1、1 化工原理 （上册） 章汝平主讲2 教材 柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材 化工原理（上册） 北京: 高等教育出版社 2005年6月（第一版）3 (1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005 (3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001 参考教材4 通过绪论的学习，应了解化工
2、原理课程的主 要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。 学习目的 与要求 绪论5 0.1 化工原理课程的内容和特点 绪论6 化学工业和化学工程 化学工业和化学工程 化学工业是将自然界中的各种物质资源通过物理和化学的方 法加工成具有规定质量的物质的工业。 化学工程是一门工程技术学科，它研究化工产品生产 过程的基本规律，并运用这些规律解决化工生产中的问题。 化学工业是一个包含多个行业的工业部门。 化学工业包括石油炼制和裂解、煤焦化及煤焦油工业、基本 有机合成工业、高分子合成、氯碱、制酸、化肥、以及精细 化学工业等。 产品归纳起来可分为25类
3、 化工产品根据技术密集高低、附加值利润大小、品种类型、 产量多少、更新速度快慢以及应用范围不同又可分为两大 类。 一类是通用化学品，另一类是精细化学品7 化工产品种类繁多，制取的化工原料却有限。 可分为无机和有机原料两大类。 无机原料主要有空气水和化学矿物；有机主要是煤、石油、 天然气和生物质等。 原料选择原则 1、考虑原料品位能否满足生产要求，来源是否充足稳定可 靠。 2、分析原料的经济性。要对原料路线和工艺路线的技术经 济指标权衡。 3、从综合利用原料资源考察原料使用合理性。 在遵守国家有关资源保护的法令和条例，兼顾联合审查、发 产品回收及三废处理等方面尽可能提高原料利用率发挥原料 单位相
4、互力所能创造的经济效益。8 化学工业特点 (1)化学工业是独特、不可取代的工业部门。 (2)化工产品品种繁多，工艺复杂 (3)是装置型工业，具有规模经济性 (4)是资金密集，技术密集的工业部门 (5)是能耗大户 (6)易污染、重污染的工业部门9 化学工程的发展 化学工程的发展 化学工程发展的四个阶段 化学工程发展的四个阶段 化学工艺学 阶段 化工单元 操作阶段 传递过程 阶段 “ 三传一反” 阶段10 化学工业领域的地位 物理化学 高分子 科 学 实 验 分析化学 应用化学 有机化学 无机化学 化学教育 化 学 家 制药工业 环境工程 化 工 生 产 复合材料 能源工程 石油化工 氯碱工业 硫
5、酸制造 合成氨 化 工 专 家 化工原理 传递过程 反应工程 分离工程 化工热力学 系统工程等11 化工原理课程内容 化工生产过程 化学反应 单元操作 反应工程 化工原理 三 传 一 反12 化工生产过程分析 化工生产过程分析 前处理 前处理( ( 预处理 预处理) ) 化学反应过程 化学反应过程 后处理 后处理( ( 加工 加工) ) 物理过程 物理过程 化学过程 化学过程 物理过程 物理过程13 二、单元操作的分类和特点 1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌 2、传热过程： 换热、蒸发 3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、 吸附、离子交换、膜分离 4、热质同时传递过程：增减
6、湿、结晶、干燥 分类14 化工原理是一门实践性很强的工程学科。单 元操作的研究内容包括 “过程 ”和 “设备 ”两个 方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量 传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。 三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的 联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。 二、单元操作的分类和特点 特点15 包括流体输送、沉降、 过 滤、离心分离、搅拌、固体流 态化等 以流体力学为基础 以热量传递理论为基础 包括加热、冷却、 蒸发等 以质量传递理论为基础 包括蒸馏、吸收、吸附、萃 取、干燥、结晶、膜分离等 化工生产中，主要的单元操作可以归纳为三类： 化工生产中，主要的单
7、元操作可以归纳为三类： 分离过程 分离过程 将混合物分离 将混合物分离16 三、化工原理课程的研究方法 1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确 定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（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。17 2、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，得出数学 模型。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 另一条主线。 三、化工原理课程的研究方法18 四化工过程计算的理论基础 设计型计算 操作型计算
