陳敏恒化工原理上冊緒論

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1、2021-8-11 化 工 原 理化 工 原 理化 工 原 理何 從 林15520063054 2021-8-11 緒 論緒 論緒 論 一 、 化 工 原 理 課 程 簡 介1.化 工 原 理 的 研 究 對 象2.化 工 原 理 的 學 科 性 質 與 研 究 方 法3.化 工 原 理 的 學 習 方 法二 、 化 工 原 理 處 理 問 題 的 方 法1.物 料 衡 算2.能 量 衡 算3.平 衡 與 速 率三 、 單 位 與 單 位 制 2021-8-11 化 工 生 產(chǎn) 過 程化 工 生 產(chǎn) 過 程化 工 生 產(chǎn) 過 程原 料 各 種 前 處 理 化 學 加 工 各 種 后 處 理 產(chǎn)

2、 品除 去 雜 質 ， 達 到必 要 的 純 度 、 溫度 和 壓 力物 理 變 化 過 程 反 應 生 成 新 物質化 學 或 生 物 化學 變 化 過 程 精 制 、 分 離 、干 燥 等物 理 變 化 過 程 中 間產(chǎn) 品 2021-8-11 乙 炔氯 化 氫 提 純提 純 單 體 合 成 單 體 精 制壓 縮 、 冷 凝 聚 合 脫 水干 燥 成 品單 元 操 作 ： 流 體 輸 送 、 沉 降 、 過 濾 ， 傳 熱 、 蒸 發(fā) 、 結 晶 、 等反 應 熱 反 應 熱 2021-8-11 一 、 化 工 原 理 課 程 簡 介一 、 化 工 原 理 課 程 簡 介一 、 化 工 原

3、 理 課 程 簡 介 化 學 反 應 和 若 干 個 單 元 操 作 串 聯(lián) 而 成 化 工 原 理 研 究 各 個 獨 立 的 單 元 操 作1. 化 工 原 理 的 研 究 對 象 單 元 操 作 （ Unit O perations）(1) 單 元 操 作 的 概 念化 工 生 產(chǎn) 過 程 原 料 的 預 處 理 進 行 化 學 反 應 反 應 產(chǎn) 物 的 分 離 與 提 純 單 元 操 作原 料 的 預 處 理反 應 產(chǎn) 物 的 分 離 與 提 純化 工 生 產(chǎn) 中 共 有 的 物 理 操 作 2021-8-11 2） 單 元 操 作 的 特 點 所 有 的 單 元 操 作 都 是 物

4、 理 性 操 作 ， 只 改 變 物 料 的 狀 態(tài) 或物 理 性 質 ， 并 不 改 變 化 學 性 質 。 單 元 操 作 是 化 工 生 產(chǎn) 過 程 中 共 有 的 操 作 ， 只 是 不 同 的 化工 生 產(chǎn) 中 所 包 含 的 單 元 操 作 數(shù) 目 、 名 稱 與 排 列 順 序 不 同 。 單 元 操 作 作 用 于 不 同 的 化 工 過 程 時 ， 基 本 原 理 相 同 ， 所用 的 設 備 也 是 通 用 的 。 2021-8-11 3） 單 元 操 作 的 分 類根 據(jù) 單 元 操 作 所 遵 循 的 基 本 規(guī) 律 ， 分 為 三 類 ：流 體 動 力 過 程 遵 循

5、 流 體 動 力 基 本 規(guī) 律 ， 用 動 量 傳 遞 理 論 研 究如 ： 流 體 輸 送 、 沉 降 、 過 濾 、 固 體 流 態(tài) 化熱 過 程 遵 循 傳 熱 基 本 規(guī) 律 ， 用 熱 量 傳 遞 理 論 研 究如 ： 傳 熱 、 冷 凝 、 蒸 發(fā) 等傳 質 過 程 遵 循 傳 質 基 本 規(guī) 律 ， 用 質 量 傳 遞 理 論 研 究 如 ： 蒸 餾 、 吸 收 、 萃 取 、 結 晶 、 干 燥 等 2021-8-11 2. 化 工 原 理 學 科 性 質 與 研 究 方 法 1） 學 科 性 質 工 程 學 科 用 自 然 科 學 的 基 本 原 理 來 分 析 和 處 理

