化工原理绪论定稿版文档格式.docx

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反应物如何供给、产物又如何分离？

如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？

怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？

4.《化工原理》在化工领域中的地位

本课程不是教学生如何合成得到新的物质？

如何提取新的物质？

如何表征新的物质？

这是化学家的事情。

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。

是在科学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。

5.共同的研究对象——传递过程

5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质；

5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异；

5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；

5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，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，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。

实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大

6.单元操作按操作的目的分类如下：

6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程

6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程

6.3.均相混合物的分离――质量传递过程

以上三种传递过程简称“三传”。

是《化工原理》的共同规律和联系。

《化工原理》课程研究对象就是研究“三传”理论和“三传”理论的应用。

“三传理论的建立”是单元操作在理论上的进一步发展和深化。

传递过程是联系各单元操作的一条主线。

7.性质

《化工原理》课程是高等数学、物理、物理化学等课程的后继课程。

它是一门专业技术课程，属于工程学科，具有工程性、应用性。

在我们的教学计划中起到了自然学科与应用学科的桥梁作用。

作为一门综合性技术学科的一个重要组成部分，主要研究各单元操作的基本原理，所用的典型设备结构，工艺尺寸设计和设备的选型的共性问题，是一门重要的专业基础课。

、本课程是一门实践性很强的工程学科，在长期的发展过程中，形成两种基本研究方法，即：

7.1．实验研究方法（经验法）

7.2．数学模型法（半经验半理论方法）

8.化工原理课程的两条主线

8.1.动量传递、传热和传质皆属于传递过程，是本门课程统一的研究对象，是联系各单元操作的一条主线。

8.2.研究工程问题的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。

a.实验研究方法（经验的方法）

一般用因次分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通过无因次数群（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。

b.数学模型法（半经验半理论的方法）

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。

如一个物理过程的影响因素较少，各参数之间的关系比较简单，能建立数学方程并能直接求解，则称为解析法。

二、《化工原理》课程的任务

1.研究与掌握化工单元操作过程的基本原理并能进行过程的选择；

2.进行设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；

3.根据生产的不同的要求进行操作和调节，并具有一定寻找故障的原因及排除故障的能力；

4.了解强化过程的途径。

通过本课程的学习，培养学生有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。

总之，学习《化工原理》的目的是：

掌握规律、开发工艺、创新设计、诊断过程、强化操作。

三、单位制度及单位换算

任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，二者缺一不可。

如管长为10m，水的流速为3.5m/s等。

（一）单位制度

在工程和科学中，单位制度有不同的分类方法。

1．基本单位和导出单位

基本单位：

一般选择几个独立的物理量（如质量、长度、时间、温度等），根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。

导出单位：

其它的物理量（如速度、加速度、密度等）的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。

这种组合单位称为导出单位。

我国的法定计量单位（简称法定单位）是以国际单位制为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位构成。

见本教材P327附录一。

国际上趋向于采用国际单位制（SI制）。

SI制基本单位7个：

长度L：

米（m）；

质量M：

千克（kg）；

时间T：

秒（s）；

热力学温度θ：

开尔文（k）；

物质的量：

摩尔（mol）；

电流I：

安培（A）；

发光强度：

坎德拉（cd）

SI制主要优点：

①通用性：

是一套完整的单位制，适合于各个领域；

②一贯性：

每种物理量只有一个单位，如热功都用J（焦耳）表示。

化工生产中，还使用一些非SI单位，如：

温度有℃，时间min、hr、d、Yr，压强单位除了Pa外，有atm、mmHg、m水柱、bar、ata等。

（二）单位换算

在化工计算中，各种数据来源不同，故其单位不一定符合公式的要求，计算时则需要进行单位换算。

换算原则是：

连同换算因子一起换算。

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）的比值称为换算因子。

如1m和100cm的换算因子为100cm/m。

包括单位在内的任何换算因子在本质上都是纯数1。

任何物理量乘以或除以换算因子，都不会改变原物理量的大小。

常用的单位换算关系要牢记，复杂的单位逐个分解代入换算。

常用的单位换算因子数据见教材P328附录二。

1．物理量的单位换算

同一物理量，若采用不同的单位则数值就不相同。

例如最简单的一个物理量，圆形反应器的直径为1m，在物理单位制度中，单位为cm，其值为100；

而在英制中，其单位为ft，其值为3.2808。

它们之间的换算关系为：

反应器的直径D=1m=100cm=3.2808ft。

若查不到一个导出物理量的单位换算关系，则从该导出单位的基本单位换算入手，采用单位之间的换算因数与基本单位相乘或相除的方法，以消去原单位而引入新单位。

物理量＝数字×

单位单位＝物理量／数字

将物理量单位由一种制度换算成另一种制度时，换算时只需乘以两相关物理单位之间的换算系数。

经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。

例0—1.通用气体常数R＝0.08206atm.L/mol.K，试用国际单位J/mol.K表示。

解：

R＝0.08206atm.L/mol.K

＝0.08206atm.L/mol.K×

1m3/1000L×

101325Pa/atm

＝8.314Pa.m3/mol.K＝8.314J/mol.K

2．经验公式（或数字公式）的单位换算

化工计算中常遇到的公式有两类：

一类为物理方程，它是根据物理规律建立起来的，物理方程遵循单位或因次一致的原则。

同一物理方程中绝不允许采用两种单位制度。

用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量，称为该物理量的因次。

在SI单位制度中，基本物理量质量、长度、时间、热力学温度的因次分别用M、L、T与θ表示，力的因次为MLT－2；

因次一致的原则是因次分析方法的基础。

另一类为经验方程，它是根据实验数据而整理成的公式，式中各物理量的符号只代表指定单位制度的数据部分，因而经验公式又称数字公式。

当所给物理量的单位与经验公式指定的单位制度不相同时，则需要进行单位换算。

可采取两种方式进行单位换算：

将诸物理量的数据换算成经验公式中指定的单位后，再分别代入经验公式进行计算；

若经验公式需经常使用，对大量的数据进行单位换算很繁琐，则可将公式加以变换，使式中各符号都采用所希望的单位制度。

四、五个基本概念

物料衡算、能量衡算、物料的平衡关系、过程速率和经济核算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和操作型计算两类，其在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、平衡关系和速率关系为基础的。

五、学习本课程的基础和学习方法

1.物料衡算

根据质量守恒定律，即在稳定过程中，依输入的物料＝输出的物料，进行物料衡算：

，该公式称为总物料衡算式。

在定态操作过程中，该式可简化为：

定态过程（稳定过程）：

一般连续不断的流水作业（即连续操作）为定态过程，其特点是在设备的各个不同位置上，物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。

物料的累积量GA＝0。

若过程中有物料累积，则属于非定态过程（非稳定过程），一般的间歇操作（即分批操作）或连续操作中的开车、波动状态及发生故障时属于非定态过程，在设备的同一位置上诸参数随时间而变。

物料衡算步骤及要点：

①物流图；

②确定衡算体系；

③确定衡算基准；

④确定衡算物料；

⑤列衡算方程。

2.能量衡算

根据能量守恒和转换定律，即在稳定过程中，依输入的能量＝输出的能量，进行能量衡算；

如：

热量衡算：

热量衡算步骤及要点：

①物流图（标明温度、比热）；

⑤确定基准温度（焓值：

相对值）；

⑥列衡算方程；

⑦注意热损失。

3.平衡关系（equilibriumrelation）

可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。

4.传递速率

过程的传递速率（rateoftransferprocess）与推动力成正比，与阻力（resistance）成反比，即

如同电学中的欧姆定律：

5.经济核算

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。