8、 质量守恒 能量守恒 平衡关系 速率关系 所用基本关系： 化工计算分为19 五本课程的学习要求 学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力 (2)工程设计能力 (3)操作和调节生产过程的能力 (4)过程开发或科学研究能力 (5)实验能力20 绪论 0.2 单位制度及单位换算21 一 单位和单位制度 1、基本单位和导出单位 基本单位 导出单位 质量、长度、时间和温度 速度、密度、加速度 2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制 重力单位制 长度、质量、时间 长度、时间和力22 3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位 制。 4、中华人民共
9、和国法定计量单位 在SI制基础上制定的。 一 单位和单位制度23 国际单位制 国际单位制的构成 国际单位制的构成 国际单位制及其国际简称 国际单位制及其国际简称 SI SI 是在第 是在第 11 11 届国 届国 际计量大会（ 际计量大会（ 1960 1960 ）上通过的，包括 ）上通过的，包括 SI SI 单位和 单位和 SI SI 单位的倍数单位。 单位的倍数单位。 SI SI 单位是国际单位制中由 单位是国际单位制中由 基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单 基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单 位。除质量外，均不带 位。除质量外，均不带 SI SI 词头（质量的 词头（质量的 S
10、I SI 单位 单位 为千克）。 为千克）。 SI SI 单位的倍数单位包括 单位的倍数单位包括 SI SI 单位的十 单位的十 进倍数单位和分数单位。 进倍数单位和分数单位。24 表 表 SI SI 基本单位 基本单位 坎 德拉是一光源在给定方向上的发光强度, 该光源发出频 率weu540 10 12 Hz 的单色辐射, 且在此方向上的辐射强度为 (1/688)W/sr cd 坎 德 拉 发光 强度 摩 尔 是一系统的物质的量,该系统中包含的基本单元数与0.012kg 碳12的原子数目相等,在使用摩尔时,基本单位应予指明,可以是原 子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合 mo
11、l 摩 尔 物质 的量 开 尔文是水的三相点热力学温度的1/273.16 K 开 尔 文 热力学 温度 安 培 是在真空中,截面积可忽略的两根相距1m 的无限长平行圆直 导线内通以等量恒定电流时,若导线间相互作用力在每米长宽上为 210 -7 N, 则每根导线中的电流为1A A 安 培 电流 秒是铯-133 原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应的辐 射的9192631770个周期的持续时间 s 秒 时间 千克等于国际千克原器的质量 kg 千克 公斤 质量 米是光在真空中(1/299792458)s 时间间隔内所经路径的长度 m 米 长度 定义 单位 符号 单位名 称 量的 名称25 3.5 米
12、制 厘米克秒（CGS）制：物理制 长度(cm), 质量(g), 时间(s), 温度( ), 绝对温标(K) 绝对单位制(absolute system of units) ：以长度、 质量 及时间为基本单位。 工程单位制(engineering system of units) ：以长 度、 力及时间为基本单位 米千克秒（MKS ）制: SI 长度(m), 质量(kg), 时间(s) 绝对单位制26 米制工程制: 长度(m), 力(kgf), 时间(s) 为基本单位，质量成为导出单位。 千克力：1 千克质量的物体于真空中所受的重力。 （g=9.81m/s 2 ） 1kgf=1kg 9.81m/
13、s 2 =9.81kg.m/s 2 =9.81N 质量工程单位： 一物体在1kgf 的作用下，得到1m/s 2 的加速度，该物体的 质量为1 质量工程单位（kgf.s 2 /m ） kg s m s m kg s m kgf 81 . 9 / 1 / . 81 . 9 / 1 1 2 2 2 1质量工程单位= 1 质量工程单位的数值相当于SI 质量的9.81 倍27 3.6 英制 英尺磅秒（FPS ）制 长度(ft), 质量(lb), 时间(s) 为基本单位，力为导 出单位（磅达，磅. 英尺/ 秒 2 ）。温度( 华氏度,F), 绝对温标（Rankine ，R ） 1Pdl=1 lb ft/s
14、 2 =1 lb.ft/s 2 (Poundle, 磅达) 1 Pdl=0.1383N=0.1383 10 5 dyne 英国工程制 长度(ft), 力（lbf), 时间(s). 斯勒(Sl g) ：质量工程单位，磅力. 秒 2 / 英尺 lb s ft s ft lb s ft lbf 17 . 32 / 1 / . 17 . 32 / 1 1 2 2 2 1 Sl g= 1 lbf=32.17 Pdl=32.17 lb.ft/s 228 美国工程制: 长度(ft), 时间(s), 力(lbf), 质量(lbm) 为基本单位。 1lbf 为1lbm物体在地面所受的重力，重力加速度 为32.1
