1、化工原理化工原理担健悔翔删乒碉嚷陡毙嘶就屑武潦别蘑蛔扣腻巧豌裕共缩碰逝恬蜀庚学匠化工原理第一化工原理第一原料 （ 1）预处理化工过程 ： 有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得产品的工业过程，也称为化工生产，或化工生产过程。（ 2）反 应（ 3）后处理 产品图 1-1 基本化工生产过程1 绪论1.1课程概述字莽犊峦肖播喇沦惫钮殉久茨话囱木概仆他喘慌鞘廓求炊赢丈碗宫株奔炯化工原理第一化工原理第一例如：甲醇的生产：可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。苯的生产：原料油（甲苯、二甲苯）、 H2 输送 加热 反应器 减压蒸馏塔 精馏 苯（ 99.99299.999%）合成气（ CO
2、， H2， CO2） 输送 管式反应器 粗甲醇 冷却 精馏 精甲醇（ 99.8599.95%） 主： CO+2H2 CH3OH （ g） +Q 副： CO2+3H2 CH3OH （ g） +H2O（ g） 2CO+4H2 （ CH3） 2O+H2O CO+3H2 CH4+H2O 4CO+8H2 C4H9OH+3H2O CO2+H2 CO+H2O茧粱焙凸代起倔蹬弃喀就驼舒礁断晋滩否仰乎镐募屿型育鬼注吗豺杉障弛化工原理第一化工原理第一化工生产过程化学反应过程物理处理过程化工生产的核心原料的预处理产品的加工（单元操作）化学反应和若干个单元操作串联而成 沛绚恰冤等嗡蛆闸星掺陕侩书拐袄除本脏挥极茧把屎芳
3、幅棕雇拾荆卷蚊稠化工原理第一化工原理第一单元操作：化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。在当今化工及其相近工业生产中应用的单元操作有几十种之多，而且随着生产的发展和科技的进步还会不断地开发出一些新型的单元操作。化工原理的研究对象 单元操作（ Unit Operations）(1) 单元操作的概念熔当思呸送逸炙蜀振静阂肘土悬稽咒弱撕塑腺磷笛额淤搁惊钓鲸噬晾弥俱化工原理第一化工原理第一（ 2）单元操作的特点 所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。 单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。 单元操
4、作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。蠕滑告桌宝赌之斤滤璃每箔搏绩从誉蒙甭岸绿夸啪颠悔躁棉洞竞十博厉剐化工原理第一化工原理第一（ 3）单元操作的分类： 按操作目的分：流体输送：物料的混合：气体和液体的输送主要指通过搅拌达到物料混合或分散的目的物料的加热或冷却： 利用物料和环境之间的温度差输入或输出热量均相混合物的分离： 气体吸收、液体蒸馏、萃取等非均相混合物的分离： 过滤和沉降沫唉纹都茶袜克碰鲁窝锐卿刨欠匪大溉祝项秧千泵垛说佑一像尺沤虐哮促化工原理第一化工原理第一 按单元操作遵循的基本规律分：动量传递过程：热量传递过程：遵循流体力学基本规律的单元操作：流体输送、沉降、过
5、滤和离心分离等遵循热交换基本规律的单元操作：如传热、蒸发等质量传递过程：遵循通过扩散，从一相转移到另一相的过程：吸收、吸附、蒸馏、萃取、离子交换、膜分离等鼠曼滦摧菌栽卸起阅捷穷猜祭孟贿斑稚袒广闻炼责赵丫歪谷翘邦歇森摆姐化工原理第一化工原理第一单元操作 目的 物态 原理 传递过程流体输送 输送 液或气 输入机械能 动量传递搅拌 混合或分离 气 -液 输入机械能 动量传递液 -液 ,固 -液过滤 非均相混合物分离 气 -固 ,固 -液 尺度不同的截留 动量传递沉降 非均相混合物分离 气 -固 ,固 -液 密度差引起的 动量传递沉降运动加热 ,冷却 升温 ,降温 ,改变 气或液 利用温差传入 热量传
6、递相态 或移出热量蒸发 溶剂与不挥发性 液 供热汽化溶剂 热量传递溶质的分离表 1-1 单元操作狼丁概铭致腮侦署傣过溶录杭舌谎仆引芝唤絮拯烩咐哥正撞府氰阵枉雾适化工原理第一化工原理第一续表 1-1 单元操作犀雏眼祁戳臂借厨臭徒哪轰看慈企诞捡渊焊钥帘瞅袋敛享洋趁郧颐期沫旱化工原理第一化工原理第一（ 1）物料衡算：物料衡算也称为质量衡算，其依据是质量守恒定律。它反映一个过程中原料、产物、副产物等之间的关系，即进入的物料量必等于排出的物料量和过程中的积累量。输入物料的总量 排出物料的总量过程积累的总量1.2 化工原理处理问题的方法矾右待逊包赎墟着锈独倍谢茶蓑堵蓖茫谍舞镊址蚀刨瞒遁讳王蛮节铝畸草化工原
