1、化工原理-第 0 章 绪论化工原理-第 0 章 绪论.txt32 因为爱心，流浪的人们才能重返家园；因为爱心，疲惫的灵魂才能活力如初。渴望爱心，如同星光渴望彼此辉映；渴望爱心，如同世纪之歌渴望永远被唱下去。 本文由宇智轩贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。Principles of Chemical Engineering主讲： 解新安（ 主讲： 解新安（XIE XINAN） ） E-mail: 华南农业大学食品学院 2010 年 2 月教材管国锋主编. 化工原理 第三版） 管国锋主编 化工原理（第三版） 化学工业出版社, 化学工业出
2、版社 2008学时安排总学时： 总学时：80 学时 理论课： 其中 理论课： 实验课：实验课： 64 学时 16 学时参考文献高福成. 食品工程原理，中国轻工业出版社, 1. 高福成. 食品工程原理，中国轻工业出版社, 1998 姚玉英.黄凤廉，陈常贵等. 化工原理，上下册，天津： 2. 姚玉英.黄凤廉，陈常贵等. 化工原理，上下册，天津：科学技术出版 社.1999 3. 王志魁. 化工原理. 北京：化学工业出版社，1987. 王志魁. 化工原理. 北京：化学工业出版社， 金克普利斯著，清华大学化工组译. 传递过程与单元操作.1985。 4. 美J 金克普利斯著，清华大学化工组译. 传递过程与
3、单元操作.1985。 华南工学院等.发酵工程与设备。北京：轻工业出版社。 5. 华南工学院等.发酵工程与设备。北京：轻工业出版社。姚玉英.化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，1998。 6. 姚玉英.化工原理例题与习题。北京：化学工业出版社，1998。其它绪 论1 课程性质、内容及任务 课程性质、1.1 课程性质化工原理是食品工程、生物化工、化学工程、 化工原理是食品工程、生物化工、化学工程、农副产品加工 和贮藏等工科专业的学生必修的重要基础技术课程。 工科专业的学生必修的重要基础技术课程 和贮藏等工科专业的学生必修的重要基础技术课程。 先修课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等 先修
4、课：高等数学、物理、物理化学、机械制图等。1.2 课程内容本课程主要介绍“三传理论” 单元操作” 本课程主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。1.3 课程任务其主要任务是： 其主要任务是：掌握三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； 掌握三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； 三传理论 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算（核算） 、 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算（核算） 设备构造 选型（设计计算） 实验研究方法； 选型（设计计算）及实验研究方法； 方法 培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实 培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中
5、各种工程实 分析 化工单元操作中各种 际问题(核算、设计及实验研究方法 的能力 的能力。 际问题 核算、设计及实验研究方法)的能力。 核算2 化工过程及单元操作化学工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成 化学工业 利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成 生活资料的工业。 生活资料的工业。 化学反应过程：如发酵、 化工生产 ：(1) 化学反应过程：如发酵、化学合成等 (2) 物理加工过程 不同化工生产过程使用各种物理加工过程， 不同化工生产过程使用各种物理加工过程 ， 根据他们的操 作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程 基本操作过程， 作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操
6、作过程，如流体输 搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、 送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、 蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等 蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥等。单元操作。 这些基本的物理过程称为单元操作。单元操作的应用及特点若干个单元操作串 并联起来组成一个工艺过程。 若干个单元操作串、并联起来组成一个工艺过程。 单元操作 组成一个工艺过程 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质， 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质， 物理性操作 不改变其化学性质。 不改变其化学性质。 同一化工生产过程中，可能会包含多个相同的单元 同一化工生产过程中，可能
7、会包含多个相同的 多个相同 操作。 操作。 单元操作用于不同的生产过程， 基本原理相同， 单元操作用于不同的生产过程，其基本原理相同， 不同的生产过程 进行该操作的设备也可以通用 进行该操作的设备也可以通用。单元操作与加工过程（举例） 单元操作与加工过程（举例）奶粉生产工艺流程原料乳验收 预处理 预热杀菌 加糖 冷却与过筛 包装、 包装、检验 出粉 成品工艺流程图 加工现场真空浓缩喷雾干燥过滤乳品工程原理解析编号 ，名称 冷冻盐水管道 自来水管道 蒸汽管道 贮罐 离心泵 板式换热器 配料槽 均质机两段板式换热器作用 提供冷却介质 提供流动介质 提供加热介质 贮存牛奶与缓冲作用 输送牛奶 冷却牛
8、奶与加热空气 配料、 配料、混合与标准化 均质牛奶 巴氏灭菌 浓缩牛奶 分离水中的牛奶 提供负压 使牛奶产生较大的压力， 使牛奶产生较大的压力，利于 喷雾干燥 过滤空气， 过滤空气，使其清洁 干燥牛奶使其成为奶粉 风力空气中的奶粉颗粒 派出废气 筛出大的奶粉颗粒 冷却干燥后的牛奶单元操作 流体输送 流体输送 流体输送 流体输送 传热 搅拌 均质 传热 浓缩 物系分离 流体输送 流体输送 过滤 干燥 分离 流体输送 筛分 传热涉及的传递理论 动量传递 动量传递 动量传递 动量传递 热量传递 动量传递 动量传递与质量传递 热量传递 热量传递、 热量传递、动量传递与质量 传递 动量传递与质量传递 动
