化工原理海南師范大學化學與化工學院劉紅PrinciplesofChemicalEngineering本課程為制藥工程專業必修課總課時：110學時，7學分其中，本學期85學時，

實驗25學時

化工原理課程簡介

課程性質課程任務課程內容課程要求

工程性、實踐性強專業基礎課具有橋梁作用開發、設計、操作、強化

動量傳遞熱量傳遞質量傳遞自學能力創新能力理論聯系實際開發：選擇合適的過程及設備（按經濟合理性、技術可行性、污染小、能耗低）設計：選擇設備的型號及主要尺寸（根據工藝對設備的要求）

操作：如何進行操作和調節以適應生產的不同要求

強化

改造現有的生產過程和設備以提高效率（包括增產、降耗、節能）理論教學實驗教學課程設計緒論一、化工生產過程二、單元操作及分類三、化工原理的傳遞過程四、單元操作中常用的基本概念五、單位換算

一、化工過程原料前處理化學加工后處理產品除去雜質達到必要的純度，物理變化過程生成新的物質，化學變化過程精制、分離達必要的純度，物理變化過程化工過程包括化學反應過程和物理過程。單元操作特點：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，所用的設備也是通用的。

二、單元操作單元操作：化工生產中不涉及到化學反應的一系列操作過程UnitOperations單元操作的分類傳遞基礎單元操作名稱目

的流體流動(動量傳遞)流體輸送沉降過濾攪拌流態化以一定流量將流體從一處送到另一處。從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒、液滴或氣泡。從氣體或液體中分離懸浮的固體顆粒。使物料混和均勻或使過程加速。用流體使固體顆粒懸浮并使其具有流體狀態的特性。熱量傳遞換熱蒸發使物料升溫、降溫或改變相態。使溶液中的溶劑受熱汽化而與不揮發的溶質分離，達到溶液濃縮。質量傳遞吸收蒸餾萃取浸取吸附離子交換膜分離液體吸收劑分離氣體混合物。利用均相液體混合物中各組分揮發度不同使液體混合物分離。液體萃取劑分離均相液體混合物。液體浸漬固體物料，將其中的可溶組分分離出來。固體吸附劑分離氣體或液體混合物。離子交換劑從溶液中提取或除去某些離子。固體膜或液體膜分離氣體、液體混合物。熱、質傳遞干燥增(減)濕結晶加熱固體使其所含液體汽化而除去。調節氣體中的水汽含量。使溶液中的溶質變成晶體析出。

單元操作

制藥生產是以化學變化和化學、物理處理為主要特征的生產過程，其原料來源廣泛，產品種類繁多，加工過程復雜多樣，但是，在各種過程中，除化學反應外，其余步驟可歸納為單元操作（UnitOperation）：流體的輸送，沉降，過濾，攪拌，壓縮，傳熱，蒸發，結晶，干燥，精餾，吸收，萃取等等。

三、化工原理課程的傳遞過程傳遞過程（從物理本質上說又下列三種）(1)動量傳遞過程（單相或多相流動）；(2)熱量傳遞過程——傳熱(3)質量傳遞過程——傳質表1所列各單元操作皆歸屬傳遞過程，于是，傳遞過程成為統一的研究對象，也是聯系各單元操作的一條主線。三傳+一反構成各種工藝制造過程，三傳又有彼此類似的規律可以合在一起研究，形成傳遞過程這門學科，是單元操作在理論方面的深入發展。四.單元操作中常用的基本概念

1.物料衡算

2.能量衡算

3.物系的平衡關系

4.傳遞速率

1．物物料料衡衡算算(1)衡算算依依據據：：質質量量守守恒恒定定律律非定定態態：：輸輸入入=輸出出＋＋積積存存定態態：：輸輸入入量量=輸出出量量輸入系統輸出積累定態態過過程程與與非非定定態態過過程程定態態過過程程：：物物理理量量不不隨隨時時間間而而變變，，只只隨隨位位置置變變非定定態態：：物物理理量量隨隨時時間間和和位位置置都都變變。。(2)衡算算方方法法：：a.畫物物料料流流程程示示意意圖圖，，流流向向用用箭箭頭頭表表示示，，標標明明數數據據與與待待求求量量b.確定衡衡算基基準：：一般般以單單位進進料或或出料料量、、時間間或設設備的的單位位體積積c.劃定衡衡算范范圍，，列衡衡算式式，求求解例：連連續蒸蒸發過過程總物料料衡算算：F=V+W溶質物物料衡衡算：：FxF=WxW+VxVVxVWxwFxF

