化工生产过程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工原理,海南师范大学,化学与化工学院刘红,Principles of Chemical Engineering,本课程为制药工程专业必修课,总课时：,110,学时，,7,学分,其中，本学期,85,学时，,实验,25,学时,化工原理课程简介,课程性质,课程任务,课程,内容,课程要求,工程性、实践性强,专业基础课,具有桥梁作用,开发、设计、,操作、强化,动量传递,热量传递,质量传递,自学能力,创新能力,理论联系实际,开发：,选择合适的,过程及设备（按经,济合理性、技术可,行性、污染小、能,耗低）,设计：,选择设,备的型号及主,要尺寸（根据,工艺对设备的,要求）,操 作：,如何进,行操作和调节,以适应生产的,不同要求,强 化,改造现有的,生产过程和设备以,提高效率（包括增,产、降耗、节能）,理论教学,实验教学,课程设计,绪论,一、化工生产过程,二、单元操作及分类,三、化工原理的传递过程,四、,单元操作中常用的基本概念,五、單位換算,一、化工过程,原料,前处理,化学加工,后处理,产品,除去杂质达到,必要的纯度，,物理变化过程,生成新的物质，,化学变化过程,精制、分离达,必要的纯度，,物理变化过程,化工过程包括,化学反应过程,和,物理过程。,单元操作特点：,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,。,二、单元操作,单元操作：,化工生产中不涉及到化学反应的一系列操作过程,Unit Operations,单元操作的分类,传递基础,单元操作名称,目,的,流体流动,(,动量传递,),流体输送,沉降,过滤,搅拌,流态化,以一定流量将流体从一处送到另一处。,从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒、液滴或气泡。,从气体或液体中分离悬浮的固体颗粒。,使物料混和均匀或使过程加速。,用流体使固体颗粒悬浮并使其具有流体状态的特性。,热量传递,换热,蒸发,使物料升温、降温或改变相态。,使溶液中的溶剂受热汽化而与不挥发的溶质分离，达到溶液浓缩。,质量传递,吸收,蒸馏,萃取,浸取,吸附,离子,交换,膜分离,液体吸收剂分离气体混合物。,利用均相液体混合物中各组分挥发度不同使液体混合物分离。,液体萃取剂分离均相液体混合物。,液体浸渍固体物料，将其中的可溶组分分离出来。,固体吸附剂分离气体或液体混合物。,离子交换剂从溶液中提取或除去某些离子。,固体膜或液体膜分离气体、液体混合物。,热、质传递,干燥,增,(,减,),湿,结晶,加热固体使其所含液体汽化而除去。,调节气体中的水汽含量。,使溶液中的溶质变成晶体析出。,单 元 操 作,制药生产是以化学变化和化学、物理处理为主要特征的生产过程，其原料来源广泛，产品种类繁多，加工过程复杂多样，但是，在各种过程中，除化学反应外，其余步骤可归纳为单元操作（,Unit Operation,）：,流体的,输送,，沉降，过滤，搅拌，压缩，传热，蒸发，结晶，干燥，精馏，吸收，萃取,等等。,三、化工原理课程的传递过程,传递过程（从物理本质上说又下列三种）,(1),动量传递过程（单相或多相流动）；,(2),热量传递过程,传热,(3),质量传递过程,传质,表,1,所列各单元操作皆归属传递过程，于是，传递过程成为统一的研究对象，也是联系各单元操作的一条主线。三传,+,一反构成各种工艺制造过程，三传又有彼此类似的规律可以合在一起研究，形成传递过程这门学科，是单元操作在理论方面的深入发展。,四.