9、量传递 动量传递 动量传递 热量传递、动量传递与质量 热量传递、 传递 动量传递与质量传递 动量传递技术参数 ?20 常温 180 (21)4 90 80,20min 升膜式蒸发器 旋液分离器 喷射泵 高压泵 空气过滤器 喷雾干燥器 旋风分离器 风机 筛分机 流化床冷却 包装系统浓度 10% 浓度压力 kpa90%以上过 目筛， 以上过 100 目筛， 以上过 目筛 含水量 13% 含水量热量传递单元操作的分类单元操作按其理论基础可分为下列三类： 单元操作按其理论基础可分为下列三类： （1）流体流动过程（fluid flow process）: 流体流动过程（包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等
10、包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。 流体输送（2）传热过程（heat transfer process）: 传热过程（包括热交换、蒸发等 包括热交换、蒸发等。 热交换（3）传质过程（mass transfer process）: 传质过程（包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等 包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。 吸收上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论” 上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”三传理论流体流动时， 动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动 量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。 量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程
11、。凡是遵循流体 流动基本规律的单元操作，都可以用动量传递的理论去研究。 流动基本规律的单元操作，都可以用动量传递的理论去研究。热量传递(heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作， 体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，都可以用 热量传递的理论去研究。 热量传递的理论去研究。质量传递(mass transfer): 两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是遵循传质基本规律的单元操作，都可以用质量传递的 凡是遵循传质基本规律的单元操作， 理论去研究。 理论去研究。单元操作与三传的关系杀 菌：传热； 传热；真空浓缩：传热、传质、
12、流体流动； 真空浓缩：传热、传质、流体流动； 过 滤：流体流动 流体流动“三传理论”是单元操作的理论基础， 三传理论”是单元操作的理论基础， 三传理论 单元操作是“三传理论”的具体应用。 单元操作是“三传理论”的具体应用。 同时， 三传理论” 同时，“三传理论”和单元操作也是 化工技术的理论和实践基础。 化工技术的理论和实践基础。流体力学、 传热及传质的基本原理是各单元操作 流体力学 、 的理论基础。 的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递 现象， 如干燥、精馏等。 现象， 如干燥、精馏等。3 单位与单位换算3.1 单位制3.2 几种单位制几种不同单位制 名称 基 本 物 理 量 力
13、质量 长度 时间 温度 热量 符号 F M L T Q SI kg m s ，K J ，kj CGS g cm s ，K J MKS kg m s ，K J ，kj FPS lb ft s F ，R Btu 工程单位制 kgf m s ，K cal ，cal3.3、SI 制（Standard International Unit）:20 世纪 60 年 、 制 ） 代初国际度量衡会议提出,有 7 个基本量和基本单位即热力学 发光强 物质的 基本量 长度 质量 时间 电流 度 温度 量 坎德拉 摩尔 安培 A 基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 开尔文 k Cd mol 化学与 光学 电学 分
14、子物 应用范围 力学 力学 力学 热学 理学其他量称为导出量，其单位可由基本单位推导而出，称为导 出单位。 SI 制: 国际单位制中的单位由基本单位和导出单位构成。 制 国际单位制中的单位由基本单位 导出单位构成 基本单位和 构成。1984 确定我国统一实行中华人民共和国法定计量单位，以 SI制为基础；1991 年 1 月起除个别领域外，不允许使用法 定计量单位以外的单位。 1997 年我国国家标准计量局确定，我国将逐步采用 SI 制。 可见：单位制是基本单位与导出单位的总和。基本量的单 单位制是基本单位与导出单位的总和。 单位制是基本单位与导出单位的总和 位称为基本单位， 位称为基本单位，通
15、过基本单位而导出的单位称为导出单 位。 基本量和基本单位的选择，各种单位制均不相同，但通常 均取长度和时间作基本量。 如在 SI 制、cgs 制中，质量为基本量，其单位为基本单位， 而力为导出量；在工程单位制中力为基本量，其单位为基 本单位，而质量为导出量。3.4 单位换算同一物理量若用不同单位度量时， 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应 地改变。这种换算称为单位换算。 地改变。这种换算称为单位换算。通用气体常数R0.08206Latm/molK8.313J/molK 3.5 因次法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、 法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分 别用符号
