化工原理课件0绪论

*,*,*,化 工 原 理,教 师,孙金堂,电 话,7696327,Email,Principles of Chemical Engineering,化 工 原 理,1,教学计划,课堂讲授：,围绕教学大纲进行讲授，以教材为蓝本，但对教材中的内容有所增减，,自成体系,。,（讲绪论及第 1、2、5、9、11 章，其余不讲，自学）。,实验教学：,通过验证性实验来帮助学生理解所学理论,。实验(32学时)：雷诺、柏努利方程、阻力、离心泵、传热、板式塔、蒸馏、干燥实验（以实验安排为准）。,辅导答疑,：考前,作业,(1),每章,交一次，不用抄题，但要写清楚页码、题号,2,(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%）b.一般要画出简图（10%）c.解题步骤层次清晰，,公式,要准确(50%)d.已知,数据和单位一起,代入公式(20%)e.计算结果(要求保留3位或4位有效数字）(10%),考核,(1)考勤 10%（缺勤超 3 次 者没有考试资格）(2)作业 20%（缺作业超 3 次 者没有考试资格）,(3)考试（闭卷）70%,3,尿素生产装置,绪论,4,研究化工,单元操作,的基本原理、典型化工单元设备的原理、结构选型以及工艺尺寸的计算。,高等数学,物理学,物理化学,从复杂事物中排除非主要因素，抽出关键环节，以合理的简化方式建立物理和数学模型，解决工程问题。,综合运用基础知识，有目的地解决工程实际问题,目的并不只是 认识一些自然现象，而是解决真实的、复杂的生产问题。,化工原理,主要内容,理论基础,课程学习,工程学科,概 括,5,化工生产过程与单元操作,对物料进行大规模的物理或化学加工的过程称为化学工业生产过程，简称,化工过程,。,尽管用不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。,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。,单元操作一般占整个化工过程的,80%,左右。,本课程的研究对象就是,各种单元操作,，包括两个方面：,过程和设备,。,6,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,7,基 本 制 药 过 程,原料,预处理,反 应,后处理,原料药,有机合成,反应工程学,化工原理,(单元操作),产品,制 剂,药剂学,制药工程学,8,柠檬酸生产工艺流程,白薯干,粉 碎,发酵反应,过 滤,中和过滤,酸解过滤,产 品,石灰乳,CaCO,3,净 化,H,2,SO,4,废糖液,浓 缩,结 晶,离 心,干 燥,菌体、残渣,10 个主要环节中单元操作占 9 个,9,研究各种,单元操作,的基本原理，典型设备的结构和性能，工程和设备的基本计算方法，选择适当的操作条件，探索过程的强化途径和方向。,其目的是满足工艺要求。,1、化工原理课程的任务,一、化工原理课程的任务、内容、性质、特点,10,化工常用单元操作,（p 2）,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,混合或分散,气-液、液-液、固-液,输入机械能,过 滤,非均相,混合物分离,气-固,液-固,尺度不同,的截留,沉 降,非均相,混合物分离,气-固,液-固,密度差引起的沉降运动,加 热,冷 却,升温、降温,改变物态,液或气,利用温度差传入或移出热量,热量传递,蒸 发,溶剂与不挥发溶质的分离,液体,供热以,汽化溶剂,具体的,单元操作,2、化工原理课程的内容,11,化工常用单元操作(续),单元操作,目 的,物 态,原 理,传递过程,气体吸收,均,相,混,合,物,分,离,气体混合物,各组分在溶剂中的溶解度不同,质量传递,液体精馏,液体混合物,各组分,挥发度不同,萃 取,液体混合物,各组分在溶剂中的溶解度不同,吸 附,液或气,各组分在溶剂中的吸附能力不同,干 燥,去湿,固或液,供热汽化,热、质,同时传递,12,单元操作特点,(1)都是,物理加工,过程。,(2)都是化工生产过程中的,共有操作,。,(3)用于不同化工生产过程的同一单元操作，其原理相同，,设备通用,。,例如：,流体输送,是一种单元操作。,基本原理,是：流体力学。,所用设备,是：泵或风机、管道等。,它的作用,是：将流体从一个地方输送到另一,个地方。,13,3、性质,技术基础课、专业基础课,工程学科,实用性,经济性,理论与经验相结合的,工程研究,方法,4、特点,经验方法,理论方法,相似准则：利用,经验,公式和,实验,曲线进行设计和工程放大。,量纲分析：得出无因次准数方程，使实验参数最少，简化实验。,利用基本定律对过程的微观机理进行相应的数学描述建立数学模型。,注：该方法着眼于过程参数的整体变化，不究其微观机理，,得到的结果带局限性，不可任意推广,。,14,课程研究主线,用研究工程问题的方法解决传递过程中的实际问题，是化工原理课程研究的主线。,不同的,单元操作,的组合,传递过程,成千上万的,具体,工艺过程,15,二、四个基本概念,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,在一定的T、P下，相平衡时两相浓度有着确定的关系,4、过程速率快慢程度，关系到生产过程设备的大小,16,1、物料衡算,设计设备尺寸之前，要确定所处理的物料量,研究方法,：,（1）,划定衡算范围（确定研究系统）；,（2）定出衡算基准。,非稳态过程输入输出积累,系统,输出,输入,积累,系统,输出,输入,稳态过程积累,0,输入输出,17,考虑进出设备的物料本身的焓，与从外界加入或外界送出的热。有化学反应时则还包括反应所吸收或放出的热（反应热）。