《化工原理-绪论》PPT课件.ppt

绪论,一、化工原理课程的性质、地位和作用,（1）重要的专业技术基础课程，是环境工程专业必修的一门化工基础技术课程。（2）承前启后、由理及工的桥梁，又是各种专业课程如水污染控制工程、大气污染控制工程等的基础。（3）化工原理也叫做化工单元操作（UnitOperationofChemicalengineering），它是研究大规模化工生产中物理性质变化规律的工程学科。（4）课程具有显著的工程性，要解决的问题是多因素、多变量的综合性的工业实际问题。同时，它又是门计算性较强的课程。,二、化工过程与单元操作,(一)化工过程的构成与特征,化工过程的特点之一是步骤多，而且因为不同的化学工业所用的原料与所得产品不同，所以各种化工过程的差别大。,一个化工过程所包含的步骤可分为两大类化学变化和单元操作，简称为“三传一反”：化学反应：进行化学反应为主，在反应器中进行；是化工过程的核心，其投资约占化工过程总投资的1020%；单元操作：不进行化学反应，是物理变化过程。如：原料和反应物的前、后处理工序，仅发生压力、温度、组成、相态等物理变化过程，是生产过程必不可少的操作。它可归纳为动量传递、质量传递和热量传递。,例1：味精的生产过程,单元操作：物料在各种各样的前、后处理过程中的物理变化。,任何一个化工生产过程都是由若干种完成特定任务的设备（包括反应器、完成各单元操作的设备和贮料设备）按一定顺序、由各种管道和输送装置连接起来的组合体。,本课程的主要研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性，归纳成的“若干单元操作”。各种单元操作都是依据一定的物理或物理化学原理，在某些特定的设备中进行的特定的过程。单元操作：是物理变化过程，如：原料和反应物的前、后处理工序，仅发生压力、温度、组成、相态等物理变化过程，是生产过程必不可少的操作，不进行化学反应。,(二)化工原理中的单元操作,例2：聚氯乙烯塑料的生产过程,单元操作的特点与分类（1）特点都是不进行化学反应的过程，是物理性操作，即只改变物料的状态或物理性质，不改变其化学性质。都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程所包含的单元数目、名称与排列顺序各异。某个单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行操作的设备往往也是通用的。但是反应过程却不一样，不同的反应，反应机理不同，设备也不同。,单元操作的研究内容：各种单元操作的基本原理与单元操作过程计算、典型单元操作设备的合理结构及其工艺尺寸的设计与计算、设备操作性能的分析以及组织工程性实验以取得必要的设计数据，找出强化过程、改进设备的途径。,操作方式：连续操作和间歇操作；定常操作与不定常操作。,表01单元操作的名称及分类,(三)单元操作与工程观点,1.过程影响因素多：物性因素、操作因素和结构因素；2.过程制约条件多；3.效益是评价工程合理性的最终判据；4.理论分析、工业性试验与经验数据并重。需要同学了解工程实际问题的特点，从工程实际出发，学会从经济角度去考虑技术问题。,(四)单元操作计算的基本内容,物料衡算（质量守恒定律）、能量衡算（能量守恒定律，即热力学第一定律）；,过程的极限以及物性计算。,分为设计计算和操作计算两类。,过程速率：,三、单位及单位换算,1、单位制（1）cgs制（物理单位制）基本单位：长度cm，质量g，时间s导出单位：如力gcm/s2=dyn（达因）力=质量加速度即,（3）SI制（国际单位制）基本单位：一般先选几个独立的物理量，以使用方便为原则规定出它们的单位。长度m，质量kg，时间s，温度K，物质量单位mol，电流A，光强度cd（坎德拉）1=（273.15+1）K导出单位：根据物理本身的物理意义，由有关基本单位组合构成的。