16、L、 、 、 表示 表示， 别用符号 、M、T、 表示，则导出量可由这些基本量的符号 组合而成。 组合而成。 例：速度LT1 速度 加速度LT2 加速度 力MLT2 若某物理量以 表示，则称它为该物理量的因次 若某物理量以MaLbTc表示，则称它为该物理量的因次 或量纲（ 称为因次， 或量纲（dimension） （严格地说，指数 a、b、c 称为因次， ） 严格地说，指数 a MaLbTc称为该物理量的因次式或量纲式） 。它表示该物理 称为该物理量的因次式或量纲式） 。 ） 。它表示该物理 量的单位与基本量的单位之间的关系。 量的单位与基本量的单位之间的关系。当 abc0 时，时 1 称为无
17、因次 无因次（ M0L0T0 ，称为无因次（dimensionless） 。 ）4 单元操作中常用的基本概念物料衡算； 物料衡算； 能量衡算； 能量衡算； 物系的平衡关系； 物系的平衡关系； 传递速率； 传递速率； 经济核算。 经济核算。4.1 物料衡算（material balance） 物料衡算（依据质量守恒定律，进入与离开某一操作过程的物料质量之 依据质量守恒定律，进入与离开某一操作过程的物料质量之 操作过程 差，等于该过程中累积的物料质量，即 等于该过程中累积的物料质量， 输入量输出量 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变， 对于连续操作的过程，若各物理量不随
18、时间改变，即处于稳 定操作状态时，过程中不应有物料的积累， 定操作状态时，过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为 输入量 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。物料衡算的步骤： 物料衡算的步骤：（1）根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头 根据题意画出各物流的流程示意图， 表示，并标上已知数据与待求量。 表示，并标上已知数据与待求量。规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、 （2）规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及 设备的单位体积等作为计算的基准。 设备的单位体积等作为计算的基准 。 在较复杂的流程示 意
19、图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。 意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。4.2 能量衡算（energy balance）本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。 能量衡算的依据是能量守恒定律。 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。4.3 物系的平衡关系(relationship of system balance)平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。以食盐的溶解和结晶为例： 以食盐的溶解和结晶为例： 溶解 为例 食盐浓度 饱和浓度
20、：结晶 饱和浓度： 饱和浓度： 食盐浓度 饱和浓度：溶解 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 平衡浓度平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的 平衡关系可用来判断过程能否进行， 可用来判断过程能否进行 方向和能达到的限度。 方向和能达到的限度。 和能达到的限度4.4 传递速率（rate of transfer process） 以食盐的溶解为例： 以食盐的溶解为例：不饱和食盐溶液：溶解速率（单位时间内溶解的食 不饱和食盐溶液：溶解速率（ 盐质量）与食盐浓度有关，食盐浓度低时， 盐质量）与食盐浓度有关，食盐浓度低时，溶解速 率大；食盐浓度高时，溶解速
21、率小。 率大；食盐浓度高时，溶解速率小。 饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零。 饱和食盐溶液（即平衡状态）：溶解速率为零。 ）：溶解速率为零溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大； 溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大； 远离平衡浓度 越大 溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。 溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。溶 接近平衡浓度 越小 液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推 液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推 差值 动力（ force） 动力（driving force） 。 影响因素：颗粒大小和搅拌对溶解速率有影响。 影响因素：颗粒大小和
22、搅拌对溶解速率有影响。 原因：由大块改为许多小快， 原因：由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的 接触面积增大；由不搅拌改为搅拌， 接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质点对 阻力 流。其结果能减小溶解过程的阻力（resistance） 。 其结果能减小溶解过程的阻力（resistance）过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比， 过程的传递速率与推动力成正比，与阻力成反比，即 传递速率与推动力成正比此关系类似于电学中欧姆定律。 此关系类似于电学中欧姆定律。欧姆定律过程的传递速率是决定食品、 过程的传递速率是决定食品 、 化工设备的重要因 传递速率增大时，设备尺寸可以变小（ 素 ，
23、传递速率增大时 ， 设备尺寸可以变小 （ 投资与效 益问题） 益问题） 。4.5 经济核算 economic evaluations) 经济核算(效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。 效益是企业的命脉，经济核算是企业的核心工作。为生 产定量的某种产品所需要的设备， 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， 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， 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。 确定最经济的设计方案。本课程中，各单元操作的计算、 本课
