化工原理緒論

化工原理1緒論INTRODUCTION一、化工過(guò)程與單元操作1.化工過(guò)程（化學(xué)工業(yè)過(guò)程）：由若干物理過(guò)程和若干化學(xué)過(guò)程組成的工業(yè)過(guò)程，或?qū)⒃细淖兓蚍蛛x成有用產(chǎn)品的工業(yè)過(guò)程。2．單元操作：化工過(guò)程中不含化學(xué)反應(yīng)物理過(guò)程。3．化學(xué)過(guò)程：含有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。4．化工原理：以單元操作為研究對(duì)象的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。25.化學(xué)反應(yīng)工程：以化工過(guò)程中化學(xué)過(guò)程作為研究對(duì)象的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。6.化學(xué)工程：研究化工過(guò)程共性規(guī)律的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。主要由化工原理和化學(xué)反應(yīng)工程兩個(gè)分支組成。（另外還有化工傳遞過(guò)程原理和化工熱力學(xué)及化工系統(tǒng)工程三個(gè)分支）7.（過(guò)程）：物系狀態(tài)發(fā)生變化的經(jīng)過(guò)。8.（物系）：作為研究對(duì)象的物質(zhì)。3二、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù)1.內(nèi)容：

流體流動(dòng)過(guò)程(傳動(dòng)過(guò)程)：流體輸送、沉降、過(guò)濾、(流態(tài)化)等。單元操作

傳熱過(guò)程：(熱交換)、(蒸發(fā))等。

傳質(zhì)過(guò)程：蒸餾、吸收、(萃取)、(干燥)、(結(jié)晶)等。

2．性質(zhì)：（技術(shù)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課或技術(shù)科學(xué)）

基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)課基礎(chǔ)科學(xué)—技術(shù)科學(xué)—工程技術(shù)基礎(chǔ)課—技術(shù)基礎(chǔ)課—應(yīng)用技術(shù)

3．任務(wù)：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決單元操作中各種問(wèn)題的能力。

(1)

介紹三傳的基本原理。(2)

介紹主要單元操作的典型設(shè)備構(gòu)造、操作原理、計(jì)算、選型、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究方法。（3）培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決單元操作中各種問(wèn)題的能力。

4單元操作目的物態(tài)原理傳遞過(guò)程液體輸送輸送液或氣輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞攪拌混合或分散氣-液；液-液；固-液輸入機(jī)械能動(dòng)量傳遞過(guò)濾非均相混合物分離液-固；氣-固尺度不同的截留動(dòng)量傳遞沉降非均相混合物分離液-固；氣-固密度差引起的沉降運(yùn)動(dòng)動(dòng)量傳遞加熱、冷卻升溫、降溫，改變相態(tài)氣或液利用溫度差傳入或移出熱量熱量傳遞蒸發(fā)溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)的分離液供熱以汽化溶劑熱量傳遞氣體吸收均相混合物分離氣各組分在溶劑中溶解度的不同熱量傳遞液體精餾均相混合物分離液各組分間揮發(fā)度的不同質(zhì)量傳遞萃取均相混合物分離液各組分在溶劑中溶解度的不同質(zhì)量傳遞干燥去濕固體供熱汽化熱、質(zhì)同時(shí)傳遞吸附均相混合物分離液或氣各組分在吸附劑中的吸附能力不同質(zhì)量傳遞表1化工常用單元操作5單元操作共同特點(diǎn)：1、是化工生產(chǎn)過(guò)程中的共有操作，但不同的化工生產(chǎn)過(guò)程中，單元操作的數(shù)量、類型、順序各異。2、都是物理操作。3、對(duì)于不同化工產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，基本原理相同。4、均以三傳理論為基礎(chǔ)，有時(shí)會(huì)涵蓋兩種以上的傳遞理論。6三、物理量的單位與量綱1．單位：計(jì)量中作為記數(shù)單元所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)量。2．單位(計(jì)量)制度：由基本單位和導(dǎo)出單位組成的一系列計(jì)量單位的總稱。3.單位制分類及簡(jiǎn)史