15、7ft/s 2 . 牛顿公式：F=ma/g e (g e 为力与质量间的比例常数) lbf s lbm ft g g s ft lbm lbf e e . . 17 . 32 / 17 . 32 1 1 2 2 29 二、单位换算 单位换算的原则： 属于不同因次的单位，不能进行加减乘除等数学 运算，相同因次而不同单位要运算时，须先将其转换 成相同的单位，才能进行加加减乘除等数学运算。 单位换算的方法（连接单位法） 1.先查出同一因次不同单位制的换算系数，写成比 例形式。 2. 将需要换算的量和单位根据其间的关系写成数 字附带单位连乘、连除的式子，再进行运算30 二、单位换算 1、物理量的换算
16、基本物理量中为1m物理单位制中100cm 英制3.2808ft 2、经验公式（或数字公式）的单位换算 （a）物理方程 （b）经验方程 换算方法见例02。31 1. 1. 物料衡算 物料衡算 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的 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质量，即 物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即 输入量输出量累积量 输入量输出量累积量 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，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积 变，即稳定操作状态时，过程中不应有物料的积 累。则物料衡算关系
17、为 累。则物料衡算关系为 输入量输出量 输入量输出量 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。 用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。 三、几个基本概念 三、几个基本概念32 1 、画出流程示意图，标出 物料流向与流量、组成等； 2 、用虚线划出衡算范围； 3 、定出衡算基准； 4 、列出衡算式并求解。 物料衡算可按下列步骤进行： 物料衡算可按下列步骤进行： V D F Vx Dx Fx V D F 33 2. 2. 能量衡算 能量衡算 在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济 指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是 否先进合理的主要指标之一。 能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行
18、完备的物 料衡算后才能作出能量衡算。 能量衡算依据于能量守恒定律： 输入的能量= 输出的能量+ 积累的能量34 本课程中所用到的能量主要是机械能和热能。能 本课程中所用到的能量主要是机械能和热能。能 量衡算的依据是能量守恒定律。 量衡算的依据是能量守恒定律。 机械能衡算将在第一章流体流动中说明； 机械能衡算将在第一章流体流动中说明； 热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具 热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具 体单元操作有详细说明。 体单元操作有详细说明。 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。35 3 平衡关系 平衡是在一定条件下物系变化可能达到
19、的极限。 通过平衡关系可以判断过程能否进行，及进行的 方向和能达到的程度。 平衡关系对于分析化工生产过程具有重要的意 义。36 4 4 过程速率 过程速率 化工原理中涉及传热速率和传质速率，称为过程速 率。 过程速率的大小，直接影响设备的尺寸大小，生产能 力及经济效益等。过程速率是过程推动力和过程阻力 的比值 阻力 推动力 速率 37 5. 经济核算 (Economical accounting) 为生产定量的某种产品所需要的设备，根据 设备的型式和材料的不同，可以有若干设计 方案。对同一台设备，所选用的操作参数不 同，会影响到设备费与操作费。因此，要用 经济核算确定最经济的设计方案。38 练
20、习题目 思考题 作业题: 1、2 1 何谓单元操作？如何分类？ 2. 联系各单元操作的两条主线是什么? 3. 比较实验研究方法和数学模型的区别与联系。 4. 何谓单位换算因子?1 第一章 流体流动 通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。 学习目的 与要求2 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定3 连续介质假定 假定流体是由连续分布的流体质点所组成，表 征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和 时间上是连续的分布函数。 连续介质假定4 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1
21、 连续介质假定 1.1.2 流体的密度5 流体的密度 流体空间某点上单位体积流体的质量 lim VV m V 流体的密度是位置(x,y,z)和时间的函数 (,) xyz 密度6 流体的密度 mp M VR T 纯物质的密度： 液体：基本不随压力变化（极高压力除外），随 温度略有变化。 气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理 想气体状态方程计算7 气体混合物，混合前后质量不变 液体混合物，混合前后体积不变 12 n 12 n 1 . m ww w 1122 nn . m 组分的质 量分数 组分的体 积分数 混合物的密度： 流体的密度8 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连