6、 化 工 生 產(chǎn) 中 的 物 理 過 程 2） 研 究 方 法 工 程 方 法 因 次 分 析 法 數(shù) 學 模 型 法 參 數(shù) 綜 合 法 當 量 法 類 比 法 直 管 湍 流 阻 力雙 膜 模 型 的 建 立過 濾 常 數(shù)當 量 直 徑 、 當 量 長 度 等動 量 、 熱 量 、 質 量 傳 遞 的 類 似 律 2021-8-11 3. 化 工 原 理 的 學 習 方 法 發(fā) 展 ： 如 何 根 據(jù) 某 個 物 理 或 物 理 化 學 原 理 開 發(fā) 成 為 一 個單 元 操 作 ， 尋 本 求 源 。 選 擇 ： 為 了 達 到 或 實 現(xiàn) 某 一 工 程 目 的 ， 能 否 對 過

7、程 和 設備 作 合 理 的 選 擇 和 組 合 。 設 計 ： 對 已 掌 握 了 性 能 的 過 程 和 設 備 作 直 接 的 設 計 計 算以 及 對 性 能 不 十 分 掌 握 的 過 程 和 設 備 通 過 必 要 的 試 驗 ， 測 取設 計 數(shù) 據(jù) ， 做 逐 級 放 大 。 操 作 ： 如 何 根 據(jù) 基 本 原 理 發(fā) 現(xiàn) 操 作 上 可 能 出 現(xiàn) 的 各 種 不正 常 現(xiàn) 象 ， 尋 找 其 原 因 及 可 能 采 取 的 調 節(jié) 措 施 。 2021-8-11 二 、 化 工 原 理 處 理 問 題 的 方 法二 、 化 工 原 理 處 理 問 題 的 方 法二 、

8、化 工 原 理 處 理 問 題 的 方 法1. 物 料 衡 算 依 據(jù) 質 量 守 恒 定 律 輸 入 系 統(tǒng) 的 物 料 質 量 等 于 從 系 統(tǒng) 輸 出 的 物 料 質 量 和 系 統(tǒng)中 積 累 的 物 料 質 量 。 AGGIG 0 物 料 衡 算 的 通 式 2021-8-11定 態(tài) 過 程 ， 積 累 為 零 。 則 ： 0GGI 衡 算 的 系 統(tǒng) 整 個 生 產(chǎn) 過 程某 一 設 備系 統(tǒng) 中 的 所 有 物 料某 一 個 組 分衡 算 的 對 象 例 2021-8-11 例 ： 在 兩 個 蒸 發(fā) 器 中 ， 每 小 時 將 5000kg的 無 機 鹽 水 溶 液 從12 （

9、 質 量 ） 濃 縮 到 30%。 第 二 蒸 發(fā) 器 比 第 一 蒸 發(fā) 器 多 蒸出 5%的 水 分 。 試 求 ：（ 1） 各 蒸 發(fā) 器 每 小 時 蒸 出 水 分 的 量 ；（ 2） 第 一 蒸 發(fā) 器 送 出 的 溶 液 濃 度 。 解 ： 首 先 畫 一 個 流 程 圖 表 示 進 行 的 過 程 用 方 框 表 示 設 備 ， 輸 入 輸 出 設 備 的 物 流 方 向 用 箭 頭 表 示 。 劃 定 衡 算 的 范 圍 為 求 各 蒸 發(fā) 器 蒸 發(fā) 的 水 量 ， 以 整 個 流 程 為 衡 算 范 圍 ，用 一 圈 封 閉 的 虛 線 畫 出 。 2021-8-11 選

10、擇 衡 算 基 準 （ 連 續(xù) 操 作 以 單 位 時 間 為 基 準 ， 間 歇 操 作以 一 批 操 作 為 基 準 ） 由 于 連 續(xù) 操 作 ， 以 1小 時 為 基 準 。 蒸 發(fā) 器 1 蒸 發(fā) 器 2x1W1 W2F0=5000kg/hx0=0.12 F1 F2x2=0.3 2021-8-11 確 定 衡 算 對 象 此 題 中 有 兩 個 未 知 數(shù) ， 蒸 發(fā) 的 水 量 及 送 出 的 NaOH溶 液 量B， 因 此 ， 我 們 就 以 不 同 衡 算 對 象 列 出 兩 個 衡 算 式 。 對 鹽 作 物 料 衡 算 ： 2200 xFxF 對 總 物 料 作 衡 算 ：

