《化工原理》第一讲 化工原理概述

1、第一讲绪 论主要内容一、化工原理概述二、单位制及其换算（一）单位及单位制（二）物理量及经验公式的单位换算三、物料衡算（一）稳态的物料衡算（二）非稳态的物料衡算四、能量衡算（一）稳态的能量衡算（二）非稳态的能量衡算重点1、单位及单位制2、物理量及经验公式的单位换算3、稳态的物料衡算4、非稳态的物料衡算5、稳态的能量衡算6、非稳态的能量衡算难点1、经验公式的单位换算2、非稳态的物料衡算3、非稳态的能量衡算绪论 化工原理又名单元操作（Unit Operation),是一门工程基础课，是理论联系实际的桥梁。一、化工原理概述制药废水A2O工艺废水气浮厌氧厌氧/好氧沉淀池出水输送输送输送印染废水A2O工艺

2、废水气浮厌氧厌氧/好氧沉淀池出水输送输送输送乙炔法制取聚氯乙烯塑料生产流程示意图乙炔氯化氢提纯提纯单体合成单体精制压缩、冷凝聚合脱水干燥成品原料预热器反应器分离器造粒产品输送输送输送高压聚乙烯的生产流程示意图辅助部分为：输送、预热、分离、干燥、造粒等核心部分为：反应、单体合成、聚合 整个过程由辅助过程和反应过程组成。反应过程是核心，其对应的设备是反应器。辅助过程包括物料的输送、物料的净化与混合、物料的加热与冷却、物料的去湿等.过程分析如:流体流动与输送、物料的搅拌遵循的是动量传递规律，物料的净化部分可以根据挥发度差异、溶解度差异、结晶差异等分为精馏操作、吸收操作、萃取操作、结晶操作等，但它们遵

3、循的规律都是质量传递的规律，物料的加热与冷却部分为传热操作，所遵循的规律为热量传递，还有热质传递同时进行的操作，如干燥。（2）辅助部分的特点在不同的产品生产中过程中，物料不同但遵循的规律相同传热原理相应的设备的结构和尺寸可能不同例如传热设备简单的套管换热器 传热设备传热设备吸收原理吸收剂气体yx界面气相主体 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 吸收设备7653421液体气体8板式塔溶剂气体填料塔板式塔吸收设备溶剂填料塔气体乱堆填料规整填料1、化工原理包含的内容过程原理（三传）和设备（1）三传（ Transfer process）的概念热量传递、质量传递和动量传递的过程原理（机理）和

4、传递速率（2）设备：输送设备、换热器、塔设备等等绪论绪论2、单元操作分类1）遵循流体动力基本规律的单元操作2）遵循传热基本规律的单元操作3）遵循传质基本规律的单元操作流体输送、沉降、过滤、固体流态化等加热、冷却、冷凝、蒸发等蒸馏、吸收、萃取、膜分离等4）同时遵循传热、传质规律的单元操作空气的增湿与减湿、干燥、结晶等绪论三、化工原理要解决的内容过程原理和设备过程，即过程的内在规律，如，气体的吸收分离的过程实质是传质溶解，液-固非均相混合物的沉降分离实质是细颗粒在液体中的自由沉降；过滤得 过程实质是液体通过滤饼（颗粒层）的流动设备，是研究过程规律的目的，包括设备的设计、选型、调试等。绪论四、如何学

5、习化工原理1、化工原理的研究对象三传，即动量传递、热量传递及质量传递，简称传递过程，以物料恒算、能量恒算、传递速率、平衡关系为依据，计算分为设计型和操作型两大类2、化工原理的研究方法1）数学模型方法2）实验方法包括解析法和半经验半理论方法以量纲分析或相似理论为指导，可避免建立数学方程绪论五、学习化工原理后，应达到的水平1、能理论联系实际用工程和经济观点解决化工单元操作中的各类问题2、筛选合理的单元操作完成给定的生产任务3、在设备设计工作中会寻求所需的经验数据或公式4、能管理和调试运转的设备，遇到故障时找出原因并能及时排除5、具有独立进行科学研究和强化设备的能力6、初步具有开发新设备和新的单元操