如比热容（cp）kJ/(molK)或kJ/(kgK)温度差1K=1,2、单位换算（1）理论公式根据物理规律推导的,（k=1）,（3）物理量的单位换算质量m=1kg的物体在地面附近的重量为1kgf（工程制）,换算因数彼此是属于两个不同单位制的物理量，它们是等量关系，它们之间的比值为纯数1。,三、单元操作的物料衡算与热量衡算,2.衡算式：输入质量=输出质量+积累质量（可为正值或负值）,对于连续稳定的过程：积累的量=0输入质量=输出质量,(一)物料衡算,1.依据：质量守恒定律（Conservationlawofmass）,3.衡算步骤：（1）针对提出的实际问题，首先弄清楚衡算目的、已和量和末知量。（2）根据问题的类型和性质，确定需要补充哪些数据，并设法从各渠道去得到这些数据。（3）选定适宜的衡算系统；用流程示意图表示衡算对象，即将问题的文字描述转化为图形描述。（4）选定物料衡算基准；是物料衡算的出发点，其目的是为了保证物料衡算计算的一致性。间歇操作：常取一批原料或单位质量（或物质的量）原料为基准；对于连续操作，通常取单位时间内处理的物料量为基准。在有些情况下，也可选用100或1个单位量作基准。原则是使计算尽量简化。（5）列物料衡算式求解。分为按进、出衡算系统的各物流的总物料量列出总衡算式；按各物流中的各组分量分别列出组分衡算式。,例0-1两股物流A和B混合得到产品C。每股物流均由两个组分（代号1、2）组成。物流A的质量流量为GA=6160kg/h,其中组分1的质量百分数WA1=80%;物流B中组分1的质量百分数WB1=20%;要求混合后产品C中组分1的质量百分数WB1=40%。试求：需要加入物流B的量GB，kg/h；产品量GC，kg/h；,图1例0-1流程图,解（1）按题意，画出混合过程示意图，标出各物流的箭头、已知量与末知量，用闭合虚线框出衡算系统（见图1)（2）过程为连续定常，故取1h为衡算基准。（3）列出衡算式：总物料衡算GA+GB=GC，代入已知数据得6160+GB=GC（A）组分1的衡算式GAWA1+GBWB1=GCWC1，代入已知数据得61600.80+GB0.20=GC0.40（B）联解式（A）、（B）得GB=12320kg/h，Gc=18480kg/h,作业：在连续干燥器中，用热空气将含水10%的湿固体物料干燥到含水1%（均为质量分数）。进口热空气中含水汽量为0.01kg水汽/kg干空气，若要求出口废气中的水汽量不超过0.12kg水汽/kg干空气，求空气的单耗，kg空气/kg湿物料。,(二)热量衡算,1.依据：能量守恒定律（Conservationlawofenergy）,2.衡算式：物流带入的焓输入热量=离开物流焓输出热量+系统内物料焓的积累量,对于稳定过程：系统内物料焓的积累量0输入总热量=输出总热量,注：由于焓是相对值，与物料衡算不同的是，衡算基准除了选取时间基准或物料量基准外，还需选取物流焓的基准态。,3.物流焓的基准态：包括物流的基准压强p0、基准温度t0和基准相状态0：(1)基准压强：通常取p0100kPa，一般在压强不高的情况下，常可忽略，(2)基准温度：可取0。(3)基准相态：选择可视具体情况而定。,由于焓是相对值，基准态的选择有一定任意性，在压强不高时，主要是确定基准温度和基准相态。各组分的基准态可以不同，但同一组分必须在同一基准念下进行计算。,物料衡算与热量衡算共同的解题步骤：画出流程示意图，用箭头表示物料或热量的传递方向；确定衡算范围；确定衡算基准，对稳定的连续过程，一般以单位时间为衡算基准，对间歇过程一般以一批操作作为衡算基准；注：对于热量衡算，由于焓值大小与从哪一温度算起有关，因而热量衡算还要指明基准温度。物料的焓值常从0算起，若以0为基准，则可不再指明；有时为方便计，以进料温度或环境温度作为基准温度，或采用数据资料的基准温度，这时就一定要指明。列出衡算式并求解。,说明：按照基本步骤，养成规范化的解题习惯，有助于使解题思路清晰，避免出错。,