化工原理绪论PPT课件

2020/6/6,.,1,绪论,一、化工原理课程简介1.化工原理的研究对象2.化工原理的学科性质与研究方法3.化工原理的学习方法二、化工原理处理问题的方法1.物料衡算2.能量衡算3.平衡与速率三、单位与单位制,2020/6/6,.,2,粉碎混合换热沉降过滤吸收吸附蒸发等,原材料,精馏吸收蒸发吸附萃取沉降结晶等,未反应物循环,一、化工原理课程简介,1：化工生产过程,2020/6/6,.,3,2020/6/6,.,4,2020/6/6,.,5,2020/6/6,.,6,2020/6/6,.,7,具有共同的基本原理和通用的典型设备的物理操作过程（共有的）单元操作,2：化工原理的研究对象单元操作,化工生产过程：化学反应和若干个单元操作串联而成,化工原理研究各个独立的单元操作包括单元操作的基本原理、过程计算和典型设备,2020/6/6,.,8,3：单元操作的特点：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。,4：单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为四类：,2020/6/6,.,9,流体动力过程,遵循流体动力学基本规律，用动量传递理论研究,如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化,热过程,遵循传热基本规律，用热量传递理论研究,如：传热、冷凝、蒸发等,传质过程,遵循传质基本规律，用质量传递理论研究如：蒸馏、吸收、萃取、浸取,热质传递过程,遵循传质、传热基本规律，如：干燥、增减湿、结晶,2020/6/6,.,10,二：化工原理学科性质与研究方法,1：学科性质工程学科用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程2：研究方法工程方法因次分析法数学模型法参数综合法当量法类比法,直管湍流阻力双膜模型的建立过滤常数当量直径、当量长度等动量、热量、质量传递的类似律,2020/6/6,.,11,3：化工原理的学习目标和研究方法,1）：目标,操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不正常现象，寻找原因并采取相应的调节措施。,设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取设计数据，做逐级放大。,选择：为了达到或实现某一工程目的，对过程和设备作合理的选择和组合。,2020/6/6,.,12,发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发一个新单元操作，寻本求源。,2）：学习方法,化工原理的研究对象各单元操作的基本理论、过程计算和典型设备,其中基本理论包括：理论基础、平衡关系和速率关系,其中过程计算包括：物料衡算、能量衡算、平衡关系和过程速率关系及其相结合进行的操作型计算和设计型计算。,2020/6/6,.,13,三：化工原理处理问题的方法,1：物料衡算依据质量守恒定律输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。,物料衡算的通式,输入物料的总和,输出物料的总和,2020/6/6,.,14,衡算步骤,A：画简图并确定衡算范围,整个生产过程某一设备,C：衡算对象,系统中的所有物料某一个组分,D：确定累积量；对定态过程，积累为零。,B：衡算基准,连续操作：单位时间间歇操作：一个生产周期,E：列式,2020/6/6,.,15,例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12（质量）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸出5%的水分。试求：（1）各蒸发器每小时蒸出水分的量；（2）第一蒸发器送出的溶液浓度。,解：首先画一个流程图表示进行的过程用方框表示设备，输入输出设备的物流方向用箭头表示。,划定衡算的范围为求各蒸发器蒸发的水量，以整个流程为衡算范围，用一圈封闭的虚线画出。,2020/6/6,.,16,选择衡算基准（连续操作以单位时间为基准，间歇操作以一批操作为基准）由于连续操作，以1小时为基准。,2020/6/6,.,17,确定衡算对象此题中有两个未知数，蒸发的水量及送出的NaOH溶液量B，因此，我们就以不同衡算对象列出两个衡算式。对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,由题意知,2020/6/6,.,18,求第一个蒸发器送出的溶液浓度，选择第一个蒸发器为衡算范围。,对盐作物料衡算：,对总物料作衡算：,代入已知数据，得：,解得：,2020/6/6,.,19,2热量衡算,依据：能量守恒定律,即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。,热量衡算通式,或写成,2020/6/6,.,20,热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，即确定衡算范围、衡算对象及衡算基准然后列衡算式,注意：焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上选0为基准温度，并规定0时液态的焓值为零。,3：过程的平衡和速率关系,：平衡问题过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限程度。平衡是一个动态的过程。,2020/6/6,.,21,：速率,过程的速率表示为：过程的速率推动力阻力推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离，阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。,过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。,2020/6/6,.,22,例：在换热器里将平均比热为3.56kJ/（kg）的某溶液自25加热到80，溶液流量为1.0kg/s，加热介质为120的饱和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。,解：根据题意画出流程图,2020/6/6,.,23,基准：1s在图中虚线范围内作热量衡算从附录查出120饱和水蒸气的焓值为278.9kJ/kg，120饱和水的焓值为503.67kJ/kg。,在此系统中输入的热量：,蒸气带入的热量：,溶液带入的热量：,输出的热量：,2020/6/6,.,24,冷凝水带出的热量：,溶液带出的热量：,根据能量衡算式，有：,热量损失的百分数=,2020/6/6,.,25,四：单位及单位制1：单位制及单位基本量：选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。导出量：根据物理量与基本量之间的物理关系来确定的量导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相乘、除而构成的。单位制：基本单位与导出单位的总和。,2020/6/6,.,26,物理单位制：基本单位：长度cm质量g时间s工程单位制：基本单位：长度m力kgf时间s注意：质量是导出单位Kgfs2m-1SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个：长度m、质量kg、时间s、温度K、物质的量molSI单位制中常用的词头:见附录一,2020/6/6,.,27,2：单位换算换算因子：彼此相等而单位不同的两个同名物理量（包括单位在内）的比值,常用的换算因子见附录二：表1、2,3：单位的正确运用,理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间的关系，又叫物理方程。,特点：具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位来表示各物理量即可。,2020/6/6,.,28,经验公式：根据试验结果整理出来的，反映各有关物理量的数字之间的关系，又叫数字公式。,特点：公式中所用的单位一般都是指定的，在计算中只要将数字代入，算出结果，然后加上规定的单位就行了。,量纲：用一定单位制度的基本物理量来表示某一物理量，称为该物理量的量纲；基本物理量的量纲是规定的。,如：SI制：质量M、长度L、时间T、热力学温度力MLT-2；在工程