英單位制(FPS)單位制物理單位制(CGS)國(guó)際單位制(SI)（含我國(guó)的法定單位制）

工程單位制（重力制）7

世界上普遍使用的計(jì)量（單位）制度有兩個(gè)。一個(gè)是10世紀(jì)初由英國(guó)人創(chuàng)立的Foot-Pound-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱英制(FPS)；另一個(gè)是18世紀(jì)末由法國(guó)人發(fā)展的Centimeter-Gram-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱物理制(CGS)。后來(lái)工程界將物理制發(fā)展為Meter-Kilogram-SecondMeasurementSystem，簡(jiǎn)稱米制(MKS)。1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)米制進(jìn)行了規(guī)范化，建立了InternationalSystemofUnits，簡(jiǎn)稱國(guó)際制(SI)。工程制是工程界在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。國(guó)際制以長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間為基本量，以米、千克質(zhì)量、秒為相應(yīng)的基本單位，而工程制以長(zhǎng)度、力、時(shí)間為基本量，以米、千克力、秒為相應(yīng)的基本單位。一千克力定義為一千克質(zhì)量的物體在北緯45o海平面上所受的重力，根據(jù)牛頓第二定律，可知一千克力等于9.80665牛頓。我國(guó)目前市場(chǎng)上使用的市制(MS,MarketSystem)是在米制基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)舊市制進(jìn)行修改而形成的。

81959年我國(guó)政府正式確定米制為我國(guó)的基本計(jì)量制度，1977年國(guó)務(wù)院計(jì)量管理?xiàng)l例規(guī)定：“我國(guó)的基本計(jì)量制度是米制，逐步采用國(guó)際制”。1984年又發(fā)布命令，確定我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行以國(guó)際制為基礎(chǔ)，并包括由我國(guó)指定的若干非國(guó)際制單位在內(nèi)的《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位制度》，簡(jiǎn)稱法定制。94．單位換算：將換算關(guān)系代入原單位中即可進(jìn)行單位換算同一物理量用不同單位計(jì)量時(shí)，其數(shù)值是不同的，又由于目前常用的物理、化學(xué)數(shù)據(jù)和工程圖表仍有許多使用物理制和工程制，所以單位換算在化工計(jì)算中是非常重要的。實(shí)踐證明，單位換算時(shí)，不僅初學(xué)者常常造成混亂，就是很有經(jīng)驗(yàn)的人，如不遵守一定的規(guī)則，也會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。單位換算時(shí)，先從附錄中查出換算關(guān)系，后將換算關(guān)系代入原單位中即可進(jìn)行單位換算。在化工計(jì)算中，先用換算關(guān)系將各物理量不同單位制的數(shù)值換算成同一種單位制的數(shù)值，然后再進(jìn)行計(jì)算，就能避免差錯(cuò)。

105．經(jīng)驗(yàn)方程的換算若已知物理量的單位與經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位不相符，則要將已知物理量的單位換算成經(jīng)驗(yàn)方程中規(guī)定的單位后才能進(jìn)行運(yùn)算；若經(jīng)驗(yàn)方程要經(jīng)常使用，則可以將經(jīng)驗(yàn)方程加以變換，使經(jīng)驗(yàn)方程中各物理量采用計(jì)算者所希望的單位，這就是經(jīng)驗(yàn)方程的換算。由于經(jīng)驗(yàn)方程中的符號(hào)只代表物理量的數(shù)值部分，所以只要讓經(jīng)驗(yàn)方程中的符號(hào)只代表數(shù)值部分，即可進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)方程換算，例如：11如Antoine蒸汽壓方程：（物理量=數(shù)值

單位）（數(shù)值轉(zhuǎn)換關(guān)系）

理論方程：以定義、定律為基礎(chǔ)，經(jīng)邏輯（演繹）推理而得的某些物理量之間的關(guān)系。其重要意義在于其廣泛的適用性，可以指導(dǎo)實(shí)踐。如流體靜力學(xué)基本方程：可以適用于任何靜止流體。

經(jīng)驗(yàn)方程：以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，經(jīng)數(shù)學(xué)擬合而得的某些物理量之間的關(guān)系。其特點(diǎn)在于其專用性，可作為理論方程的補(bǔ)充。當(dāng)理論方程較復(fù)雜時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)方程簡(jiǎn)化計(jì)算；當(dāng)沒(méi)有理論方程時(shí)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)方程以滿足工程應(yīng)用的需要。如Antoine蒸汽壓方程：只適用于特定的物質(zhì)。125．混合物濃度的表示方法