11、 2125000 WWF 代 入 已 知 數(shù) 據(jù) ， 得 ： 23.012.05000 F hkgF /2000 2 hkgWW /300021 由 題 意 知 12 05.1 WW hkgWhkgW /6.1536 /4.1463 21 2021-8-11 求 第 一 個 蒸 發(fā) 器 送 出 的 溶 液 濃 度 ， 選 擇 第 一 個 蒸 發(fā) 器 為 衡算 范 圍 。對 鹽 作 物 料 衡 算 ： 1100 xFxF 對 總 物 料 作 衡 算 ： 110 FWF 代 入 已 知 數(shù) 據(jù) ， 得 ： 1112.05000 xF 14.14635000 F解 得 ： hkgF /6.35361

12、 %97.161697.01 x 2021-8-11 2 熱 量 衡 算依 據(jù) ： 能 量 守 恒 定 律 即 任 何 時 間 內 輸 入 系 統(tǒng) 的 總 熱 量 等 于 系 統(tǒng) 輸 出 的 總 熱 量 與損 失 的 熱 量 之 和 。 LQQIQ 0 熱 量 衡 算 通 式或 寫 成 LI QwHwH 0)()( 2021-8-11 熱 量 衡 算 的 基 本 方 法 與 物 料 衡 算 的 方 法 相 同 ， 也 必 須 首 先劃 定 衡 算 范 圍 及 衡 算 基 準 。 此 外 應 注 意 焓 是 相 對 值 ， 因 此 必 須 指 明 基 準 溫 度 ， 習 慣 上選 0 為 基 準

13、 溫 度 ， 并 規(guī) 定 0 時 液 態(tài) 的 焓 值 為 零 。3.過 程 的 平 衡 和 速 率 平 衡 問 題 過 程 的 平 衡 問 題 是 說 明 過 程 進 行 的 方 向 和 所 能 達 到 的 極限 。 平 衡 是 一 個 動 態(tài) 的 過 程 。 例 2021-8-11 速 率 過 程 的 速 率 表 示 為 ： 過 程 的 速 率 推 動 力 阻 力推 動 力 ： 過 程 所 處 的 狀 態(tài) 與 平 衡 狀 態(tài) 的 距 離 ，阻 力 ： 過 程 的 阻 力 是 各 種 因 素 對 速 率 影 響 的 總 的 體 現(xiàn) 。 過 程 的 速 率 是 指 過 程 由 不 平 衡 到 平

14、 衡 進 行 的 快 慢 。 2021-8-11 例 ： 在 換 熱 器 里 將 平 均 比 熱 為 3.56kJ/（ kg ） 的 某 溶 液 自25 加 熱 到 80 ， 溶 液 流 量 為 1.0kg/s， 加 熱 介 質 為 120 的 飽和 水 蒸 氣 ， 其 消 耗 量 為 0.095kg/s， 蒸 氣 冷 凝 成 同 溫 度 的 飽 和水 排 出 。 試 計 算 此 換 熱 器 的 熱 損 失 占 水 蒸 氣 所 提 供 熱 量 的 百分 數(shù) 。解 ： 根 據(jù) 題 意 畫 出 流 程 圖 換 熱 器120 飽 和 水 蒸 氣0.095kg/s 120 飽 和 水0.095kg/s

15、1.0kg/s25 溶 液 80 溶 液1.0kg/s 2021-8-11 基 準 ： 1s在 圖 中 虛 線 范 圍 內 作 熱 量 衡 算從 附 錄 查 出 120 飽 和 水 蒸 氣 的 焓 值 為 278.9kJ/kg， 120 飽和 水 的 焓 值 為 503.67kJ/kg。在 此 系 統(tǒng) 中 輸 入 的 熱 量 ： 21 QQIQ蒸 氣 帶 入 的 熱 量 ： kwQ 3.2579.2708095.01 溶 液 帶 入 的 熱 量 ： kwQ 8902556.30.1 2 kwIQ 3.346893.257輸 出 的 熱 量 ： 43 QQQO 2021-8-11 冷 凝 水 帶

