中的优缺点。(大略1学时)6、由学生代表每组评定出相应的成绩。本此课小结:按以下顺序进行:分组分工辅导抽查展示评定奖励 第四节 流体流动现象一、流体流动类型雷诺实验1、实验现象表现为三种:层流(滞流):彼此成平行分层流动。过渡区:波浪型或螺旋型,不稳定。紊流(湍流):流体质点不规则流动。2、两种流型:滞流和湍流两种流型:滞流和
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