22、续介质假定 1.1.2 流体的密度 1.1.3 流体的可压缩性与不可压缩流体9 一、流体的可压缩性 1 dv vd p 或 1 d dp （1-4） （1-5） 流体的可压缩性通常用体积压缩系数来表 示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单 位时，流体体积的相对缩小量 体积压缩系数10 二、不可压缩流体 值越大，流体越容易被压缩。 可压缩流体 0 的流体为可压缩流体 不可压缩流体 =0 的流体为不可压缩流体 气体在一般情况下是可压缩流体 大多数液体可视为不可压缩流体。11 需要指出，实际流体都是可压缩的，不可 压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些 流体所作的假设而已。 二、不可压缩流体1
23、2 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定 1.1.2 流体的密度 1.1.3 流体的可压缩性与不可压缩流体 1.1.4 流体的黏性13 一、牛顿黏性定律 流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作 用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体 所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质 称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于 静止还是流动，都具有黏性。 黏性14 图1-1平板间黏性流体的速度变化 一、牛顿黏性定律 上板以恒定 速度沿x的正 方向运动15 实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体 层之间作用的剪切力 与两流体层的速度差 及其作用面积 成正比
24、，与两流体层之间的垂直 距离 成反比 F u A y 牛顿黏性定律： x du dy （1-7） 一、牛顿黏性定律16 一、牛顿黏性定律 牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体 所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流 体，如水、空气等。17 凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体 (non-Newtonian fluid)。 某些高分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于 非牛顿流体。 非牛顿型流体(non-Newtonian fluid) 一、牛顿黏性定律18 二、流体的黏度 一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏 度。 11 / Pa kg Pa s du
25、dy m s m m s 2 112 dyn cm dyn s g P cm s cm cm cm s 在SI单位制中，黏度的单位为Pas， 在物理单位制上，其单位为P（泊），19 运动黏度 / SI单位为m 2 /s；在物理单位cm 2 /s称为沲， 以St表示。 二、流体的黏度 42 1S t 1 0 0 c S t 1 0 m / s 20 的流体称为理想流体。 自然界不存在真正的理想流体。 0 三、理想流体与黏性流体 理想流体21 第一章 流体流动 1.2 流体静力学22 流体静力学 流体静力学主要研究流体静止时流体内部 各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用 下，静止流体内部的压力
26、变化规律23 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力24 外界作用于流体上的力 体积力 表面力25 一、体积力 g g F V 体积力(body force)又称为场力，质量力， 是一种非接触力。地球引力，带电流体所受的 静电力，电流通过流体产生的电磁力等均为体 积力。 本书只涉及重力： 设流体密度为，体积为V，则其所受的重力为 体积力26 表面力 （又称接触力或机械力） 与流体元相接触的环境流体（有时可能是 固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又 称为机械力，与力所作用的面积成正比。 二、表面力27 图1-2 作用在流体上的力 二、表面力28 二、表面力 t t dF
27、 dA n n dF dA 切向应力 法向应力 单位面积上的表面力称为表面应力。 表面应力29 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性30 静止流体的压力特性 静止的流体内部没有剪应力，只有法线方 向的应力，通常将该法向应力称为流体的静压 力，以p表示。 P p A 流体的静压力31 静止流体的压力特性 在SI单位制中，压力单位是N/m 2 或Pa。 其他单位还有：1atm101300 N/m 2 101.3kPa 1.033kgf/cm 2 10.33mH 2 O760mmHg 不同基准压力之间的换算 压力的单位 表压力 = 绝对压力大气