单元操作中常用的基本概念,1.,物料衡算,2.,能量衡算,3.,物系的平衡关系,4.,传递速率,1,物,物,料,料,衡,衡,算,算,(1),衡,算,算,依,依,据,据,：,：,质,质,量,量,守,守,恒,恒,定,定,律,律,非,定,定,态,态,：,：,输,输,入,入,=,输,出,出,积,积,存,存,定,态,态,：,：,输,输,入,入,量,量,=,输,出,出,量,量,输入,系统,输出,积累,定,态,态,过,过,程,程,与,与,非,非,定,定,态,态,过,过,程,程,定,态,态,过,过,程,程,：,：,物,物,理,理,量,量,不,不,随,随,时,时,间,间,而,而,变,变,，,，,只,只,随,随,位,位,置,置,变,变,非,定,定,态,态,：,：,物,物,理,理,量,量,随,随,时,时,间,间,和,和,位,位,置,置,都,都,变,变,。,。,(2),衡,算,算,方,方,法,法,：,：,a.,画,物,物,料,料,流,流,程,程,示,示,意,意,图,图,，,，,流,流,向,向,用,用,箭,箭,头,头,表,表,示,示,，,，,标,标,明,明,数,数,据,据,与,与,待,待,求,求,量,量,b.,确定,衡,衡算,基,基准,：,：一,般,般以,单,单位,进,进料,或,或出,料,料量,、,、时,间,间或,设,设备,的,的单,位,位体,积,积,c.,划定,衡,衡算,范,范围,，,，列,衡,衡算,式,式，,求,求解,例：,连,连续,蒸,蒸发,过,过程,总物,料,料衡,算,算：,F=V+W,溶质,物,物料,衡,衡算,：,：,Fx,F,=Wx,W,+Vx,V,Vx,V,Wx,w,F x,F,蒸发器,例：,在两,个,个蒸,发,发器,中,中，,每,每小,时,时将5000,kg,的无,机,机盐,水,水溶,液,液从,12,（,质,质量,）,浓,浓缩,到,到30%,。,。第,二,二蒸,发,发器,比,比第,一,一蒸,发,发器,多,多蒸,出,出5%的,水,水分,。,。试,求,求：,（1,）,）各,蒸,蒸发,器,器每,小,小时,蒸,蒸出,水,水分,的,的量,；,；,（2,）,）,第,第一,蒸,蒸发,器,器送,出,出的,溶,溶液,浓,浓度,。,。,解：首先,画,画一,个,个流,程,程图,表,表示,进,进行,的,的过,程,程,用方,框,框表,示,示设,备,备，,输,输入,输,输出,设,设备,的,的物,流,流方,向,向用,箭,箭头,表,表示,。,。,划定,衡,衡算,的,的范,围,围,为求,各,各蒸,发,发器,蒸,蒸发,的,的水,量,量，,以,以整,个,个流,程,程为,衡,衡算,范,范围,，,，用一圈,封,封闭,的,的虚,线,线画出,。,选择,衡,衡算,基,基准,（,（连,续,续操,作,作以,单,单位,时,时间,为,为基,准,准，,间,间歇,操,操作,以,以一,批,批操,作,作为,基,基准,）,）,由于,连,连续,操,操作,，,，以1小,时,时为,基,基准,。,。,蒸发器1,蒸发器2,x,1,W,1,W,2,F,0,=,5000kg/h,x,0,=,0.12,F,1,F,2,x,2,=0.3,确定,衡,衡算,对,对象,此题,中,中有,两,两个,未,未知,数,数，,蒸,蒸发,的,的水,量,量及,送,送出,的,的盐,溶,溶液,量,量,B，,因此,，,，我,们,们就,以,以不,同,同衡,算,算对,象,象列,出,出两,个,个衡,算,算式,。,。,对盐作物,料,料衡,算,算：,对总物,料,料作衡,算,算：,代入,已,已知,数,数据,，,，得,：,：,由题,意,意知,求第,一,一个,蒸,蒸发,器,器送,出,出的,溶,溶液,浓,浓度,，,，选,择,择第,一,一个,蒸,蒸发,器,器为,衡,衡算,范,范围,。,。,对盐,作,作物,料,料衡,算,算：,对总,物,物料,作,作衡,算,算：,代入,已,已知,数,数据,，,，得,：,：,解得：,2.能,量,量衡算,衡算依,据,据：能,量,量守恒,定,定律,非定态,：,：,输,输入,=,输出,积,积存,定态：,输,输入,量,量,=,输出量,指明基,准,准温度,（,（一般,物,物料的,焓,焓从,0,算起，,也,也可选,其,其它温,度,度作基,准,准，必,须,须指明,）,）,例,：在换,热,热器里,将,将平均,比,比热为3.56,kJ/,（,（kg,）,的某溶,液,液自25加,热,热到80，,溶,溶液流,量,量为1.0,kg/s，,加热介,质,质为120,的,的饱和,水,水蒸气,，,，其消,耗,耗量为0.095,kg/s，,蒸气冷,凝,凝成同,温,温度的,饱,饱和水,排,排出。