1、化工原理课件 绪论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。化工原理Principles of Chemical Engineering吉林化工学院化工原理教学与实验中心 李忠玉 （博士，教授）博士，教授）化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering个人简介 李忠玉，博士，教授。2005 年 李忠玉，博士，教授。2005 年 9 月于日本山口大学获工学博 士学位，2006 年 月至 2008 2008 年 士学位，2006 年 2 月至 2008 年 1 月曾在清华大学化学
2、系从事博 士后研究工作。 士后研究工作。现主要研究方 向为非线性光学材料、 向为非线性光学材料、材料光 化学与光物理性能研究等。 化学与光物理性能研究等。近年来，主持中国博士后科学基金一项，承担国家 973 项目和 近年来，主持中国博士后科学基金一项，承担国家 973 项目和 973 国家自然基金各一项，其他项目多项。 国家自然基金各一项，其他项目多项。在国内外发表研究论文 50 余篇 其中被 SCI 收录 30 余篇， SCI 收录 30 篇 EI 收录 10 余篇 收录 10 余篇， 50 余篇，其中被 SCI 收录 30 篇，EI 收录 10 余篇，发明日本专利 一项。 2009年 一项
3、。 2009 年，获首批吉林省高校百名科技领军人才和吉林 市第四批优秀青年科技专家称号。 市第四批优秀青年科技专家称号。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering2志于道， 志于道， 据于德， 据于德， 依于仁， 依于仁， 游于艺。 游于艺。论语 论语化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering化工原理教学安排及要求1本学期化工原理讲课学时安排化工原理上册，教学大纲共计 48 学时。 化工原理上册，教学大纲共计 48 学时 学时。 绪论 第一章 流体
4、流动 第二章 流体输送机械 第四章 流体通过颗粒层的流动 第五章 颗粒的沉降和流态化 第六章 传热 2 学时 14 学时 14 学时 8 学时 6 学时 4 学时 14 学时 14 学时2教学环节与要求 课堂教学（思路和概念为主）：认真听讲、记笔记，不迟到、早退， ）：认真听讲 课堂教学（思路和概念为主）：认真听讲、记笔记，不迟到、早退，保证出勤率 预习、复习、 预习、复习、练习 严谨，独立完成，及时答疑， 平时成绩 30%。 作业 ：严谨，独立完成，及时答疑， 平时成绩 30%。 期末考试(闭卷)70% 期末考试(闭卷)70%我的联系方式 E-mail: 化工与材料工程学院 Departme
5、nt of Chemical and Materials Engineering4教材： 教材： 化工原理 ） ，陈敏恒等 陈敏恒等， 化工原理 （上） ，陈敏恒等，化学工业出版社参考教材： 参考教材： 1.化工原理 （上） ，姚玉英等，天津大学出版社 ） ，姚玉英等 姚玉英等， 化工原理 2.化工流体流动与传热 ，柴诚敬等，化学工业出版社 化工流体流动与传热 柴诚敬等， 3.化工原理 （上） ，蒋维钧等，清华大学出版社 ） ，蒋维钧等 蒋维钧等， 化工原理辅助教学资料： 辅助教学资料： 1.化工原理学习指导 ， 马江权等 ，华东理工大学出版社 化工原理学习指导 2.化工原理学习指南 ，柴诚敬
6、等，高等教育出版社 化工原理学习指南柴诚敬等， 3.化工原理学习指导疑难解析 例题详解 习题精选， 习题精选， 化工原理学习指导 疑难解析 丁忠伟， 丁忠伟，化学工业出版社 4.化工原理 湛等， 化工原理 800 例 ，王 湛等，国防工业出版社 例化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering5强调三点： 强调三点：1、重要性：化学工程技术人员必修之课，重要的专业 、重要性：化学工程技术人员必修之课， 技术基础课，应用性课程； 技术基础课，应用性课程；理论与工程实际相联系的桥 梁。 2、复杂性：难学。是在高等数学、物理学及物
7、理化学 、复杂性：难学。是在高等数学、 等课程的基础上开设的较综合的课程。方法与前不同，等课程的基础上开设的较综合的课程。方法与前不同， 公式多，知识比较零散。 公式多，知识比较零散。 3、严谨性：要求树立严谨的态度。 、严谨性：要求树立严谨的态度。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering6目的和要求通过本课程的学习，应树立起工程观点（安全适用、 通过本课程的学习，应树立起工程观点（安全适用、经 济合理） ，掌握解决工程实际的方法， ） ，掌握解决工程实际的方法 济合理） ，掌握解决工程实际的方法，培养下列两种基本 能
8、力： 能力： （1）以工程技术观点和经济观点来分析和处理实际问 ） 工程技术观点和经济观点来分析和处理实际问 题的能力； 题的能力； （2）熟练的进行化工基本运算。以便在化工生产、科 ）熟练的进行化工基本运算。以便在化工生产、 研和设计工作中达到强化生产过程，提高产品质量， 强化生产过程 研和设计工作中达到强化生产过程，提高产品质量，提高 设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗， 设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗， 防止污染以及加速新技术开发等方面的目的 以及加速新技术开发等方面的目的。 防止污染以及加速新技术开发等方面的目的。7化工与材料工程学院 Departmen
