化工原理0绪论课件.ppt

1、王红芳2023-2-2化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件中原工学院中原工学院材料与化工学院材料与化工学院版权所有：中原工学院材料与化工学院应用化学教研室Copyright 2007 Zhongyuan University of Technology.All rights reserved.王红芳2023-2-2一一 化工原理研究内容化工原理研究内容化工生产中常见的一些问题：化工生产中常见的一些问题：在什么条件下所期望的化学在什么条件下所期望的化学反应才能发生？反应才能发生？反应的速率将会是多大？反应的速率将会是多大？不期望的反应（副反应）速不期望的反应（副反应）速率又会是多大？率又会是多大

2、？转化率为多少？转化率为多少？通过什么样的工程方法和通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？设备来实现其工艺过程？怎样才能从工业规模生产怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？中获得最佳的经济效益？如何提供反应所需的热量如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？及使用反应放出的热量？反应物如何供给、产物又反应物如何供给、产物又如何分离？如何分离？化工原理是一门以介绍化工原理是一门以介绍化工生产化工生产中各主要单元操作为中各主要单元操作为基础知识的课程基础知识的课程王红芳2023-2-2高压聚乙烯生产的主要步骤高压聚乙烯生产的主要步骤王红芳2023-2-21、化工生产、化工生产定义：有

3、目的的使原料经过一系列的化学或物理定义：有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，获得产品的工业过程。变化，获得产品的工业过程。内容包括：内容包括：化学反应过程：在反应器中进行，是反应工程化学反应过程：在反应器中进行，是反应工程研究的内容研究的内容单元操作单元操作：包括流体输送、加热、蒸馏等：包括流体输送、加热、蒸馏等，在在化工生产中占据重要地位；单元操作与其相关化工生产中占据重要地位；单元操作与其相关设备是化工原理研究的主要内容。设备是化工原理研究的主要内容。王红芳2023-2-22、单元操作、单元操作 定义：化工生产中不进行化学反应的步骤定义：化工生产中不进行化学反应的步骤 分类：按照物理

4、作用原则，可分为三类分类：按照物理作用原则，可分为三类图图 动量传递过程：遵循流体力学基本规律动量传递过程：遵循流体力学基本规律 热量传递过程热量传递过程 质量传递过程：如吸收、蒸馏、萃取、吸附、质量传递过程：如吸收、蒸馏、萃取、吸附、离子交换等离子交换等王红芳2023-2-2搅拌搅拌流态流态化化气体气体液化液化液体液体汽化汽化蒸发蒸发浓缩浓缩加热加热冷却冷却结晶结晶精馏精馏液液液液萃取萃取气液气液吸收吸收喷雾喷雾干燥干燥动量传递动量传递质量质量传递传递热量热量传递传递过滤过滤与与沉降沉降流体流体输送输送气固气固吸附吸附王红芳2023-2-2二二 化工原理课程的研究方法化工原理课程的研究方法1

5、 1、实验研究方法（经验法）、实验研究方法（经验法）:用用量纲分析量纲分析和和相似论相似论为指导，依靠试为指导，依靠试验来确定过程变量之间的关系，通过验来确定过程变量之间的关系，通过量纲量纲为一数群为一数群（或称准数）构成的关系式来表（或称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通用的基本方法。达。是一种工程上通用的基本方法。王红芳2023-2-22 2、数学模型法（半经验半理论方法）、数学模型法（半经验半理论方法）在对实际过程的机理深入分析的基础上，在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描述

6、，得出数学模型。建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。通过实验确定模型参数。研究工程问题的方法是联系各单元操作的研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线。另一条主线。王红芳2023-2-2三三 化工过程计算的理论基础化工过程计算的理论基础设计型计算设计型计算操作型计算操作型计算质量守恒质量守恒能量守恒能量守恒平衡关系平衡关系速率关系速率关系 所用基本关系所用基本关系化工计算分为化工计算分为王红芳2023-2-2单元操作中常用的基本概念 物料衡算物料衡算 能量衡算能量衡算 物系的平衡关系物系的平衡关系 传递速率关系传递速率关系王红芳2023-2-2物料衡算物料衡算

7、依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即质量，即 mf-mp =A （0-1）式中式中：mf输入量的总和输入量的总和 mp输出量的总和；输出量的总和；A累积量累积量对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即为稳定操作状态时，过程中不应有物变，即为稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。则物料衡算关系为：料的积累。则物料衡算关系为：mfmp（0-2）即：输入即：输入=输出输出王红芳2023-2-2例：湿物料原来含水例：湿物料原来含

8、水16%（质量（质量%），在干燥器中干燥），在干燥器中干燥至含水至含水0.8%，试求每吨物料干燥出的水量。，试求每吨物料干燥出的水量。解：解：1.绘流程图。绘流程图。湿物料湿物料干物料干物料2.划定恒算范围划定恒算范围：用一圈封闭虚线表示，以虚线为界，：用一圈封闭虚线表示，以虚线为界，以箭头表示物流方向，凡是穿越边界指向内的，都属于以箭头表示物流方向，凡是穿越边界指向内的，都属于输入项，反之，属于输出项。输入项，反之，属于输出项。3.规定恒算基准规定恒算基准：本题中以物料的含水量作为基准。：本题中以物料的含水量作为基准。含水含水16%含水含水0.8%4.列出算式求解列出算式求解：设每吨物料干燥

