1、化工(hugng)原理 主講(zhjing)：王固霞 Email：材料科學與工程學院材料科學與工程學院精品資料課程的性質課程的性質(xngzh)(xngzh)和地位和地位本課程是高分子材料與工程專業的一門專業基礎課。本課程是高分子材料與工程專業的一門專業基礎課。考核辦法考核辦法本課程為考試課程，平時成績（包括作業、出勤等）占本課程為考試課程，平時成績（包括作業、出勤等）占30%30%，期末考試成績占，期末考試成績占70%70%。教教 材：化工原理，李鳳華等編著，大連理工大學出版社，材：化工原理，李鳳華等編著，大連理工大學出版社，20042004年。年。參考書：參考書： 1 1、化工原理、化工原

2、理( (上上) )，王世廣主編，高等教育出版社，王世廣主編，高等教育出版社，20022002年。年。 2 2、化工原理學習指南，姚玉英等編著，天津大學出版社，、化工原理學習指南，姚玉英等編著，天津大學出版社，20032003年。年。 3 3、化工原理（上、下），姚玉英主著，天津科學技術出版社，、化工原理（上、下），姚玉英主著，天津科學技術出版社，19921992年。年。精品資料精品資料化工化工(hugng)原理原理課程的性質及重要性課程的性質及重要性 該課程是化工類及相近專業一門重要的技術基礎課，是理科轉向工科的該課程是化工類及相近專業一門重要的技術基礎課，是理科轉向工科的一個橋梁，為以后專業

3、課的學習一個橋梁，為以后專業課的學習(xux)打下基礎。兼有打下基礎。兼有“科學科學”與與“技術技術”的特的特點，它是綜合運用數學，物理，化學等基礎知識。分析和解決化工生產中各種點，它是綜合運用數學，物理，化學等基礎知識。分析和解決化工生產中各種物理過程的工程問題的學科。本課程強調工程觀點，定量用算，實驗技能及設物理過程的工程問題的學科。本課程強調工程觀點，定量用算，實驗技能及設計能力的培養，強調理論聯系實際。計能力的培養，強調理論聯系實際。 作為一門綜合性技術學科的重要組成部分，主要研究個單元操作的基本作為一門綜合性技術學科的重要組成部分，主要研究個單元操作的基本原理，所用的典型設備結構，工

4、藝尺寸設計和設備的選型的共性問題，是一門原理，所用的典型設備結構，工藝尺寸設計和設備的選型的共性問題，是一門重要的專業基礎課重要的專業基礎課精品資料一、化工原理課程研究一、化工原理課程研究(ynji)內容內容化工生產過程化工生產過程 對原料進行化工加工對原料進行化工加工(ji gng)獲得有用產品的過程稱為化工生產過程獲得有用產品的過程稱為化工生產過程精品資料精品資料精品資料歸納各種化工歸納各種化工(hugng)過程如下：過程如下：產品原料核心 這些物理操作這些物理操作(cozu)統稱單元操作統稱單元操作(cozu)（Unit Operations）化工原理的研究對象化工原理的研究對象單元操作

5、單元操作 定義：定義：工藝過程中遵循相同的基本原理，只改變物理性質或物料狀態，不改變物料化工藝過程中遵循相同的基本原理，只改變物理性質或物料狀態，不改變物料化學性質的過程學性質的過程精品資料常見常見(chn jin)的單元操作過程的單元操作過程流體流體(lit)輸送：流體輸送：流體(lit)通過管道的阻力損失，輸送設備通過管道的阻力損失，輸送設備過濾：液固混合物的分離過濾：液固混合物的分離沉降：液固或氣固混合物的分離沉降：液固或氣固混合物的分離顆粒流態化：強化氣（液）固兩相間的接觸顆粒流態化：強化氣（液）固兩相間的接觸加熱冷卻：增加或降低特定物質的溫度加熱冷卻：增加或降低特定物質的溫度蒸餾：液

6、體混合物的分離蒸餾：液體混合物的分離吸收：氣體混合物的分離吸收：氣體混合物的分離精品資料單元操作的分類單元操作的分類根據根據(gnj)單元操作所遵循的基本規律，分為三類：單元操作所遵循的基本規律，分為三類：動量傳遞動量傳遞實際流體內部由于實際流體內部由于(yuy)動量、密度的空間分布不均勻而引起動動量、密度的空間分布不均勻而引起動量在流體中的傳遞過程量在流體中的傳遞過程 如：流體輸送、沉降、過濾、固體流態化熱量傳遞熱能在空間的傳遞過程，是由溫度在空間的非均勻分布造成的熱能在空間的傳遞過程，是由溫度在空間的非均勻分布造成的如：傳熱、冷凝、蒸發等質量傳遞某物質在混合物中的傳遞過程，是由濃度在混合物