9、t of Chemical and Materials Engineering本课程，不是教大家如何合成得到新物质？ 本课程，不是教大家如何合成得到新物质？如何 提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。 提取新物质？如何表征新物质？这是化学家的事。 化学工程研究的是： 化学工程研究的是：如何把化学家们的小试研究 成果开发放大为中试，再开发为生产规模。 成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学 中试 生产规模 实验与化工之间架桥的工作， 实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创 造价值的劳动。 造价值的劳动。化工与材料工程学院 Department of Chemical and
10、 Materials Engineering8绪1、化学工程和单元操作 、论一、 “化工原理”课程的任务化学工程 ：是研究大规模地改变物料的化学组成和物理性质而得到合乎要求的产品的工程技术学科。 物理性质而得到合乎要求的产品的工程技术学科。 化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的 工业。其核心是化学反应过程及其设备。 工业。其核心是化学反应过程及其设备。一个化工产品生产要经过很多步骤化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering9乙炔法制聚氯乙烯C2H2 + HCl ?C2H3Cl ?(?C2H3Cl ?)n ? ?合
11、成 聚合乙炔 氯化氢 原料提纯反应热 单体合成 单体精制 压缩冷凝产品脱水干燥聚合 反应热10化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering高压聚乙烯生产过程示意图化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering11化工生产的两大部分 核心部分 化学反应过程 辅助部分 前、后处理过程 化工生产所不可缺少单元操作（Unit Operations） 单元操作（ ）一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外， 一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外
12、， 其它均可分解为一系列的物理加工过程。 其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称 单元操作” 为“单元操作” 。蒸发：制糖工业糖水的浓缩； 糖水的浓缩； 蒸发：制糖工业糖水的浓缩 制碱工业苛性钠溶液的浓缩 苛性钠溶液的浓缩； 制碱工业苛性钠溶液的浓缩； 甘油和生物胶水溶液的浓缩； 甘油和生物胶水溶液的浓缩； 牛奶和橘汁的浓缩。 牛奶和橘汁的浓缩。 精馏：酿酒，石油精制。 精馏：酿酒，石油精制。膜分离：海水淡化，血液透析，食盐电解，水的净化。 膜分离：海水淡化，血液透析，食盐电解，水的净化。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Material
13、s Engineering12化工常见单元操作见下表： 化工常见单元操作见下表：单元操作 流体输送 搅拌 沉降 过滤 换热 蒸发 气体吸收 液体精馏 萃取 干燥 吸附 目的 输送 混合、分散 混合、 非均相混合物分离 同上 升、降 T，or 改变相态 or 改变相态 溶剂与不挥发性溶质分离 均相混合物分离 均相混合物分离 均相混合物分离 去湿 均相混合物分离 物态 l 、gg、l、sl原理 输入机械能 输入机械能 ? 引起沉降 ? 引起沉降 尺度不同的截留利用?T 传入、 利用?T 传入、移出热量 传入传递 动量 传递g、ls g、ls g、 l l g l l s g、 l供热汽化溶剂 溶解
14、度不同 挥发度不同 溶解度不同 供热汽化 吸附能力不同热量 传递 质量 传递化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering13单元操作举例精馏 单元操作举例精馏 化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering14列管式换热器化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering15单元操作分类 ：（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体输送、 ）遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体