9、出的水量为设每吨物料干燥出的水量为X KgX1000 16%=（1000-X）0.8%+XX=153Kg王红芳2023-2-2 q本课程所用到的能量主要有机械能和热能。本课程所用到的能量主要有机械能和热能。q能量衡算的依据是能量守恒定律。能量衡算的依据是能量守恒定律。q热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。能量衡算能量衡算王红芳2023-2-2 物系的平衡关系物系的平衡关系 过程的平衡问题说明过程进行的方向和所过程的平衡问题说明过程进行的方向和所能达到的极限。当过程不是处于平衡态时，能达到的极限。当过程不是处于平衡态时，则此过程必将以一定的速率进行。例如传则此

10、过程必将以一定的速率进行。例如传热过程，当两物体温度不同时，即温度不热过程，当两物体温度不同时，即温度不平衡，就会有净热量从高温物体向低温物平衡，就会有净热量从高温物体向低温物体传递，直到两物体的温度相等为止，此体传递，直到两物体的温度相等为止，此时过程达到平衡，两物体间也就没有净的时过程达到平衡，两物体间也就没有净的热量传递。热量传递。王红芳2023-2-2 传递速率传递速率 传递过程的速率和传递过程所处的状态与传递过程的速率和传递过程所处的状态与平衡状态的距离及其它很多因素有关。传平衡状态的距离及其它很多因素有关。传递过程所处的状态与平衡状态之间的距离递过程所处的状态与平衡状态之间的距离通

11、常称为过程的推动力。例如两物体间的通常称为过程的推动力。例如两物体间的传热过程，其过程的推动力就是两物体的传热过程，其过程的推动力就是两物体的温度差。温度差。通常存在以下关系式：通常存在以下关系式：王红芳2023-2-2H2O含NH3空气含NH3的H2O含NH3空气平衡H2ONH3推动力推动力阻力阻力速率速率=传递速率：表示过程进行的快慢传递速率：表示过程进行的快慢n当体系处于不平衡状态时，过程就将进行当体系处于不平衡状态时，过程就将进行王红芳2023-2-2 四四 物理量的单位物理量的单位 表表0-1 国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位量量 的的 名名 称称单单 位位 名名 称称单单

12、位位 符符 号号长长 度度米米m质质 量量千千 克克kg时时 间间秒秒s电电 流流安安 培培A热力学温度热力学温度开尔文开尔文K物质的量物质的量摩摩 尔尔mol王红芳2023-2-2表表0-2 国际单位制中具有专门名称的导出单位国际单位制中具有专门名称的导出单位量量 的的 名名 称称单单 位位 名名 称称单单 位位 符符 号号其它表示式示例其它表示式示例频率频率赫兹Hzs1力；重力力；重力牛顿牛顿Nm/s2压力（压强），应力压力（压强），应力帕斯卡帕斯卡PaN/m2能量，功，热能量，功，热焦耳焦耳JNm功率功率瓦特瓦特WJ/s摄氏温度摄氏温度摄氏度摄氏度*王红芳2023-2-2表表0-3 CG

13、S制与工程制的基本单位制与工程制的基本单位 CGS制制工程制工程制量的名称量的名称长度长度质质量量时时间间温温度度长长度度力力时时间间温温度度单位符号单位符号cmgsmkgfs王红芳2023-2-2参考文献参考文献 姚玉英等主编：化工原理，姚玉英等主编：化工原理，天津科技出版社天津科技出版社 柴诚敬等主编：化工原理学习指导，柴诚敬等主编：化工原理学习指导，天津科技出版社天津科技出版社 丛德滋等主编：化工原理详解与应用丛德滋等主编：化工原理详解与应用 化学工业出版社化学工业出版社 何潮洪等主编：化工原理习题精解何潮洪等主编：化工原理习题精解 科学出版社科学出版社 朱家骅等主编朱家骅等主编 化工原

14、理化工原理 科学出版社科学出版社 管国锋管国锋 化工原理化工原理 化学工业出版社化学工业出版社 王志魁王志魁 化工原理化工原理 化学工业出版社化学工业出版社 谭天恩等主编：化工原理，谭天恩等主编：化工原理，化学工业出版社化学工业出版社王红芳2023-2-2五五 本课程的学习要求本课程的学习要求学习中，应注意以下几个方面能力的培养：学习中，应注意以下几个方面能力的培养：(1)(1)单元操作和设备选择的能力单元操作和设备选择的能力(2)(2)工程设计能力工程设计能力(3)(3)操作和调节生产过程的能力操作和调节生产过程的能力(4)(4)过程开发或科学研究能力过程开发或科学研究能力 (5)(5)实验能力实验能力王红芳2023-2-2 要求掌握要求掌握“单元操作单元操作”的概念的概念 掌握掌握“质量恒算质量恒算”与与“能量恒算能量恒算”的概的概念，并能进行习题的运算念，并能进行习题的运算王红芳2023-2-2The endThe end化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件