28、压力 真空度 = 大气压力绝对压力 真空度 = -表压力32 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1.2.3 流体静力学方程33 流体静力学方程 图1-3 流体静力学方程的推导 微元立方流体 边长:dx、dy、dz 密度:34 流体静力学方程 z方向上的力（向上为正）仅为重力和静压力 ( ) p p dz dxdy pdxdy z 与 （2）作用整个微元体的重力为 gdxdydz （1）作用于微元体上、下底面的表面力（压 力）分别为35 流体静力学方程 则z方向上力的平衡式为 () 0 p pdxdy p dz dxdy gdxdydz
29、 z 化简得 0 p g z 静止流体的欧拉(Euler)方程36 同理，在x，y方向上： 0 p x y 轴 0 p y x 轴 流体静力学方程37 12 12 pp gz gz 或 0 p pg h 当流体不可压缩（= 常数）时，积分可得 流体静力学方程 p gz 常数 或 (1-11) (1-12) (1-14) 总势能守恒 等压面38 21 pp h g 静力学基本方程式可改写为 因此，压差的大小可用一定的液柱高度来表示 流体静力学方程 (1-15)39 不可压缩流体的静 力学基本方程式 12 12 pp gz gz 0 p pg h p gz 常数 21 pp h g 反映重力场作业
30、 下，静止流体内部 压力的变化规律 流体静力学方程40 应注意，液柱高 度表示压差大小时必 须指明是何种液体。 图1-4 静止液体内部的压力分布 流体静力学方程41 流体静力学方程 静力学方程式 仅适用于连通着的 同一种连续的不可 压缩静止流体。42 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1.2.3 流体静力学方程 1.2.4 流体静力学方程的应用43 一、压力与压力差的测量 1.U管压差计（U- tube manometer） 图1-5 U管压差计 动画0444 根据流体静力学基本方程式可得 1 () aB p p gmR 2 aBA
31、p pg mg R 于是 12 () BB A pg mRp gm gR 一、压力与压力差的测量45 上式化简，得 12 () AB ppg R 若被测流体为气体，由于气体的密度比指示液 的密度小得多，气体的密度可以忽略，于是 12 A pp g R 若U管的一端与被测流体连接，另一端与大 气相通，此时读数反映的是被测流体的表压力。 一、压力与压力差的测量46 2.双液U管微压差计 （two-liquid manometer） 图1-6 双液U管微压计 一、压力与压力差的测量47 如果双液压差计小室内液面差不可忽略时， 12 () AC C ppR g R g 式中 为小室的液面差； d U管
32、内径； D 小室内径。 R 一、压力与压力差的测量 2 d RR D 48 12 () AC ppg R 如果双液压差计小室内液面差可忽略，则 (1-17) 一、压力与压力差的测量49 二、液位的测量 图1-7 压差法测量液位 动画2950 例1-5 附 图 二、液位的测量 动画3051 三、液封高度的计算 设备的液封也是过程工业中经常遇到的问题， 设备内操作条件不同，采用液封的目的也就不 同。流体静力学原理可用于确定设备的液封高 度。具体见例1-6 52 例1-6 附图 三、液封高度的计算53 练习题目 思考题 作业题: 3、4 1静压力有什么特性？ 2. 不同基准压力之间的换算关系是怎样的
33、。 3. 流体静力学方程式的应用有哪些方面。1 化工原理 （上册） 制作人：夏 清2 总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ） 绪论 1 第一章 流体流动 13 第二章 流体输送机械 8 第三章 非均相混和物分离及固体流态化 8 第四章 液体搅拌 2 第五章 传热 14 第六章 蒸发 4 学时安排3 教材 柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材 化工原理（上册） 北京: 高等教育出版社 2005年6月（第一版）4 (1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005
34、 (3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001 参考教材5 网络课程辅助教学 化工原理及实验网络课程 网址：202.113.179.1816 网络课程站点 化工原理及实验网络课程 虚 拟 课 堂 演 示 实 验 图 片 汇 总 动 画 汇 总 思 考 题 汇 总 作 业 汇 总 讨 论 与 答 疑 网 上 自 测 教 师 主 页 附 件 下 载 网络课程辅助教学7 通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主 要内容，单
35、元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。 学习目的 与要求 绪论8 0.1 化工原理课程的内容和特点 绪论9 一、化工原理课程内容 化工生产过程 化学反应 单元操作 反应工程 化工原理 三 传 一 反10 二、单元操作的分类和特点 1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌 2、传热过程： 换热、蒸发 3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、 吸附、离子交换、膜分离 4、热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥 分类11 化工原理是一门实践性很强的工程学科。单 元操作的研究内容包括 “过程 ”和 “设备 ”两个 方面。 所有的单元操作都可分解为