15、输送、 沉降、过滤、物料混合（搅拌） 。 沉降、过滤、物料混合（搅拌） 。 （2）遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、 ）遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、 冷凝、蒸发等。 冷凝、蒸发等。 3）遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、（3）遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、 萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看， 萃取、吸附、膜分离等。从工程目的来看，这些操作都可 将混合物进行分离，故又称之为分离操作。 将混合物进行分离，故又称之为分离操作。 （4）同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体的增湿 ）同时遵循热质传递规律的单元操作， 与减湿、结晶、
16、干燥等。 与减湿、结晶、干燥等。 另外，还有热力过程（制冷） 、粉体工程（粉碎、 另外，还有热力过程（制冷） 、粉体工程（粉碎、颗粒分 ） 、粉体工程 流态化）等单元操作。 级、流态化）等单元操作。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering16单元操作之特点共同的研究对象传递过程 传递过程 共同的研究对象 1、物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改 、物理性操作，即只改变物料的状态或物性， 变化学性质； 变化学性质； 2、它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化 共有的操作， 、它们都是化工生产过程中共有的操作
17、 工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现 ； 、对同样的工程目的， 4、某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无 、某单元操作用于不同的化工过程， 不同，进行该操作的设备也往往是通用的。 不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也 要结合各化工过程的特点来考虑， 要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化 性质，生产规模等。 性质，生产规模等。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering17
18、单元操作过程进行的方式连续操作原料不断地从设备一端送入，产品不断从另一端送出。 原料不断地从设备一端送入，产品不断从另一端送出。 特点：物料的组成、温度、 特点：物料的组成、温度、压强等参数仅随位置的不同 而不同， 而不同，不随时间的变化而变化 U=U(x,y,z) 化工生产过程多数为连续稳定过程间歇操作每次操作之初向设备内投入一批物料， 每次操作之初向设备内投入一批物料，经过一番处理 后，排除全部产物，再重新投料。 排除全部产物，再重新投料。 特点： 特点：不稳定操作 U=U(x,y,z,)化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engi
19、neering18三传: 化工原理 2、三传:化工原理的共同规律和联系动量传递：流体内部由于动量、 动量传递：流体内部由于动量、密度的空间分布不均 而引起动量在时空中的传递过程。 而引起动量在时空中的传递过程。 热量传递：内能在时空中的传递过程， 热量传递：内能在时空中的传递过程，是由温度在空 间的非均匀分布造成。 间的非均匀分布造成。 质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。 质量传递：浓度在时空中分布的不均匀性。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering19三传 = 动量传递 + 热量传递 + 质量传递化工生产 = 单
20、元操作 + 化学反应（单元过程） 化学反应（单元过程）化学工程 = 化工原理 + 反应工程 = 三传 + 一反化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering20无机化学 分析化学 有机化学 物理化学 应用化学 高分子化学 化学教育合成氨科化工原理化硫酸制造 氯碱工业学传递过程 反应工程 （还有：分 还有： 离工程、 离工程、化 工热力学、 工热力学、 系统工程） 系统工程）工石油化工 制糖业 制漆业实生验化 学 家产化 工 专 家电镀业 水泥、 水泥、玻 璃制造业21化工与材料工程学院 Department of Chemi
21、cal and Materials Engineering3、化学工程的发展史 、近几百年，化学工程经历了孕育时期、奠基时期、 近几百年，化学工程经历了孕育时期、奠基时期、 飞跃时期和现代时期等四个发展阶段 1） 、孕育时期 ） 、孕育时期 ） 、 1915 年里特尔 年里特尔(A.D.Little) 提出建立“单元操作” 提出建立“单元操作” 年里特尔 （Unit Operations）的概念 ） 化学工程史上的第一块里程碑 2） 、奠基时期 ） 、奠基时期 ） 、 第一本系统阐述单元操作原理和计算方法的著作： 第一本系统阐述单元操作原理和计算方法的著作： “Principles of Ch
22、emical Engineering” 于 1923 由 MIT的 由 的 著名教授 W.D.Walker、W.H.Lewis 和 W.H.Mcadams 等 、 和 等 人完成。 人完成。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering22从以产品来划分的化工生产工艺中， 从以产品来划分的化工生产工艺中，抽象出各种单元 操作，即从特殊性中总结出普遍性，是认识上的一个飞跃， 操作，即从特殊性中总结出普遍性，是认识上的一个飞跃， 对化学工程学的形成和发展起了重要的推动作用。 对化学工程学的形成和发展起了重要的推动作用。 3） 、