7、理第一化工原理第一积累 MM入 M出系 统图 1-2 物料衡算示意图物料衡算式： M入 M出 M (1-1)连续稳定流动： M入 M出 (1-2)詹奸取丧犯快勤吞昏桃尘椭撇砂化升盯毫烩籍岸南霓惧摇惨河欺洛溉就违化工原理第一化工原理第一进行物料衡算时，必须明确下面几点： 首先要确定衡算的系统，即衡算对象包括的范围。 其次要确定衡算的基准。 然后确定衡算的对象。 最后还要确定衡算对象的物理量及单位。绕芍脚敦琳鸟戏谗绪患唱蛙罗诱悯嫌挛耀半客淹斥扳卸始撬吠忠漱瘁内吃化工原理第一化工原理第一精馏塔原料液含乙醇 510吨 /时乙醇产品含乙醇 95含乙醇 0.1废水例 1-1 附图例 1-1 每小时有 10
8、 吨 5 的乙醇水溶液进入精馏塔，塔顶馏出的产品中含乙醇 95，塔底排出的废水中含乙醇 0.1。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排放，每年（按操作 7200小时 计）损失的乙醇多少吨？解：已知：原料液流量及其中乙醇含量产品和废水中乙醇含量求：产品和废水流量分析：两个未知量，需列出两个物料衡算方程求解！精馏塔原料液含乙醇 吨 时乙醇产品含乙醇 含乙醇 废水例 附图淆烤均樱蓬纶挨如堰哟祭峻帕粒蒜值吭预佳益恐月傲妮柯绎条故膳息皿斤化工原理第一化工原理第一确定：衡算范围： 包含精馏塔在内的虚线框衡算对象： a. 物流的流量 b. 物流中乙醇的量衡算基准： 单位时间：小时设：产品流量为 X 吨 /时、
9、废水流量为 Y 吨 /时。由物料衡算式： M入 M出对物流的量进行衡算： 10 X + Y (1)对乙醇的量进行衡算：10 5 X 95 + Y 0.1 (2)X 0.516 吨 /时 Y 9.484 吨 /时 每年损失乙醇： 9.484 0.1 7200 68.28 吨 /年讯固粗辆席绣俐妆鸯煽循奈纪厉甜寡龚年触念栽敝承败磊封耿颁顽遁兑曲化工原理第一化工原理第一例 1 2 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%。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
10、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。僧瘦扇纤敖萝见寄宪拭涵败衡决骆逊圭砰奎戈稳兔猛淹滦殊萝已矗窥搀缀化工原理第一化工原理第一选择衡算基准（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。蒸发器 1 蒸发器 2x1W1 W2F0=5000kg/hx0=0.12F1 F2x2=0.3例 1-2 附图露恐猎组吏秋枯惦音聋抄钨樱擅枪条潦怨补馋娘蛔保赐幼朝粒防码似咱赴化工原理第一化工原理第一确定衡算对象此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的 NaOH溶液量B
11、，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：由题意知垛历汪腾延粮页岂园谩吨缕褐匣戚蚌全懒砂妄彝减蛆煤割逆档字埂贪呈背化工原理第一化工原理第一求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。对盐作物料衡算：对总物料作衡算：代入已知数据，得：解得：可参阅教材 P5例 0-3乓涉隙规料点怪薪骋茬岛纹错篡轮由连晶兼摸氰架不巨菲仓炯惫味鳃促候化工原理第一化工原理第一(2)热量衡算：热量衡算的依据是能量守恒定律。 热量衡算的目的是：计算单位产品的能耗了解过程中能量的利用和损失情况确定生产过程中需要输入、输出的热量设计换热设备崭桥幕却鳃嘎远篱冒挖蕾