,试,试计算,此,此换热,器,器的热,损,损失占,水,水蒸气,所,所提供,热,热量的,百,百分数,。,。,解：,根据题,意,意画出,流,流程图,换热器,120饱和水蒸气,0.095,kg/s,120饱和水,0.095,kg/s,1.0,kg/s,25溶液,80溶液,1.0,kg/s,基准：1,s,在图中虚线范,围,围内作,热,热量衡,算,算,从附录,查,查出120,饱,饱和水,蒸,蒸气的,焓,焓值为27,08.9kJ/kg,，,，120,饱和水,的,的焓值,为,为503.67,kJ/kg。,在此系,统,统中输,入,入的热,量,量：,蒸气带,入,入的热,量,量：,溶液带,入,入的热,量,量,：,输出的,热,热量：,冷凝水,带,带出的,热,热量：,溶液带,出,出的热,量,量：,根据能,量,量衡算,式,式，有,：,：,热量损失的百分数,=,3.,平衡关,系,系,过程的,平,平衡问,题,题说明,过,过程进,行,行的方,向,向和所,能,能达到,的,的极限,。,。当过程,不,不是处,于,于平衡,态,态时，,则,则此过,程,程必将,以,以一定,的,的速率,进,进行。,例,例如传,热,热过程,，,，当两,物,物体温,度,度不同,时,时，即,温,温度不,平,平衡，,就,就会有,净,净热量,从,从高温,物,物体向,低,低温物,体,体传递,，,，直到,两,两物体,的,的温度,相,相等为,止,止，此,时,时过程,达,达到平,衡,衡，两,物,物体间,也,也就没,有,有净的,热,热量传,递,递。,4.,传递速率,传递过程的,速,速率和传递,过,过程所处的,状,状态与平衡,状,状态的距离,及,及其它很多,因,因素有关。,传,传递过程所,处,处的状态与,平,平衡状态之,间,间的距离通,常,常称为过程,的,的推动力。,例,例如两物体,间,间的传热过,程,程，其过程,的,的推动力就,是,是两物体的,温,温度差。,增大速率可,通,通过：增大,推,推动力或减,小,小阻力来实,现,现,通常存在以,下,下关系式：,五、物理量,的,的单位,表0-1,国,国际单位制,的,的基本单位,量,的,名,称,单,位,名,称,单,位,符,号,长,度,米,m,质,量,千,克,kg,时,间,秒,s,电,流,安,培,A,热力学温度,开尔文,K,物质的量,摩,尔,mol,表0-2,国,国际单位制,中,中具有专门,名,名称的导出,单,单位,量,的,名,称,单,位,名,称,单,位,符,号,其它表示式示例,频率,赫兹,Hz,s,1,力；重力,牛顿,N,m/s,2,压力（压强），应力,帕斯卡,Pa,N/m,2,能量，功，热,焦耳,J,Nm,功率,瓦特,W,J/s,摄氏温度,摄氏度,*,表0-3,CGS,制与工程制,的,的基本单位,CGS,制,工程制,量的名称,长度,质量,时间,温度,长度,力,时间,温度,单位符号,cm,g,s,m,kgf,s,例0-1 已知1,atm=1.033kgfcm,-2,，,试将此压强,换,换算为,SI,单位。,1,kgf=1kg.,.,所以，,1,atm=,.,.,（,）,.,例题,参考文献,姚玉英等主,编,编：化工原,理,理，天津,科,科技出版社,柴,柴诚,敬,敬等主编：,化,化工原理学,习,习指导，,天,天津科技出,版,版社,丛德滋等主,编,编：化工原,理,理详解与应,用,用 化学工,业,业出版社,何,何潮洪,等,等主编：化,工,工原理习题,精,精解 科学,出,出版社,朱家骅等主,编,编 化工原,理,理 科学出,版,版社,管,管国锋 化,工,工原理 化,学,学工业出版,社,社 王,志,志魁 化工,原,原理 化学,工,工业出版社,谭,谭天,恩,恩等主编：,化,