23、飞跃时期 ） 、飞跃时期 ） 、 三传”理论的发现与发展。 “三传”理论的发现与发展。1960 年，美国威斯康新 年 大学的 Bird 等人把“三传”的内容组织在一起写成了 等人把“ 大学的 等人把 三传” Transport phenomena 一书。 一书。 三传”遵循的“唯象方程” 并得出 “三传”遵循的“唯象方程”又一块里程 又一块里程 碑。 传 过 的 动 递 程 推 力 物 量 传 速 理 的 递 率 阻 力与此同时，化学反应过程经过了由“单元过程” 与此同时，化学反应过程经过了由“单元过程”到“化学 反应工程学”的发展。至此，化学工程学科发展到了“ 反应工程学”的发展。至此，化学
24、工程学科发展到了“三传一 的较完整阶段。 反”的较完整阶段。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering234） 、现代时期：70 年代以后。 ） 、现代时期： 年代以后 年代以后。 ） 、现代时期 能源有效利用问题、 能源有效利用问题、操作优化问题逐渐突现起来 系统分析、 系统分析、系统综合和系统优化 最优设计、 最优设计、最优控制和最优管理 计算机应用的快速发展，并推向了“过程优化集成” 计算机应用的快速发展，并推向了“过程优化集成” 、 分子模拟” “分子模拟”的新阶段 随着科学技术的高速发展， 随着科学技术的高速发
25、展，化学工程与相邻学科相融 合逐渐形成了若干新的分支与生长点，诸如： 合逐渐形成了若干新的分支与生长点，诸如：生物化学工 分子化学工程、环境化学工程、能源化学工程、 程、分子化学工程、环境化学工程、能源化学工程、计算 化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。同时， 化学工程、软化学工程、微电子化学工程等。同时，上述 新兴产业与学科的发展， 新兴产业与学科的发展，也推动了特殊领域化学工程的进 步。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering24二、化工原理课程的特点重要的专业技术基础课，兼有“科学” 重要的专业技术基础课，兼
26、有“科学”与“技术”的特点 技术”综合运用数学、物理、化学和算法语言等基础知识，将自然 综合运用数学、物理、化学和算法语言等基础知识， 科学中的基本原理（质量守衡、能量守衡及平衡关系等） 科学中的基本原理（质量守衡、能量守衡及平衡关系等）用来研 究化工生产中内在的共同规律， 究化工生产中内在的共同规律，讨论化工生产中共同的基本过程 的基本原理、典型设备结构， 的基本原理、典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型以及计 算方法的一门工程学科。 算方法的一门工程学科。理论与经验相结合的工程研究方法 半经验半理论方法本课程强调工程观点 定量运算、实验技能及设计能力的 本课程强调工程观点、定量运算、实验
27、技能及设计能力的 工程观点、 培养，强调理论联系实际。在化工类专门人才培养中， 培养，强调理论联系实际。在化工类专门人才培养中，它承担 双重教育任务 着工程科学与工程技术的双重教育任务，担负着由理论到工程、 着工程科学与工程技术的双重教育任务，担负着由理论到工程、 由基础到专业的桥梁作用 化工原理是化工类各专业重点课程 桥梁作用。由基础到专业的桥梁作用。化工原理是化工类各专业重点课程 之一，是化工类学生最实用的一门课程，是化工类学生考研课 最实用的一门课程 之一，是化工类学生最实用的一门课程，是化工类学生考研课 程。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Ma
28、terials Engineering25开发新的单元操作随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色化工生产， 随着新产品、新工艺的开发或为实现绿色化工生产，对 物理过程提出了一些特殊要求， 物理过程提出了一些特殊要求，又不断地发展出新的单元操 作或化工技术，如膜分离、参数泵分离、电磁分离、 作或化工技术，如膜分离、参数泵分离、电磁分离、超临界 技术等。同时，以节约能耗， 技术等。同时，以节约能耗，提高效率或洁净无污染生产的 集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、 集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、萃取精馏、多塔精 馏系统的优化热集成等）将是未来的发展趋势。 馏系统的优化热集成等）将是未来
29、的发展趋势。 单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内 单元操作的研究包括“过程” 设备” 容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸 故单元操作又称为化工过程和设备。 化工过程和设备 单元操作共性的课程。 单元操作共性的课程。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering26三、化工原理的两条主线、五个基本概念 化工原理的两条主线、（一）化工原理课程的两条主线1、动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课 动量传递、传热和传质皆属于传递过程 传递过程， 程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。 程