蒸發器例：在兩個個蒸發發器中中，每每小時時將5000kg的無機機鹽水水溶液液從12％％（質質量％％）濃濃縮到到30%。。第二二蒸發發器比比第一一蒸發發器多多蒸出出5%的水水分。。試求求：（1））各蒸蒸發器器每小小時蒸蒸出水水分的的量；；（2））第第一蒸蒸發器器送出出的溶溶液濃濃度。。解：首先畫畫一個個流程程圖表表示進進行的的過程程用方框框表示示設備備，輸輸入輸輸出設設備的的物流流方向向用箭箭頭表表示。。劃定衡衡算的的范圍圍為求各各蒸發發器蒸蒸發的的水量量，以以整個個流程程為衡衡算范范圍，，用一圈封封閉的的虛線線畫出。選擇衡衡算基基準（（連續續操作作以單單位時時間為為基準準，間間歇操操作以以一批批操作作為基基準））由于連連續操操作，，以1小時時為基基準。。蒸發器1蒸發器2x1W1W2F0=5000kg/hx0=0.12F1F2x2=0.3確定衡衡算對對象此題中中有兩兩個未未知數數，蒸蒸發的的水量量及送送出的的鹽溶溶液量量B，因此，，我們們就以以不同同衡算算對象象列出出兩個個衡算算式。。對鹽作物料料衡算算：對總物料料作衡算算：代入已已知數數據，，得：：由題意意知求第一一個蒸蒸發器器送出出的溶溶液濃濃度，，選擇擇第一一個蒸蒸發器器為衡衡算范范圍。。對鹽作作物料料衡算算：對總物物料作作衡算算：代入已已知數數據，，得：：解得：2.能量量衡算衡算依據據：能量量守恒定定律非定態：：輸輸入=輸出＋積積存定態：輸輸入量量=輸出量指明基準準溫度（（一般物物料的焓焓從0℃算起，也也可選其其它溫度度作基準準，必須須指明））例：在換熱熱器里將將平均比比熱為3.56kJ/（（kg··℃）的某溶液液自25℃加熱熱到80℃，溶溶液流量量為1.0kg/s，加熱介質質為120℃的的飽和水水蒸氣，，其消耗耗量為0.095kg/s，蒸氣冷凝凝成同溫溫度的飽飽和水排排出。試試計算此此換熱器器的熱損損失占水水蒸氣所所提供熱熱量的百百分數。。解：根據題意意畫出流流程圖換熱器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基準：1s在圖中虛線范圍圍內作熱熱量衡算算從附錄查查出120℃飽飽和水蒸蒸氣的焓焓值為2708.9kJ/kg，，120℃飽和水的的焓值為為503.67kJ/kg。在此系統統中輸入入的熱量量：蒸氣帶入入的熱量量：溶液帶入入的熱量量：輸出的熱熱量：冷凝水帶帶出的熱熱量：溶液帶出出的熱量量：根據能量量衡算式式，有：：熱量損失的百分數=

3.平衡關系系過程的平平衡問題題說明過過程進行行的方向向和所能能達到的的極限。。當過程不不是處于于平衡態態時，則則此過程程必將以以一定的的速率進進行。例例如傳熱熱過程，，當兩物物體溫度度不同時時，即溫溫度不平平衡，就就會有凈凈熱量從從高溫物物體向低低溫物體體傳遞，，直到兩兩物體的的溫度相相等為止止，此時時過程達達到平衡衡，兩物物體間也也就沒有有凈的熱熱量傳遞遞。4.傳遞速率傳遞過程的速速率和傳遞過過程所處的狀狀態與平衡狀狀態的距離及及其它很多因因素有關。傳傳遞過程所處處的狀態與平平衡狀態之間間的距離通常常稱為過程的的推動力。例例如兩物體間間的傳熱過程程，其過程的的推動力就是是兩物體的溫溫度差。增大速率可通通過：增大推推動力或減小小阻力來實現現通常存在以下下關系式：五、物理量的的單位表0-1國國際單位制的的基本單位量

的

名

稱單

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名

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位

符

號長

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培A熱力學溫度開爾文K物質的量摩

爾mol表0-2國國際單位制中中具有專門名名稱的導出單單位量

的

名

稱單

位

名

稱單

位

符

號其它表示式示例頻率赫茲Hzs－1力；重力牛頓N㎏·m/s2壓力（壓強），應力帕斯卡PaN/m2能量，功，熱焦耳JN·m功率瓦特WJ/s攝氏溫度攝氏度℃*表0-3CGS制與工程制的的基本單位

CGS制工程制量的名稱長度質量時間溫度長度力時間溫度單位符號cmgs℃mkgfs℃[例0-1]已知1atm=1.033kgf·cm-2，試將此壓強換換算為SI單位。1kgf=1kg×９.８８１ｍ·ｓ－２＝９.８１ＮＮ所以，1atm=１.０３３×９.８１Ｎ（１０－２ｍ）－２＝１.０１３Ｎｍ－２例題參考文獻姚玉英等主編編：化工原理理，天津科科技出版社柴柴誠敬敬等主編：化化工原理學習習指導，天天津科技出版版社叢德滋等主編編：化工原理理詳解與應用用化學工業業出版社何何潮洪等等主編：化工工原理習題精精解科學出出版社朱家驊等主編編化工原理理科學出版版社管管國鋒化工工原理化學學工業出版社社

王志志魁化工原原理化學工工業出版社譚譚天恩恩等主編：化化工原理，化化學工業出出版社化工原理課程程基礎數學、物理、、化學生物學學科交叉、融融合發展出新新的學科?？過程工程相關關課程間的關關系圖化工是物質合合成、提取與與制造的科學學與技術，可可以合成地球球已有物質，，亦可制造地地球沒有的功功能物質；是是21世紀實現可持持續發