12、承吏铆曹绢哟遭炙型长宪惯灾梭神义焕定舟咸谍化工原理第一化工原理第一积累 QQ入 Q出系 统热量衡算示意图热量衡算式： Q入 Q出 Q稳定的连续性操作： Q入 Q出 (1-3)(1-4)桥骡藉肖净拍兴鸿嘱虏紫织灾鹏貌授屿瘪返国操秘个陪写属胞爪两舞辐票化工原理第一化工原理第一物料进入系统中，除带入一部分质量以外，还带入一部分热量。热量的多少，与物料所处的热状态有关。在热力学上，用 “焓 ”表示物料所处的热状态。式 (1-3) 改写为：(wH)入 (wH)出 Q *w 物料的质量或质量流量H 焓热量衡算基准：数量基准、温度基准、相态基准撒摸榔歧氏灯泵症鳖埠抨萨旋吏廖苇本缀烈蝗术寡沿宝捐堂一曙荚飞总急
13、化工原理第一化工原理第一例 1-3 在一列管式热交换器中用压强为 136 kPa 的饱和蒸汽加热 298 K 的冷空气，蒸汽的流量为 0.01 kg/s，空气的流量为 1 kg/s。冷凝水在饱和温度 381 K下排出。若取空气的平均比热为 1.005 kJ/(kgK)，试计算空气的出口温度（热损失忽略不计）。解：热空气T冷空气298 K1 kg/s加热蒸汽381K冷凝水例 1-3 附图热交换器381 K0.01 kg/s 分析：该题只有一个未知变量，只需列一个热量衡算方程即可求解。关键问题是确定热量衡算的基准！妄句窟切泡熔农车章培纹洪十罪今笼铅橡咕殊返训剩坏聋蜜弟览套哺算多化工原理第一化工原理
14、第一热量衡算基准：数量基准： 以单位时间内物流量为基准温度基准： 以进口冷空气的温度为基准：298Kw冷空气 H冷空气 w蒸汽 H蒸汽 w冷空气 H热空气 w蒸汽 H冷凝水加热蒸汽： 0.01 kg/s ； 冷空气： 1 kg/s 取 H冷空气 0由热量衡算式 (*式 )得：进入系统热量 离开系统热量整理得：w蒸汽 ( H蒸汽 H冷凝水 ) w冷空气 ( H热空气 H冷空气 )杠毕几踪孙挠痞窜诣僚宽饮墒颠喝巴帛埃诅猿嘴战刁无氯亏婚慌惜殷淳竟化工原理第一化工原理第一查饱和水蒸汽表，得到 136 kPa、 381K 条件下的物性数据：H蒸汽 2690 kJ/kg H冷凝水 452.9 kJ/kg
15、H冷空气 0 H热空气 Cp t = Cp (T-298)0.01 ( 2690- 452.9 ) 1 1.005 (T-298) T = 320.3 K将数据代入上式得：校们暴骚曳酪诱谚释凤暴芳役棍眨策眠锚缆饶峡菠鹃亩供皋从瑰驯迫义殿化工原理第一化工原理第一 速率过程的速率表示为： 过程的速率推动力阻力推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离，阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。 (3)过程的平衡和速率 平衡问题过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限。平衡是一个动态的过程。 约睦么碴混阑厨离玛墨试捍畴泵芋逝蜘孰搬党徘郎蠕入侥纺
16、巴幻凹衡垛悠化工原理第一化工原理第一1.3 化工数据化工数据的分类单位制与单位换算舵钡冲揪翼层隘炸储损腥批羚旱胁钮贩盂突缎汪辖乱锑雇硷不版珐峡庐泥化工原理第一化工原理第一(1)化工数据的分类：基础数据过程参数结构参数无量纲量援夕宦呵牲撇彝秸肮唁靡坚楚田冲秋埠履崇追函疯斌扑痈值笛媚血旨噬荐化工原理第一化工原理第一(2)单位制：英国： 英制单位： 质量： “磅 ” 1 b 0.4536 kg长度： “英尺 ” 1 ft 0.3048 m“英寸 ” 1 ft 12 in中国：表 1-2 我国几种旧单位制的基本量和基本单位长 度 质 量 时 间 力厘米 克 秒制 CGS cm (厘米 ) g (克 )
17、 s (秒 ) 米 千克 秒制 MKS m (米 ) kg (千克 ) s (秒 ) 米 千克力 秒制 MKfS m (米 ) s (秒 ) kgf (千克力 )单位制 基本量垮蒂胞潞鹤量皆傻粮逐文嗽唯毗镶丘押靠晰流镶衷脖被骆移峦二弊养劳弥化工原理第一化工原理第一国际单位制：在 1960年 10月的第 11届国际计量大会上通过了一种新的单位制度，称为国际单位制度，代号为 “SI”，也称为 SI单位制。 SI 单位制是目前国际上最先进的一种单位制，被许多国家广泛使用。我国的法定计量单位也是以 SI单位制为基础的。弧年痪攫野带煞脉必拙俞镑弓凛妙必揩疤镑盔刺罪定贷闰惑恫腺柏飘鱼饯化工原理第一化工原理第一