30、统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。 2、研究工程问题的方法论是联系各单元操作的另一条 研究工程问题的方法论 方法论是联系各单元操作的另一条 主线。 各单元操作有共同的研究方法。 主线。 各单元操作有共同的研究方法。a.实验研究方法（经验的方法） a.实验研究方法（经验的方法）实验研究方法 b.数学模型法（半经验半理论的方法） b.数学模型法（半经验半理论的方法） 数学模型法化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering27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，依靠实验来确定过程变量之间的
31、关 系，通常用无量纲数群(或称准数) 系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系 来表达。实验研究方法可避免建立数学方程， 是工程上通用的研究方法。 2. 数学模型法（半经验半理论方法）：在对实际 过程的机理进行深入分析的基础上，抓住过程 的本质，作出某些合理简化，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。28化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering数学模型法（半经验半理论） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法实验：寻找函数形式， 实验：寻找函数形式，决定参数化工与材料工程学院
32、 Department of Chemical and Materials Engineering29课程的展开方式过程分析 定性 过程数学描述 定量 实例分析 应用（二）五个基本概念物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、传递速率和经济核算 物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、 五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终。 五个基本概念贯穿于各个单元操作的始终。 化工过程计算可分为设计型计算 操作型计算两类， 设计型计算和 化工过程计算可分为设计型计算和操作型计算两类，其在 两类 不同计算中的处理方法各有特点， 不同计算中的处理方法各有特点，但是不管何种计算都是以质 量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关
33、系为基础的。 量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系为基础的。上述五种 基本关系将在有关章节陆续介绍。 基本关系将在有关章节陆续介绍。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering301.物料衡算 1.物料衡算依据质量守恒定律， 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， 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 输入量输出量累积量 稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。 稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。则物 料衡算（ 料衡算（material balanc
34、e）关系为 输入量 输入量输出量 首先根据题意画出各物流的流程示意图， 1）首先根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流 向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。 向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。 在写衡算式之前，要计算基准， （2）在写衡算式之前，要计算基准，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。 量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。 在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围， 在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算 求解未知量。 式，求解未知量。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Material