36、动量传递、热量 传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。 三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的 联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。 二、单元操作的分类和特点 特点12 三、化工原理课程的研究方法 1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确 定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（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。13 2、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，得出数学 模型。通过实验确定模型参数。 研究工程问题的方法是联系
37、各单元操作的 另一条主线。 三、化工原理课程的研究方法14 四化工过程计算的理论基础 设计型计算 操作型计算 质量守恒 能量守恒 平衡关系 速率关系 所用基本关系： 化工计算分为15 五本课程的学习要求 学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力 (2)工程设计能力 (3)操作和调节生产过程的能力 (4)过程开发或科学研究能力 (5)实验能力16 绪论 0.1 化工原理课程的内容和特点 0.2 单位制度及单位换算17 一 单位和单位制度 1、基本单位和导出单位 基本单位 导出单位 质量、长度、时间和温度 速度、密度、加速度 2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制 重
38、力单位制 长度、质量、时间 长度、时间和力18 3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位 制。 4、中华人民共和国法定计量单位 在SI制基础上制定的。 一 单位和单位制度19 二、单位换算 1、物理量的换算 基本物理量中为1m物理单位制中100cm 英制3.2808ft 2、经验公式（或数字公式）的单位换算 （a）物理方程 （b）经验方程 换算方法见例02。20 第一章 流体流动 通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。 学习目的 与要求21 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质
39、1.1.1 连续介质假定22 连续介质假定 假定流体是由连续分布的流体质点所组成，表 征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和 时间上是连续的分布函数。 连续介质假定23 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定 1.1.2 流体的密度24 流体的密度 流体空间某点上单位体积流体的质量 lim VV m V 流体的密度是位置(x,y,z)和时间的函数 (,) xyz 密度25 流体的密度 mp M VR T 纯物质的密度： 液体：基本不随压力变化（极高压力除外），随 温度略有变化。 气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理 想气体状态方程计算26 气体混合物，混合前
40、后质量不变 液体混合物，混合前后体积不变 12 n 12 n 1 . m ww w 1122 nn . m 组分的质 量分数 组分的体 积分数 混合物的密度： 流体的密度27 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定 1.1.2 流体的密度 1.1.3 流体的可压缩性与不可压缩流体28 一、流体的可压缩性 1 dv vdp 或 1 d dp （1-4） （1-5） 流体的可压缩性通常用体积压缩系数来表 示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单 位时，流体体积的相对缩小量 体积压缩系数29 二、不可压缩流体 值越大，流体越容易被压缩。 可压缩流体 0 的流体为可压缩流
41、体 不可压缩流体 =0 的流体为不可压缩流体 气体在一般情况下是可压缩流体 大多数液体可视为不可压缩流体。30 需要指出，实际流体都是可压缩的，不可 压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些 流体所作的假设而已。 二、不可压缩流体31 第一章 流体流动 1.1 流体的重要性质 1.1.1 连续介质假定 1.1.2 流体的密度 1.1.3 流体的可压缩性与不可压缩流体 1.1.4 流体的黏性32 一、牛顿黏性定律 流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作 用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体 所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质 称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于