,（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、热量衡算,研究方法：,非稳态过程输入输出积累,系统,输出,输入,积累,系统,输出,输入,稳态过程积累,0,输入输出,18,3、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,。,19,4、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。,20,美国气象卫星的“失足”,计量单位的重要性,1998 年2月，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。,三、单位及单位换算,21,单位,制,基 本 单 位,长度,质量,时间,温度,物质的量,力,SI,m,kg,s,K,kmol,工程,m,s,kgf,cgs,cm,g,s,mks,m,kg,s,英制,ft,lb,s,22,物理量的换算：,物理量=数值单位,压力的单位,（最多，一定要清楚）,1atm=101300 N/m,2,=101.3 kPa =1.033 kgf/cm,2,=10.33 mH,2,O =760 mmHg,1at=,1 kgf/cm,2,=,10 mH,2,O,=735.6 mmHg =0.9807 bar =9.80710,4,Pa,常温下水的密度:,r,=1000 kg/m,3,=,1 g/cm,3,=62.4 lb,/ft,3,=102kgf,/m,3,当物理量A=物理量B时，其换算因子：1=物理量A/物理量B,23,【例 0-1】,某物质的比热容,c,p,=1.00 BTU/(Ib,F)，试从基本单位换算入手，将其换算为 SI 单位，即 kJ/(kg,),（p6）,解：查表：1.00 BTU=1.005 kJ,1 lb=0.4536 kg,1 F=5/9,1=1.005 kj/BTU1=1 lb/0.4536kg1=1,F/,(5/9),24,四、化工原理课程的目的,(四种能力）,1、培养单元操作和设备选择的能力：根据生产工艺,要求和物系特性，合理地选择单元操作及设备。,2、工程设计能力：学习进行工艺过程计算和设备设计,3、操作和调节生产过程的能力,4、过程开发或科学研究能力,掌握规律 诊断过程 开发工艺 强化操作 创新设计,25,五、主要参考书籍,1、柴诚敬、夏清主编，,化工原理学习指南,高等教育出版社，2007，第1版,2、,姚玉英等,编,，,化工原理学习指南-问题与习题解析,天津大学出版社，,2003，第1版,3、陈敏恒等编，,化工原理（上册、下册）,化学工业出版社，1999，第2版,26,六、化工原理学习应,注意,2、,重视,例题,，掌握基本解题思路和计算方法，计算要准确。,3、注意本课程的性质、特点，计算结果除了准确，还要从工程,的角度考虑其结果的合理性与经济性。,5、重视附录及教材中图、表、经验数据的使用，已知数据要扩展,6、与计算机学习结合，有些习题可编程解决或直接利用,EXCEL,计算、做图,。,4、重视实验，注意观察管路、设备的结构，增加感性认识。,1、课时少，内容多，加之以多媒体教学，每节课信息量大，,且第一次接触工程内容，学习有一定难度，所以最好要有,预习,，必须,复习,。,27,书,p6：1.（2）、（6）,指南p50：一、8.,作 业,28,重力沉降,含尘气体,净化气体,颗粒,降尘室操作示意图,29,离心沉降,30,流态化,31,流化床干燥器,32,过 滤,33,蒸 发,34,蒸发示意动画,35,萃 取,36,另外，还有热力过程（制冷）、粉体工程（粉碎、颗粒分级、流态化）等单元操作。,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、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、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、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。,（4）,同时遵循热质传递规律的单元操作,，包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。,小结,37,单元操作之特点,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；,共同的研究对象传递过程,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；,3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现；,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。,小结,38,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,科,学,实,验,化,学,家,化,工,生,产,化工原理,传递过程,反应工程,（还有：分离工程、化工热力学、系统工程）,化,工,专,家,合成氨,硫酸制造,氯碱工业,石油化工,精细化工,制药业,制糖业,水泥、玻璃制造业,小结,化工原理在社会生产中的作用,39,化工生产过程的,单元操作种类大约有十来种，按照各单元操作遵循的基本原理，主要有下面三类：,1,、动量传递：以流体力学为基础的单元操作，包括,流体输送,、,沉降,、,过滤,、离心分离、搅拌及气力输送等；,2,、热量传递：以热量传递理论为基础的单元操作，包括,传热,、,蒸 发,、结晶等；,3,、质量传递：以质量传递理论为基础的单元操作，包括,蒸馏,、吸收、吸附、萃取、,干燥,等。,常用单元操作,40,这三类单元操作人们常称为三传（动量传递、热