7、中的分布不均造成的某物質在混合物中的傳遞過程，是由濃度在混合物中的分布不均造成的 如：蒸餾、吸收、萃取、結晶、干燥等精品資料單元操作的特點單元操作的特點 1）所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料的狀態或物）所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料的狀態或物理性質，并不改變化學性質。理性質，并不改變化學性質。 2）單元操作是化工生產過程中共有的操作，只是不同的化工）單元操作是化工生產過程中共有的操作，只是不同的化工生產中所包含的單元操作數目、名稱與排列順序不同。生產中所包含的單元操作數目、名稱與排列順序不同。 3）單元操作作用于不同的化工過程時，基本原理相同，所用）單元操作作用于不同的化工過

8、程時，基本原理相同，所用的設備也是通用的。的設備也是通用的。 4）對同樣的工程目的，開采用不同的單元操作來實現）對同樣的工程目的，開采用不同的單元操作來實現(shxin)。 例：液體混合物可以用精餾、萃取、膜分離等等例：液體混合物可以用精餾、萃取、膜分離等等精品資料二、二、 化工原理的學習化工原理的學習(xux)研究方法研究方法 研究方法工程方法 1） 實驗研究方法（經驗的方法） 依靠實驗來確定過程變量間的關系，得到經驗公式，理論基礎(jch)為因次分析法和方法論。 2） 數學模型法（半經驗半理論的方法） 在對實際過程的機理深入分析的基礎(jch)上，在抓住過程本質的前提下，做出某種合理簡化，

9、建立物理模型，進行數學描述，得出數學模型。通過實驗確定模型參數，得到半經驗半理論公式。精品資料三、單位制與單位換算三、單位制與單位換算1.1.單位及單位制單位及單位制 物理量的大小以數值物理量的大小以數值(shz)(shz)加單位表示加單位表示單位有基本單位和導出單位之分單位有基本單位和導出單位之分單位制：基本單位與由這些基本單位導出的導出單位的集合單位制：基本單位與由這些基本單位導出的導出單位的集合常用常用(chn yn)單位制：國際單位制（單位制：國際單位制（SI）、工程單位制、物理單位制等）、工程單位制、物理單位制等基本單位：根據使用方便的原則制定的基本量的單位。基本單位：根據使用方便的

10、原則制定的基本量的單位。導出單位：導出量的單位稱為導出單位，均由基本單位相乘、除而構成的導出單位：導出量的單位稱為導出單位，均由基本單位相乘、除而構成的 。單位單位數值數值壓力：壓力：p=100KPa精品資料2 2單位換算單位換算 在生產實踐中存在許多習慣用法，為了計算中單位的統一性，需要在生產實踐中存在許多習慣用法，為了計算中單位的統一性，需要對一些單位進行單位換算。對一些單位進行單位換算。不同單位制中的單位換算不同單位制中的單位換算 1kg=1000g 1m=100cm 1 1kg=1000g 1m=100cm 1=1=1K =K =1.8+321.8+32 1atm=1.033at=76

11、0mmHg=10.33mH2O=1.013 1atm=1.033at=760mmHg=10.33mH2O=1.013 105Pa105Pa 1 1=1=1K,K,說明開氏溫度說明開氏溫度(wnd)(wnd)和攝氏度的分度是一樣的，但二和攝氏度的分度是一樣的，但二者在數值上不一樣，者在數值上不一樣， 開氏溫度開氏溫度(wnd)=(wnd)=攝氏度攝氏度+273.15+273.15質量時間溫度長度物質的量電流強度發光強度千克kg秒S開爾文K米m摩爾mol安培A坎德拉candela精品資料2522/10013.101.081.9033.1033.1mNmNcmkgf例：已知例：已知1atm=1.03

12、3kgf/cm2,將其換算成將其換算成N/m2。 解：按題意需將解：按題意需將kgf/cm2中的中的kgf單位換算成單位換算成N，cm2換算成換算成m2,查附錄查附錄1：換算關系換算關系(gun x)為：為： 1kgf=9.81N， 1cm=0.01m 上述關系上述關系(gun x)代入代入 ，得：，得：精品資料四、化工過程計算的理論四、化工過程計算的理論(lln)(lln)基礎基礎物料衡算物料衡算 依據依據質量守恒定律質量守恒定律 輸入系統的物料質量等于從系統輸出輸入系統的物料質量等于從系統輸出(shch)(shch)的物料質量和系的物料質量和系統中積累的物料質量。統中積累的物料質量。AGG

13、IG0物料衡算的通式物料衡算的通式作物料衡算應注意的問題：作物料衡算應注意的問題：1、確定衡算范圍、確定衡算范圍 2、明確衡算對象、明確衡算對象3、統一計算單位、統一計算單位 4、選定計算基準、選定計算基準精品資料 例：在兩個例：在兩個(lin )蒸發器中，每小時將蒸發器中，每小時將5000kg的無機鹽水溶液從的無機鹽水溶液從12濃縮到濃縮到30%。第。第二蒸發器比第一蒸發器多蒸出二蒸發器比第一蒸發器多蒸出5%的水分。試求：的水分。試求：（1）各蒸發器每小時蒸出水分的量；）各蒸發器每小時蒸出水分的量；（2） 第一蒸發器送出的溶液濃度。第一蒸發器送出的溶液濃度。 解：首先畫一個流程圖表示進行的過