35、s Engineering31例 1 浓度为 20%（质量百分比）的 KNO3 水溶液以 1000kg/h 的 流量送入蒸发器。在 149温度下蒸出一部分水得到浓度为 50%的水溶液，再送入结晶器，冷却至 38后，析出含有 4%结晶水的KNO3 晶体并不断取走，浓度为 37.5%的 KNO3 饱 和母液则返回蒸发器循环处理。试求结晶产品量 P、水分蒸 发量 W、循环母液量 R 及浓缩溶液量 S。 解： （1）结晶产品量 P 及水分蒸发量 W 首先根据题意画出过程示意图。 水，W kg/h 料液 1000kg/h 20%KNO3 S kg/h 50%KNO3R kg/h 37.5%KNO3结晶产
36、品 P kg/h 4% 水32化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering在图中虚线方框 I 所示的范围内作物料衡算。 因过程中无化学反应，且为连续稳定过程，故可写出总物 料衡算式及 KNO3 的衡算式，即： 1000=W+P 及 解得 1000（0.20）=W（0）+P（1-0.04） P=208.3 kg/h W=791.7 kg/h 水，W kg/h 料液 1000kg/h 20%KNO3 S kg/h 50%KNO3IR kg/h 37.5%KNO3结晶产品 P kg/h 4% 水33化工与材料工程学院 Depar
37、tment of Chemical and Materials Engineering（2）循环母液量 R 及浓缩溶液量 S 在图中虚线方框 II 所示的范围内作总物料衡算及 KNO3 衡算 S=R+208.3 S（0.50）= R（0.375）+208.3（1-0.04） 解得 R=766.6 kg/h 水，W kg/h 料液 1000kg/h 20%KNO3IR kg/h 37.5%KNO3S kg/h 50%KNO3II结晶产品 P kg/h 4% 水34化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering2. 热量衡算同物
38、料衡算一样，绘简图、定基准、划范围、列算式， 同物料衡算一样 ， 绘简图 、 定基准 、 划范围 、 列算式 ， 但有两点不同： 但有两点不同： 1. 物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成，称为 物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成， (H， kJ/kg)。 焓值为一相对值， 且与状态有关， 焓 (H ， kJ/kg) 。 焓值为一相对值 ， 且与状态有关 ， 所以 热量衡算时必须规定基准温度和基准状态， 热量衡算时必须规定基准温度和基准状态 ， 通常基准选 273K 液态(即此时 H 273K 液态(即此时H)。 2. 热量除了伴随物料进出系统外 ， 还可通过设备外 热量除了伴随物料进出
39、系统外， 管壁由系统向外界散失或由外界传入系统， 壳 、 管壁由系统向外界散失或由外界传入系统 ， 只要系 统与外界存在温度差，就有热量的散失或传入， 统与外界存在温度差 ， 就有热量的散失或传入 ， 称热损 失 QL 。 热量衡算通式： Qi=Qo+Q 热量衡算通式：化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering353. 物系平衡关系平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如，在一定温度下， 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。例如，在一定温度下， 不饱和的食盐溶液与固体食盐接触时，食盐向溶液中溶解， 不饱和的食盐溶液与固体食盐
40、接触时，食盐向溶液中溶解，直 到溶液为食盐所饱和，食盐就停止溶解， 到溶液为食盐所饱和，食盐就停止溶解，此时固体食盐表面已 与溶液成动平衡状态。反之，若溶液中食盐浓度大于饱和浓度， 与溶液成动平衡状态。反之，若溶液中食盐浓度大于饱和浓度， 则溶液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，最终 则溶液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，达到平衡状态。一定温度下食盐的饱和浓度， 达到平衡状态。一定温度下食盐的饱和浓度，就是这个物系的 平衡浓度。平衡关系可判断过程能否进行， 平衡浓度。平衡关系可判断过程能否进行，及进行的方向和限 任何传递过程都有一个极限，当传递过程达到极限时， 度。任何传
41、递过程都有一个极限，当传递过程达到极限时，其 过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为 平 过程进行的推动力为零，此时净的传递速率为零，即称为“平 衡” 。 。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering364. 传递速率过程的传递速率（rate of transfer process） 与推动力成正比，与阻力成反比，即 传递速率= 推动力/ 传递速率= 推动力/阻 力 单位时间内所传递的能量（动量，热量）或物 质量,是决定化工设备的重要因素。过程速率的 增大可节约时间，提高设备的生产能力。化工与材料工程学院 D
