1、教 师： 张明珏电 话： 13805195819Email: ,Unit Operations of Chemical Engineering,化 工 原 理,教材及参考书,教材夏清，贾绍义编，化工原理（上册和下册），天津大学出版社，2012第2版. 参考书姚玉英编，化工原理，天津大学出版社，1999.柴诚敬主编，化工原理，高等教育出版社，2005.,考核方式：,总评成绩=平时+期中考试+期末考试成绩,平时：10% 期中：20%（闭卷）期末：70%（闭卷）,作业,(1) 准备A、B两本作业本，每周一交一次； (2) 计算题求解步骤和要求（也适用于考试）： a. 要写出已知条件和求解参数（10%
2、） b. 一般要画出解题简图（10%） c. 解题步骤层次清晰，公式要准确 ( 50%) d. 已知数据代入公式求解( 20%) e. 计算结果 (10%),一、化工原理课程的研究内容和特点1.化工原理研究内容； 2.单元操作的分类和特点； 3.化工原理课程的研究方法； 4.化工过程计算的理论基础； 5.本课程的特点及学习要求 二、单位及单位换算 三、化工过程计算的基本关系 四、工程观念,绪 论,一、化工原理课程的研究内容和特点,1、化工原理研究内容,（1）化工生产过程：对原料进行化学加工获得有用 产品的过程称为化工生产过程。,乙烯,氯,提纯,提纯,单体合成,反应热,分离,裂解,精制 氯乙烯,
3、聚合,脱水干燥,分离,氧氯化,提纯,乙烯,空气,水,反应热,550 3MPa,220 0.5MPa,550 0.8MPa,CH2=CH2+Cl2,CH2ClCH2Cl,CH2ClCH2Cl,CHCl=CH2+HCl,2CH2=CH2+2HCl+O2,2CHCl-CH2+2H2O,HCl,聚氯乙烯生产,乙烯法,乙炔法,基本化工过程,原料,预处理,反 应,后处理,产品,化学反应工程,化工原理 (单元操作),（2）单元操作：指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。,本课程的研究内容就是各种单元操作，包括两个方面：过程和设备。,尽管用不
4、同原料生产不同的产品的化工过程相差很大，但它们都是由若干个简单过程（单元操作）按一定的顺序和方式组合而成的。,药物和制药工业：反应设备投资占10%,其他单元操作的设备投资占90%。,（3）单元操作在化工及其相近工业中的重要作用,化学和石油化学工业：反应设备投资占11%,其他单元操作的设备投资占89%；,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,2、单元操作的分类和特点,包括流体输送、沉降、 过滤、离心分离、搅拌、固体流态化等,动量传递,热量传递,包
5、括加热、冷却、 蒸发等,质量传递,包括蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶、膜分离等,分离过程,将混合物分离,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,2、单元操作的分类和特点,特点, 同一单元操作在不同的化工生产中遵循相同的过程规律，但在操作条件及设备类型(或结构)方面会有很大差别。, 物理过程。, 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现。,3、化工原理课程的研究方法,1 .实验研究方法(经验法) 因次分析 直管湍流阻力,2. 数学模型法(半经验半理论方法)双膜模型的建立,分析过程机理,物理模型,数学模型,含模型参数的结果,求得模型参数,合理简化,数学描述,求解,实
6、验,4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,5本课程的特点及学习要求,1. 本课程特点,该课程是化工类及相近专业一门重要的技术基础课，兼有“科学”与“技术”的特点,强调工程观点，定量运算，实验技能和设计能力的培养。,研究内容：各单元操作的基本原理，所用的典型设备的结构、工艺尺寸设计、工艺参数的设定和设备的选型。,2. 学习要求,(4) 过程开发或科学研究能力,(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,(5)实验能力,美国气象卫星的“失足” 计量单位的重要性,1998 年2月
7、，美国宇航局（NASA）发射探测火星气象的卫星失事。预定于1999年9月23日抵达火星，然而卫星没有进入预定的轨道。问题出在有些资料的计量单位没有把英制转换成公制，错误起自承包工程的洛克希德马丁航天公司。 这个 “小错误”造成的损失:仅卫星的造价就高达 1.25 亿美元。,二、单位及单位换算,1.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、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。,3、中华人民共和国法定计量单位 在SI制基础上制定的。,国际单位制与法定计量单位（SI）,1.单位和单位制度,2、单
8、位换算,1、物理量的换算,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,物理量的换算：物理量 = 数值单位,换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值。,例，长度物理量中：1m100cm英制3.2808ft,压力的单位（最多，一定要清楚）,1atm= 101300 N/m2 = 101.3 kPa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 760 mmHg,1at = 1 kgf / cm2 = 10 mH2O = 735.6 mmHg = 0.9807 bar = 9.807104 Pa,常温下水的密度: r = 1000