24、程中，各单元操作的计算、设备的 选型等工作都将围绕上述五个方面进行， 选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以 最优经济效益作为最终的设计方案。 最优经济效益作为最终的设计方案。任何一个科研成果都要通 过工程技术才能得以大规模生 才能实现它的社会价值， 产，才能实现它的社会价值， 造福于广大的人民群众。 造福于广大的人民群众。化工原理是将实验室科研成果转 化工原理 入工业化生产的基础理论课程。 入工业化生产的基础理论课程。绪论完1 无锡轻工学院等.食品工程原理上、下册，北京：轻工业 无锡轻工学院等. 食品工程原理 下册，北京： 出版社，1985。 出版社，1985。 2 谭军.食品工程原理实验
25、讲义 ，武汉：华中农业大学教 谭军. 食品工程原理实验讲义 武汉： 务处，1992。 务处，1992。 3 天津大学化工原理教研室编.化工原理上、下册，北京： 天津大学化工原理教研室编. 化工原理 下册，北京： 天津科技出版社 1983。 天津科技出版社 1983。 4 上海化工学院等编.化学工程一、二册，北京：化学工 上海化工学院等编. 化学工程 二册，北京： 业出版社，1980。 业出版社，1980。 5 谭天恩等编.化工原理上、下册，北京：化学工业出版 谭天恩等编. 化工原理 下册，北京： 1984。 社 1984。 6 Stanley E. Charm, The Fundamental
26、s of Food Engineering. AVI Publishing inc 1978 7 Dennis R.Heldman. Food Process Engineering. AVI Publishing Company inc:1981 返回3.期刊 期刊 农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京： 农业工程学报编辑部出版， 1 农业工程学报：中国农业工程学会主办，北京：农业工程学报编辑部出版，全 国中文核心期刊。（EI 收录 。 （EI 收录） 国中文核心期刊。 （EI 收录） 农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京： 农业机械学报编辑部出版， 2 农业机械学报，中国农业机械学
27、会主办，北京：农业机械学报编辑部出版，全 国中文核心期刊。 （EI 收录 。 （EI 收录） 国中文核心期刊。 （EI 收录） 3 食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中国核心期刊 食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。 4 食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：食品工业科技编辑部出版， 食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京： 食品工业科技编辑部出版，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。 中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。 5 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信息中心主办， 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与
28、发酵工业信息中心主办， 北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。 北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家优秀技术期刊。 6 中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：中国粮油学报编辑部出版，全国 中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京： 中国粮油学报编辑部出版， 食品工业类中文核心期刊。 食品工业类中文核心期刊。 7 华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版，中文 华中农业大学学报，华中农业大学主办，武汉：华中农业大学编辑部出版， 核心期刊。 核心期刊。 8 化学工程，全国化工化学工程设计技术中心主办，西安：化学工程编辑部编 化学工程，全国化工
29、化学工程设计技术中心主办，西安： 化学工程 辑，陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。 陕西省邮政报刊发行局发行，核心期刊。 9 粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾：粮食与饲料工 粮食与饲料工业，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，无憾： 杂志社出版，中文核心期刊。 业杂志社出版，中文核心期刊。 10 Cereal Chemical 11 Journal of Food Science 12 Journal of Food Engineering 13 Transactions of the American Society of Agriculture engineering
30、 14 Journal of Text Study4.相关网站 相关网站1 化工原理网上自学教材 2 化工原理实验室近年主要成果及奖励 化工原理多媒体课件 3 化工原理概念题导师系统 4 清华大学 1998 年研究生入学考试：化工原理试题 5 化工原理自学考试大纲 6 天津大学 1999 硕士入学化工原理试题 7 化工原理网上课堂 8 化工原理网络多媒体课件系统 9 2000 年中国矿业大学硕士生入学考试化工原理试卷 10 1999 山东大学化工原理试题 11 化工原理期末复习提要 12 重金求购石油大学物化和化工原理试题 13 2000 年南京理工大学硕士生入学考试化工原理试卷 14 中国科学院过程工程研究所 2000 化工原理试题 15 化工原理网上课堂 16 上海交通大学研究生院 17 南京工业大学 2002 年硕士研究生入学考试化工原理 18 中国科学技术专家传略 19 山东农业大学-食品学院返回乳粉厂工艺流程图冷冻盐水 自来水 饱和蒸汽返回乳品加工现场乳品加工现场返回1