14、程，用方框表示設備，輸入輸出設備的物流方向用箭頭表解：首先畫一個流程圖表示進行的過程，用方框表示設備，輸入輸出設備的物流方向用箭頭表示。示。 劃定衡算的范圍為求各蒸發器蒸發的水量，以整個流程為衡算范圍，用一圈封閉劃定衡算的范圍為求各蒸發器蒸發的水量，以整個流程為衡算范圍，用一圈封閉(fngb)的的虛線畫出。虛線畫出。x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.3蒸發器1蒸發器2精品資料 確定衡算對象 此題中有兩個未知數，蒸發的水量及送出的溶液濃度(nngd)，因此，我們就以不同衡算對象列出兩個衡算式。 對鹽作物料衡算：2200 xFxF對總物料(w lio)作衡算：212

15、5000WWF代入已知數據，得：23.012.05000FhkgF/20002hkgWW/300021由題意知1205.1WWhkgWhkgW/6.1536 /4.146321精品資料 求第一個蒸發器送出的溶液濃度，選擇(xunz)第一個蒸發器為衡算范圍。對鹽作物料(w lio)衡算：1100 xFxF 對總物料作衡算：110FWF 代入已知數據，得：1112.05000 xF14 .14635000F解得：hkgF/6.35361%97.161697. 01x精品資料2 能量能量(nngling)衡算衡算依據依據(yj)：能量守恒定律：能量守恒定律 即輸入系統的總能量等于系統輸出的總能量與損

16、失的能量之和。即輸入系統的總能量等于系統輸出的總能量與損失的能量之和。LQQIQ0 熱量衡算通式熱量衡算通式或寫成LIQwHwH0)()( 注注： 熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同，也必須首先熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同，也必須首先劃定衡算范圍及衡算基準。劃定衡算范圍及衡算基準。但衡算對象只能是物料的總體，而不是單個組分。但衡算對象只能是物料的總體，而不是單個組分。 此外應注意焓是相對值，因此必須此外應注意焓是相對值，因此必須指明基準溫度指明基準溫度，習慣上選，習慣上選0為基準溫度，并規定為基準溫度，并規定0時液時液態的焓值為零。態的焓值為零。精品資料 例：在換熱器里將平均比熱

17、為3.56kJ/（kg）的某溶液自25加熱到80，溶液流量為1.0kg/s，加熱介質為120的飽和水蒸氣，其消耗量為0.095kg/s，蒸氣冷凝成同溫度(wnd)的飽和水排出。試計算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分數。解：根據解：根據(gnj)題意畫出流程圖題意畫出流程圖 換熱器120飽和水蒸氣0.095kg/s120飽和水0.095kg/s1.0kg/s25溶液80溶液1.0kg/s精品資料 基準：1s 在圖中虛線(xxin)范圍內作熱量衡算 從附錄7查出120飽和水蒸氣的焓值為2708.9kJ/kg，120飽和水的焓值為 503.67kJ/kg。在此系統中輸入(shr)的熱量： 2

18、1QQIQ蒸氣帶入的熱量： kwQ3.2579.2708095.01溶液帶入的熱量：kwQ8902556.30 .12kwIQ3.346893.257輸出的熱量： 43QQQO精品資料冷 凝 水 帶 出 的 熱 量(rling)： kwQ8.4767.503095.03溶液(rngy)帶出的熱量： kwQ8.28408056.30.14kwQQQ6.3328.2848.47430根據能量衡算式，有： LIQQQ0kw.kw.QQQIL713633233460熱量損失的百分數= %54.68 .473 .2577 .13精品資料3.過程的相平衡關系過程的相平衡關系(gun x)和過程速率和過程速

19、率 任何過程都是由不平衡狀態向平衡狀態進行的任何過程都是由不平衡狀態向平衡狀態進行的 平衡狀態是自然過程所能達到的極限平衡狀態是自然過程所能達到的極限(jxin)程度程度 用來判斷過程進行的方向和所能達到的極限用來判斷過程進行的方向和所能達到的極限(jxin)。 過程速率：是指過程由不平衡狀態到平衡狀態轉化的快慢。過程速率：是指過程由不平衡狀態到平衡狀態轉化的快慢。過程的速率推動力阻力過程的速率推動力阻力 推動力：過程所處的狀態與平衡狀態的差距。推動力：過程所處的狀態與平衡狀態的差距。 阻力：過程的阻力是各種因素對速率影響的總的體現。阻力：過程的阻力是各種因素對速率影響的總的體現。 過程速率是計算設備尺寸的基本工具。過程速率是計算設備尺寸的基本工具。精品資料五五. 化工原理的基本要求化工原理的基本要求 發展：如何根據某個物理或物理化學原理開發發展：如何根據某個物理或物理化學原理開發成為一個單元操作，尋本求源。成為一個單元操作，尋本求源。 選擇：為了選擇：為了(wi le)達到或實現某一工程目的，達到或實現某一工程目的，能否對過程和設備作合理的選擇和組合。能否對過程和設備作合理的選擇和組合。 設計：對已掌握了性能的過程和設備作直接的設計：對已掌握了性能的過程和設備