9、kg / m3 = 1 g /cm3 = 62.4 lb / ft3 = 102kgf / m3,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(换算因子)。 2. 将换算因次与各基本量进行相乘和相除，进行运算消去原单位，引入新单位。,2、单位换算,2、单位换算,化工原理 绪论,【例 0-1】某物质的比热容 cp =1.00 BTU / (lbF)，试从基本单位换算入手，将其换算为 SI 单位，即 kJ / (kg),解：查表： 1.00 BTU = 1.055 kJ1 lb = 0.4536 kg1 F = 5/9 ,1=1.055 kj/BTU 1=1 l
10、b/0.4536kg 1=1 F/(5/9) ,1、物料衡算 质量守恒定律在化工过程中的应用,稳定过程中：进入的能量 = 排出的能量,2、热量衡算 能量守恒定律在化工过程中的应用,稳定过程中：进入的物料量 = 排出的物料量,3、平衡关系 说明过程进行的方向和所能达到的极限,4、过程速率快慢程度，关系到生产过程设备的大小,三、化工过程计算的基本关系,1、物料衡算,设计设备尺寸之前，要确定所处理的物料量,根据质量守恒定律，任何一个化工生产过程 GI = GO +GAGI 输入物料质量的总和，kg，kg/hGO 输出物料质量的总和，kg，kg/hGA 积累在过程中的物料质量，kg 此式是物料衡算的通
11、式，可对总物料或其中某一组 成列出物料衡算式，进行求解。,1、物料衡算,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：,【例 0-2】,双效并流蒸发器是将待浓缩的原料液加入第一效中浓缩到某组成后由底部排出送至第二效，再继续浓缩到指定的组成，完成液由第二效底部排出。加热蒸汽也送入第一效，在其中放出热量后冷凝水排至器外。由第一效溶液中蒸出的蒸汽送至第二效作为加热蒸汽，冷凝水也排至器外。由第二效溶液中蒸出的蒸汽送至冷凝器中。,在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12（质量）浓缩到30%
12、。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求： （1）各蒸发器每小时蒸出水分的量； （2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。,解：首先画一个流程图表示进行的过程用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。,划定衡算的范围为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭的虚线画出。,选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准）由于连续操作，以1小时为基准。,确定衡算对象此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的盐溶液量B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,由题意知,求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个
13、蒸发器为衡算范围。,对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,解得：,（1）划定衡算范围（确定研究系统）； （2）定出衡算基准：物料基准、温度基准。,2、能量衡算,研究方法：,41,根据能量守恒定律，在任何一个化工生产过程中，凡向该过程输入的能量必等于该过程输出的能量。与物料衡算类似，能量衡算可表示为：QI = QO + QLQI 输入该过程的各物料带入的总热量，J，WQO输出该过程的各物料带出的总热量，J，WQL该过程与环境交换的总热量，当系统向环境散热时为 正，称为热损，J，W通过能量衡算，可以了解在生产操作中热量的利用和损失情况，而在生产过程与设备设计时，利用能量衡算可以确
14、定是需要从外界引入能量或向外界输出能量。,2、能量衡算,3、物系的平衡关系,物系的平衡可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的极限。当设备或系统内过程达到平衡时，过程就会停止，平衡状态是过程进行的极限。,4、过程速率,任何一个物系，如果不是处于平衡状态，必然存在一个趋向平衡的过程，而过程的快慢即过程的速率受多方面的影响。,过程的推动力依具体过程有所不同，它可以是压差、温度差或浓度差等。过程速率反映了过程进行的快慢程度。,四、研究方法：工程观念,所谓工程观念，就是必须同时具备四种观念，即理论上的正确性，技术上的可行性，操作上的安全性，经济上的合理性。在这四个观念中以经济为核心。,通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主 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。,小 结,