6、作的能力绪论1、物理量（量纲）及其单位2、单位制3、单位换算二单位与单位制3、单位换算（1）、物理量的单位换算压强、粘度、导热系数等（2）、经验公式的单位换算试对上式进行换算，将的单位改为W/(m2.)、G的单位改为kg/(m2.s)、D的单位改为m。例：管壁对周围空气的对流传热系数经验公式为：绪论物料衡算公式稳态：Ga=0物料衡算要注意的问题1）衡算范围2）衡算对象非稳态：Ga0三、物料衡算第一蒸发器第二蒸发器F0=5000kg/hx0=0.12F1,x1W2W1F1,x1F2x2=0.3例题1 如图所示，在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从12%（质量，下同）浓缩到30%。

7、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。1、稳态的物料衡算例2、用氮气把体积为2个立方米的反应器中的氧气吹扫干净，反应器中氧气的初始体积分率为20%，要将氧气的体积分率吹扫到1%，氮气的流率为1个立方米每分钟，求需要多长的吹扫时间。2、非稳态的物料衡算绪论 能量衡算公式 能量衡算要注意的问题 基准和范围四、能量衡算基准（1）、对于热量衡算基准是指基准温度，一般以0为基准（2）、对于机械能衡算中位能的计算基准是指基准面，视具体情况范围预热器干燥器新鲜空气H0,I0,t0QpH1,I1,t1H2,I2,t2QDG2,Cm2,t

8、2,w2G1,Cm2,t1,w1QL6m113322吸入管路的能量衡算总的能量能衡算例题3、在换热器里将平均比热为3.56kJ/(kg.) 的某种溶液自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，蒸汽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。 120的饱和水蒸气的焓值为2708.9kJ/kg， 120的饱和水的焓值为503.67kJ/kg25溶液1.0kg/s120饱和水蒸汽0.095kg/s80溶液1.0kg/s120饱和水0.095kg/s1、稳态的能量衡算换热器盐水 5kg/s,1005kg/s,

9、T例题4、采用外循环法对冷冻盐水进行加热，盐水的流量为5kg/s,初始温度为15，需要加热到80，罐中盐水的质量为1000kg,盐水的比热容为3.4kJ/(kg. )，求加热所需要的时间？假设盐水罐中的盐水混合均匀。2、非稳态的能量衡算练习经验公式单位换算1、已知某离心泵特性曲线方程为H=45-2.22Q2（其中Q的单位为m3/min）试将Q的单位换算为m3/s及m3/h 。物料衡算2、含1、2、3、4四种组分各0.25（摩尔分率，下同）的某混合液，以1000kmol/h的流量送入精馏塔内分离，得到塔釜与塔顶两股产品，进料中全部1组分，96%2组分及4%3组分存于塔顶产品中，全部4组分存于塔釜

10、产品中，试计算塔釜与塔顶产品的流量和组成。F，xFD,xDW3、某污水处理工艺包括沉淀池和浓缩池，沉淀池用于去除水中的悬浮物，上清液排放，浓缩池用于将沉淀池的污泥进一步浓缩，上清液返回到沉淀池中。沉淀池进水流量为5000m3/d，悬浮物浓度为200mg/L，出水中悬浮物浓度为20mg/L 。沉淀池污泥的含水率为99.8%，进入浓缩池停留一段时间后，排出的污泥含水率为96%，上清液中悬浮物含量为100mg/L。假设系统处于稳定状态，过程中没有生物作用。求整个系统的污泥产量和排水量及浓缩池上清液回流量。污水密度为1000kg/m3。沉淀池浓缩池G1G2G3G4G5污泥产量22511kg/d,排水量

11、：4977.5m3/d,浓缩池上清液回流量：502.4m3/d4、已知储槽直径D=2m，进水流率为4m3/min,储槽中水的初始高度H=1m,出水流速为D1m出水管直径d=10cm，出水流率为：求：1小时后，水槽中水位的高度是多少？5、给水处理中，需要将固体硫酸铝配成一定浓度的溶液作为混凝剂。在一配料用的搅拌槽中，水和固体硫酸铝分别以150kg/h和30kg/h的流量加入搅拌槽中，制成溶液后以120kg/h的流量流出容器。由于搅拌充分，槽内浓度各处均匀。开始时槽内预先已盛有100kg纯水。试计算1h后由槽中流出的溶液浓度。能量衡算6、每小时将200kg过热氨气（压强为1200kPa）从95冷却、冷凝为饱和液氨。已知冷凝温度为30。采用冷冻盐水为冷却、冷凝剂，盐水于2 下进入冷凝、冷却器，离开时为10 。求每小时盐水的用量。热损失可以忽略。已知： 95过热氨气的焓