16、 出 的 熱 量 ： kwQ 8.4767.503095.03 溶 液 帶 出 的 熱 量 ： kwQ 8.28408056.30.14 kwQQQ 6.3328.2848.47430根 據(jù) 能 量 衡 算 式 ， 有 ： LI QQQ 0 kw.kw.QQQ IL 713633233460熱 量 損 失 的 百 分 數(shù) = %54.68.473.257 7.13 2021-8-11 三 、 單 位 及 單 位 制1.單 位 及 單 位 基 本 量 ： 任 意 選 定 的 幾 個 獨 立 的 物 理 量 (如 長 度 ,時 間 等 )。 基 本 單 位 ： 根 據(jù) 使 用 方 便 的 原 則

17、制 定 的 基 本 量 的 單 位 。 導 出 量 ： 根 據(jù) 物 理 量 與 基 本 量 之 間 的 關 系 來 確 定 的 量 。 導 出 單 位 ： 導 出 量 的 單 位 稱 為 導 出 單 位 ， 均 由 基 本 單 位 相乘 、 除 而 構 成 的 。 單 位 制 ： 基 本 單 位 與 導 出 單 位 的 總 和 。 2021-8-11 物 理 單 位 制 ： 基 本 單 位 ： 長 度 cm 質 量 g 時 間 s工 程 單 位 制 ： 基 本 單 位 ： 長 度 cm 力 kgf 時 間 s SI單 位 制 ： 基 本 單 位 有 7個 ， 化 工 中 常 用 的 有 5個

18、： 長 度 cm 、 質 量 kg 、 時 間 s 、 溫 度 K、 物 質 量 mol2 單 位 衡 算 已 知 1atm=1.033kgf/cm 2,將 其 換 算 成 N/m2。 按 題 意 需 將 kgf/cm2中 的 單 位 換 算 成 N， cm2換 算 成 m2,查 附錄 1： 換 算 關 系 為 ： 2021-8-11 1kgf=9.81N， 1cm=0.01m上 述 關 系 代 入 ， 得 ： 2522 /10013.101.0 81.9033.1033.1 mNmNcmkgf 3 單 位 的 正 確 運 用 理 論 公 式 ： 根 據(jù) 物 理 規(guī) 律 建 立 的 ， 反 映

19、 各 有 關 物 理 量 之 間 的 關 系 ， 又 叫 物 理 方 程 。 具 有 單 位 一 致 性 ， 只 要 采 用 同 一 單 位 制 的 單 位 來 表 示 各 物 理 量 即 可 。 2021-8-11 經(jīng) 驗 公 式 ： 根 據(jù) 試 驗 結 果 整 理 出 來 的 ， 反 映 各 有 關 物 理 量 的 數(shù) 字 之 間 的 關 系 ， 又 叫 數(shù) 字 公 式 。 公 式 中 所 用 的 單 位 一 般 都 是 指 定 的 ， 在 計 算 中 只 要 將 數(shù) 字 代 入 ， 算 出 結 果 ， 然 后 加 上 規(guī) 定 的 單 位 就 行 了 。 2021-8-11 課 程 主 要

20、 任 務課 程 主 要 任 務課 程 主 要 任 務 掌 握 化 工 過 程 的 基 本 原 理 ， 典 型 設 備 的構 造 、 性 能 及 操 作 原 理 ； 掌 握 這 些 過 程 的 基 本 計 算 方 法 和 設 備 的設 計 ； 尋 求 適 宜 的 操 作 條 件 ， 探 索 強 化 過 程 的方 向 及 改 進 設 備 的 途 徑 。 2021-8-11 學 好 本 課 程 應 注 意 的 問 題 及 培 養(yǎng) 的 能 力學 好 本 課 程 應 注 意 的 問 題 及 培 養(yǎng) 的 能 力學 好 本 課 程 應 注 意 的 問 題 及 培 養(yǎng) 的 能 力 1、 要 理 論 聯(lián) 系 實 際 2、 過 程 原 理 與 設 備 并 重 3、 掌 握 研 究 的 方 法 4、 著 重 培 養(yǎng) 自 學 能 力 、 創(chuàng) 新 能 力 5、 培 養(yǎng) 非 智 力 因 素 （ 刻 苦 、 勤 奮 、 好 學 、 多 問 、實 干 、 毅 力 等 ） 2021-8-11 參 考 資 料參 考 資 料參 考 資 料 http:/202.120.96.27/ 華 東 理 工 大 學 精 品 課 程 化 工 原 理 天 津 大 學 化 工 原 理 教 研 室 編 傳 遞 現(xiàn) 象 美 R.B.伯 德 W.E.斯 圖 瓦 特 E.N.萊 特 富特