42、epartment of Chemical and Materials Engineering375. 经济核算为生产定量的某种产品所需要的设备， 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， 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， 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， 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。 算确定最经济的设计方案。化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering38四、单位制及
43、单位换算单位制： （一）单位制：任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时，数 任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时， 字与单位一并纳入运算。 字与单位一并纳入运算。如： 5m+8m=(5+8)m; 5m8m=(58)(m 5m8m=(58)(mm)=40m2 物理量单位选择时，先选定几个独立的物理量， 物理量单位选择时，先选定几个独立的物理量，叫基 本量，并根据使用方便的原则，定出这些量的单位， 本量，并根据使用方便的原则，定出这些量的单位，叫 基本单位； 基本单位；其它各量的单位通过它们与基本量之间的关 系来确定，这些物理量叫导出量，单位叫导出单位； 系来确定，这些物理量叫导出量，单
44、位叫导出单位；导 出单位是由基本单位乘除构成的。 出单位是由基本单位乘除构成的。基本单位 单位制 导出单位化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering39国际单位制(SI 单位制) 国际单位制(SI 单位制) (SI 单位制7 个基本量：长度:m；时间:s；质量:kg；电流强度:A(安 个基本量：长度:m；时间:s；质量:kg；电流强度:A(安 培)；发光强度:cd(烛光)；物质的量:mol(摩尔)；热力 ；发光强度:cd(烛光)；物质的量:mol(摩尔) 学温度:K。 学温度:K。 ? 2 个辅助量：平面角:rad(弧度
45、)；立体角:sr(球面度)。 个辅助量：平面角:rad(弧度)；立体角:sr(球面度) ? 特点： ? 1.通用性。 1.通用性。 ? 2.一贯性。任何一个 SI 导出单位，在由基本单位导出时， 2.一贯性。任何一个 SI 导出单位，在由基本单位导出时， 都不需引入比例系数。国际单位制 我国法定计量单位 选定的非国际单位制化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering40不同单位制的不同基本量基本物理量单位制 Cgs 制 Cgs 制 绝对 kgms 制 kgms 制 单位制 英制 工程 米制 单位制 英制 导出量时间 质量
46、重力 长度 （ L ） （T） （M） （F） cm s g m ft m ft s s s s kg lb kgf lbf） ；功 力N；压强 ；压强Pa（N/m2） ；功，能，热J；功率 （ ；功率W化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering41（二）单位正确运用及单位换算1.物理量：由一种单位换算成另一种单位时， 1.物理量：由一种单位换算成另一种单位时，量本身并 物理量 不变化，只是数值要变化，换算时要乘或除以两单位间 不变化，只是数值要变化， 的换算因数。 的换算因数。 换算因数： 换算因数：彼此相等而单位不同
47、的两个物理量包括单位 在内的比值。 在内的比值。 1m100cm，则换算因数为 100cm/m 如；1m100cm，则换算因数为100cm/m 或 0.01m/cm 已知 1atm=1.033kgf/cm 试用 Pa 表示。 Pa表示 例：已知 1atm=1.033kgf/cm2,试用 Pa 表示。 查附录 1 解：查附录 1 知：1kgf=9.81N, 1cm2=10-4m2 换算因数： 换算因数：9.81N/kgf, 10-4m2/cm2kgf ? 9.81N / kgf 1atm = 1.033 2 cm ?10 ? 4 m 2 / cm 2 5 = 1.0133 105 N / m 2
48、 = 1.0133 10 Pa化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering42经验公式(数字公式) 经验公式(数字公式)单位换算借助实验或半实验、半理论的方法处理得到的公式。它只反 借助实验或半实验、半理论的方法处理得到的公式。 映各有关物理量之间的数字关系， 映各有关物理量之间的数字关系，每个符号只代表物理量的 数字部分，而这些数字又与特定单位对应。因此， 数字部分，而这些数字又与特定单位对应。因此，使用经验 公式时，各物理量必须采用指定单位。 公式时，各物理量必须采用指定单位。水蒸汽在空气中扩散系数为： 例:水蒸汽在空
49、气中扩散系数为：1.46 10 T D= P T + 441式中： 式中：D扩散系数，ft2/h； 扩散系数， /h； 压强，atm； P压强，atm； 兰氏温度， T兰氏温度，oR。 /s；P:Pa； 试将式中各符号单位换算成 D:m2/s；P:Pa；T:K化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering45 243本章总结掌握单元操作与化工生产过程的 概念 ? 掌握物料衡算、热量衡算、单位 制与单位换算 ? 了解本课程的性质、任务与内容化工与材料工程学院 Department of Chemical and Materials Engineering441