（1）物質(zhì)的量濃度定義：物質(zhì)的量濃度(amountconcentration)是組分i的物質(zhì)的量ni除以混合物的體積Vi，以符號(hào)Ci表示，即Ci=ni/Vi，簡(jiǎn)稱：物質(zhì)的濃度.單位：Kmol/m3。（2）物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（摩爾分?jǐn)?shù)）定義：物質(zhì)的量摩爾分?jǐn)?shù)（amountfraction）是組分i的物質(zhì)的量ni與混合物的物質(zhì)的量n之比值。對(duì)于液體混合物，以xi表示，即xi=ni/n。式中：n—混合物中各組分物質(zhì)的量之總和，即n=n1+n2+···=∑n。

顯然，混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于1，即x1+x2+···=∑xi=113（3）物質(zhì)的質(zhì)量濃度（massconcentration），又稱質(zhì)量密度（massdensity）。定義：組分i的質(zhì)量mi除以混合物的體積V，以符號(hào)ρi表示，即ρi=mi/V。單位：kg/m3。（4）物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（massfraction）定義：組分i的質(zhì)量mi與混合物的總質(zhì)量m之比值，用符號(hào)ωi表示，即ωi=mi/m。顯然，混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和等于1，即∑ωi=1各種組成（濃度）之間的換算關(guān)系，列于教材P6表0-5。14（5）摩爾比定義表達(dá)式：摩爾比X與摩爾分?jǐn)?shù)x之間的關(guān)系為：（6）質(zhì)量比定義表達(dá)式：X’=mA/mB質(zhì)量比X’與質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω的關(guān)系為：（刪去下標(biāo)A）（刪去下標(biāo)A）156.氣體混合物組成的表示方法（1）摩爾分?jǐn)?shù)yi：yi=ni/n（2）壓力分?jǐn)?shù)：pi/p=ni/n（3）體積分?jǐn)?shù)：φi=Vi/V=ni/n對(duì)理想氣體混合物中各組分有下列關(guān)系：摩爾分?jǐn)?shù)=壓力分?jǐn)?shù)=體積分?jǐn)?shù)理想氣體：指分子本身沒(méi)有體積，分子間沒(méi)有作用力的氣體。它在任何溫度和壓力下，均能服從氣體狀態(tài)方程

PV=nRT，適合對(duì)低壓氣體進(jìn)行計(jì)算。（4）氣體混合物中組分i的濃度ci：

（5）雙組分氣體混合物中組分的摩爾比Y：摩爾比=分壓力比=分體積比16量綱Dimension（1）定義：某類物理量B（可以相互比較的一類物理量）的量綱是該類物理量不同單位的統(tǒng)稱，記為dimB。

性質(zhì)：若用符號(hào)L、M、T、I、

、N、J分別表示長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度7個(gè)基本量的量綱，則導(dǎo)出量Q的量綱可用基本量量綱的組合來(lái)表示，即式中——量綱指數(shù)（因次）。17例如：若，則所以Q稱為量綱為1的量，或稱為無(wú)量綱量量綱一致性原理：任何一個(gè)理論（物理）方程兩邊的量綱必相等。18

五、單元操作中常用的基本概念與研究方法

1.物料衡算（materialbanlance）依據(jù)質(zhì)量守恒定律:輸入量-輸出量=累積量對(duì)于連續(xù)操作的過(guò)程：

輸入量=輸出量物料衡算可按下列步驟進(jìn)行：（1）首先根據(jù)題意畫(huà)出各物流的流程示意圖，物料的流向用箭頭表示，并標(biāo)上已知數(shù)據(jù)與待求量。（2）在寫(xiě)衡算式之前，要計(jì)算基準(zhǔn)，一般選用單位進(jìn)料量或排料量、時(shí)間及設(shè)備的單位體積等作為計(jì)算的基準(zhǔn)。在較復(fù)雜的流程示意圖上應(yīng)圈出衡算的范圍，列出衡算式，求解未知量。192.能量衡算主要有機(jī)械能和熱能。能量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。機(jī)械能衡算將在第一章流體流動(dòng)中說(shuō)明；熱量衡算也將在傳熱、蒸餾、干燥等章中結(jié)合具體單元操作有詳細(xì)說(shuō)明。熱量衡算的步驟與物料衡算的基本相同。3.物系的平衡關(guān)系

過(guò)程的平衡問(wèn)題說(shuō)明過(guò)程進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限。當(dāng)過(guò)程不是處于平衡態(tài)時(shí)，則此過(guò)程必將以一定的速率進(jìn)行。204.傳遞速率