42、 静止还是流动，都具有黏性。 黏性33 图1-1平板间黏性流体的速度变化 一、牛顿黏性定律 上板以恒定 速度沿x的正 方向运动34 实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体 层之间作用的剪切力 与两流体层的速度差 及其作用面积 成正比，与两流体层之间的垂直 距离 成反比 F u A y 牛顿黏性定律： x du dy （1-7） 一、牛顿黏性定律35 一、牛顿黏性定律 牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体 所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流 体，如水、空气等。36 凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体 (non-Newtonian fluid)。 某些高
43、分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于 非牛顿流体。 非牛顿型流体(non-Newtonian fluid) 一、牛顿黏性定律37 二、流体的黏度 一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏 度。 11 / Pa kg Pa s du dy m s m m s 2 112 dyn cm dyn s g P cm s cm cm cm s 在SI单位制中，黏度的单位为Pas， 在物理单位制上，其单位为P（泊），38 运动黏度 / SI单位为m 2 /s；在物理单位cm 2 /s称为沲， 以St表示。 二、流体的黏度 42 1S t 1 0 0 c S t 1 0 m / s 39 的流体称为理想流体
44、。 自然界不存在真正的理想流体。 0 三、理想流体与黏性流体 理想流体40 练习题目 思考题 作业题: 1、2 1 何谓单元操作？如何分类？ 2. 联系各单元操作的两条主线是什么? 3. 比较实验研究方法和数学模型的区别与联系。 4. 何谓单位换算因子? 5. 什么是连续性假设？质点的含义是什么？1 第一章 流体流动 1.2 流体静力学2 流体静力学 流体静力学主要研究流体静止时流体内部 各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用 下，静止流体内部的压力变化规律3 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力4 外界作用于流体上的力 体积力 表面力5 一、体积力 g g F V
45、体积力(body force)又称为场力，质量力， 是一种非接触力。地球引力，带电流体所受的 静电力，电流通过流体产生的电磁力等均为体 积力。 本书只涉及重力： 设流体密度为，体积为V，则其所受的重力为 体积力6 表面力 （又称接触力或机械力） 与流体元相接触的环境流体（有时可能是 固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又 称为机械力，与力所作用的面积成正比。 二、表面力7 图1-2 作用在流体上的力 二、表面力8 二、表面力 t t dF dA n n dF dA 切向应力 法向应力 单位面积上的表面力称为表面应力。 表面应力9 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力
46、1.2.2 静止流体的压力特性10 静止流体的压力特性 静止的流体内部没有剪应力，只有法线方 向的应力，通常将该法向应力称为流体的静压 力，以p表示。 P p A 流体的静压力11 静止流体的压力特性 在SI单位制中，压力单位是N/m 2 或Pa。 其他单位还有：1atm101300 N/m 2 101.3kPa 1.033kgf/cm 2 10.33mH 2 O760mmHg 不同基准压力之间的换算 压力的单位 表压力 = 绝对压力大气压力 真空度 = 大气压力绝对压力 真空度 = -表压力12 第一章 流体流动 1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1
47、.2.3 流体静力学方程13 流体静力学方程 图1-3 流体静力学方程的推导 微元立方流体 边长:dx、dy、dz 密度:14 流体静力学方程 z方向上的力（向上为正）仅为重力和静压力 ( ) p p dz dxdy pdxdy z 与 （2）作用整个微元体的重力为 gdxdydz （1）作用于微元体上、下底面的表面力（压 力）分别为15 流体静力学方程 则z方向上力的平衡式为 () 0 p pdxdy p dz dxdy gdxdydz z 化简得 0 p g z 静止流体的欧拉(Euler)方程16 同理，在x，y方向上： 0 p x y 轴 0 p y x 轴 流体静力学方程17 12 12 pp gz gz 或 0 p pg h 当流体不可压缩（= 常数）时，积分可得 流体静力学方程 p gz 常数 或 (1-11) (1-
